PT104389A - COMPOUNDS CONTAINING ANTIOXIDANT FLAVONOIDS AND MITOCHONDRIAL PROTECTORS WITH NEUROPROTECTOR PROPERTIES - Google Patents
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Abstract
ESTE INVENTO REVELA ASSOCIAÇÕES CONTENDO COMPOSTOS FENÓLICOS EXISTENTES EM EXTRACTOS DE PLANTAS COM ACTIVIDADE TERAPÊUTICA CONTRA A EXCITOTOXICIDADE NEURONAL, O STRESS OXIDATIVO E A DISFUNÇÃO MITOCONDRIAL. QUER UTILIZADOS INDIVIDUALMENTE OU NUMA ASSOCIAÇÃO, A QUERCETINA, O CAMPFEROL E A BIAPIGENINA REDUZEM SIGNIFICATIVAMENTE A MORTE NEURONAL CAUSADA POR AGRESSÕES EXCITOTÓXICAS OU PELA EXPOSIÇÃO AO PÉPTIDO BETA-AMILÓIDE.PARA ALÉM DO MAIS, REVELA-SE AINDA QUE A BIAPIGENINA INTERFERE COM O COMPLEXO ANT/PORO DE TRANSIÇÃO MITOCONDRIAL CONTRIBUINDO PARA UM EFLUXO DE CÁLCIO MITOCONDRIAL AUMENTADO, REDUZINDO ASSIM A CARGA DE CÁLCIO E CONTRIBUINDO PARA A NEUROPROTECÇÃO CONTRA A EXCITOTOXICIDADE.This invention discloses assemblies containing phenols present in plant extracts with therapeutic activity against neural exchitotoxicity, oxidative stress and myocytodial dysfunction. WHETHER OR INDIVIDUALLY USED OR IN AN ASSOCIATION, QUERCETINE, CAMPFEROL, AND BIAPIGENIN SIGNIFICANTLY REDUCE NEURONAL DEATH CAUSED BY EXCITOTOXIC AGRESSIONS OR EXPOSURE TO BETA-AMYLOID PEPTIDE. FOR ANY MORE, BIAPIGENIN INTERFERTS WITH ANT COMPLEX / MITOCHONDRIAL TRANSITION PORE CONTRIBUTING TO AN INCREASED MITOCHONDRIAL CALCIUM EFFLUX, REDUCING THE CALCIUM LOAD AND CONTRIBUTING TO NEUROPROTECTION AGAINST EXCITOTOXICITY.
Description
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DESCRIÇÃO "COMPOSIÇÕES CONTENDO FLAVONÓIDES ANTIOXIDANTES E PROTECTORES MITOCONDRIAIS COM PROPRIEDADES NEUROPROTECTORAS"COMPOSITIONS CONTAINING ANTIOXIDANT FLAVONOIDS AND MITOCHONDRIAL PROTECTORS WITH NEUROPROTECTIVE PROPERTIES "
CAMPO DO INVENTO O presente invento descreve formulações contendo biapigenina com propriedades neuroprotectoras contra a excitotoxicidade e a degeneração neuronal induzida pela proteína beta-amilóide. Para além disso, o invento também descreve formulações contendo uma mistura de flavonóides com os mesmos propósitos terapêuticos.FIELD OF THE INVENTION The present invention describes formulations containing biapigenin with neuroprotective properties against excitotoxicity and neuronal degeneration induced by the beta-amyloid protein. In addition, the invention also describes formulations containing a flavonoid blend for the same therapeutic purposes.
FUNDAMENTO DO INVENTO A excitotoxicidade tem vindo a ser associada a um excesso de activação de receptores do glutamato. Sob activação prolongada do receptor N-metil D-aspartato (NMDA), isto é, durante períodos de isquémia, anoxia, degeneração neuronal (Lipton and Rosenberg 1994; Rego et al. 2001; Carafoli et al. 2001) e noutras patologias neurodegenerativas (Brookes et al. 2004a; Nicholls 2004; Nicholls and Budd 1998; Chen and Lipton 2006), ocorre uma entrada maciça de cálcio na célula, levando à falência da sua homeostase (Carafoli et al. 2001; Nicholls 2004; Nicholls and Budd 1998; Nicholls and Ward 2000; Vergun et al. 2001; Montai 1998; Isaev et al. 2005) .BACKGROUND OF THE INVENTION Excitotoxicity has been associated with an over-activation of glutamate receptors. Under prolonged activation of the N-methyl D-aspartate receptor (NMDA), ie during periods of ischemia, anoxia, neuronal degeneration (Lipton and Rosenberg 1994; Rego et al., 2001) and other neurodegenerative pathologies In the present study, it was found that the presence of calcium in the cell was associated with an increase in the amount of calcium present in the cell (Carr et al., 2004; Nicholls and Ward 2000, Vergun et al., 2001, Montai 1998, Isaev et al., 2005).
As mitocôndrias têm um papel vital na manutenção da homeostase do cálcio na célula, mas uma acumulação excessiva de cálcio mitocondrial pode resultar numa perda de potencial mitocondrial transmembranar (A¥m) e desacoplamento da cadeia respiratória, aumetando a formação 2 de radicais livres de oxigénio e azoto. 0 compromisso da função mitocondrial diminui seriamente a produção de Adenosina trifosfato (ATP), levando consequentemente à depleção das suas reservas, à falência da homeostase iónica e da regulação da concentração de cálcio (Nicholls 2004; Nicholls and Budd 1998). O stress oxidativo e a sobrecarga de cálcio mitocondrial podem levar à abertura do poro de permeabilidade transitório da mitocôndria, que permite a passagem de solutos e grandes moléculas para a matriz (Isaev et al. 2005; Vieira et al. 2000) . O consequente aumento de tamanho da mitocôndria e ruptura da sua membrana externa leva à perda de função de função mitocondrial, produção de radicais livres de oxigénio e azoto que causam oxidação das membranas, proteínas e ácidos nucléicos. Estes processos promovem a libertação de factores pró-apoptóticos, como o citocrómio C, o factor indutor de apoptose (FIA), Smac-DIABLO e a endonuclease G, que activam mecanismos efectores da morte celular (Bouchier-Hayes et al. 2005d; VanderMitochondria play a vital role in maintaining calcium homeostasis in the cell, but excessive accumulation of mitochondrial calcium may result in loss of mitochondrial transmembrane potential (A ¥ m) and decoupling of the respiratory chain, increasing the formation of oxygen free radicals and nitrogen. Mitochondrial function compromise seriously the production of adenosine triphosphate (ATP), leading to the depletion of its reserves, the failure of ionic homeostasis and the regulation of calcium concentration (Nicholls 2004; Nicholls and Budd 1998). Oxidative stress and mitochondrial calcium overload may lead to the opening of the transient permeability pore of the mitochondria, allowing the passage of solutes and large molecules into the matrix (Isaev et al., 2005; Vieira et al., 2000). The consequent increase in mitochondrial size and rupture of its outer membrane leads to loss of mitochondrial function, production of free radicals of oxygen and nitrogen that cause oxidation of membranes, proteins and nucleic acids. These processes promote the release of pro-apoptotic factors, such as cytochrome C, apoptosis-inducing factor (FIA), Smac-DIABLO and G-endonuclease, which activate effector mechanisms of cell death (Bouchier-Hayes et al.
Heiden and Thompson 1999).Heiden and Thompson 1999).
As mitocôndrias têm sido vistas como protagonistas centrais na cadeia de eventos tóxicos devida à sobre-activação dos receptores do glutamato, causando perda da homeostase iónica e levando à morte neuronal (Bouchier-Hayes et al. 2005c; Vander Heiden and Thompson 1999; Nicholls and Ward 2000; Duchen 2004; Kushnareva et al. 2005). O papel fundamental da mitocôndria na manutenção do potencial redutor bioenergético, assim como a sua participação na decisão do destino celular, tornam este organelo um alvo precioso para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas contra patologias associadas a insultos 3 isquémicos e doenças neurodegenerativas como a doença de Alzheimer (Nicholls and Budd 1998; Bouchier-Hayes et al. 2005b; Duchen 2004; Mattson and Kroemer 2003; Won et al. 2002), uma vez que são eventos excitotóxicos os determinantes da morte neuronal.Mitochondria have been seen as central protagonists in the chain of toxic events due to the over-activation of glutamate receptors, causing loss of ionic homeostasis and leading to neuronal death (Bouchier-Hayes et al., 2005c; Vander Heiden and Thompson 1999; Nicholls and Ward 2000; Duchen 2004; Kushnareva et al., 2005). The fundamental role of mitochondria in maintaining the bioenergetic reducing potential, as well as their participation in the decision of cell fate, make this organelle a valuable target for the development of new therapeutic strategies against pathologies associated with ischemic insults and neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease (Nicholls and Budd 1998; Bouchier-Hayes et al., 2005b; Duchen 2004; Mattson and Kroemer 2003; Won et al., 2002), since excitotoxic events are the determinants of neuronal death.
Previamente, mostrámos que extractos de Hypericum perforatum enriquecidos com flavonóides (Silva et al. 2004b) são neuroprotectores contra a toxicidade induzida pela proteína β-amiloide em culturas primárias de neurónios do hipocampo de rato (Silva et al. 2004a).We have previously shown that extracts of flavonoid-enriched Hypericum perforatum extracts (Silva et al., 2004b) are neuroprotective against β-amyloid protein induced toxicity in primary cultures of rat hippocampal neurons (Silva et al., 2004a).
Existem também referências relativas ao facto de o H. perforatum ser eficaz num modelo animal de lesão de isquémia/reperfusão, reduzindo os sinais de danos fisiológicos e histológicos (de Paola et al. 2005). De facto, os flavonóides têm sido apontados como potencialmente eficazes na prevenção de danos celulares resultantes de acidentes cérebro-vasculares e na isquémia/reperfusão (Simonyi et ai. 2005; Dajas et ai. 2003;Zhao 2005). O extracto de Hypericum perforatum (Erva de S. João) é utilizado no tratamento de perturbações nervosas há muitos anos. A sua aplicação em casos de depressão e perturbações psico-autonómicas aumentou muito nos últimos anos devido aos resultados favoráveis de ensaios clínicos.There are also references to the fact that H. perforatum is effective in an animal model of ischemia / reperfusion injury, reducing the signs of physiological and histological damage (de Paola et al., 2005). In fact, flavonoids have been identified as potentially effective in preventing cell damage resulting from cerebrovascular accidents and ischemia / reperfusion (Simonyi et al., 2005; Dajas et al., 2003; Zhao 2005). The extract of Hypericum perforatum (St. John's Wort) has been used in the treatment of nerve disorders for many years. Its application in cases of depression and psycho-autonomic disorders has increased greatly in recent years due to favorable clinical trial results.
Foram publicados muitos trabalhos relacionados com a utilização de extractos de H. perforatum (EP599307, DE1919512, DE19714450, W09940905, US20010033872) , ou fracções contendo hiperforinas ou derivados (DE19903570, US20010020040), utilizados no tratamento e profilaxia de 4 depressão, demência e outras perturbações nervosas relacionadas.Many papers related to the use of extracts of H. perforatum (EP599307, DE1919512, DE19714450, W09940905, US20010033872), or fractions containing hyperforins or derivatives (DE19903570, US20010020040), used in the treatment and prophylaxis of depression, dementia and others have been published. related nervous disorders.
Recentementemente, a utilização de H. perforatum foi ponderada no tratamento da doença de Alzheimer e amiloidoses (US0020150637).Recently, the use of H. perforatum has been weighed in the treatment of Alzheimer's disease and amyloidoses (US0020150637).
Também já foi revelado que os extractos de H. perforatum e certos compostos como as hipericinas e hiperforinas podem ser utilizados como terapêutica dirigida aos canais de cálcio do tipo T em vários sistemas biológicos, implicados em vários processos, como o envelhecimento cerebral ou doenças neurodegenerativas (US20030207940).It has also been shown that extracts of H. perforatum and certain compounds such as hypericins and hyperforins can be used as therapy directed to T-type calcium channels in various biological systems, implicated in various processes such as cerebral aging or neurodegenerative diseases ( US20030207940).
Contudo, nenhum desses trabalhos refere os compostos do presente invento, nomeadamente a quercetina, campferol e biapigenina, como sendo utilizados no tratamento de doenças neurológicas, actuando em particular como compostos neuroprotectores. 0 presente invento está de facto relacionado com as propriedades neuroprotectoras dos compostos fenólicos presentes nos extractos do H. perforatum - quercetina, campferol e biapigenina - contra a excitotoxicidade, e ainda são descritas algumas associações destes agentes úteis como terapêutica.However, none of these works refer to the compounds of the present invention, namely quercetin, campperol and biapigenin, as being used in the treatment of neurological diseases, acting in particular as neuroprotective compounds. The present invention is in fact related to the neuroprotective properties of the phenolic compounds present in the extracts of H. perforatum quercetin, campferol and biapigenin against excitotoxicity, and some associations of these agents useful as therapeutics are also described.
RESUMO DO INVENTOSUMMARY OF THE INVENTION
Este invento descreve compostos de flavonóides (biapigenina, quercetina e campferol) com propriedades neuroprotectoras contra a degeneração neuronal induzida por proteína beta-amiloide e por excitotoxicidade, actuando por mecanismos anti-oxidantes e protectores das mitocôndrias, 5 retardando a falência da homeostase do cálcio induzida pela excitotoxicidade.This invention discloses flavonoid compounds (biapigenin, quercetin and campperol) with neuroprotective properties against neuronal degeneration induced by beta-amyloid protein and by excitotoxicity, acting by anti-oxidant and protective mechanisms of mitochondria, 5 retarding the failure of induced calcium homeostasis by excitotoxicity.
DESCRIÇÃO DO INVENTO 0 invento descreve formulações com biapigenina, com propriedades neuroprotectoras contra a degeneração neuronal induzida por excitotoxicidade e proteína beta-amiloide. São também descritas associações com biapigenina e outros flavonóides com os mesmos propósitos terapêuticos.DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention describes biapigenin formulations with neuroprotective properties against neuronal degeneration induced by excitotoxicity and beta-amyloid protein. Associations with biapigenin and other flavonoids for the same therapeutic purposes are also described.
Os compostos aqui descritos têm propriedades anti-oxidantes - tanto a biapigenina como outros flavonóides, nomeadamente a quercetina e o campferol-, que actuam a nível mitocondrial, protegendo-a da degeneração induzida pelo cálcio.The compounds described herein have anti-oxidant properties - both biapigenin and other flavonoids, namely quercetin and campferol, which act at the mitochondrial level, protecting it from calcium-induced degeneration.
As fórmulas descritas podem ser úteis no tratamento ou prevenção da degeneração neuronal causada por insultos cerebrais ou doenças neurodegenerativas, tanto em animais como em humanos.The formulations described may be useful in treating or preventing neuronal degeneration caused by brain insults or neurodegenerative diseases, both in animals and humans.
Alguns extractos de Hypericum perforatum contêm elevados níveis de flavonóides. Extraindo e caracterizando os compostos flavonóides presentes nas fracções neuroprotectoras do Hypericum perforatum, foram identificados três elementos fundamentais (quercetina, campferol e biapigenina, ΙΟμΜ cada, assim como uma mistura destes elementos (quercetina 21μΜ, campferol Ι,ΙμΜ, biapigenina 2,βμΜ).Some extracts of Hypericum perforatum contain high levels of flavonoids. The three fundamental elements (quercetin, campperol and biapigenin, ΙΟμΜ each, as well as a mixture of these elements (quercetin 21μΜ, campferol Ι, ΙμΜ, biapigenin 2, βμ identific) were identified and characterized by the flavonoid compounds present in the neuroprotective fractions of Hypericum perforatum.
Os mecanismos que providenciam a neuroprotecção contra a morte neuronal por excitotoxicidade (induzida por 6 cainato+NMDA ou por exposição ao péptido beta amilóide), envolvendo propriedades antioxidantes (quercetina e campferol) e protecção mitocondrial contra a degeneração induzida pelo cálcio (biapigenina). 0 efeito dos flavonóides no que diz respeito à neuroprotecção e ao atraso na desregulação induzida pelo cálcio foi avaliado em neurónios do hipocampo de ratos em cultura. As propriedades anti-oxidantes e mitoprotectoras da quercetina, campferol e biapigenina foram avaliadas nos terminais nervosos corticais de rato e em mitocôndrias isoladas de cérebro de rato. 0 primeiro composto do invento, a biapigenina, actua por mecanismos que protegem as mitocôndrias - mitoprotecção. Este composto está presente nas associações do presente invento numa concentração entre 0,1 e 50 μΜ.The mechanisms that provide neuroprotection against neuronal death by excitotoxicity (induced by 6 kainate + NMDA or by exposure to amyloid beta peptide), involving antioxidant properties (quercetin and campperol) and mitochondrial protection against calcium-induced degeneration (biapigenin). The effect of flavonoids with regard to neuroprotection and delay in calcium-induced deregulation was evaluated in hippocampal neurons of cultured rats. The anti-oxidant and mitoprotective properties of quercetin, campperol and biapigenin were evaluated in rat cortical nerve terminals and mitochondria isolated from rat brain. The first compound of the invention, biapigenin, acts by mechanisms that protect mitochondria - mitoprotection. This compound is present in the combinations of the present invention in a concentration between 0.1 and 50 μΜ.
Outras associações, no âmbito deste invento, contêm biapagenina e outros flavonóides, como a quercetina e o campferol. Estes compostos também se apresentam numa concentração individual entre 0,1 e 50 μΜ.Other combinations, within the scope of this invention, contain biapagenin and other flavonoids, such as quercetin and campperol. These compounds are also present in an individual concentration between 0.1 and 50 μΜ.
Estas associações mostram propriedades neuroprotectoras potentes contra insultos excitotóxicos, no tecido cerebral, tanto anti-oxidantes como preventivas da degeneração mitocondrial induzida pelo cálcio.These associations show potent neuroprotective properties against excitotoxic insults in brain tissue, both anti-oxidants and preventive of calcium-induced mitochondrial degeneration.
Numa formulação preferencial do presente invento, as suas associações devem conter uma concentração entre 0,1 e 50 μΜ de biapigenina, quercetina e campferol, actuando a nivel neurológico como neuroprotectores devido aos seus mecanismos anti-oxidantes e mitoprotectores. 7In a preferred formulation of the present invention, their combinations should contain a concentration between 0.1 and 50 μΜ of biapigenin, quercetin and campperol, acting neurologically as neuroprotectors because of their anti-oxidant and mitoprotective mechanisms. 7
As concentrações dos compostos superiores a 50μΜ revelaram neurotoxicidade; inferiores a Ο,ΙμΜ não revelaram qualquer efeito neuroprotector. 1 - Os compostos fenólicos presentes no H. perforatum são neuroprotectores contra a excitotoxicidade em neurónios do hipocampo em cultura A viabilidade neuronal foi avaliada após exposição dos neurónios do hipocampo em cultura a um estimulo agudo excitotóxico. A viabilidade diminui significativamente após exposição a ΙΟΟμΜ de cainato (KA) mais ΙΟΟμΜ de NMDA (55±1% após insulto excitotóxico contra 100±4% no grupo de controlo). A morte celular avaliada após 24 horas foi prevenida significativamente na presença de ΙΟμΜ de quercetina, campferol ou biapagenina, com viabilidades de 77+9%, 77+12% e 87+11% em relação ao grupo de controlo, respectivamente (Figura 1B).Concentrations of compounds greater than 50μΜ revealed neurotoxicity; lower than Ο, ΙμΜ did not reveal any neuroprotective effect. 1 - The phenolic compounds present in H. perforatum are neuroprotective against excitotoxicity in hippocampal neurons in culture Neuronal viability was assessed after exposure of hippocampal neurons in culture to acute excitotoxic stimulation. Feasibility decreases significantly after exposure to ΙΟΟμΜ kainate (KA) plus ΙΟΟμΜ NMDA (55 ± 1% after excitotoxic insult against 100 ± 4% in the control group). Cell death assessed after 24 hours was significantly prevented in the presence of ΙΟμΜ of quercetin, campperol or biapagenin, with viabilities of 77 ± 9%, 77 ± 12% and 87 ± 11%, respectively (Figure 1B) .
Foram também analisadas alterações na morfologia como sinal de degeneração nervosa. A imunofixação dirigida à proteína 2 associada a microtúbulo (MAP-2) revelou uma marcada degeneração dendrítica após exposição ao cainato e NMDA. Para além do mais, utilizou-se o MitoTracker Red CMXRos, que se acumula nas mitocôndrias polarizadas, para avaliar alterações na distribuição mitocondrial nas células neuronais. Após insultos excitotóxicos, verificou-se uma grande redistribuição de mitocôndrias parcialmente despolarizadas, com acumulação em grupos citoplasmáticos. A morfologia nuclear foi avaliada com a coloração Hoechst 33342, mostrando núcleos muito condensados em células expostas a cainato e NMDA. A exposição a ΙΟμΜ de biapagenina protegeu parcialmente os neurónios do efeito que as células manutenção da de marcadores deletério da agressão excitotóxica, uma vez mostraram menos distrofias dendríticas, fisiologia mitocondrial e reduzido número nucleares de morte celular (Figura 1C).Changes in morphology were also analyzed as a sign of nervous degeneration. Immunofixation directed to microtubule-associated protein 2 (MAP-2) revealed marked dendritic degeneration after exposure to kainate and NMDA. Furthermore, the MitoTracker Red CMXRos, which accumulates in polarized mitochondria, was used to evaluate changes in mitochondrial distribution in neuronal cells. After excitotoxic insults, a large redistribution of partially depolarized mitochondria with accumulation in cytoplasmic groups was observed. Nuclear morphology was evaluated with Hoechst 33342 staining, showing very condensed nuclei in cells exposed to kainate and NMDA. Exposure to ΙΟμΜ of biapagenin partially protected neurons from the effect that cells maintained on deleterious markers of excitotoxic aggression, once exhibited fewer dendritic dystrophies, reduced mitochondrial physiology and nuclear number of cell death (Figure 1C).
2 - Os compostos fenólicos presentes no H. perforatum atrasaram a desregulação na homeostasia do cálcio induzida pelo cainato e NMDA2 - The phenolic compounds present in H. perforatum delayed deregulation in calcium homeostasis induced by kainate and NMDA
As concentrações intracelulares de cálcio foram monitorizadas simultaneamente com o potencial transmembranar das mitocôndrias, utilizando a observação microscópica de cada célula isoladamente, em neurónios expostos a cainato e NMDA. Um protocolo similar ao dos ensaios de viabilidade foi utilizado para encontrar uma correlação entre a neuroprotecção pelos compostos fenólicos, a protecção por atraso na desregulação do cálcio e a melhoria na função mitocondrial. A figura 2A mostra imagens representativas de uma situação-controlo (micro-fluorescência Fura-2 e TMRM - éster metilico de tetrametilrodamina) para os períodos de tempo críticos da experiência. As alterações na fluorescência Fura-2 (índice de excitação 340/380nm) são mostradas no painel da esquerda, enquanto no painel da direita é mostrada a fluorescência TMRM. Todas as imagens foram obtidas no mesmo campo a diferentes períodos de tempo, como está indicado à esquerda. A perda da homeostase do cálcio (índice 340/380nm, desviando-se para a cor vermelha) correlacionou-se fortemente com uma diminuição significativa da fluorescência TMRM (fluorescência a 598nm, desvio para o negro) (r2= 0,96, n=6-8 experiências independentes, com uma média de 120 células por campo) . Após o insulto excitotóxico, uma percentagem significativa de células 9 perdeu a capacidade de preservar a homeostase do cálcio e mostrou uma desregulação retardada do cálcio. Expondo as células a ΙΟμΜ de quercetina ou biapigenina, os neurónios foram significativamente protegidos da desregulação retardada do cálcio (Figura 2B), sendo a biapagenina particularmente eficiente. 0 campferol foi o menos eficiente na protecção da desregulação retardada do cálcio. 3 - Efeito dos compostos fenólicos do H. perforatum na bioenergia mitocondrialIntracellular calcium concentrations were monitored simultaneously with the mitochondrial transmembrane potential, using microscopic observation of each cell alone, in neurons exposed to kainate and NMDA. A protocol similar to that of the viability assays was used to find a correlation between neuroprotection by phenolic compounds, protection by delay in calcium deregulation and improvement in mitochondrial function. Figure 2A shows representative images of a control-situation (Fura-2 microfluorescence and TMRM-tetramethylrhodamine methyl ester) for the critical time periods of the experiment. The changes in the Fura-2 fluorescence (excitation index 340 / 380nm) are shown in the left panel, while in the right panel is shown the TMRM fluorescence. All images were taken in the same field at different time periods, as indicated on the left. The loss of calcium homeostasis (index 340 / 380nm, shifting to red color) correlated strongly with a significant decrease in TMRM fluorescence (fluorescence at 598nm, black shift) (r2 = 0.96, n = 6-8 independent experiments, with an average of 120 cells per field). After excitotoxic insult, a significant percentage of cells 9 lost the ability to preserve calcium homeostasis and showed a delayed calcium deregulation. By exposing the cells to ΙΟμΜ of quercetin or biapigenin, neurons were significantly protected from delayed calcium deregulation (Figure 2B), with biapagenin being particularly efficient. Campperol was the least efficient in protecting delayed calcium deregulation. 3 - Effect of H. perforatum phenolic compounds on mitochondrial bioenergy
Os resultados obtidos em culturas neuronais e acima descritos levaram à identificação da mitocôndria como possível alvo envolvido nos efeitos neuroprotectores observados. Para testar esta hipótese, foram usadas fracções mitocondriais cerebrais isoladas, para investigar directamente o efeito da quercetina, campferol e biapigenina na bioenergética mitocondrial.The results obtained in neuronal cultures and described above led to the identification of mitochondria as a possible target involved in the observed neuroprotective effects. To test this hypothesis, isolated cerebral mitochondrial fractions were used to directly investigate the effect of quercetin, campperol and biapigenin on mitochondrial bioenergetics.
Como pode ser observado na figura 3, a quercetina e o campferol (ΙΟμΜ) não afectaram significativamente a captura de TPP nem a respiração. A incubação de mitocôndrias cerebrais por 3 minutos com biapigenina (ΙΟμΜ) afectou significativamente a despolarização e repolarização mitocondriais (Figura 3C-D). Por si mesma, a biapigenina não alterou significativamente a resposta dos eléctrodos ao TPP nem a capacidade respiratória, diminuindo significativamente o estádio 3 da respiração (30% redução). É de notar que o estádio 4 da respiração também sofreu um aumento (43%), que contribuiu ainda mais para a redução da taxa de controlo respiratório (TCR - parâmetro que reflecte o acoplamento entre a oxidação do substrato e a 10 fosforilação da adenosina difosfato (ADP), com uma diminuição de 47% comparativamente ao controlo). A respiração desacoplada foi inibida, o que sugere inibição da cadeia respiratória. Para além disso, a taxa ADP/O (que reflecte a eficiência da fosforilação) foi significativamente reduzida pela incubação com biapigenina (aproximadamente 30%). A eficiência fosforilativa foi também avaliada pelo tempo necessário às mitocôndrias para fosforilar o ADP (tempo de resposta significativamente reduzido pela biapigenina (inibição de 75% comparado com controlo, p<0,001 - dados não apresentados). 4 - A peroxidação lipidica mitocondrial está reduzida na presença de compostos fenólicos derivados do H. perforatum A peroxidação lipidica foi avaliada após exposição de mitocôndrias cerebrais isoladas ao par oxidante ADP/ferro. Os três compostos foram capazes de diminuir significativamente a peroxidação lipidica aferida quer pelo consumo de oxigénio quer pela produção de substâncias reactivas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) (Figura 4A E 4B, respectivamente). Na presença apenas de mitocôndrias (sem adição dos pro-oxidantes ou compostos protectores) não se verificou peroxidação significativa; o mesmo foi observado em mitocôndrias isoladas incubadas com ΙΟμΜ dos compostos. As propriedades anti-oxidantes dos compostos presentes no H. perforatum foram também avaliadas induzindo a peroxidação lipidica nas mitocôndrias enriquecidas em energia com succinato e depois expostas a ADP/ferro. A perda do sobretudo como resultado da perda da integridade de membrana, e consequente dissipação do gradiente protónico (Figura 5). O butilhidroxitolueno (BHT), conhecido inibidor da peroxidação lipidica, foi 11 utilizado com controlo e inibiu completamente a perda de ΔΨπ! contribuindo para a demonstração do envolvimento da peroxidação lipidica neste processo. A quercetina e o campferol foram muito eficientes na prevenção da perda do ΔΨη. A suplementação de energia a mitocôndrias pré-incubadas com biapigenina resultou numa hiperpolarização transitória antes do inicio da peroxidação. 5 - Efeitos dos compostos fenólicos derivados do H. perforatum na acumulação de cálcio A capacidade de acumulação de cálcio pelas mitocôndrias foi aferida utilizando duas abordagens diferentes. A captura de TPP+ foi avaliada na presença de cálcio como medição indirecta da capacidade de armazenamento de cálcio mitocondrial (Figuras 6Λ e 6B). As medições representativas são representadas no painel A, mostrando que a captura de TPP+ foi reduzida na presença de cálcio em comparação com o grupo controlo (Figura 6A e 6C). Dos três compostos testados, apenas a biapigenina foi capaz de proteger as mitocôndrias energizadas da perda de ΔΨ™ na presença de cálcio (Figura 6C) . A ciclosporina A foi utilizada como controlo positivo, uma vez que esta droga inibe a abertura do poro de permeabilidade transitório, dessensibilizando o poro ao cálcio (Halestrap 2006) e aumentando assim a capacidade de captura de cálcio pelas mitocôndrias. A acumulação de cálcio mitocondrial foi também avaliada em mitocôndrias enriquecidas em energia pelo uso de uma sonda de baixa afinidade sensivel ao cálcio, Calcium Green-5N, no meio de ensaio. As mitocôndrias foram suplementadas com energia por cálcio presente no meio de ensaio, e a 12 acumulação de cálcio foi seguida por uma diminuição da intensidade da fluorescência (reflectindo a diminuição de concentração de cálcio no meio e acumulação nas mitocôndrias). A representação gráfica é mostrada na Figura 1 A. Em adição aos resultados obtidos com o eléctrodo TPP+, (APm) , foi observado que a biapigenina diminui significativamente a acumulação de cálcio (Figura 7B) . Não foram observadas alterações significativas após incubação com quercetina e campferol. Por outro lado, a incubação com ciclosporina A aumentou significativamente a acumulação de cálcio mitocondrial, um efeito significativamente reduzido pela biapigenina (Figura 1B) . A eficiência de acumulação de cálcio pelas mitocôndrias como resposta a um aumento da concentração do cálcio citoplasmático (por exemplo, durante eventos excitotóxicos) foi avaliada adicionando pulsos de ΙΟμΜ de cálcio a mitocôndrias suplementadas com energia e em suspensão. A Figura 8 mostra o gráfico representativo da acumulação de cálcio no grupo controlo ou após incubação com biapigenina (ΙΟμΜ) . Como se pode observar, na presença de biapigenina as mitocôndrias mostraram uma menor capacidade de captura de cálcio.As can be seen in figure 3, quercetin and campperol (ΙΟμΜ) did not significantly affect either TPP capture or respiration. Incubation of cerebral mitochondria for 3 minutes with biapigenin (ΙΟμΜ) significantly affected mitochondrial depolarization and repolarization (Figure 3C-D). By itself, biapigenin did not significantly alter the electrode response to TPP or respiratory capacity, significantly decreasing breath stage 3 (30% reduction). It should be noted that breath stage 4 also increased (43%), which further contributed to the reduction of the respiratory control rate (TCR - parameter that reflects the coupling between substrate oxidation and phosphorylation of adenosine diphosphate (ADP), a decrease of 47% compared to control). Decoupled respiration was inhibited, suggesting inhibition of the respiratory chain. In addition, the ADP / O rate (reflecting the efficiency of phosphorylation) was significantly reduced by incubation with biapigenin (approximately 30%). Phosphorylation efficiency was also evaluated by time to mitochondria to phosphorylate ADP (response time significantly reduced by biapigenin (inhibition of 75% compared to control, p <0.001 - data not shown) 4 - Mitochondrial lipid peroxidation is reduced in presence of phenolic compounds derived from H. perforatum Lipid peroxidation was evaluated after exposure of isolated cerebral mitochondria to the ADP / iron oxidant pair The three compounds were able to significantly decrease the lipid peroxidation measured either by the oxygen consumption or the production of reactive substances in the presence of mitochondria (without the addition of the pro-oxidants or protective compounds), no significant peroxidation was observed, as was observed in isolated mitochondria incubated with ΙΟμΜ of the compounds. The anti-oxidant properties of the compounds present in H. perforatum were also evaluated by inducing lipid peroxidation in energy-enriched mitochondria with succinate and then exposed to ADP / iron. Loss of the overcoat as a result of loss of membrane integrity, and consequent dissipation of the proton gradient (Figure 5). Butylhydroxytoluene (BHT), known lipid peroxidation inhibitor, was used with control and completely inhibited ΔΨπ loss! contributing to the demonstration of the involvement of lipid peroxidation in this process. Quercetin and campperol were very efficient in preventing loss of ΔΨη. Energy supplementation to mitochondria preincubated with biapigenin resulted in transient hyperpolarization before the onset of peroxidation. 5 - Effects of H. perforatum-derived phenolic compounds on calcium accumulation The capacity of calcium accumulation by mitochondria was measured using two different approaches. TPP + capture was evaluated in the presence of calcium as an indirect measurement of mitochondrial calcium storage capacity (Figures 6Λ and 6B). Representative measurements are plotted in panel A, showing that TPP + capture was reduced in the presence of calcium compared to the control group (Figure 6A and 6C). Of the three compounds tested, only biapigenin was able to protect energized mitochondria from loss of ΔΨ ™ in the presence of calcium (Figure 6C). Cyclosporin A was used as a positive control, as this drug inhibits transient permeation pore opening by desensitizing the pore to calcium (Halestrap 2006) and thus enhancing the calcium-capturing ability of mitochondria. Mitochondrial calcium accumulation was also evaluated in energy-enriched mitochondria by the use of a Calcium Green-5N calcium-sensitive low-affinity probe in the assay medium. Mitochondria were supplemented with calcium energy present in the test medium, and calcium accumulation was followed by a decrease in fluorescence intensity (reflecting the decrease in calcium concentration in the medium and accumulation in the mitochondria). The graphical representation is shown in Figure 1A. In addition to the results obtained with the TPP + electrode, (APm), it was observed that biapigenin significantly decreased calcium accumulation (Figure 7B). No significant changes were observed after incubation with quercetin and campperol. On the other hand, incubation with cyclosporin A significantly increased the accumulation of mitochondrial calcium, a significantly reduced effect of biapigenin (Figure 1B). The efficiency of calcium accumulation by mitochondria as a response to an increase in cytoplasmic calcium concentration (eg during excitotoxic events) was assessed by adding ΙΟμΜ pulses of calcium to mitochondria supplemented with energy and in suspension. Figure 8 shows the graph representing the accumulation of calcium in the control group or after incubation with biapigenin (ΙΟμΜ). As can be observed, in the presence of biapigenin the mitochondria showed a lower calcium capture capacity.
6 - A biapigenina reduz a dissipação do potencial eléctrico transmembranar induzida por ADP, mas potência a hiperpolarização induzida por ADP 0 efeito de biapigenina na bioenergética mitocondrial foi avaliado pelo seguimento da captura de TPP+ em mitocôndrias isoladas de cérebro de rato, que representa uma estimativa indirecta do potencial eléctrico transmembranar 13 mitocondrial (ATm) , e pelo seguimento da respiração mitocondrial, avaliada por monitorização do consumo de oxigénio. Mitocôndrias isoladas de cérebro de rato (0.8 mg.ml-1) foram incubadas com várias concentrações de biapigenina. As mitocôndrias em repouso exibiam um ATV de -180.7 ± 2.3 mV. Numa concentração de ΙΟμΜ, a biapigenina diminuiu a despolarização induzida por ADP (125μΜ) (em 67,88%; p<0,05, quando comparada com o controlo) e aumentou significativamente a repolarização mitocondrial (em 371,7%; p<0,01, quando comparada com o controlo)(Figura 9).6 - Biapigenin reduces the dissipation of ADP-induced transmembrane electric potential, but potentiates the ADP-induced hyperpolarization The effect of biapigenin on mitochondrial bioenergetics was assessed by the follow-up of TPP + capture in mitochondria isolated from rat brain, which represents an indirect estimate of the mitochondrial transmembrane electrical potential (AT m), and by the mitochondrial respiration, evaluated by oxygen consumption monitoring. Isolated mouse brain mitochondria (0.8 mg.ml-1) were incubated with various concentrations of biapigenin. Resting mitochondria exhibited an ATV of -180.7 ± 2.3 mV. At a concentration of ΙΟμΜ, biapigenin decreased ADP-induced depolarization (125μΜ) (67.88%; p <0.05, as compared to control) and significantly increased mitochondrial repolarization (371.7%; 0.01, as compared to the control) (Figure 9).
7 - Os bloqueadores do translocador do nucleotideo adenina (ANT) inibem o efeito hiperpolarizante da biapigenina na presença de ADP7 - Adenine nucleotide translocator (ANT) blockers inhibit the hyperpolarizing effect of biapigenin in the presence of ADP
Os resultados acima relatados sugerem que a biapigenina pode exercer um efeito modulador no sistema fosforilativo. De maneira a identificar um possível alvo para a biapigenina, compararam-se os efeitos da biapigenina com moduladores conhecidos do sistema fosforilativo mitocondrial, a ATPsintetase e o translocador dos nucleótidos de adenosina (ANT). Observou-se que a hiperpolarização dependente do ADP induzida pela biapigenina não era afectada pela oligomicina (1 pg.ml-1, Figura 9D) , uma droga que inibe o fluxo de protões na subunidade F0 da ATPsintetase, embora o atractilosideo (40 μΜ) e o ácido bongkréquico (ΙβμΜ), inibidores do ANT, tenham sido capazes de prevenir o efeito observado (Figura 9F e 9H, respectivamente).The above reported results suggest that biapigenin may exert a modulatory effect on the phosphorylative system. In order to identify a possible target for biapigenin, the effects of biapigenin with known modulators of the mitochondrial phosphorylase system, ATPsintetase and the adenosine nucleotide translocator (ANT) were compared. Biapigenin-induced ADP-dependent hyperpolarization was observed to be unaffected by oligomycin (1 pg.ml-1, Figure 9D), a drug that inhibits proton flux in the F0 subunit of ATPsintetase, although the atractyloside (40 μΜ) and bongkrheic acid (ΙβμΜ), ANT inhibitors, were able to prevent the observed effect (Figure 9F and 9H, respectively).
8 - A biapigenina não afecta significativamente o aumento da respiração induzido pelo ADP 14 A respiração mitocondrial foi avaliada pela monitorização do consumo de oxigénio em mitocôndrias isoladas de cérebro de rato. As mitocôndrias (0,8mg.ml_1) foram enriquecidas em energia com succinato (8mM). Não foram observadas diferenças significativas no estádio 2 da respiração (respiração basal accionada pelo substrato) após uma pré-incubação de 3 minutos com biapigenina (ΙΟμΜ), atractilosideo (40μΜ), ácido bongkréquico (16μΜ) ou oligomicina (lpg.ml-1) . Apesar do efeito notório da biapigenina na despolarização induzida pelo ADP, a estimulação da respiração mitocondrial com ADP (estádio 3) não foi bloqueada pela biapigenina. Como era esperado, o actractilosideo e o ácido bongkréquico bloquearam a respiração no estádio 3. Os gráficos representativos das mitocôndrias controlo e das tratadas com biapigenina são apresentados na Figura 10A. A inibição do consumo de oxigénio estimulado pelo ADP e mediado pelo actractilosideo foi diminuída na presença de biapigenina (Figura 10B-C), um efeito que não foi observado com o ácido bongkréquico (Figura 10C). 9 - A biapigenina inibe a respiração desacoplada de FCCP em mitocôndrias energizadas. A respiração máxima desacoplada foi monitorizada após adição de FCCP (ΙμΜ) ao meio da reacção (gráficos representativos apresentados na figura 11A). A biapigenina diminuiu significativamente a estimulação da respiração mitocondrial induzida por FCCP (redução de 32%, p<0,05 quando comparado com o controlo; Figura 11A-B). 0 efeito da biapigenina na respiração desacoplada foi comparável ao do atractilosideo (40μΜ, Figura 11B). Em contraste, embora o ácido bongkréquico (16μΜ) per se não afectasse a respiração 15 desacoplada induzida por FCCP, a co-incubação com a biapigenina (ΙΟμΜ) diminui significativamente a respiração máxima induzida por FCCP (59%, p<0,001 comparado com controlo; Figura 11B). 10 - A biapigenina potência a hiperpolarização induzida8 - Biapigenin does not significantly affect the increase in ADP-induced respiration 14 Mitochondrial respiration was assessed by monitoring oxygen consumption in isolated mitochondria of rat brain. Mitochondria (0.8mg.ml_1) were enriched in energy with succinate (8mM). No significant differences were observed in basal respiration (basal respiration) after 3 minutes of pre-incubation with biapigenin (ΙΟμΜ), atractyloside (40μΜ), bongkréquic acid (16μΜ) or oligomycin (lpg.ml-1) . Despite the apparent effect of biapigenin on ADP-induced depolarization, the stimulation of mitochondrial respiration with ADP (stage 3) was not blocked by biapigenin. As expected, ac- chtyloside and bongkrequic acid blocked breath at stage 3. Representative graphs of control and biapigenin-treated mitochondria are shown in Figure 10A. Inhibition of ADP-stimulated and ac- tiletyl-mediated oxygen consumption was decreased in the presence of biapigenin (Figure 10B-C), an effect that was not observed with bongkreic acid (Figure 10C). 9 - Biapigenin inhibits the unbound breathing of FCCP in energized mitochondria. Maximum uncoupled respiration was monitored after addition of FCCP (ΙμΜ) to the reaction medium (representative graphs shown in Figure 11A). Biapigenin significantly decreased the stimulation of mitochondrial respiration induced by FCCP (32% reduction, p <0.05 compared to control; Figure 11A-B). The effect of biapigenin on decoupled respiration was comparable to that of atractiloside (40μΜ, Figure 11B). In contrast, although bongkrheic acid (16μΜ) per se did not affect FCCP-induced decoupled breathing, co-incubation with biapigenin (ΙΟμΜ) significantly decreased maximal FCCP-induced respiration (59%, p <0.001 compared to control ; Fig. 11B). 10 - Biapigenin potentiates induced hyperpolarization
pelo ATP A actividade da ATPase foi avaliada por monitorização da captura de tetrafenilfosfónio (TPP+) sob adição de ATP (3mM) na presença de 2μΜ de rotetona, reflectindo o potencial de membrana induzido pela hidrólise do ATP. Os gráficos representativos da captura de TPP+ são apresentados na Figura 12A. A biapigenina (ΙΟμΜ) aumentou significativamente ο ΔΨ™ gerado por adição de ATP (3mM) ao meio de reacção (30%, p<0,01, comparado com controlo; Figura 12A-B) . O atractilosideo (40 μΜ) e o ácido bongkréquico (16μΜ) reduziram significativamente a suplementação de energia mediada por ATP (12 e 30%, respectivamente). No enANTto, o atractilosideo foi incapaz de bloquear o efeito da biapigenina, enquanto o ácido bongkréquico inibiu significativamente o efeito hiperpolarizante da biapigenina na presença de ATP (Figura 12B) . A oligomicina (1 pg.ml-1) também inibiu o efeito da biapigenina na geração de ATm induzida por ATP (Figura 12B) . A actividade da ATPase foi também avaliada indirectamente pela monitorização das alterações do pH em mitocôndrias congeladas e descongeladas. A libertação de protões resulANTte da hidrólise do ATP devido à actividade da ATPase foi seguida após adição de 3mM de ATP às mitocôndrias. Em clara oposição aos resultados anteriores, 16 a actividade da ATPase foi significativamente diminuída na presença de biapigenina (16%, p<0,05 comparado com controlo; Figura 12C). 11 - A biapigenina reduz a actividade da ATPsintetase em mitocôndrias intactas A actividade da ATPsintetase foi avaliada em mitocôndrias suplementadas com energia na presença de biapigenina, atractilosídeo, ácido bongkréquico e oligomicina. A biapigenina (ΙΟμΜ) reduziu significativamente a actividade da ATPsintetase (redução de 40%; p<0,01 comparada com controlo; Figura 13B). O atractilosídeo (40μΜ), ácido bongkréquico (16μΜ) e a oligomicina (^g.ml-1), revelaram-se inibidores mais potentes da actividade da ATPsintetase que a biapigenina (reduções de 91, 96 e 99% respectivamente; p<0,001 comparado com controlo; Figura 13A) . A biapigenina (ΙΟμΜ) reduziu a taxa ADP/O e o tempo de resposta (medição do tempo requerido para a recuperação da despolarização induzida pelo ATP) em 26% e 79%, respectivamente.by ATP ATPase activity was assessed by monitoring the tetraphenylphosphonate (TPP +) capture under the addition of ATP (3mM) in the presence of 2μΜ roulette, reflecting the membrane potential induced by ATP hydrolysis. Representative TPP + capture plots are shown in Figure 12A. Biapigenin (ΙΟμΜ) significantly increased ΔΔ generated by the addition of ATP (3mM) to the reaction medium (30%, p <0.01, compared to control; Figure 12A-B). Atratilystoid (40 μΜ) and bongkréchic acid (16 μΜ) significantly reduced ATP-mediated energy supplementation (12 and 30%, respectively). At the same time, the atractiloside was unable to block the effect of biapigenin, whereas bongkreic acid significantly inhibited the hyperpolarizing effect of biapigenin in the presence of ATP (Figure 12B). Oligomycin (1 pg.ml-1) also inhibited the effect of biapigenin on the generation of ATP induced AT m (Figure 12B). ATPase activity was also evaluated indirectly by monitoring pH changes in frozen and thawed mitochondria. Proton release resulting from ATP hydrolysis due to ATPase activity was followed after addition of 3 mM ATP to the mitochondria. In clear opposition to previous results, 16 ATPase activity was significantly decreased in the presence of biapigenin (16%, p <0.05 compared to control; Figure 12C). 11 - Biapigenin reduces ATPsintetase activity in intact mitochondria ATPsintetase activity was evaluated in mitochondria supplemented with energy in the presence of biapigenin, atractyloside, bongkreic acid and oligomycin. Biapigenin (ΙΟμΜ) significantly reduced ATPsintetase activity (40% reduction, p <0.01 compared to control, Figure 13B). Atracyteside (40 μΜ), bongkreic acid (16 μΜ) and oligomycin (μg ml -1) were found to be more potent inhibitors of ATPsintetase activity than biapigenin (reductions of 91, 96 and 99% respectively; p <0.001 compared to control; Figure 13A). Biapigenin (ΙΟμΜ) reduced the ADP / O rate and response time (time measurement required for recovery of ATP-induced depolarization) by 26% and 79%, respectively.
12 - A biapigenina e os inibidores do ANT diminuem a síntese de ATP12 - Biapigenin and ANT inhibitors decrease the synthesis of ATP
Para confirmar um possível efeito inibidor da biapigenina na síntese do ATP, foram medidos os níveis de nucleótidos da adenosina após um ciclo de fosforilação completo, que se traduziu em cerca de um minuto, após adição de ADP a mitocôndrias enriquecidas em energia (o tempo médio requerido pelas mitocôndrias controlo para a fosforilação do ADP adicionado). A biapigenina (ΙΟμΜ) inibiu significativamente a síntese de ATP (redução de 82%; 17 p<0,001 comparado com o controlo). 0 atractilosídeo (40μΜ), o ácido bongkréquico (ΙβμΜ) e a oligomicina (lpg.ml-1) inibiram significativamente a síntese de ATP (redução de 83, 95 e 94%, respectivamente; p<0,001, comparado com o controlo). 13 - A biapigenina diminui a acumulação de cálcio A capacidade mitocondrial de acumulação de cálcio foi avaliada em mitocôndrias enriquecidas em energia pelo uso de uma sonda de baixa afinidade sensível ao cálcio, Calcium Green-5N. As mitocôndrias (O^mg-ml"1) foram suplementadas em energia com succinato na presença de 15μΜ de CaCl2 e lOOnM de Calcium Green-5N no meio de ensaio. A acumulação de cálcio mitocondrial foi registada seguindo a diminuição na intensidade da fluorescência (reflecte a diminuição de cálcio no meio e acumulação nas mitocôndrias) . As concentrações de biapigenina, atractilosídeo e ácido bongkréquico foram ajustadas à quantidade de proteínas utilizada, para que os dados pudessem ser comparados entre protocolos experimentais diferentes, com diferentes concentrações protéicas. Os gráficos representativos são apresentados na Figura 14A-C. A biapigenina (ΙΟμΜ) reduziu significativamente a acumulação de cálcio. Após incubação com ciclosporina A (Ο,βμΜ), verificou-se um aumento na capacidade de acumulação de cálcio. A biapigenina conseguiu prevenir o efeito da ciclosporina A na acumulação de cálcio (Figura 14A e 14D).To confirm a possible inhibitory effect of biapigenin on ATP synthesis, nucleotide levels of adenosine were measured after a complete phosphorylation cycle, which translated in about one minute, after addition of ADP to energy enriched mitochondria (the mean time required by control mitochondria for phosphorylation of ADP added). Biapigenin (ΙΟμΜ) significantly inhibited ATP synthesis (82% reduction; 17 p <0.001 compared to the control). (40μΜ), bongkréchic acid (ΙβμΜ) and oligomycin (lpg.ml-1) significantly inhibited ATP synthesis (reduction of 83, 95 and 94%, respectively, p <0.001, compared to the control). 13 - Biapigenin Decreases Calcium Accumulation Calcium accumulation mitochondrial capacity was evaluated in energy-enriched mitochondria by the use of a Calcium Green-5N calcium-sensitive low affinity probe. The mitochondria (0.5 mg-ml " 1) were supplemented with succinate energy in the presence of 15μΜ CaCl₂ and 100æM Calcium Green-5N in the assay medium. Mitochondrial calcium accumulation was recorded following the decrease in fluorescence intensity (reflects the decrease of calcium in the medium and accumulation in mitochondria). The concentrations of biapigenin, atractyloside and bongkreic acid were adjusted to the amount of protein used, so that the data could be compared between different experimental protocols with different protein concentrations. Representative graphs are shown in Figure 14A-C. Biapigenin (ΙΟμΜ) significantly reduced calcium accumulation. After incubation with cyclosporin A (Ο, βμΜ), there was an increase in calcium accumulation capacity. Biapigenin was able to prevent the effect of cyclosporin A on calcium accumulation (Figure 14A and 14D).
Para verificar se o efeito da biapigenina no máximo da acumulação de cálcio era devido a uma diminuição da captura de cálcio ou a um aumento do efluxo, foi avaliado o efluxo de cálcio nas mitocôndrias suplementadas com energia. As 18 mitocôndrias suplementadas em energia com succinato (8μΜ) foram expostas a um único pulso de 40μΜ de CaCl2 (Figura 15A-E, indicado pela seta estreita). Foram utilizadas duas abordagens para testar o efeito da biapigenina. Na primeira, ΙΟμΜ de biapigenina foram pré-incubados por 3 minutos antes do pulso de cálcio; na segunda, um pulso de biapigenina foi adicionado 1 minuto após o pulso de cálcio (para avaliar um efeito directo no efluxo de cálcio Figura 15A). A pré-incubação com ΙΟμΜ de biapigenina reduziu a acumulação máxima de cálcio (Figura 15A), enquanto a adição de biapigenina (ΙΟμΜ) a mitocôndrias com a capacidade máxima de cálcio induziu o efluxo de cálcio, como pode ser observado na Figura 15A. Embora o ácido bongkréquico (ΙβμΜ) tenha aumentado a acumulação máxima de cálcio na presença de biapigenina, foi insuficiente para prevenir o efluxo de cálcio induzido pela biapigenina (Figura 15B). 0To verify if the effect of biapigenin at the maximum calcium accumulation was due to a decrease in calcium uptake or an increase in efflux, the calcium efflux in mitochondria supplemented with energy was evaluated. The 18 mitochondria supplemented with succinate energy (8μΜ) were exposed to a single pulse of 40μΜ CaCl2 (Figure 15A-E, indicated by the narrow arrow). Two approaches were used to test the effect of biapigenin. At first, ΙΟμΜ of biapigenin were preincubated for 3 minutes before the calcium pulse; in the second, a pulse of biapigenin was added 1 minute after the calcium pulse (to assess a direct effect on calcium efflux Figure 15A). Pre-incubation with ΙΟμΜ of biapigenin reduced the maximum accumulation of calcium (Figure 15A), while the addition of biapigenin (ΙΟμΜ) to mitochondria with the maximum calcium capacity induced calcium efflux, as can be observed in Figure 15A. Although bongkreic acid (ΙβμΜ) increased the maximum calcium accumulation in the presence of biapigenin, it was insufficient to prevent calcium efflux induced by biapigenin (Figure 15B). 0
atractilosideo (40 μΜ) sozinho aumentou o efluxo de cálcio (Figura 15C) e quando co-incubado com a biapigenina o efeito foi aparentemente aditivo (Figura 15C) . A ciclosporina A (Ο,βμΜ) reduziu o efluxo de cálcio induzido pela biapigenina (Figura 15D), enquanto o ADP (125μΜ) mais oligomicina (lpg.ml-1) aboliram completamente os efeitos da biapigenina na acumulação e efluxo de cálcio (Figura 15E). 14. Uma nova formulação com propriedades neuroprotectoras Tirando partido das propriedades neuroprotectoras dos três flavonóides descritos no presente trabalho (biapigenina, quercetina e campferol), desenvolvemos uma nova formulação com fortes propriedades neuroprotectoras contra a degeneração neuronal induzida pelo péptido beta amilóide (Figura 16A) e contra insultos excitotóxicos (Figura 16B), 19 avaliados tanto pelos aspectos morfológicos de neuroprotecção como pelo ensaio viabilidade/morte celular utilizando sytol3-PI. A nova associação descrita no presente trabalho é neuroprotectora e isenta de efeitos tóxicos nos neurónios de hipocampo de rato em cultura. A composição da nova formulação foi baseada na nossa caracterização prévia de uma fracção neuroprotectora isolada a partir de extractos de Hypericum perforatum (fracção V5) na qual observámos três flavonóides principais: quercetina, campferol e biapigenina (Silva et al., 2004a). A vantagem mais óbvia da nova formulação está relacionada com o controlo da concentração efectiva dos compostos individuais e a inexistência de outros possíveis contaminantes tóxicos presentes na fracção V5 original. A morte neuronal devida à excitotoxicidade está associada a um influxo maciço de cálcio, perda da homeostase iónica e disfunção mitocondrial, que usualmente precedem a morte celular (Stout et ai. 1998). As mitocôndrias são organelos importantes para a homeostase do cálcio, especialmente quando existem elevadas concentrações citoplasmáticas de cálcio, resultado de agressões patológicas ou de stress celular (Isaev et al. 2005; Kristian and Siesjo 1998;Nicholls 2002;Saris and Carafoli 2005; Weber 2004). O cálcio que entra pelos receptores do glutamato é expulso da célula principalmente pelo translocador Na+/Ca2+ - (NCX) (Bano et ai. 2005b), mas também pode ser acumulado pelas mitocôndrias presentes na vizinhança de receptores de membrana (Peng and Greenamyre 1998;Weber 2004), tendo possivelmente um papel importante na defesa da célula contra o excessivo aumento da concentração citoplasmática 20 de cálcio. Contudo, após activação da calpaína induzida pelo cálcio, o NCX pode ser clivado pela actividade proteolitica das calpainas (Bano et al. 2005a).(40 μΜ) alone increased calcium efflux (Figure 15C) and when co-incubated with biapigenin the effect was apparently additive (Figure 15C). Cyclosporin A (Ο, βμΜ) reduced biapigenin-induced calcium efflux (Figure 15D), whereas ADP (125μΜ) plus oligomycin (lpg.ml-1) completely abolished the effects of biapigenin on calcium accumulation and efflux. 15E). A novel formulation with neuroprotective properties Taking advantage of the neuroprotective properties of the three flavonoids described in the present study (biapigenin, quercetin and campperol), we developed a new formulation with strong neuroprotective properties against amyloid beta peptide-induced neuronal degeneration (Figure 16A) and against excitotoxic insults (Figure 16B), 19 evaluated both by the morphological aspects of neuroprotection and by the viability / cell death assay using sytol3-PI. The new association described in the present work is neuroprotective and free of toxic effects on rat hippocampal neurons in culture. The composition of the new formulation was based on our previous characterization of a neuroprotective fraction isolated from extracts of Hypericum perforatum (fraction V5) in which we observed three main flavonoids: quercetin, campferol and biapigenin (Silva et al., 2004a). The most obvious advantage of the novel formulation is related to the control of the effective concentration of the individual compounds and the absence of other possible toxic contaminants present in the original V5 moiety. Neuronal death due to excitotoxicity is associated with a massive influx of calcium, loss of ionic homeostasis, and mitochondrial dysfunction, which usually precede cell death (Stout et al., 1998). Mitochondria are important organelles for calcium homeostasis, especially when there are high cytoplasmic concentrations of calcium, a result of pathological aggression or cell stress (Isaev et al., 2005; Kristian and Siesjo 1998, Nicholls 2002, Saris and Carafoli 2005, Weber 2004). ). Calcium that enters the glutamate receptors is expelled from the cell mainly by the Na + / Ca2 + - translocator (NCX) (Bano et al., 2005b), but can also be accumulated by the mitochondria present in the vicinity of membrane receptors (Peng and Greenamyre 1998; Weber 2004), possibly having an important role in the defense of the cell against the excessive increase of the cytoplasmic concentration of calcium. However, after activation of calcium-induced calpain, NCX can be cleaved by the proteolytic activity of calpainas (Bano et al., 2005a).
Se a concentração intracelular de cálcio aumenta acima de um determinado limiar critico, as mitocôndrias perdem a capacidade de manter a homeostasia do cálcio e a disfunção mitocondrial ocorre. A disfunção mitocondrial envolve a indução de uma transição de permeabilidade, que leva ao aumento da mitocôndria e ruptura da membrana mitocondrial externa, libertando factores pró-apoptóticos que desencadeiam processos de morte celular (Bouchier-Hayes et al. 2005a;Vander Heiden and Thompson 1999).If the intracellular calcium concentration increases above a certain critical threshold, the mitochondria lose the ability to maintain calcium homeostasis and mitochondrial dysfunction occurs. Mitochondrial dysfunction involves the induction of a permeability transition, which leads to increased mitochondria and rupture of the outer mitochondrial membrane, releasing pro-apoptotic factors that trigger cell death processes (Bouchier-Hayes et al., 2005a Vander Heiden and Thompson 1999 ).
Os compostos fenólicos quercetina, campferol e biapigenina, presentes nos extractos do H. perforatum revelaram capacidade de proteger significativamente neurónios do hipocampo em cultura contra um insulto excitotóxico com cainato mais NMDA (FiguralB e Figura 1 C). Para além disso, a pré-incubação com estes compostos não teve nenhum efeito aparente na subida imediata de cálcio devida à estimulação com cainato e NMDA, sugerindo não existirem efeitos aparentes no influxo de cálcio ou no seu recrutamento de outros armazéns intracelulares. A observação microscópica de cada célula isoladamente providenciou evidência de um efeito protector dos compostos sob investigação, uma vez que eles foram capazes de proteger parcialmente os neurónios da desregulação retardada do cálcio (Figura 2B).The phenolic compounds quercetin, campperol and biapigenin present in the extracts of H. perforatum revealed the ability to significantly protect neurons from the cultured hippocampus against an excitotoxic insult with kainate plus NMDA (FiguralB and Figure 1C). In addition, preincubation with these compounds had no apparent effect on the immediate rise in calcium due to stimulation with kainate and NMDA, suggesting no apparent effects on calcium influx or its recruitment from other intracellular stores. Microscopic observation of each cell alone provided evidence of a protective effect of the compounds under investigation, since they were able to partially protect neurons from delayed calcium deregulation (Figure 2B).
Para além do mais, a desregulação do cálcio encontra-se fortemente associada com uma perda completa do potencial eléctrico transmembranar da mitocôndria, sugerindo uma associação estreita entre os dois eventos. 21 0 tratamento com biapigenina levou a uma protecção significativa das células com desregulação precoce do cálcio e para além disso, diminuiu o número total de células sem homeostase do cálcio. Estes resultados foram ainda confirmados pelos dados dos ensaios de viabilidade celular medidos 24 horas após a agressão excitotóxica (cainato mais NMDA), tendo a biapigenina reduzido significativamente a morte neuronal. A evidência da literatura não é conclusiva acerca do papel do stress oxidativo como causa ou consequência da disfunção mitocondrial na excitotóxicidade. Não é certo que a disfunção mitocondrial resultante de um excesso de captura de cálcio seja responsável por um aumento da geração de radicais livres de oxigénio (RLO), ou se a geração de RLO cálcio-dependente está associada com mecanismos tóxicos responsáveis pela falência mitocondrial. (Kiedrowski and Costa 1995;Lafon-Cazal et al. 1993;Reynolds and Hastings 1995;Weber 2004) A quercetina e o campferol são considerados bons anti-oxidantes (Cotelle 2001;Ishige et al. 2001/Jovanovic and Simic 2000;Rice-Evans 2001).Furthermore, calcium deregulation is strongly associated with a complete loss of the mitochondrial transmembrane electrical potential, suggesting a close association between the two events. Treatment with biapigenin led to significant cell protection with early calcium deregulation and in addition, decreased the total number of cells without calcium homeostasis. These results were further confirmed by data from the cell viability assays measured 24 hours after excitotoxic aggression (kainate plus NMDA), and biapigenin significantly reduced neuronal death. Evidence from the literature is inconclusive about the role of oxidative stress as a cause or consequence of mitochondrial dysfunction in excitotoxicity. It is not certain that mitochondrial dysfunction resulting from an excess of calcium capture is responsible for an increase in the generation of oxygen free radicals (RLO), or if the generation of calcium-dependent RLO is associated with toxic mechanisms responsible for mitochondrial failure. (Kierkegaard and Costa 1995, Lafon-Cazal et al 1993, Reynolds and Hastings 1995; Weber 2004) Quercetin and campperol are considered to be good anti-oxidants (Cotelle 2001; Ishige et al., 2001 Jovanovic and Simic 2000; Rice- Evans 2001).
Estudos prévios revelaram que ambos os compostos são inibidores eficazes da peroxidação lipídica (Filipe et al. 2001;0zgova et ai. 2003/Peng and Kuo 2003/Schroeter et ai. 2001). Em concordância, também observámos que a quercetina e o campferol são fortes inibidores da peroxidação das membranas mitocondriais (Figuras 4 e 5). Alguns estudos com mitocôndrias hepáticas apontaram a quercetina como um potente inibidor da respiração mitocondrial e um potente inibidor da transição da permeabilidade de membrana mitocondrial (Dorta et al. 2005/Santos et al. 1998). 22Previous studies have shown that both compounds are effective inhibitors of lipid peroxidation (Filipe et al., 2001; Ozgova et al., 2003 / Peng and Kuo 2003 / Schroeter et al., 2001). In agreement, we also observed that quercetin and campperol are strong inhibitors of the peroxidation of mitochondrial membranes (Figures 4 and 5). Some studies with hepatic mitochondria have pointed to quercetin as a potent inhibitor of mitochondrial respiration and a potent inhibitor of mitochondrial membrane permeability transition (Dorta et al., 2005; Santos et al., 1998). 22
Contudo, deve ser salientado que os efeitos inibitórios relatados nos estudos com mitocôndrias hepáticas foram observados para concentrações significativamente mais elevadas que aquelas utilizadas no nosso estudo. Foi reportado que a quercetina e o campferol têm um efeito inibidor na actividade da ATPase/ATPsintetase mitocondrial. Mais uma vez, estes efeitos foram observados utilizando concentrações mais elevadas de ambos os compostos (Zen and Ramirez 2 0 0 0) .However, it should be noted that the inhibitory effects reported in studies with hepatic mitochondria were observed at concentrations significantly higher than those used in our study. Quercetin and campperol have been reported to have an inhibitory effect on mitochondrial ATPase / ATPsintetase activity. Again, these effects were observed using higher concentrations of both compounds (Zen and Ramirez 2 0 0 0).
Montero e colegas relataram um efeito significativo do campferol na captura do cálcio mitocondrial, envolvendo a activação do transportador unidireccional de cálcio em células HeLa; este efeito foi menos pronunciado quando a quercetina foi testada (Montero et al. 2004). Os nossos dados resulANTtes da observação microscópica de cada célula isoladamente indicam que o campferol não é eficaz na prevenção da desregulação retardada do cálcio, em contraste com a quercetina que provou ser protectora. Por outro lado, ambos os compostos foram significativamente neuroprotectores contra a degeneração neuronal induzida por excitotoxicidade, sugerindo que o principal mecanismo por detrás da neuroprotecção pode estar relacionado com propriedades anti-oxidantes. Foi recentemente demonstrado que o eficiente composto neuroprotector biapigenina (agora apresentado) tem fortes propriedades anti-oxidantes (Cakir et al. 2003;Conforti et al. 2002;Couladis et al. 2002).Montero and colleagues reported a significant effect of campferol on the capture of mitochondrial calcium, involving the activation of the unidirectional calcium transporter in HeLa cells; this effect was less pronounced when quercetin was tested (Montero et al., 2004). Our data resulting from the microscopic observation of each cell alone indicate that campperol is not effective in preventing delayed calcium deregulation, in contrast to quercetin which has proved to be protective. On the other hand, both compounds were significantly neuroprotective against neuronal degeneration induced by excitotoxicity, suggesting that the main mechanism behind neuroprotection may be related to anti-oxidant properties. It has recently been shown that the efficient neuroprotective compound biapigenin (now presented) has strong anti-oxidant properties (Cakir et al., 2003; Couladis et al., 2002).
As propriedades anti-oxidantes dos compostos testados no presente estudo podem contribuir para manter as propriedades estruturais e funcionais da cadeia respiratória mitocondrial, essencial para o funcionamento mitocondrial e geração da força protónica. Para além disso 23 também observámos que as propriedades anti-oxidantes dos compostos testados são eficientes contra a peroxidação lipidica causada pelo stress oxidativo induzido em mitocôndrias enriquecidas e não enriquecidas em energia. 0 efeito hiperpolarizante observado após incubação das mitocôndrias com biapigenina pode contribuir para a inferior capacidade anti-oxidante deste composto em mitocôndrias enriquecidas em energia, comparativamente com a forte protecção observada após indução de stress oxidativo em mitocôndrias não enriquecidas em energia. Contudo, a protecção conferida pela biapigenina contra o declínio do potencial transmembranar foi muito similar à observada no caso da ciclosporina A, bem conhecida inibidora da abertura do poro de permeabilidade transitório (Halestrap 2006); por outro lado, os perfis exibidos pela quercitina e campferol eram muito mais próximos do BHT, um potente inibidor da peroxidação lipidica, evidenciando possíveis diferenças nos mecanismos neuroprotectores accionados pela quercetina/campferol e pela biapigenina.The anti-oxidant properties of the compounds tested in the present study may contribute to maintain the structural and functional properties of the mitochondrial respiratory chain, essential for mitochondrial functioning and the generation of protonic force. Furthermore, we have also observed that the anti-oxidant properties of the tested compounds are effective against lipid peroxidation caused by oxidative stress induced in enriched and non-enriched mitochondria. The hyperpolarizing effect observed after incubation of mitochondria with biapigenin may contribute to the lower antioxidative capacity of this compound in energy enriched mitochondria, compared to the strong protection observed after induction of oxidative stress in non-enriched mitochondria. However, the protection conferred by biapigenin against the decline in transmembrane potential was very similar to that observed in the case of well-known transient permeation pore-opening inhibitor cyclosporin A (Halestrap 2006); On the other hand, the profiles exhibited by quercitina and campferol were much closer to BHT, a potent inhibitor of lipid peroxidation, evidencing possible differences in the neuroprotective mechanisms activated by quercetin / campperol and biapigenin.
Como já foi referido, a excitotoxicidade está claramente associada ao aumento da concentração intracelular de cálcio e ao compromisso da função mitocondrial. Seo et al. relataram que um potencial de membrana mitocondrial e um potencial redox elevados reduziam a acumulação de cálcio intracelular e a morte neuronal após activação dos receptores NMDA. Um potencial transmembranar elevado pode contribuir para o aumento da síntese de ATP, importante para a extrusão de cálcio enquanto um potencial redox elevado pode ser responsável pela destoxificação dos RLO (Seo et al. 1999) . Pode-se pôr a hipótese de a hiperpolarização induzida pela biapigenina poder estar também associada a um aumento da produção de ATP, 24 contribuindo portanto para o aumento da extrusão de ATP e cálcio. A biapigenina parece interferir com os mecanismos fosforilativos mitocôndriais, reduzindo significativamente a despolarização induzida pelo ADP e o tempo requerido para fosforilar ADP adicionado. Para além disso, a taxa adenosina difosfato/oxigénio (ADP/O), que reflecte a eficiência da fosforilação, também foi significativamente reduzida após incubação com biapigenina. A acumulação de cálcio mitocondrial depende tanto da taxa de captura como do efluxo de cálcio. Um aumento da libertação de cálcio pode ser consequência da indução da permeabilidade mitocondrial de transição (PMT), activada pela excessiva acumulação de cálcio e pelo stress oxidativo. A abertura sustentada da PMT é prevenida nas mitocôndrias totalmente polarizadas ou na presença de anti-oxidantes (Brookes et al. 2004b;Vieira et al. 2000). A biapigenina reduz a capacidade de acumulação de cálcio quando avaliada directamente com uma sonda fluorescente (Calcium Green-5N), o que pode explicar a sua capacidade de aumentar o potencial de membrana máximo obtido na presença de cálcio. Os dados obtidos a partir da acumulação de cálcio mitocondrial apontam para um efeito interessante da biapigenina, que pode também ajudar a explicar a neuroprotecção observada nas células neuronais. Este grupo de resultados sugere que a biapigenina contribui para a manutenção do potencial de membrana mitocondrial na presença de cálcio por um mecanismo que pode envolver a modulação da acumulação de cálcio pelas mitocôndrias. Esta hipótese é suportada pela redução da acumulação de cálcio em mitocôndrias incubadas com ciclosporina A (portanto, com o poro de permeabilidade transitória inibido). Outra explicação possivel para o fenómeno poderia ser a de que a 25 biapigenina pode aumentar a taxa de extrusão de cálcio. Estas possibilidades serão discutidas mais à frente no presente trabalho.As already mentioned, excitotoxicity is clearly associated with increased intracellular calcium concentration and compromised mitochondrial function. Seo et al. reported that high mitochondrial membrane potential and redox potential reduced intracellular calcium accumulation and neuronal death after activation of NMDA receptors. A high transmembrane potential may contribute to increased ATP synthesis, important for calcium extrusion while high redox potential may be responsible for detoxification of RLOs (Seo et al., 1999). It can be hypothesized that the hyperpolarization induced by biapigenin may also be associated with an increase in ATP production, 24 thus contributing to the increase in the extrusion of ATP and calcium. Biapigenin appears to interfere with mitochondrial phosphorylative mechanisms, significantly reducing ADP-induced depolarization and the time required to phosphorylate ADP. In addition, the adenosine diphosphate / oxygen (ADP / O) rate, which reflects the efficiency of phosphorylation, was also significantly reduced following incubation with biapigenin. The accumulation of mitochondrial calcium depends on both the rate of capture and the efflux of calcium. An increase in calcium release may be a consequence of the induction of mitochondrial transition permeability (PMT), activated by excessive calcium accumulation and oxidative stress. The sustained release of PMT is prevented in fully polarized mitochondria or in the presence of anti-oxidants (Brookes et al., 2004b; Vieira et al., 2000). Biapigenin reduces calcium accumulation capacity when evaluated directly with a fluorescent probe (Calcium Green-5N), which may explain its ability to increase the maximum membrane potential obtained in the presence of calcium. The data obtained from the accumulation of mitochondrial calcium point to an interesting effect of biapigenin, which may also help to explain the neuroprotection observed in neuronal cells. This group of results suggests that biapigenin contributes to the maintenance of mitochondrial membrane potential in the presence of calcium by a mechanism that may involve the modulation of calcium accumulation by mitochondria. This hypothesis is supported by the reduction of calcium accumulation in mitochondria incubated with cyclosporin A (therefore, with the pore of inhibited transient permeability). Another possible explanation for the phenomenon could be that biapigenin may increase the rate of calcium extrusion. These possibilities will be discussed later in this paper.
Novas estratégias terapêuticas contra várias formas de lesão neuronal ou cardíaca (Belisle and Kowaltowski 2002; Kristal et al. 2004; Wu et ai. 2006; Halestrap et al. 2007) podem envolver a inibição directa da proteína tirosina fosfatase mitocondrial (PTPm) por agentes como a ciclosporina A e possivelmente o diazóxido, ou a inibição indirecta, por redução do stress oxidativo e/ou sobrecarga mitoncondrial de cálcio. A ciclosporina A liga-se à ciclofilina D, que interage com o ANT, facilitando um rearranjo deste, induzido por cálcio, numa conformação em poro (Halestrap et al. 2002). Assim, a ciclosporina A aumenta a capacidade de acumulação de cálcio mitocondrial, inibindo a abertura do PTPm. O diazóxido tem como alvo o sistema fosforilativo e foi relatado que é neuroprotector em modelos de neurotoxicidade in vitro (Kowaltowski et al. 2006) e em modelos de isquémia-reperfusão in vivo (Murata et al. 2001; Teshima et al. 2003). Para além disso o diazóxido também inibe a degradação do ATP durante a fase isquémica, não tendo efeitos deletérios nas mitocôndrias normais (Comelli et al. 2007). Pode parecer algo controversa a ideia de que a inibição da fosforilação mitocondrial pode resultar em neuroprotecção, especialmente porque em condições fisiológicas as células necessitam criticamente da síntese de ATP. Contudo, sob condições de stress, com falência da função mitocondrial, como em eventos excitotóxicos ou de isquémia-reperfusão, foi descrito que inibidores do sistema fosforilativo podem ser neuroprotectores. 26In the present study, the effect of the inhibition of the mitochondrial protein tyrosine phosphatase (PTPm) on the inhibition of the inhibitory activity of the cytochrome P450 protein such as cyclosporin A and possibly diazoxide, or indirect inhibition, by reduction of oxidative stress and / or mitoncondrial calcium overload. Cyclosporin A binds to cyclophilin D, which interacts with ANT, facilitating a calcium-induced rearrangement of this in a pore conformation (Halestrap et al., 2002). Thus, cyclosporin A increases the mitochondrial calcium accumulation capacity, inhibiting the opening of PTPm. Diazoxide targets the phosphorylative system and has been reported to be neuroprotective in in vitro neurotoxicity models (Kowaltowski et al., 2006) and in in vivo ischemia-reperfusion models (Murata et al., 2001; Teshima et al., 2003). In addition, diazoxide also inhibits the degradation of ATP during the ischemic phase, and does not have deleterious effects on normal mitochondria (Comelli et al., 2007). It may seem somewhat controversial the idea that inhibition of mitochondrial phosphorylation may result in neuroprotection, especially because under physiological conditions the cells critically need ATP synthesis. However, under stress conditions with mitochondrial function failure, such as in excitotoxic or ischemia-reperfusion events, it has been reported that inhibitors of the phosphorylative system may be neuroprotective. 26
Os flavonóides existentes na natureza são capazes de prevenir a peroxidação lipidica da mitocôndria e podem inibir a abertura do PTPm (Santos et al. 1998). Para além disso, os flavonóides neutralizam radicais livres e têm propriedades anti-oxidantes (Schroeter et al. 2000; Rice-Evans 2001), que podem também contribuir para o efeito inibitório dos flavonóides na abertura do PTPm. Estes estudos sugerem que alguns flavonóides são capazes de interagir com a fisiologia mitocondrial, exercendo acções neuroprotectoras, especialmente quando abrangem o complexo PTPm. A biapigenina (10 μΜ) inibiu significativamente a despolarização induzida por ADP, e aumentou significativamente a repolarização após adição de ADP. Os inibidores da ATPsintetase (por exemplo oligomicina) ou os inibidores do ANT (ácido bongkréquico ou atractilosideo) também inibem significativamente a despolarização induzida por ADP. A oligomicina, um inibidor especifico do fluxo de protões pela sub-unidade F0 da ATPsintetase (Zanotti et al. 1992), foi incapaz de bloquear o efeito hiperpolarizante da biapigenina, o que sugere que a ATPsintetase não é protagonista principal no efeito causado pela biapigenina na despolarização induzida pelo ADP e na repolarização. O atractilosideo (40 μΜ) e o ácido bongkréquico (16μΜ), dois inibidores especificos do ANT (Dahout-Gonzalez et al. 2005) , foram capazes de inibir o efeito hiperpolarizante da biapigenina na presença de ADP (Figura 9, F e H, respectivamente). O atractilosideo bloqueia o ANT numa conformação de poro, chamada conformação-c (c, para o lado 27 citosólico), enquanto o ácido bongkréquico bloqueia o ANT numa conformação sem forma de poro, denominada conformação-m (m, para o lado da matriz) (Dahout-Gonzalez et al. 2005) . O efeito inibidor do atractilosideo e do ácido bongkréquico na hiperpolarização induzida pela biapigenina, após adição de ADP, sugere que os efeitos da biapigenina ocorrem ao nivel do ANT.The naturally occurring flavonoids are capable of preventing the lipid peroxidation of the mitochondria and may inhibit PTP-m opening (Santos et al., 1998). In addition, flavonoids neutralize free radicals and have anti-oxidant properties (Schroeter et al., 2000; Rice-Evans 2001), which may also contribute to the inhibitory effect of flavonoids at the opening of PTP m. These studies suggest that some flavonoids are capable of interacting with mitochondrial physiology, exerting neuroprotective actions, especially when covering the PTPm complex. Biapigenin (10 μΜ) significantly inhibited ADP-induced depolarization, and significantly increased repolarization after addition of ADP. ATPsintetase inhibitors (eg oligomycin) or ANT inhibitors (bongkrequic or atractyloside acid) also significantly inhibit ADP-induced depolarization. Oligomycin, a specific inhibitor of proton flux by the F0 subunit of ATPsintetase (Zanotti et al., 1992), was unable to block the hyperpolarizing effect of biapigenin, suggesting that ATPsintetase is not a major player in the effect of biapigenin in ADP-induced depolarization and in repolarization. In the presence of ADP (Fig. 9, F and H), the inhibitory effect of biapigenin on the presence of ADP in the presence of ADP (Fig. 9, F and H, respectively). Atractostyloid blocks ANT in a pore conformation, called c-conformation (c, to cytosolic side 27), while bongkreic acid blocks ANT in a non-pore conformation, called the m-conformation (m, to the side of the matrix ) (Dahout-Gonzalez et al., 2005). The inhibitory effect of atractyloside and bongkreic acid on the hyperpolarization induced by biapigenin, after addition of ADP, suggests that the effects of biapigenin occur at the ANT level.
Conforme esperado, o aumento de consumo de oxigénio devido à adição de ADP (estádio 3 da respiração) a mitocôndrias suplementadas em energia foi reduzido na presença dos inibidores do ANT, atractilosideo e ácido bongkréquico. O efeito do ácido bongkréquico no estádio 3 da respiração não foi afectado pela biapigenina, embora o efeito do atractilosideo tenha sido prevenido pela mesma (Figura 10C) . Estes resultados são a favor da noção de que os efeitos da biapigenina ocorrem a nivel do ANT, e também indicam que são dependentes da conformação. A respiração desacoplada induzida por cianeto de carbonilo-4-trifluorometoxifenilhidrazona (FCCP) foi significativamente inibida na presença ANTto da biapigenina como do atractilosideo, enquanto o ácido bongkréquico não teve efeito significativo (Figura 11). Vários autores sugeriram que o mecanismo do FCCP não envolve translocações de membrana com a participação do ANT (Brustovetsky et al., 1990/ Andreyev et al. 20005); contudo, observámos que a respiração desacoplada induzida por FCCP era inibida na presença de atractilosideo. Baseados nestes dados, não podemos descartar um possível envolvimento do ANT nos efeitos do desacoplamento mediado por FCCP no cérebro. A maioria destes estudos prévios utilizou mitocôndrias hepáticas onde a isoforma do ANT encontrada maioritariamente é a ANT2, enquanto no cérebro a isoforma 28 mais comum é a ΑΝΤΙ (Dorner et al. 1999). É possível que diferenças na expressão tecidular de isoformas específicas possam explicar as diferenças observadas no efeito de várias moléculas, incluindo FCCP, os inibidores do ANT ou até a biapigenina. Os resultados também sugerem que a biapigenina pode inibir a cadeia respiratória.As expected, increased oxygen uptake due to the addition of ADP (stage 3 of respiration) to energy-supplemented mitochondria was reduced in the presence of ANT inhibitors, atractyloside and bongkrequic acid. The effect of bongkreic acid on stage 3 of respiration was not affected by biapigenin, although the effect of atracurium was prevented by it (Figure 10C). These results support the notion that the effects of biapigenin occur at ANT level, and also indicate that they are dependent on conformation. Carbonyl-4-trifluoromethoxyphenylhydrazone (FCCP) cyanide-induced decoupling respiration was significantly inhibited in the presence of biapigenin and atraxythecin ANTto, whereas bignkrequic acid had no significant effect (Figure 11). Several authors have suggested that the mechanism of FCCP does not involve membrane translocations with the participation of ANT (Brustovetsky et al., 1990 / Andreyev et al., 20005); however, we have observed that FCCP-induced decoupling respiration was inhibited in the presence of attractyleside. Based on these data, we can not rule out a possible involvement of ANT in the effects of FCCP-mediated decoupling in the brain. Most of these previous studies used hepatic mitochondria where the ANT isoform found mostly is ANT2, while in the brain the most common isoform 28 is a ΑΝΤΙ (Dorner et al., 1999). It is possible that differences in tissue expression of specific isoforms may explain the observed differences in the effect of various molecules, including FCCP, ANT inhibitors or even biapigenin. The results also suggest that biapigenin may inhibit the respiratory chain.
Foi sugerido que o ANT age como um canal de protões (Brustovetsky et al. 1994; Shabalina et al. 2006) . Foi proposto que as isoformas ΑΝΤΙ e ANT2 são responsáveis por aspectos diferentes da condutibilidade dos protões: ο ΑΝΤΙ está mais associado com aspectos da condutibilidade basal dos protões, enquanto o ANT2 parece ter um papel na condutibilidade desacoplada de protões (Shabalina et al. 2006) . Podemos apenas especular que a inibição do ANT por moléculas específicas, como o atractilosídeo, ácido bongkréquico ou mesmo a biapigenina, podem interferir com a condutibilidade protónica de membrana da mitocôndria.It has been suggested that ANT acts as a proton channel (Brustovetsky et al., 1994; Shabalina et al., 2006). It has been proposed that ΑΝΤΙ and ANT2 isoforms are responsible for different aspects of proton conductivity: ΑΝΤΙ ΑΝΤΙ is more associated with aspects of proton basal conductivity, whereas ANT2 seems to play a role in proton decoupled conductivity (Shabalina et al., 2006) . We can only speculate that the inhibition of ANT by specific molecules, such as the atractilosídeo, bongkréquico acid or even biapigenina, can interfere with the membrane proton conductivity of mitochondria.
Os efeitos inibidores na despolarização induzida por ADP sugerem que a biapigenina pode diminuir a entrada de ADP na matriz mitocondrial pelo ANT, embora não possam ser excluídos os efeitos da actividade da ATPsintetase nesta altura. A interacção da biapigenina com o sistema fosforilativo está de acordo com a observação de que a biapigenina diminui a taxa ADP/O. No entanto, o estádio 3 da respiração não é totalmente inibido pela biapigenina (Figura 11A), sugerindo que a biapigenina não inibe completamente o influxo de ADP em oposição à inibição do ANT pelo atractilosídeo ou ácido bongkréquico. significativamente A actividade da ATPsintetase foi 29 reduzida pela biapigenina (Figura 13B). Para além disso, a inibição da sintese de ATP pela biapigenina (medida por cromatografia liquida de alta eficiência - HPLC), pelo atractilosideo, pelo ácido bongkréquico ou pela oligomicina foi similar. Uma vez que os dois métodos utilizados neste trabalho para determinar a actividade da ATPsintetase requerem mitocôndrias funcionalmente intactas com participação activa do ANT, um efeito da biapigenina relacionado com o ANT é também uma boa explicação. 0 efeito da biapigenina na actividade da ATPsintetase (avaliado por variações no pH) pode ser associado à inibição do ANT, reduzindo a entrada de ADP (ou efluxo de ATP) . Contudo, a interacção da biapigenina com a ATPsintetase não pode ser excluída; de facto, a indução do desacoplamento do fluxo de protões pela sub-unidade F0 afecta a fosforilação de ADP (Pietrobon et al. 1987; Bravo et al. 2001). O conceito de sintassoma foi proposto recentemente. Os grupos de Ko e Chen mostraram uma forte associação entre o complexo ATPsintetase e o ANT (Ko et al. 2003; Chen et al. 2004), o que leva à ideia de que drogas cujo alvo seja qualquer das proteínas envolvida na fosforilação mitocondrial pode também ser capaz de exercer efeitos indirectos nas proteínas presentes neste complexo funcional.The inhibitory effects on ADP-induced depolarization suggest that biapigenin may decrease ADP entry into the mitochondrial matrix by ANT, although the effects of ATPsintetase activity at this time can not be excluded. The interaction of biapigenin with the phosphorylative system is in accordance with the observation that biapigenin decreases the ADP / O rate. However, breath stage 3 is not fully inhibited by biapigenin (Figure 11A), suggesting that biapigenin does not completely inhibit the influx of ADP as opposed to the inhibition of ANT by the atractytidide or bongkrequic acid. The activity of ATPsintetase was reduced by biapigenin (Figure 13B). In addition, inhibition of ATP synthesis by biapigenin (measured by high performance liquid chromatography (HPLC), by atractyloside, bongkreic acid or oligomycin was similar. Since the two methods used in this work to determine ATPsintetase activity require functionally intact mitochondria with active ANT involvement, an ANT-related biapigenin effect is also a good explanation. The effect of biapigenin on ATPsintetase activity (as assessed by variations in pH) may be associated with inhibition of ANT, reducing ADP (or Efflux of ATP) entry. However, the interaction of biapigenin with ATP synthase can not be excluded; in fact, the induction of proton flux decoupling by the F0 subunit affects ADP phosphorylation (Pietrobon et al., 1987; Bravo et al., 2001). The concept of symptomoma was recently proposed. The Ko and Chen groups showed a strong association between the ATPsintetase complex and ANT (Ko et al 2003, Chen et al., 2004), which leads to the idea that drugs whose target is any of the proteins involved in mitochondrial phosphorylation may also be able to exert indirect effects on the proteins present in this functional complex.
Os resultados do presente estudo sugerem que a biapigenina não inibe a passagem de ATP para a matriz mitocondrial. Para além disso, os efeitos hiperpolarizantes da biapigenina na suplementação de energia induzida pelo ATP (Figura 12A) parecem estar relacionados com uma diminuição do fluxo retrógrado de protões para a matriz. Este efeito da biapigenina também é provavelmente sensível a 30 conformação do ANT, visto que o estado conformacional do ANT induzido pelo ácido bongkréquico não foi afectado na presença de biapigenina, enquanto a conformação do ANT induzida pelo atractilosideo foi inibida pela biapigenina (Figura 12B). O atractilosideo e o ácido bongkréquico ligam-se a locais mutuamente exclusivos (Dahout-Gonzalez et al. 2006). O atractilosideo é um inibidor não permanente da ligação do ADP ao ANT (Bruni et al. 1965), enquanto o ácido bongkréquico tem de atravessar a membrana mitocondrial interna para exercer os seus efeitos inibidores nos locais de ligação ao ADP no lado matricial. Consequentemente, na presença de ácido bongkréquico e biapigenina, uma diminuição na exportação de ADP/importação de ATP de/para a matriz ocorreria, levando a uma diminuição na disponibilidade de ATP para gerar mais ΔΨπι. Em resumo, parece que a biapigenina e o atractilosideo partilham um alvo comum no ANT. A abertura do PTPm é modulada por vários factores, tais como um ΔΨ™ elevado, baixo pH da matriz ou presença de nucleótidos da adenosina. Para além disso, sob condições que mantenham o status redutor da matriz mitocondrial (Nicotinamida adenina dinucleotídeo reduzida (NADH) ou Nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato reduzida (NADPH), anti-oxidantes) a abertura do PTPm é inibida (Brookes et al. 2004; Vieira et al. 2000). Por outro lado, o cálcio e as substâncias de oxigénio reactivas (ROS), entre outros factores, são indutores da abertura do poro. A acumulação de cálcio pelas mitocôndrias ocorre à custa de e a captura excessiva de cálcio dissipa a um nível para o qual a abertura do PTPm não está inibida, induzindo 31 a geração de ROS, que causam danos nas proteínas da membrana mitocondrial, resultando ainda em mais dissipação de ΔΨ,η num ciclo vicioso (Brookes et al. 2004).The results of the present study suggest that biapigenin does not inhibit the passage of ATP into the mitochondrial matrix. In addition, the hyperpolarizing effects of biapigenin on ATP-induced energy supplementation (Figure 12A) appear to be related to a decrease in the retrograde flow of protons to the matrix. This effect of biapigenin is also likely to be sensitive to ANT conformation, since the conformational state of bongkrequic acid-induced ANT was unaffected in the presence of biapigenin, whereas the ANA conformation induced by the attracty dideoxy was inhibited by biapigenin (Figure 12B). Both atractiloside and bongkreic acid bind to mutually exclusive sites (Dahout-Gonzalez et al., 2006). Atratintyloside is a non-permanent inhibitor of ADP binding to ANT (Bruni et al., 1965), whereas bongkreic acid has to cross the internal mitochondrial membrane to exert its inhibitory effects at the ADP binding sites on the matrix side. Consequently, in the presence of bongkreic acid and biapigenin, a decrease in the ADP / import of ATP from / to the matrix would occur, leading to a decrease in the availability of ATP to generate more ΔΨπι. In summary, it appears that biapigenin and atractiloside share a common target in ANT. The PTPm aperture is modulated by a number of factors, such as a high ΔΨ ™, low matrix pH or presence of adenosine nucleotides. Furthermore, under conditions that maintain the reducing status of the mitochondrial matrix (Nicotinamide adenine dinucleotide reduced (NADH) or Nicotinamide adenine dinucleotide reduced phosphate (NADPH), anti-oxidants) the opening of PTPm is inhibited (Brookes et al. et al., 2000). On the other hand, calcium and reactive oxygen substances (ROS), among other factors, are inducers of pore opening. Calcium accumulation by the mitochondria occurs at the expense of and excessive calcium capture dissipates to a level at which the PTPm gap is not inhibited, inducing the generation of ROS that cause damage to mitochondrial membrane proteins, resulting in more dissipation of ΔΨ, η in a vicious cycle (Brookes et al., 2004).
Os dados aqui apresentados reportam que a capacidade de captura do cálcio mitocondrial foi reduzida na presença de biapigenina. A observação de que a adição de um pulso de biapigenina a mitocôndrias enriquecidas em energia e com carga máxima de cálcio induz o efluxo de cálcio sugere que, na presença de cálcio, a biapigenina pode induzir a abertura do PTPm. Este efeito causaria o efluxo de cálcio, resultando numa diminuição da acumulação de cálcio mitocondrial, como observado (Figura 15D) . Quando incubada com atractilosídeo, que induz uma conformação em poro, o efeito da biapigenina foi aditivo, isto é, contribuiu para a diminuição da acumulação de cálcio. Estes resultados parecem estar de acordo com dados da captura de TPP+ e respiração mitocondrial, sugerindo que a abertura do PTPm pode ocorrer na presença de biapigenina e atractilosídeo ou, neste caso, de biapigenina e cálcio. O ADP mais oligomicina ou ciclosporina A, dois inibidores da abertura do PTPm nas mitocôndrias cerebrais (Brustovetsky et al. 2000; Halestrap 2006) inibiram eficientemente os efeitos da biapigenina. A observação sugere um envolvimento do PTPm no efluxo de cálcio induzido pela biapigenina, possivelmente pela modulação da função do ANT, que pode incluir um aumento de ligações da ciclofilina D ao ANT. De facto foi proposto que a ciclofilina D modula a função do ANT, uma vez que a ligação da ciclofilina D à superfície matricial do ANT favorece a alteração conformacional do ANT para poro não especifico activada 32 pelo cálcio (Halestrap and Brenner 2003; He and Lemasters, 2002) .The data presented here report that the mitochondrial calcium capture capacity was reduced in the presence of biapigenin. The observation that the addition of a pulse of biapigenin to energy-enriched mitochondria and with maximum calcium loading induces calcium efflux suggests that, in the presence of calcium, biapigenin may induce the opening of PTPm. This effect would cause calcium efflux, resulting in a decrease in mitochondrial calcium accumulation, as observed (Figure 15D). When incubated with atracytoside, which induces a pore conformation, the effect of biapigenin was additive, i.e., contributed to the decrease of calcium accumulation. These results appear to be in agreement with data from the capture of TPP + and mitochondrial respiration, suggesting that the opening of PTPm can occur in the presence of biapigenin and atractilosídeo or, in this case, of biapigenina and calcium. ADP plus oligomycin or cyclosporin A, two inhibitors of PTP-Î ± opening in brain mitochondria (Brustovetsky et al., 2000; Halestrap 2006) have effectively inhibited the effects of biapigenin. The observation suggests an involvement of PTP m in the calcium efflux induced by biapigenin, possibly by the modulation of ANT function, which may include an increase of cyclophilin D binding to ANT. In fact, it has been proposed that cyclophilin D modulates ANT function, since the binding of cyclophilin D to the ANT matrix surface favors the conformational change of ANT to non-specific pore activated by calcium (Halestrap and Brenner 2003; He and Lemasters , 2002).
Os presentes resultados sugerem que a biapigenina aumenta o efluxo de cálcio das mitocôndrias, possivelmente por induzir a abertura transitória do PTPm de tal maneira que permite a libertação do cálcio em excesso e alivio da sobrecarga mitocondrial. O efeito funcional da biapigenina no cálcio mitocondrial relatado no presente trabalho é similar ao efeito relatado da minociclina na diminuição da captura de cálcio nas mitocôndrias cerebrais (Fernandez-Gomez et al. 2005; Mansoon et al. 2007) . A diminuição da captura de cálcio mitocondrial pode contribuir para a preservação das funções mitocondriais, especialmente sob condições de stress, protegendo os neurónios da morte celular excitotóxica (Fernandez-Gomez et al. 2005; Dubinsky et al. 2004; Stout et al. 1998; Urushianti et al. 2001; Duchen 2001).The present results suggest that biapigenin increases the calcium efflux of the mitochondria, possibly by inducing the transient opening of the PTPm in such a way as to allow excess calcium release and relief of mitochondrial overload. The functional effect of biapigenin on the mitochondrial calcium reported in the present study is similar to the reported effect of minocycline on the decrease of calcium uptake in brain mitochondria (Fernandez-Gomez et al., 2005). The reduction of mitochondrial calcium uptake may contribute to the preservation of mitochondrial functions, especially under stress conditions, protecting the neurons from excitotoxic cell death (Fernandez-Gomez et al., 2005; Urushianti et al., 2001, Duchen 2001).
Assim, mostramos que os compostos fenólicos presentes nos extractos de H. perforatum são neuroprotectores contra a excitotoxicidade em neurónios do hipocampo, envolvendo propriedades anti-oxidantes. No caso especifico da biapigenina, mostramos que pode prevenir a disfunção mitocondrial, possivelmente por mecanismos anti-oxidantes mas envolvendo também outros processos relacionados com a homeostasia do cálcio mitocondrial, envolvendo a função do ANT.Thus, we have shown that the phenolic compounds present in extracts of H. perforatum are neuroprotective against excitotoxicity in hippocampal neurons, involving anti-oxidant properties. In the specific case of biapigenin, we have shown that it can prevent mitochondrial dysfunction, possibly by anti-oxidant mechanisms but also involving other processes related to mitochondrial calcium homeostasis, involving the ANT function.
Propomos que a interacção da biapigenina com os seus alvos contribui para a protecção da função mitocondrial, induzindo a abertura transitória do PTPm e uma diminuição 33 da retenção de cálcio mitocondrial durante eventos excitotóxicos.We propose that the interaction of biapigenin with its targets contributes to the protection of mitochondrial function, inducing the transient opening of PTPm and a reduction of mitochondrial calcium retention during excitotoxic events.
De facto, a modulação da fisiologia mitocondrial, nomeadamente ao nível da capacidade mitocondrial de acumulação de cálcio tem provavelmente um papel importante na protecção da função mitocondrial. Isto pode ser especialmente importante sob eventos excitotóxicos, quando elevadas quantidades de cálcio capturadas por mitocôndrias enriquecidas em energia levam à despolarização mitocondrial irreversível e, consequentemente, à disfunção mitocondrial. É plausível que a biapigenina, induzindo a abertura transitória do PTPm e diminuindo a retenção mitocondrial de cálcio, seja capaz de aliviar as mitocôndrias da acumulação de cálcio, portanto contribuindo para a manutenção da função mitocondrial sob condições de stress. Finalmente, isto traduzir-se-ia numa acção neuroprotectora que pode ajudar à resolução da sobrecarga de cálcio dos neurónios sob eventos excitotóxicos.In fact, modulation of mitochondrial physiology, namely at the level of mitochondrial calcium accumulation capacity, probably plays an important role in the protection of mitochondrial function. This may be especially important under excitotoxic events when high amounts of calcium captured by energy-enriched mitochondria lead to irreversible mitochondrial depolarization and consequently to mitochondrial dysfunction. It is plausible that biapigenin, inducing the transient opening of PTPm and decreasing mitochondrial retention of calcium, is able to relieve the mitochondria of calcium accumulation, thus contributing to the maintenance of mitochondrial function under stress conditions. Finally, this would translate into a neuroprotective action that may help to resolve the calcium overload of neurons under excitotoxic events.
DESCRIÇÃO BREVE DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Figura 1. A, fórmulas estruturais dos compostos fenólicos utilizados neste estudo: quercetina, campferol e biapigenina. B, Neuroprotecção contra excitotoxicidade em cultura de neurónios de hipocampo de ratos. A viabilidade celular foi avaliada através do ensaio vida/morte Syto-13/PI. A exposição de neurónios em cultura a ΙΟΟμΜ de cainato mais ΙΟΟμΜ NMDA (exposição de 35 min, seguida de um período de recuperação pós-exposição de 24h), induziu um decréscimo considerável de viabilidade. Houve neuroprotecção significativa com a incubação com quercetina, campferol e biapigenina (10 μΜ para os três 34 compostos). C, Imunocitoquímica para MAP-2, coloração com MitoTracker Red CMXRos e coloração nuclear com Hoechst 33342. Exposição a ΙΟΟμΜ de cainato (KA) e ΙΟΟμΜ NMDA (35 min de exposição, seguida de um periodo de recuperação pós-exposição de 24h) induziu grandes alterações na morfologia neuronal (avaliada pela proteina associada aos microtúbulos MAP-2), na fisiologia e distribuição mitocondrial intracelular (MitoTracker Red CMXRos) e condensação nuclear (setas). Após insulto excitotóxico, pudemos identificar sinais de distrofia da rede dendritica e perda de potencial eléctrico mitocondrial transmembranar (ΔΨ^ . De notar os valores relativamente mais elevados de Mitotracker Red após co-exposição com biapigenina (ΙΟμΜ), o que sugere um ΔΨ™ mais elevado. Fila de cima - controlo; fila do meio -cainato mais NMDA; fila de baixo - biapigenina mais cainato mais NMDA.Figure 1. A, structural formulas of the phenolic compounds used in this study: quercetin, campperol and biapigenin. B, Neuroprotection against excitotoxicity in culture of rat hippocampal neurons. Cell viability was assessed by the Syto-13 / PI life-death assay. Exposure of cultured neurons to ΙΟΟμΜ of kainate plus ΙΟΟμΜ NMDA (35 min exposure, followed by a post-exposure recovery period of 24 h), induced a considerable decrease in viability. There was significant neuroprotection with incubation with quercetin, campperol and biapigenin (10 μΜ for the three 34 compounds). C, Immunocytochemistry for MAP-2, staining with MitoTracker Red CMXRos and nuclear staining with Hoechst 33342. Exposure to ΙΟΟμΜ of kainate (KA) and ΙΟΟμΜ NMDA (35 min exposure, followed by a post-exposure recovery period of 24 h) induced (MitoTracker Red CMXRos) and nuclear condensation (arrows) were observed in the mitochondrial mitochondrial distribution (MitoTracker Red CMXRos). After excitotoxic insult, we were able to identify signs of dendritic dystrophy and loss of mitochondrial transmembrane electric potential (ΔΨ..) Note the relatively higher values of Mitotracker Red after coexposure with biapigenin (ΙΟμΜ), suggesting a ΔΨ ™ more top row - control, row of half-kaolin plus NMDA, bottom row - biapigenin plus kainate plus NMDA.
Os valores são apresentados como médias ± SEM (n = 3 experiências independentes); * - p < 0.05, ** - p < 0.01, *** - p < 0.001 (comparado com cainato (KA) mais NMDA).Values are reported as means ± SEM (n = 3 independent experiments); * - p < 0.05, ** - p < 0.01, *** - p < 0.001 (compared to kainate (KA) plus NMDA).
Figura 2. A biapigenina protege de forma significativa os neurónios do hipocampo da regulação retardada de cálcio e falha de homeostase do potencial mitocondrial, após insulto excitotóxico com ΙΟΟμΜ cainato mais ΙΟΟμΜ NMDA () . A, as Figuras apresentam exemplos de desregulação de cálcio e perda de potencial mitocondrial transmembranar (ΑΨ™) numa experiência de controlo tipica, sem adição de compostos fenólicos, ou B, após adicionar 10μΜ de quercetina, 10μΜ de campferol ou 10μΜ de biapigenina (□) . Os valores foram determinados para cada 5 min e representam a média de cinco a oito experiências independentes. O Tempo t' = 35 min 35 reflecte o número total de células que perderam a capacidade de manter a homeostase do cálcio. As escalas de intensidade da fluorescência são indicadas do lado direito de cada conjunto de imagens. A biapigenina (ΙΟμΜ) foi o composto mais eficaz para prevenir a desregulação de cálcio e perda de Os valores estão apresentados como média ± SEM (n = 6 a 8 experiências independentes); - p < 0.01, *** - p < 0.001 (comparando com cainato mais NMDA).Figure 2. Biapigenin significantly protects hippocampal neurons from delayed calcium regulation and mitochondrial potential homeostasis failure after excitotoxic insult with ΙΟΟμΜ kainate plus ΙΟΟμΜ NMDA (). A, the Figures show examples of calcium deregulation and loss of mitochondrial transmembrane potential (ΑΨ ™) in a typical control experiment, without addition of phenolic compounds, or B, after adding 10 μg of quercetin, 10 μg of campperol or 10 μg of biapigenin (□ ). Values were determined for every 5 min and averaged five to eight independent experiments. Time t '= 35 min 35 reflects the total number of cells that have lost the ability to maintain calcium homeostasis. The fluorescence intensity scales are indicated on the right side of each set of images. Biapigenin (ΙΟμΜ) was the most effective compound to prevent calcium deregulation and loss of values. The values are presented as mean ± SEM (n = 6 to 8 independent experiments); - p < 0.01, *** - p < 0.001 (comparing with kainate plus NMDA).
Figura 3. Alterações no potencial mitocondrial transmembranar (ΔΨ™) aquando da suplementação de energia às mitocôndrias com succinato. A, registo representativo para cada uma das condições da experiência: 1, controlo; 2, quercetina (10μΜ); 3, campferol (10μΜ); e 4, biapigenina (10μΜ). Setas a negro indicam adição de 8nM de succinato; setas a branco indicam adição de 125μΜ de ADP. B, potencial eléctrico mitocondrial transmembranar após suplementação de energia com succinato (controlo, - 185 ± 4 mV) ; C, após despolarização induzida por ADP (controlo, 17+2 mV); e D, após repolarização (controlo, -2 + 1 mV) . Os valores são apresentados como média ± SEM (n = 3 a 5 experiências independentes); ** - p < 0.01, *** p < 0.001 (em comparação com o controlo).Figure 3. Changes in mitochondrial transmembrane potential (ΔΨ ™) when supplementing energy with succinate mitochondria. A, representative record for each of the conditions of the experiment: 1, control; 2, quercetin (10μΜ); 3, campferol (10μΜ); and 4, biapigenin (10μΜ). Black arrows indicate addition of 8nM succinate; White arrows indicate addition of 125μΜ of ADP. B, transmembrane mitochondrial electrical potential after energy supplementation with succinate (control, - 185 ± 4 mV); C, after ADP-induced depolarization (control, 17 + 2 mV); and D, after repolarization (control, -2 + 1 mV). Values are reported as mean ± SEM (n = 3 to 5 independent experiments); ** - p < 0.01, *** p < 0.001 (as compared to the control).
Figura 4. A quercetina, campferol e biapigenina reduziram significativamente a peroxidação lipídica induzida por ADP/ferro em mitocôndrias cerebrais isoladas. A, peroxidação lipídica induzida por lmM ADP/ 100μΜ FeS04 () , reduzida significativamente na presença de quercetina (A) r campferol (▼) e biapigenina (♦) (10μΜ para os três compostos) ** - p < 0.01 para todos os compostos, ## - p < 0.01 para campferol e biapigenina (quando comparados com 36 ADP/ferro). B, os níveis de TBARS medidos no fim da experiência foram significativamente reduzidos na presença dos três compostos. Os valores são apresentados como média ± SEM (n = 3 a 4 experiências independentes); * - p < 0.05, ** - p < 0.01 (em comparação com ADP /ferro).Figure 4. Quercetin, campperol and biapigenin significantly reduced ADP / iron-induced lipid peroxidation in isolated brain mitochondria. A, lipid peroxidation induced by 1mM ADP / 100μΜ FeS04 (), significantly reduced in the presence of quercetin (A) r campferol (▼) and biapigenin (♦) (10μΜ for all three compounds) ** - p < 0.01 for all compounds, ## - p < 0.01 for campperol and biapigenin (when compared to ADP / iron 36). B, TBARS levels measured at the end of the experiment were significantly reduced in the presence of the three compounds. Values are presented as mean ± SEM (n = 3 to 4 independent experiments); * - p < 0.05, ** - p < 0.01 (compared to ADP / iron).
Figura 5. Alterações no potencial eléctrico mitocondrial transmembranar (ΔΨ™) nas mitocôndrias energizadas com succinato (□) , induzidas pela exposição a ADP/ferro. A adição de lmM ADP / ΙΟΟμΜ FeS04 () induziu a dissipação de ΔΨ^ A perda de ΔΨ™ foi significativamente retardada na presença dos compostos (ΙΟμΜ para os três compostos). A quercetina (A) e o campferol (T) previnem de forma eficaz a diminuição de ΔΊ^ induzida por ADP/ferro, de forma semelhante ao efeito observado para o BHT (o) (30 μΜ) .Figure 5. Changes in transmembrane mitochondrial electrical potential (ΔΨ ™) in succinate-energized mitochondria (□), induced by ADP / iron exposure. The addition of 1 mM ADP / ΙΟΟμΜ FeS04 () induced the dissipation of ΔΨ. The loss of ΔΨ ™ was significantly delayed in the presence of the compounds (ΙΟμΜ for the three compounds). Quercetin (A) and campferol (T) effectively prevent ADP / iron-induced decrease of ΔΊ,, similar to the effect observed for BHT (o) (30 μΜ).
Curiosamente, a biapigenina (♦) causou uma hiperpolarização significativa das mitocôndrias cerebrais e retardou a diminuição no ΔΊ^ induzida pelo ADP/ferro, exibindo um perfil semelhante à ciclosporina A (0) . Os valores são apresentados como média ± SEM (n = 4 experiências independentes). ## - p < 0.01 para biapigenina, ### - p < 0.001 para biapigenina, *** - p < 0.001 (em comparação com ADP / ferro).Interestingly, biapigenin (♦) caused a significant hyperpolarization of the cerebral mitochondria and delayed the decrease in ADP / iron induced ΔΊ,, exhibiting a profile similar to cyclosporin A (0). Values are presented as mean ± SEM (n = 4 independent experiments). ## - p < 0.01 for biapigenin, ### - p < 0.001 for biapigenin, *** - p < 0.001 (as compared to ADP / iron).
Figura 6. Captura de cálcio mitocondrial avaliada pela acumulação de TPP. Registos representativos de: Al e A2, controlos sem cálcio adicionado ou após adicionar CaCl2 (15 μΜ) , respectivamente; A3, ciclosporina A (Ο.βμΜ) na presença de CaCl2 (15μΜ); B4, 10μΜ quercetina; B5, 10μΜ campferol; e B6, 10μΜ biapigenina na presença de CaCl2 (15μΜ). Setas estreitas - adições de TPP (0.5μΜ); seta 37 aberta - adição de mitocôndrias (controlo) e CaC]_2; seta a cheio - adição de succinato. C, captura de TPP medida um minuto após obtenção de carga máxima de cálcio mitocondrial sob energização com succinato. CsA - ciclosporina A. Os valores são apresentados como média ± SEM (n = 3 a 5 experiências independentes). * - p < 0.05, ** - p < 0.01, *** - p < 0.001 (em comparação com cálcio).Figure 6. Capture of mitochondrial calcium assessed by TPP accumulation. Representative records of: Al and A2, controls without added calcium or after adding CaCl2 (15 μΜ), respectively; A3, cyclosporin A (Ο.βμΜ) in the presence of CaCl2 (15μΜ); B4, 10μΜ quercetin; B5, 10μg camphorol; and B6, 10μg biapigenin in the presence of CaCl2 (15μΜ). Narrow arrows - TPP additions (0.5μΜ); open arrow - addition of mitochondria (control) and CaCl2; solid arrow - addition of succinate. C, capture of TPP measured one minute after obtaining maximum load of mitochondrial calcium under energization with succinate. CsA-cyclosporin A. Values are presented as mean ± SEM (n = 3 to 5 independent experiments). * - p < 0.05, ** - p < 0.01, *** - p < 0.001 (compared to calcium).
Figura 7. Acumulação de cálcio pelas mitocôndrias cerebrais avaliado pela observação da fluorescência Calcium Green-5n. A, a Figura mostra registos representativos de acumulação de cálcio mitocondrial no controlo e após a incubação com quercetina, campferol, biapigenina (10μΜ para os três compostos) e ciclosporina A (Ο.βμΜ). As mitocôndrias foram energizadas na presença de cálcio, por adição de 4mM succinato. A acumulação de cálcio foi monitorizada pelas alterações na intensidade fluorescente após energização. B, a biapigenina inibe de forma significativa a captura de cálcio e inibe de forma igualmente significativa a captura máxima de cálcio mitocondrial mediada pela ciclosporina. Barras vazias - sem ciclosporina A (Ο.βμΜ); barras preenchidas - com ciclosporina A. Os valores são apresentados como média ± SEM (n = 3 a 5 experiências independentes) . * - p < 0.05 (em comparação com o controlo); ## - p < 0.01 (em comparação com ciclosporina A) .Figure 7. Calcium accumulation by the cerebral mitochondria evaluated by the observation of the Calcium Green-5n fluorescence. A, the Figure shows representative records of mitochondrial calcium accumulation in the control and after incubation with quercetin, campperol, biapigenin (10μΜ for the three compounds) and cyclosporin A (Ο.βμΜ). The mitochondria were energized in the presence of calcium, by the addition of 4 mM succinate. Calcium accumulation was monitored by changes in fluorescence intensity after energization. B, biapigenin significantly inhibits calcium uptake and significantly inhibits the maximal cyclosporine-mediated mitochondrial calcium uptake. Empty bars - without cyclosporin A (Ο.βμΜ); filled bars - with cyclosporin A. Values are presented as mean ± SEM (n = 3 to 5 independent experiments). * - p < 0.05 (as compared to the control); ## - p < 0.01 (as compared to cyclosporin A).
Figura 8. Mitocôndrias energizadas expostas a pulsos de cálcio. Registos representativos de acumulação de cálcio no controlo (□) e após incubação com biapigenina (φ) (10μΜ). adicionou-se ácidoFigure 8. Energized mitochondria exposed to calcium pulses. Representative records of calcium accumulation in the control (□) and after incubation with biapigenin (φ) (10μΜ). was added
Foram adicionados pulsos de 5 nM Ca2+/mg de proteina (setas) a mitocôndrias energizadas em suspensão. No final da experiência, 38 (etilenobis(oxietilenonitrilo)tetra-acético (EGTA). A capacidade de armazenamento de cálcio mitocondrial foi mais elevada para o controlo (registo inferior), em comparação com a acumulação de cálcio após a pré-incubação com biapigenina durante 3 min (registo superior). A perda de fluorescência reflecte a capacidade de armazenamento de cálcio mitocondrial. As diferenças entre as duas condições são apresentadas para o período em gue as mitocôndrias exibiram uma capacidade de armazenamento de cálcio superior (gráfico inserido), gue é evidente pela perda de intensidade de fluorescência após cada pulso de cálcio. Os valores são apresentados como média ± SEM (n = 3 a 4 experiências independentes).Pulse of 5 nM Ca2 + / mg protein (arrows) was added to suspension-energized mitochondria. At the end of the experiment, 38 (ethylenebis (oxyethylenenitrile) tetraacetic acid (EGTA). The storage capacity of mitochondrial calcium was higher for control (bottom register) compared to calcium accumulation after preincubation with biapigenin The differences between the two conditions are presented for the period in which the mitochondria exhibited a higher calcium storage capacity (inserted graph), which is evident by loss of fluorescence intensity after each calcium pulse. Values are reported as mean ± SEM (n = 3 to 4 independent experiments).
Figura 9. Os inibidores do ANT blogueiam a hiperpolarização induzida por ADP mediada por biapigenina. 0 potencial mitocondrial transmembranar (ΔΨ™) (indirectamente avaliado pela captura de TPP+) foi monitorizado em mitocôndrias cerebrais de rato isoladas energizadas com succinato. São apresentados os gráficos representativos e indicados os valores do ΔΨχ^ após repolarização (pós-ADP) . A - controlo; B - biapigenina (ΙΟμΜ); C - oligomicina (lpg.ml-1) e D -oligomicina mais biapigenina; E - atractilosídeo (40 μΜ) e F - atractilosídeo mais biapigenina; G - ácido bongkréguico (16 μΜ) e H - ácido bongkréquico mais biapigenina.Figure 9. ANT inhibitors blog for biapigenin-mediated ADP-induced hyperpolarization. The transmembrane mitochondrial potential (ΔΨ ™) (indirectly assessed by the capture of TPP +) was monitored in isolated rat brain mitochondria energized with succinate. The representative graphs are given and the values of ΔΨχ após after repolarization (post-ADP) are presented. A - control; B-biapigenin (ΙΟμΜ); C-oligomycin (lpg.ml-1) and D-oligomycin plus biapigenin; E - atractyloside (40 μΜ) and F - atractyloside plus biapigenin; G - bongkreguic acid (16 μΜ) and H - bongkréchic acid plus biapigenin.
Figura 10. O estádio 3 da respiração não é bloqueado de forma significativa pela biapigenina. Foram incubadas mitocôndrias cerebrais de rato isoladas (0,8mg.ml_1) durante 3 min com biapigenina (ΙΟμΜ), antes da energização com succinato (8mM) . Adicionou-se 125μΜ de ADP 1 min após energização. (A) Registos representativos da respiração mitocondrial para controlo e para mitocôndrias pré- 39 incubadas com biapigenina (ΙΟμΜ). (B) A pré-incubação com atractilosideo (40μΜ) inibiu a estimulação da respiração induzida pelo ADP, que foi preservada na presença de biapigenina (ΙΟμΜ). (C) A respiração foi avaliada após adição de 125μΜ de ADP às mitocôndrias energizadas. Os valores são apresentados como média ± SEM de três a quatro experiências independentes. ** p < 0.01 (em comparação com controlo); # p < 0.05, ## p < 0.01 (em comparação com biapigenina).Figure 10. Breath stage 3 is not significantly blocked by biapigenin. Isolated rat brain mitochondria (0.8mg.ml_1) were incubated for 3 min with biapigenin (ΙΟμΜ) prior to energization with succinate (8mM). 125μg of ADP was added 1 min after energization. (A) Records representative of mitochondrial respiration for control and for pre-39 mitochondria incubated with biapigenin (ΙΟμΜ). (B) Pre-incubation with atractyloside (40μΜ) inhibited ADP-induced respiration stimulation, which was preserved in the presence of biapigenin (ΙΟμΜ). (C) Breathing was evaluated after addition of 125 μΜ of ADP to energized mitochondria. Values are presented as mean ± SEM of three to four independent experiments. ** p < 0.01 (as compared to control); # p < 0.05, ## p < 0.01 (compared to biapigenin).
Figura 11. A biapigenina reduz a respiração mitocondrial estimulada por FCCP. Incubaram-se mitocôndrias cerebrais de rato isoladas (0,8mg.ml_1) durante 3 min com biapigenina (10 μΜ) antes da energização. Adicionou-se FCCP (1 μΜ) 1 min após energização. A) Gráficos representativos da respiração mitocondrial no controlo e em mitocôndrias pré-incubadas com ΙΟμΜ de biapigenina. B) Avaliou-se a respiração mitocondrial desacoplada através da monitorização do consumo de oxigénio após adição de ΙμΜ de FCCP a mitocôndrias energizadas. Os valores são apresentados como média ± SEM de três a quatro experiências independentes. * p < 0.05, *** p < 0.001 (em comparação com controlo); # p < 0.05, ### p < 0.001.Figure 11. Biapigenin reduces FCCP-stimulated mitochondrial respiration. Isolated rat brain mitochondria (0.8mg.ml_1) were incubated for 3 min with biapigenin (10 μΜ) prior to energization. FCCP (1 μΜ) was added 1 min after energization. A) Representative graphs of mitochondrial respiration in the control and in mitochondria preincubated with ΙΟμΜ of biapigenin. B) Decoupled mitochondrial respiration was monitored by monitoring oxygen consumption after adding ΙμΜ of FCCP to energized mitochondria. Values are presented as mean ± SEM of three to four independent experiments. * p < 0.05, *** p < 0.001 (as compared to control); # p < 0.05, ### p < 0.001.
Figura 12. Efeito da biapigenina em mitocôndrias com suplementação de energia induzida por ATP. Mediu-se através da observação da captura de TPP+ pelas mitocôndrias, após adição de 3mM de ATP ao meio da reacção. A biapigenina (ΙΟμΜ) foi pré-incubada durante 3 min. (A) Registos representativos de mitocôndrias com energização induzida por ATP, para controlo e mitocôndrias tratadas com biapigenina. As setas indicam a adição de oligomicina (lpg.ml-1). (B) A biapigenina (ΙΟμΜ) aumentou 40 significativamente a energização induzida por ATP (de 142 para 185 mV; p < 0.01, comparando com controlo). O atractilosideo (40μΜ), ácido bongkréquico (16μΜ) e oligomicina (^g.ml-1) inibiram significativamente a energizaçao induzida por ATP. (C) A actividade da ATPase (avaliada nas mitocôndrias lesadas) foi ligeira, mas significativamente diminuída na presença de biapigenina (ΙΟμΜ). Utilizou-se a oligomicina como controlo. Os valores são apresentados como média ± SEM de três experiências independentes. * p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001 (em comparação com controlo); ## p < 0.01.Figure 12. Effect of biapigenin on mitochondria with energy supplementation induced by ATP. It was measured by observing the capture of TPP + by mitochondria, after addition of 3 mM of ATP to the reaction medium. The biapigenin (ΙΟμΜ) was preincubated for 3 min. (A) Representative records of mitochondria with ATP-induced energization for control and biapigenin-treated mitochondria. The arrows indicate the addition of oligomycin (lpg.ml-1). (B) Biapigenin (ΙΟμΜ) significantly increased ATP-induced energization (from 142 to 185 mV, p <0.01, compared to control). Atratilostyloid (40 μΜ), bongkréchic acid (16 μΜ) and oligomycin (μg ml -1) significantly inhibited ATP-induced activation. (C) ATPase activity (assessed on injured mitochondria) was slightly but significantly decreased in the presence of biapigenin (ΙΟμΜ). Oligomycin was used as a control. Values are presented as mean ± SEM of three independent experiments. * p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001 (as compared to control); ## p < 0.01.
Figura 13. Efeito de biapigenina na actividade da ATPsintetase nas mitocôndrias cerebrais de ratos (0,8mg.ml~ x). A actividade da ATPsintetase foi avaliada através da monitorização das variações de pH em mitocôndrias energizadas por adição de 125μΜ de ADP. No final de cada experiência, a calibração foi efectuada pela adição de 50nM de NaOH e contra-titulada com 50nM de HC1. (A) Registos representativos da actividade da ATPsintetase para controlo e em mitocôndrias tratadas com biapigenina. (B) A actividade da ATPsintetase foi diminuída após incubação com biapigenina (10μΜ) e fortemente inibida na presença de atractilosideo (40μΜ), ácido bongkréquico (ΙβμΜ) ou oligomicina (lpg.ml-1) . Os valores são apresentados como média ± SEM de três experiências independentes. ** p < 0.01, *** p < 0.001 (em comparação com controlo).Figure 13. Effect of biapigenin on ATPsintetase activity in rat brain mitochondria (0.8mg.ml ~ x). The activity of ATPsintetase was evaluated by monitoring the pH variations in energized mitochondria by adding 125μΜ of ADP. At the end of each experiment, calibration was performed by the addition of 50nM NaOH and counter-titrated with 50nM HCl. (A) Records representative of the activity of ATP synthase for control and in biapigenin treated mitochondria. (B) ATPsintetase activity was decreased after incubation with biapigenin (10μΜ) and strongly inhibited in the presence of atractyloside (40μΜ), bongkreic acid (ΙβμΜ) or oligomycin (lpg.ml-1). Values are presented as mean ± SEM of three independent experiments. ** p < 0.01, *** p < 0.001 (as compared to control).
Figura 14. Captura de cálcio mitocondrial. A captura e retenção de cálcio mitocondrial foram avaliadas em mitocôndrias cerebrais de rato isoladas (0,2mg.ml‘1) , após energizaçao com 8mM de succinato (captura de cálcio induzida pela energizaçao). Incubou-se biapigenina (10μΜ) 41 durante 3 min. As mitocôndrias foram também incubadas com: A) ciclosporina A (Ο.βμΜ) ou co-incubadas com biapigenina; B) ácido bongkréquico (16μΜ) ou co-incubadas com biapigenina; C) atractilosideo (40 μΜ) ou co-incubadas com biapigenina. Os valores são apresentados como média + SEM de três a oito experiências independentes. D) Acumulação máxima de cálcio mitocondrial. Os valores são apresentados como média ± SEM de três a oito experiências independentes. * p < 0.05 (em comparação com controlo); # p < 0.05.Figure 14. Capture of mitochondrial calcium. The capture and retention of mitochondrial calcium were evaluated in isolated rat brain mitochondria (0.2mg.ml'1), after energizing with 8mM of succinate (capture of calcium induced by energization). Biapigenin (10μΜ) was incubated for 3 min. Mitochondria were also incubated with: A) cyclosporin A (Ο.βμΜ) or co-incubated with biapigenin; B) bongkréquico acid (16μ) or co-incubated with biapigenin; C) atractyloside (40 μΜ) or co-incubated with biapigenin. Values are presented as mean + SEM of three to eight independent experiments. D) Maximum accumulation of mitochondrial calcium. Values are presented as mean ± SEM of three to eight independent experiments. * p < 0.05 (as compared to control); # p < 0.05.
Figura 15. A biapigenina reduz a acumulação de cálcio mitocondrial e aumenta o efluxo de cálcio. Avaliou-se a retenção de cálcio mitocondrial em mitocôndrias energizadas (0.2mg.ml_1) após adição de um pulso de cálcio (40 μΜ) . O cálcio presente no meio da reacção ([Ca2+]out) foi avaliado através da observação de fluorescência de Calcium Green 5-n (100 nM); uma diminuição na fluorescência corresponde a acumulação de cálcio nas mitocôndrias, enquanto o aumento da fluorescência corresponde ao efluxo de cálcio mitocondrial para o meio de reacção. (A) Pré-incubação de mitocôndrias com biapigenina (10μΜ), durante 3 min, diminui a acumulação máxima de cálcio; a adição de um pulso de biapigenina (indicado pela seta aberta) induziu o efluxo de cálcio mitocondrial. (B) O ácido bongkréquico (16μΜ) aumentou a acumulação de cálcio mitocondrial, mas não evitou o efluxo de cálcio induzido pela biapigenina. (C) A pré-incubação com atractilosideo (40μΜ) induziu o efluxo de cálcio, e este efeito foi aditivo com o da biapigenina. (D) A ciclosporina A (Ο,βμΜ) aumentou a acumulação de cálcio e bloqueou parcialmente o efeito de biapigenina no efluxo de cálcio. (E) O ADP (125μΜ) mais oligomicina (lpg.ml 2) aumentaram a acumulação de cálcio mitocondrial. O ADP mais oligomicina bloquearam completamente a diminuição da 42 acumulação de cálcio induzida pela biapigenina e o efluxo de cálcio mediado pela biapigenina. Após pré-incubação com biapigenina, a adição de um pulso de 125μΜ de ADP (seta lilás) aumentou a acumulação de cálcio. Os valores são apresentados como média ± SEM de duas a três experiências independentes.Figure 15. Biapigenin reduces the accumulation of mitochondrial calcium and increases the efflux of calcium. The retention of mitochondrial calcium in energized mitochondria (0.2mg.ml_1) after addition of a calcium pulse (40 μΜ) was evaluated. Calcium present in the reaction medium ([Ca 2+] out) was evaluated by observation of Calcium Green 5-n fluorescence (100 nM); a decrease in fluorescence corresponds to accumulation of calcium in the mitochondria, while the increase in fluorescence corresponds to the efflux of mitochondrial calcium into the reaction medium. (A) Pre-incubation of mitochondria with biapigenin (10μΜ) for 3 min, decreases the maximum accumulation of calcium; the addition of a biapigenin pulse (indicated by the open arrow) induced efflux of mitochondrial calcium. (B) Bongkrheic acid (16μΜ) increased mitochondrial calcium accumulation, but did not prevent calcium efflux induced by biapigenin. (C) Pre-incubation with atractostyloid (40μΜ) induced calcium efflux, and this effect was additive with that of biapigenin. (D) Cyclosporin A (Ο, βμΜ) increased calcium accumulation and partially blocked the effect of biapigenin on calcium efflux. (E) ADP (125μΜ) plus oligomycin (lpg.ml 2) increased mitochondrial calcium accumulation. ADP plus oligomycin completely blocked the decrease in biapigenin-induced calcium accumulation and biapigenin-mediated calcium efflux. After preincubation with biapigenin, the addition of a 125μ pulso pulse of ADP (lilac arrow) increased calcium accumulation. Values are presented as mean ± SEM of two to three independent experiments.
Figura 16. Uma formulação nova com propriedades neuroprotectoras. Desenvolvemos uma nova formulação com quercetina (21μΜ), campferol (Ι,ΙμΜ) e biapigenina (2,6μΜ) - Mistura V5, capaz de proteger neurónios do hipocampo de rato em cultura da neurotoxicidade induzida por (A) exposição a péptido beta amilóide Αβ(25-35), (25μΜ) ou (B) a uma mistura excitotóxica de cainato - KA (ΙΟΟμΜ) mais NMDA (ΙΟΟμΜ).Figure 16. A novel formulation with neuroprotective properties. We developed a new formulation with quercetin (21μΜ), campferol (Ι, ΙμΜ) and biapigenin (2.6μΜ) - V5 mixture, capable of protecting rat hippocampal neurons in culture from neurotoxicity induced by (A) beta amyloid β peptide exposure (25-35), (25μΜ) or (B) to an excitotoxic mixture of kainate - KA (ΙΟΟμΜ) plus NMDA (ΙΟΟμΜ).
DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DO INVENTO 1. Formulações do presente invento 1.1. Formulações com biapigeninaDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 1. Formulations of the present invention 1.1. Formulations with biapigenin
Estas associações contêm biapigenina entre 0,1 e 50μΜ. Podem ainda conter outras substâncias, como outras substâncias activas e veículos farmacêuticos aceitáveis. 1.2. Formulações com biapigenina, quercetina e campferol Outras associações, no âmbito deste invento, contêm biapigenina e outros flavonóides, tais como quercetina e campferol. Estes compostos poderão estar presentes nas formulações referidas em concentrações individuais de 0,1-50 μΜ. Para além destas substâncias, poderá haver outras substâncias activas e veículos aceitáveis 43 de um ponto de vista farmacêutico.These associations contain biapigenin between 0.1 and 50μΜ. They may also contain other substances, such as other active substances and acceptable pharmaceutical carriers. 1.2. Formulations with biapigenin, quercetin and campperol Other combinations, within the scope of this invention, contain biapigenin and other flavonoids, such as quercetin and campperol. These compounds may be present in the formulations referred to in individual concentrations of 0.1-50 μ. In addition to these substances, there may be other pharmaceutically acceptable active substances and carriers.
Numa formulação preferencial deste invento, é referida uma associação de quercetina (21μΜ), campferol (Ι,ΙμΜ) e biapigenina (2,6μΜ). 2. Produtos químicos 0 cainato foi fornecido pela Ocean Produce International (EUA) e o NMDA foi fornecido pela Tocris (EUA). A Alexa Fluor conjugou anticorpos, Calcium Green-5n, Fura2-AM, Hoechst 33342, Mitotracker Red CMXRos, iodeto de propidio, Syto-13, TMRM foram fornecidos pela Molecular Probes (EUA). A ciclosporina A, proteases (Subtilisin, Carlsberg) tipo VIII e o cloreto de tetrafenilfosfónio (TPP) foram obtidos através da Sigma (Portugal). A digitonina e o ácido plurónico foram obtidos através da Calbiochem (EUA). 0 Calcium Green-5n foi fornecido pela Invitrogen (EUA). 0 sal de difosfato de adenosina monopotássico dihidrato, o sal de trifosfato de magnésio, atractilosideo, ácido bongkréquico, soro de albumina bovina sem ácidos gordos (BSA), ciclosporina A, oligomicina, proteases (Subtilisin, Carlsberg) tipo VIII e o cloreto de tetrafenilfosfónio (TPP) foram obtidos através da Sigma (Espanha). A quercetina, campferol e biapigenina foram isolados por técnica de HPLC a partir de extracto de H. perforatum, conforme descrito em Dias et al. 1998. A pureza dos três compostos foi de 98-99%. Todos os demais produtos químicos tinham o grau de pureza mais elevado disponível no mercado. 3. Culturas neuronais 44In a preferred formulation of this invention, there is reported an association of quercetin (21μΜ), campferol (Ι, ΙμΜ) and biapigenin (2.6μΜ). 2. Chemicals Kainate was supplied by Ocean Produce International (USA) and NMDA was supplied by Tocris (USA). Alexa Fluor conjugated antibodies, Calcium Green-5n, Fura2-AM, Hoechst 33342, Mitotracker Red CMXRos, propidium iodide, Syto-13, TMRM were supplied by Molecular Probes (USA). Cyclosporin A, proteases (Subtilisin, Carlsberg) type VIII and tetraphenylphosphonium chloride (TPP) were obtained from Sigma (Portugal). Digitonin and pluronic acid were obtained from Calbiochem (USA). Calcium Green-5n was supplied by Invitrogen (USA). The salt of monopotassium adenosine diphosphate dihydrate, magnesium triphosphate salt, atractyloside, bongkreic acid, bovine serum free of fatty acids (BSA), cyclosporin A, oligomycin, proteases (Subtilisin, Carlsberg) type VIII and tetraphenylphosphonium chloride (TPP) were obtained from Sigma (Spain). Quercetin, campperol and biapigenin were isolated by HPLC technique from extract of H. perforatum, as described in Dias et al. The purity of the three compounds was 98-99%. All other chemicals had the highest purity available on the market. 3. Neuronal cultures 44
Os neurónios do hipocampo foram dissociados de hipocampos de embriões de ratos Wistar E18-E19, após tratamento com tripsina (2,0mg/ml, 15 min, 37°C) e desoxirribonuclease IHippocampal neurons were dissociated from the hippocampus of embryos of E18-E19 Wistar rats after treatment with trypsin (2.0mg / ml, 15min, 37øC) and deoxyribonuclease I
(0,15mg/ml) na solução de Hank eguilibrada em Ca2+ e Mg2+ livres (137mM NaCl, 5,36 mM KC1, 0,44mM KH2P04, 0,34mM(0.15 mg / ml) in Hank's solution equilibrated in free Ca2 + and Mg2 + (137 mM NaCl, 5.36 mM KCl, 0.44 mM KH2 PO4, 0.34 mM
Na2HP04.2H20, 4,16mM NaHC03, 5mM de glicose, suplementada com 0.001% vermelho de fenol, lmM de piruvato, lOmM ácido 4-(2-hidroxietil)-1-piperazina etanosulfónico (HEPES) , pH 7,4). As células foram cultivadas em meio neurobasal suplementado com B-27 e sem soro (Gibco) , contendo glutamato (25μΜ), glutamina (0,5mM) e gentamicina (0,12mg/ml), conforme descrito anteriormente (Silva et al. 2001) . As culturas foram mantidas a 37°C numa incubadora humidificada com 5% C02 / 95% de ar, durante 7 dias, o tempo necessário para a maturação dos neurónios do hipocampo. Para efeitos de estudos de viabilidade com Syto-13 e iodeto de propídio (PI) as células foram revestidas, com uma densidade de 45xl03 células/cm2, em lamelas cobertas com poli D lisina (0.1 mg/ml). 4. Viabilidade celular e ensaios imunocitoquímicos A viabilidade neuronal foi avaliada com Syto-13 e o ensaio vida/morte iodeto de propídio após exposição de neurónios do hipocampo de cultura a cainato mais NMDA, sozinhos ou na presença dos compostos. As fórmulas estruturais destes três compostos testados são apresentadas na Figura IA. Os neurónios foram expostos de forma contínua a 100μΜ de cainato mais 100 μΜ NMDA, durante 35 minutos a 37°C, e ficaram a recuperar durante 24 horas em meio condicionado. A Syto-13 é uma coloração verde fluorescente com permeabilidade de membrana. O PI é uma coloração vermelha fluorescente não permeável que apenas cora células que perderam a integridade de membrana - apoptóticas tardias ou 45 necróticas (Silva et al. 2004a). A morte celular resultante do processo de isolamento e revestimento representou 30% dos núcleos altamente condensados e PI-positivos (dados não apresentados). Foi realizada imunocitoquimica dirigida à proteina MAP-2 associada aos microtúbulos, e a morfologia mitocondrial e nuclear foram avaliadas com MitoTracker Red CMXRos e Hoechst 33342, respectivamente. Em resumo, as células foram incubadas durante 30 min com 125nM de MitoTracker Red CMXRos, lavadas e fixadas com paraformaldeido (4% paraformaldeido, 4% sacarose em tampão de fosfato) durante 30 min.Na2HP04.2H20, 4.16mM NaHC03, 5mM glucose, supplemented with 0.001% phenol red, 1mM pyruvate, 10mM 4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazine ethanesulfonic acid (HEPES), pH 7.4). Cells were cultured in B-27 and serum-free (Gibco) supplemented neurobasal medium, containing glutamate (25μ), glutamine (0.5mM) and gentamicin (0.12mg / ml) as described previously (Silva et al. ). Cultures were maintained at 37øC in a humidified incubator with 5% CO2 / 95% air for 7 days, the time required for the maturation of hippocampal neurons. For the purposes of viability studies with Syto-13 and propidium iodide (PI) cells were coated at a density of 45x10 3 cells / cm 2 on lamellas covered with poly D lysine (0.1 mg / ml). 4. Cell Viability and Immunocytochemical Assays Neural viability was assessed with Syto-13 and the life / death propidium iodide assay after exposure of culture hippocampal neurons to kainate plus NMDA, alone or in the presence of the compounds. The structural formulas of these three compounds tested are shown in Figure 1A. The neurons were continuously exposed to 100 μl kainate plus 100 μM NMDA for 35 minutes at 37 ° C and were allowed to recover for 24 hours in conditioned medium. Syto-13 is a fluorescent green color with membrane permeability. PI is a nonpermeable red fluorescent staining that only harms cells that have lost membrane integrity - late or necrotic apoptotic (Silva et al., 2004a). Cell death resulting from the isolation and coating process represented 30% of the highly condensed and PI-positive nuclei (data not shown). Immunocytochemistry directed to the microtubule-associated protein MAP-2 was performed, and mitochondrial and nuclear morphology were evaluated with MitoTracker Red CMXRos and Hoechst 33342, respectively. Briefly, the cells were incubated for 30 min with 125 mM MitoTracker Red CMXRos, washed and fixed with paraformaldehyde (4% paraformaldehyde, 4% sucrose in phosphate buffer) for 30 min.
Após a lavagem, as células foram permeabilizadas com 0.2% Triton X-100, bloqueadas com soro de albumina bovina (BSA) a 3% e posteriormente incubadas com um anticorpo primário de rato anti MAP-2 durante 1 hora. Após a lavagem, as células foram incubadas com o anticorpo secundário conjugado IgG anti-rato Alexa Fluor 488 derivado de cabra. Após a lavagem as células foram incubadas durante 5 min com Hoechst 33342 e posteriormente colocadas sob lamelas de vidro utilizando um meio de fluorescência (Dako Cytomation, EUA) . 5. Desregulação do cálcio e perda do potencial de membrana mitocondrial - ensaios de imagem unicelular A desregulação do cálcio e o potencial mitocondrial transmembranar foram monitorizados através da observação de células individuais dos neurónios do hipocampo de cultura. Durante 40 min as células receberam 5μΜ de Fura-2/ΑΜ, 20nM éster de metil-tetrametilrodamina (TMRM), 0.1% BSA livre de ácidos gordos e 0.2% de ácido plurónico F-127 em tampão de Krebs (132mM NaCl, lmM KC1, lmM MgCl2, 2,5mM CaCl2, lOmM glicose, lOmM HEPES-Na, pH 7,4). As experiências decorreram 46 a temperatura ambiente. As lamelas foram lavadas com tampão Krebs e montadas numa câmara de perfusão. A aquisição das imagens fez-se através do programa MetaFluor software (Universal Imaging Corporation, ver. 5.0r7 2003) num microscópio invertido Axiovert 200 de epi-fluorescência (Zeiss), equipado com Lambda DG-4 (Sutter Instrument Company) e uma câmara LCD de alta-resolução (CoolSnap HQ). A aquisição das imagens fez-se alternativamente a 340, 380 e 598 nm (300 ms de tempo de exposição, lOs entre cada imagem), utilizando um filtro Fura-2/rodamina. Cinco minutos após o inicio da aquisição de imagens, as células foram expostas a meio de Krebs contendo 20nM de TMRM e 100μΜ de cainato mais 100μΜ de NMDA. Noutro grupo de experiências, as células foram pré-incubadas durante 15 min com 10μΜ de quercetina, campferol ou biapigenina (após os 40 minutos de exposição aos quimicos do tampão de Krebs e antes do inicio da experiência). Após este período de pré-incubação, os compostos estiveram presentes no restante período da experiência. Foram efectuados controlos adequados utilizando células perfundidas com Krebs. A maioria das células não perdeu a homeostase do cálcio durante o tempo que durou a experiência (40 minutos). 6. Ensaios de corrente respiratória mitocondrial e potencial eléctrico mitocondrial transmembranar Foram isoladas mitocôndrias cerebrais de ratos Wistar machos (8 semanas de idade), usando um método descrito anteriormente, e utilizadas para avaliar o potencial eléctrico mitocondrial transmembranar (ΔΨ™) e a respiração (Moreira et al. 2002). Ο ΔΨ™ foi controlado através da avaliação da distribuição transmembranar do catião lipofílico tetrafenilfosfónio (TPP+) com um eléctrodo TPP- 47 selectivo e um eléctrodo de calomelanos como referência (Kamo et ai. 1979). A diferença de potencial entre o eléctrodo selectivo e o eléctrodo de referência foi medida com um electrómetro e registada de forma continua num gravador Kipp & Zonen. As reacções decorreram a 30°C no interior de uma câmara com agitação magnética num ml de meio (lOOmM sacarose, lOOmM KC1, 2mM KH2PO4, ΙΟμΜ EGTA, 5mM HEPES, pH 7,4, suplementado com 2μΜ de rotenona) e contendo 3μΜ de TPP-C1 (Moreira et ai. 2002a;Oliveira et ai. 2004a). As mitocôndrias (0,8 mg/ml) foram incubadas durante 3 min com 10 μΜ de quercetina, campferol ou biapigenina. As reacções foram desencadeadas com a adição de 8mM de succinato às mitocôndrias em suspensão. Após atingir uma distribuição estável de TPP (planalto) , adicionou-se 125μΜ de ADP e registaram-se as alterações de A¥m. Foram efectuados os controlos adequados sem adição de compostos, mas respeitando sempre o intervalo de 3 min utilizado nas condições de teste. O consumo de oxigénio das mitocôndrias isoladas foi registado de forma polarográfica com um eléctrodo de oxigénio Clark ligado a um aparelho de registo numa câmara fechada, com lml, termostática, revestida a água e com agitação magnética (Estabrook 1967) . A respiração de estádio 3 é definida como 0 consumo de oxigénio na presença de substrato e ADP, enquanto a respiração de estádio 4 é definida como 0 consumo de oxigénio após consumo de ADP. A respiração mitocondrial não foi alterada pela presença de TPP (dados não apresentados). Os valores de RCR obtidos foram ao encontro dos valores esperados para mitocôndrias cerebrais e referidos já anteriormente (Moreira et al. 2005). 7. Peroxidação lipidica mitocondrial A extensão da peroxidação lipidica foi avaliada de forma 48 directa em mitocôndrias não energizadas pela formação de substâncias reactivas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) e pelo consumo de oxigénio independente da cadeia respiratória consumo de oxigénio de mitocôndrias isoladas expostas a ADP mais ferro; e indirectamente através da monitorização das alterações no de mitocôndrias energizadas expostas ao par oxidante ADP mais ferro. Em resumo, a peroxidação lipidica das membranas mitocondriais (0,8mg/ml) foi avaliada através da observação de consumo de oxigénio conforme referido anteriormente (Ferreira et al. 1999) , com alterações menores, ou avaliando a diminuição do (mitocôndrias energizadas com 8mM succinato) (Abreu et al. 2000), após exposição a lmM ADP mais ΙΟΟμΜ de ferro durante 10 ou 15 min a 30°C. Para avaliação do efeito dos compostos fenólicos, as mitocôndrias foram pré-incubadas durante 3 minutos com ΙΟμΜ de quercetina, campferol ou biapigenina. No minuto 10 (momento do final da reacção) retiraram-se amostras para avaliar a extensão da peroxidação lipidica em mitocôndrias não energizadas através da medição da formação de TBARS. Utilizou-se butilhidroxitolueno (ΒΗΤ, 30μΜ) como controlo positivo do efeito anti-oxidante contra a peroxidação lipidica induzida pelo par ADP/ferro. 8. A capacidade de armazenamento de cálcio mitocondrial, captura de cálcio e efluxo de cálcio A capacidade de armazenamento de cálcio mitocondrial foi avaliada indirectamente através da acumulação mitocondrial de TPP na presença de cálcio (Oliveira et al. 2004b). As mitocôndrias (0,8 mg/ml) foram incubadas com 15μΜ de cálcio na presença ou ausência dos compostos durante 3 minutos, e posteriormente energizadas com 8mM de succinato. As 49 alterações em foram registadas com um eléctrodo TPP selectivo durante 10 min. A acumulação de TPP foi calibrada para todas as condições testadas através da adição de pulsos de 0,5 μΜ de TPP (a concentração final no sistema foi de 3μΜ TPP) . Os valores apresentados representam a acumulação de TPP 1 min após a geração do máximo. Em alguns ensaios, o valor de foi determinado segundo referências anteriores (Oliveira et al. 2004b). A captura de cálcio foi avaliada através da fluorescência de Calcium Green-5n com calibração adequada na presença de mitocôndrias (0,2 mg/ml) e rotenona, com pulsos de 2,5 μΜ de cálcio cada. As reacções ocorreram a 30°C numa cuvete de quartzo com 2 ml de meio de reacção e sob agitação magnética. As alterações na intensidade da fluorescência foram seguidas com um fluorímetro Perkin Elmer LS SOB (excitação a 506 nm, emissão a 531 nm, fenda de 5 nm) após suplementação de energia com 4mM de succinato (Oliveira et al. 2003). Quando se atingiu uma fluorescência estável, adicionou-se FCCP para avaliar a libertação de cálcio causada pela despolarização mitocondrial e, consequentemente, a quantidade de cálcio acumulado nas mitocôndrias devido ao potencial eléctrico transmembranar; a captura de cálcio nas mitocôndrias avaliada através deste método foi quase sempre próxima de 90-95% da captura de cálcio total (dados não apresentados). A captura de cálcio foi igualmente avaliada após adição de pulsos de 10μΜ de cálcio a mitocôndrias energizadas. Os pulsos foram adicionados a cada 30s e controlou-se a intensidade da fluorescência. O efeito dos compostos (pré-incubados durante 3 min) no número de pulsos suportados pelas mitocôndrias antes da falência de função mitocondrial foi também analisado. Os compostos foram adicionados após 50 energização com succinato. Adicionou-se EGTA após se ter atingido um estado final de fluorescência estável.After washing, the cells were permeabilized with 0.2% Triton X-100, blocked with 3% bovine albumin serum (BSA) and subsequently incubated with a primary mouse anti-MAP-2 antibody for 1 hour. After washing, the cells were incubated with goat derived Alexa Fluor 488 anti-mouse IgG conjugated secondary antibody. After washing the cells were incubated for 5 min with Hoechst 33342 and subsequently placed under glass slides using a fluorescence medium (Dako Cytomation, USA). 5. Calcium dysregulation and loss of mitochondrial membrane potential - unicellular imaging studies Calcium dysregulation and mitochondrial transmembrane potential were monitored by observation of individual cells of culture hippocampal neurons. For 40 min the cells were given 5 μg Fura-2 μg, 20 μM methyl tetramethylrhodamine ester (TMRM), 0.1% fatty acid free BSA and 0.2% pluronic acid F-127 in Krebs buffer (132 mM NaCl, 1 mM KCl , 1 mM MgCl 2, 2.5 mM CaCl 2, 10 mM glucose, 10 mM HEPES-Na, pH 7.4). Experiments took place at room temperature. The slides were washed with Krebs buffer and mounted in an infusion chamber. Images were acquired through the MetaFluor software program (Universal Imaging Corporation, ver. 5.0r7 2003) on an Axiovert 200 epi-fluorescence inverted microscope (Zeiss) equipped with Lambda DG-4 (Sutter Instrument Company) and a camera High-resolution LCD (CoolSnap HQ). Images were acquired alternately at 340, 380 and 598 nm (300 ms exposure time, 10 s between each image) using a Fura-2 / rhodamine filter. Five minutes after the start of imaging, the cells were exposed to Krebs medium containing 20nM TMRM and 100μΜ kainate plus 100μΜ NMDA. In another group of experiments, the cells were preincubated for 15 min with 10 μΜ quercetin, campperol or biapigenin (after 40 minutes exposure to the Krebs buffer chemicals and before the start of the experiment). After this preincubation period, the compounds were present for the remainder of the experiment. Appropriate controls were performed using Krebs perfused cells. Most cells did not lose calcium homeostasis for the duration of the experiment (40 minutes). 6. Mitochondrial respiratory current and mitochondrial transmembrane electrical potential Mitochondria of male Wistar rats (8 weeks old) were isolated using a method previously described and used to evaluate mitochondrial transmembrane electrical potential (ΔΨ ™) and respiration ( Moreira et al., 2002). ΔΔ ™ was monitored by evaluating the transmembrane distribution of the tetraphenylphosphonium (TPP +) lipophilic cation with a selective TPP-47 electrode and a calomel electrode as reference (Kamo et al., 1979). The potential difference between the selective electrode and the reference electrode was measured with an electrometer and continuously recorded on a Kipp & Zonen. The reactions were carried out at 30øC inside a chamber with magnetic stirring in one ml of medium (100mM sucrose, 100mM KCl, 2mM KH2PO4, ΙΟμΜ EGTA, 5mM HEPES, pH 7.4, supplemented with 2μΜ rotenone) and containing 3μΜ TPP-C1 (Moreira et al., 2002a; Oliveira et al., 2004a). Mitochondria (0.8 mg / ml) were incubated for 3 min with 10 μΜ quercetin, campperol or biapigenin. The reactions were triggered with the addition of 8 mM succinate to the suspension mitochondria. After reaching a stable distribution of TPP (plateau), 125μΜ of ADP was added and the changes of A ¥ m were recorded. Appropriate controls were carried out without addition of compounds, but always respecting the 3 min interval used in the test conditions. Oxygen consumption of the isolated mitochondria was recorded polarographically with a Clark oxygen electrode attached to a recording apparatus in a closed, thermostatic, water-jacketed, and magnetically-stirred closed chamber (Estabrook 1967). Stage 3 respiration is defined as the consumption of oxygen in the presence of substrate and ADP, while stage 4 respiration is defined as the consumption of oxygen after consumption of ADP. Mitochondrial respiration was not altered by the presence of TPP (data not shown). The RCR values obtained were in agreement with the expected values for cerebral mitochondria and referred to earlier (Moreira et al., 2005). 7. Mitochondrial lipid peroxidation The extent of lipid peroxidation was directly evaluated in non-energized mitochondria by the formation of thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) and by oxygen consumption independent of the respiratory chain oxygen consumption of isolated mitochondria exposed to ADP plus iron; and indirectly through the monitoring of changes in the energized mitochondria exposed to the oxidant pair ADP plus iron. In summary, lipid peroxidation of mitochondrial membranes (0.8mg / ml) was evaluated by observing oxygen consumption as previously reported (Ferreira et al., 1999), with minor alterations, or by evaluating the decrease of mitochondria energized with 8mM succinate) (Abreu et al., 2000) after exposure to 1 mM ADP plus ΙΟΟμΜ of iron for 10 or 15 min at 30 ° C. To evaluate the effect of the phenolic compounds, the mitochondria were preincubated for 3 minutes with ΙΟμΜ of quercetin, campperol or biapigenin. At minute 10 (time of the end of the reaction) samples were taken to assess the extent of lipid peroxidation in non-energized mitochondria by measuring the formation of TBARS. Butylhydroxytoluene (ΒΗΤ, 30μ Utiliz) was used as a positive control of the anti-oxidant effect against lipid peroxidation induced by the ADP / iron pair. The storage capacity of mitochondrial calcium was assessed indirectly through the mitochondrial accumulation of TPP in the presence of calcium (Oliveira et al., 2004b). The mitochondria (0.8 mg / ml) were incubated with 15μΜ of calcium in the presence or absence of the compounds for 3 minutes, and then energized with 8mM of succinate. The 49 changes in were recorded with a selective TPP electrode for 10 min. The TPP accumulation was calibrated for all conditions tested by the addition of pulses of 0.5 μΜ TPP (final concentration in the system was 3μΜ TPP). The values presented represent TPP accumulation 1 min after the maximum generation. In some trials, the value of was determined according to previous references (Oliveira et al., 2004b). Calcium uptake was evaluated by Calcium Green-5n fluorescence with adequate calibration in the presence of mitochondria (0.2 mg / ml) and rotenone, with pulses of 2.5 μΜ calcium each. The reactions occurred at 30øC in a quartz cuvette with 2 ml of reaction medium and under magnetic stirring. The changes in fluorescence intensity were followed by a Perkin Elmer LS SOB fluorimeter (excitation at 506 nm, emission at 531 nm, 5 nm slit) after supplementation of energy with 4 mM succinate (Oliveira et al., 2003). When stable fluorescence was reached, FCCP was added to assess the release of calcium caused by mitochondrial depolarization and, consequently, the amount of calcium accumulated in the mitochondria due to the transmembrane electric potential; calcium capture in the mitochondria evaluated by this method was almost always close to 90-95% of total calcium capture (data not shown). Calcium capture was also evaluated after addition of 10μΜ of calcium pulses to energized mitochondria. The pulses were added every 30s and the intensity of the fluorescence was monitored. The effect of the compounds (preincubated for 3 min) on the number of pulses supported by mitochondria before mitochondrial function failure was also analyzed. Compounds were added after energization with succinate. EGTA was added after a final stable fluorescence state had been reached.
Quando descrito,When described,
Avaliou-se a retenção de cálcio através da fluorescência de Calcium Green-5n. Levou-se a cabo a calibração apropriada com pulsos de 7nmol Ca2+/mg de proteína, adicionada às mitocôndrias (0,2 mg/ml em suspensão. As reacções ocorreram a 30°C numa cuvete de quartzo com 2 ml de meio de reacção (lOOmM sacarose, lOOmM KC1, 2mM KH2P04, ΙΟμΜ EGTA, 5mM HEPES, pH 7,4, suplementado com 2μΜ de rotenona) sob agitação magnética. As alterações na intensidade da fluorescência foram controladas com um fluorímetro Perkin Elmer LS 50B (excitação a 506 nm, emissão a 531 nm, 5 nm de fendas de emissão e excitação), e a captura de cálcio foi avaliada após energização com 4mM de succinato. Quando se atingiu uma fluorescência estável, adicionou-se FCCP para avaliar a libertação total de cálcio devido a despolarização mitocondrial e, consequentemente, a quantidade de cálcio acumulado devido ao potencial eléctrico mitocondrial transmembranar. A captura de cálcio nas mitocôndrias avaliada com este método foi de 90-95% da captura total de cálcio (dados não apresentados). O efluxo de cálcio foi avaliado nas mitocôndrias energizadas após adição de um único pulso de cálcio (42nmol Ca2+/mg de proteína) adicionado 3 minutos após a adição de mitocôndrias ao meio de reacção. O efeito da biapigenina (10 μΜ) e de outros produtos testados na homeostase do cálcio foi avaliado após 3 minutos de incubação. Levaram-se a cabo os controlos adequados para avaliar potenciais interferências da biapigenina com a sonda de fluorescência, sob reduzidas ou elevadas concentrações de cálcio. Não se observou qualquer interferência nas condições utilizadas para a experiência. Quando descrito, adicionou-se 51 biapigenina ou outros produtos após o pulso de cálcio para avaliar possiveis efeitos no efluxo de cálcio. Adicionou-se EGTA (40μΜ) após ser atingido o estado final de fluorescência estável. 9. Actividade da ATPase A actividade da ATPase foi determinada através do acompanhamento da produção de protões resultante da hidrólise de ATP, segundo o método potenciométrico. As reacções decorreram a 30°C em câmara aberta com agitação magnética em 2 ml de meio de reacção (lOOmM sacarose, lOOmM KC1, 2mM KH2P04, 0,5mM HEPES-K, ΙΟμΜ EGTA, pH 7,3). As mitocôndrias (0,8mg.ml_1) foram incubadas durante 3 min com ΙΟμΜ de biapigenina. Desencadearam-se as reacções com a adição de 2mM ATP-Mg às mitocôndrias em suspensão, e registaram-se as alterações no pH durante 5 min. A adição de oligomicina no final da experiência aboliu inteiramente a libertação de protões. Efectuaram-se os controlos adequados sem qualquer adição de compostos. As alterações de pH foram seguidas de forma continua com um medidor de pH, com o eléctrodo inserido no meio de reacção sob agitação magnética. As variações de pH foram registadas num aparelho Perkin-Elmer (Modelo 56) ligado ao pH através de um circuito de compensação de voltagem basal. A calibração interna foi levada a cabo no final de cada experiência, com a adição de quantidades adequadas (600nmol) de NaOH, e contra-titulada através da adição da mesma quantidade de HC1 (devido à instabilidade do NaOH em solução). 10. Actividade da ATPsintetase A actividade da ATPsintetase foi medida através do acompanhamento das variações de pH associadas à sintese de ATP, através do método potenciométrico descrito 52 anteriormente. As reacções decorreram a 30°C em câmara aberta com agitação magnética em 2mL do meio de reacção sem HEPES (lOOmM sacarose, lOOmM KC1, 2mM KH2P04, ΙΟμΜ EGTA, pH 7,3). As mitocôndrias (0,8 mg.rnL"1) foram incubadas durante 3 min com ΙΟμΜ de biapigenina. As reacções foram desencadeadas com a adição de 8mM de succinato às mitocôndrias em suspensão. Um minuto após a energização, adicionou-se 125μΜ de ADP e registaram-se as alterações de pH. Foram efectuados os controlos adequados sem adição de compostos. A calibração interna foi feita no final de cada experiência, com a adição de quantidades adequadas de HC1 (5nmol). 11. Quantificação de nucleótidos de adenosina Os nucleótidos de adenosina foram recuperados com um processo de extracção acidica e separados por cromatografia liquida de fase invertida, conforme descrito anteriormente com algumas alterações menores. Todos os processos de extracção foram levados a cabo a 0-4°C para minimizar a degradação dos nucleótidos. Os nucleótidos de adenosina foram extraídos de mitocôndrias cerebrais energizadas com succinato incubadas apenas com biapigenina, ou em combinação com outros produtos, após um ciclo completo de fosforilação (1 minuto após fosforilação total do ADP). Retiraram-se 300μ1 do meio de reacção para um tubo de eppendorf com oligomicina e 0,5M de ácido perclórico gelado (HC104) . A mistura foi então centrifugada (14.000 rpm a 4°C, durante 5 min). Os grânulos foram conservados a -80°C para quantificação proteica (com um teste proteico BioRad). O sobrenadante foi recuperado e o pH ajustado para 6,5 com 2,5M KOH gelado em 1,5M KH2PO4 e centrifugado (14.000 rpm a 4°C, durante 2 min). O novo sobrenadante obtido foi recuperado com extremo cuidado, para evitar os sais de 53 permanganato solúveis produzidos, e armazenado a -80°C para análise cromatográfica posterior.Calcium retention was assessed by fluorescence of Calcium Green-5n. Appropriate calibration was performed with pulses of 7nmol Ca 2+ / mg protein, added to the mitochondria (0.2 mg / ml suspension). Reactions occurred at 30øC in a quartz cuvette with 2 ml of reaction medium ( 100mM sucrose, 100mM KCl, 2mM KH2PO4, ΙΟμΜ EGTA, 5mM HEPES, pH 7.4, supplemented with 2μΜ rotenone) under magnetic stirring.The changes in fluorescence intensity were controlled with a Perkin Elmer LS 50B fluorimeter (excitation at 506 nm , emission at 531 nm, 5 nm of emission slits and excitation), and calcium capture was evaluated upon energization with 4 mM succinate. When stable fluorescence was reached, FCCP was added to assess the total calcium release due to mitochondrial depolarization and, consequently, the amount of calcium accumulated due to mitochondrial transmembrane electric potential. Calcium capture in the mitochondria evaluated with this method was 90-95% of the total calcium Calcium efflux was evaluated in the energized mitochondria after the addition of a single calcium pulse (42nmol Ca2 + / mg protein) added 3 minutes after the addition of mitochondria to the reaction medium. The effect of biapigenin (10 μΜ) and other products tested on calcium homeostasis was evaluated after 3 minutes of incubation. Appropriate controls were carried out to evaluate potential interferences of biapigenin with the fluorescence probe, at low or high concentrations of calcium. No interference was observed in the conditions used for the experiment. When described, biapigenin or other products were added after the calcium pulse to assess possible effects on calcium efflux. EGTA (40μΜ) was added after reaching the final state of stable fluorescence. 9. ATPase Activity ATPase activity was determined by monitoring the proton production resulting from the ATP hydrolysis, according to the potentiometric method. Reactions were run at 30øC in open chamber with magnetic stirring in 2 ml of reaction medium (100 mM sucrose, 100 mM KCl, 2 mM KH2 PO4, 0.5 mM HEPES-K, λm EGTA, pH 7.3). Mitochondria (0.8mg.ml_1) were incubated for 3 min with ΙΟμΜ of biapigenin. Reactions were triggered by the addition of 2mM ATP-Mg to the suspension mitochondria, and changes in pH were recorded for 5 min. Addition of oligomycin at the end of the experiment completely abolished proton release. The appropriate controls were carried out without any addition of compounds. The pH changes were followed continuously with a pH meter, with the electrode inserted into the reaction medium under magnetic stirring. The pH variations were recorded on a Perkin-Elmer (Model 56) pH-linked apparatus via a basal voltage compensation circuit. Internal calibration was carried out at the end of each experiment, with the addition of suitable amounts (600nmol) of NaOH, and counter-titrated by addition of the same amount of HCl (due to NaOH instability in solution). 10. Activity of ATPsintetase Activity of ATPsintetase was measured by monitoring the pH variations associated with ATP synthesis by the potentiometric method described above. The reactions were run at 30øC in open chamber with magnetic stirring in 2mL of the reaction medium without HEPES (100mM sucrose, 100mM KCl, 2mM KH2PO4, λmΜ EGTA, pH 7.3). Mitochondria (0.8 mg.rnL " 1) were incubated for 3 min with ΙΟμΜ of biapigenin. The reactions were triggered with the addition of 8 mM succinate to the suspension mitochondria. One minute after the energisation, 125μΜ of ADP was added and the pH changes were recorded. Appropriate controls were carried out without addition of compounds. The internal calibration was done at the end of each experiment, with the addition of suitable amounts of HCl (5nmol). 11. Adenosine nucleotide quantification Adenosine nucleotides were recovered with an acidic extraction procedure and separated by reverse phase liquid chromatography as described above with some minor changes. All extraction procedures were carried out at 0-4 ° C to minimize nucleotide degradation. Adenosine nucleotides were extracted from succinate-energized brain mitochondria incubated only with biapigenin, or in combination with other products, after a complete cycle of phosphorylation (1 minute after total phosphorylation of ADP). 300μl of the reaction medium was withdrawn into an eppendorf tube with oligomycin and 0.5M ice-cold perchloric acid (HC104). The mixture was then centrifuged (14,000 rpm at 4øC for 5 min). The granules were stored at -80 ° C for protein quantification (with a BioRad protein test). The supernatant was recovered and the pH adjusted to 6.5 with ice cold 2.5M KOH in 1.5M KH2PO4 and centrifuged (14,000 rpm at 4øC for 2 min). The new supernatant obtained was recovered with extreme caution to avoid the soluble permanganate salts produced, and stored at -80øC for further chromatographic analysis.
As amostras foram centrifugadas a 14.000 rpm durante 5 min antes serem injectadas no sistema HPLC. Determinou-se a concentração de nucleótidos de adenosina (ATP, ADP e AMP) em cada amostra com HPLC num sistema Gilson-Asted, consistindo numa bomba de modelo 305 ligada a um computador com uma interface 506C e software controlador Gilson 715 HPLC. Resumindo, os nucleótidos de adenosina foram separados num Lichrospher 100 RP-18 (5ym, 125mm) da Merck (Darmstadt, Alemanha), protegido por uma coluna Lichrospher 100 RP-18 (5 ym, 4mm) . Em cada um dos testes utilizou-se uma eluição isocrática com lOOmM de tampão de fosfato de potássio (pH 6,0) e 1% de metanol durante 8 min, com um fluxo de l,lml/min. Fez-se a determinação com um detector Gilson UVf modelo 116, a 254 nm. A concentração dos nucleótidos foi determinada após determinação de soluções de nucleótidos normais em condições idênticas, e os cromatogramas foram posteriormente analisados com software Gilson. O limite de detecção para cada analito foi de 1-2pmol/injecção. 12. Análise estatísticaSamples were centrifuged at 14,000 rpm for 5 min before being injected into the HPLC system. The concentration of adenosine nucleotides (ATP, ADP and AMP) in each sample was determined by HPLC on a Gilson-Asted system, consisting of a model 305 pump connected to a computer with a 506C interface and Gilson 715 HPLC controller software. Briefly, the adenosine nucleotides were separated into a Lichrospher 100 RP-18 (5ym, 125mm) Merck (Darmstadt, Germany), protected by a Lichrospher 100 RP-18 (5 μm, 4 mm) column. In each of the tests an isocratic elution was used with 100 mM potassium phosphate buffer (pH 6.0) and 1% methanol for 8 min at a flow rate of 1.1 ml / min. The determination was made with a Gilson UVf model 116 detector at 254 nm. The nucleotide concentration was determined after determination of normal nucleotide solutions under identical conditions, and the chromatograms were subsequently analyzed with Gilson software. The limit of detection for each analyte was 1-2 ppm / injection. 12. Statistical analysis
Os resultados são apresentados como médias ± SE do número indicado de experiências, normalmente feitas em triplicado ou quadruplicado salvo indicação em contrário. A relevância estatistica foi determinada com um teste unidireccional análise de variância (ANOVA) para comparações múltiplas, seguido de um pós-teste de Bonferroni. 54The results are reported as mean ± SE of the indicated number of experiments, usually done in triplicate or quadruplicate unless otherwise noted. Statistical relevance was determined with a one-way analysis of variance (ANOVA) for multiple comparisons, followed by a Bonferroni post-test. 54
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