Efeitos do metilglioxal e da piridoxamina na bioenergética e no estado redox de mitocôndrias de cérebro de rato

Abstract

Os produtos finais de glicação avançada (AGEs) são formados a partir da reação não enzimática entre açúcares redutores e grupos amina de proteínas, lípidos e ácidos nucléicos. Os AGEs estão implicados na patogénese da diabetes e das complicações e no processo fisiológico do envelhecimento, sendo o metilglioxal (MG) um dos principais intermediários dos AGEs. O objetivo deste estudo foi investigar os efeitos da administração crónica de MG e do tratamento com piridoxamina (PM), um derivado da vitamina B6 com capacidade de inibir a glicação, na bioenergética e no estado oxidativo das mitocôndrias de cérebro. Para tal, foram criados 4 grupos de ratos: 1) ratos Wistar controlo; 2) ratos Wistar tratados com MG, por via oral, durante 10 semanas (50 mg MG/Kg peso corporal/dia nas primeiras 6 semanas e 60 mg MG/Kg peso corporal/dia nas últimas 4 semanas); 3) ratos tratados com MG (protocolo anterior) e, posteriormente, tratados com 1g/l PM, por via oral, durante 4 semanas e 4) ratos Wistar tratados apenas com 1g/l PM, por via oral, durante 4 semanas. Findo os períodos de tratamento, os animais foram sacrificados e as mitocôndrias de cérebro isoladas. Avaliámos vários parâmetros mitocondriais: a cadeia respiratória [estados 3 e 4 da respiração, índice de controlo respiratório (ICR), e razão ADP/O], o sistema fosforilativo [potencial transmembranar (m), despolarização induzida pelo APD, tempo de repolarização e níveis de ATP], a atividade da aconitase mitocondrial e das enzimas antioxidantes glutationa peroxidase (GPx), glutationa redutase (GR) e superóxido dismutase dependente de manganês (MnSOD), os níveis de peróxido de hidrogénio (H2O2), de malondialdeído (MDA; marcador de peroxidação lipídica) e de glutationa e vitamina E (-tocoferol) (antioxidantes não enzimáticos). O tratamento com MG provocou um decréscimo significativo do ICR, da razão ADP/O e das atividades da aconitase e GR e aumentou os níveis de H2O2. O tratamento com PM não contrariou os efeitos deletérios do MG e, além disso, a PM levou a um decréscimo significativo do m e do ICR. Por outro lado, a administração da PM a ratos controlo diminuiu significativamente a atividade da aconitase mitocondrial e os níveis de MDA e aumentou a razão ADP/O, a despolarização induzida pelo ADP, os níveis de α-tocoferol e as atividades da GPx e MnSOD. Não foram observadas alterações significativas nos outros parâmetros analisados. Concluindo, os nossos resultados mostram que níveis elevados de MG têm efeitos deletérios na função e estado oxidativo das mitocôndrias de cérebro e que a PM foi incapaz de reverter os efeitos do MG

Advanced glycation end products (AGEs) are originated by a non-enzymatic reaction between reducing sugars and amino groups of proteins, lipids and nucleic acids. AGEs are involved in aging, age-related diseases and diabetes-associated complications, methylglyoxal (MG) being an important precursor in AGEs formation. This study was intended to investigate the effects of chronic administration of MG and treatment with pyridoxamine (PM), a powerful glycation inhibitor that belongs to vitamin B6 family, on brain mitochondrial bioenergetics and oxidative status. For that purpose, 4 groups of rats were created: 1) a group of control Wistar rats; 2) a group of Wistar rats orally treated with MG during 10 weeks (first 6 weeks with 50 mg MG/Kg body weight/day and the last 4 weeks with 60 mg MG/Kg body weight/day); 3) a group of Wistar rats treated with MG (same protocol as before) and then orally treated with 1g/l of PM during 4 weeks and 4) Wistar rats treated only with 1g/l of PM during 4 weeks. After the treatment periods, the animals were sacrificed and the brain mitochondrial fractions were obtained. We evaluated several mitochondrial parameters: the respiratory chain [states 3 and 4 of respiration, respiratory control ratio (RCR), and ADP/O index], the phosphorylation system, [transmembrane potential (ΔΨm), ADP-induced depolarization, repolarization lag phase and ATP levels], the activity of mitochondrial aconitase and antioxidant enzymes glutathione peroxidase (GPx), glutathione reductase (GR) and manganese superoxide dismutase (MnSOD), the levels of hydrogen peroxide (H2O2), malondialdehyde (MDA), and glutathione and vitamin E (-tocoferol) (non-enzymatic antioxidants). MG treatment induced a statistical significant decrease in RCR, ADP/O index and activity of aconitase and GR and an increase in H2O2 levels. The administration of PM to MG-treated rats did not counteract those effects and, additionally, promoted a significant decrease in m and RCR. Furthermore, its administration to the control group caused a significant decrease in the activity of aconitase, in MDA levels and significantly increased ADP/O index, α-tocopherol levels and the activity of both GPx and MnSOD. No statistically significant changes were observed in the other parameters analysed. In conclusion, our results show that chronic exposure to MG had deleterious effects in the function and oxidative status of brain mitochondria, and that PM was unable to reverse the effects of MG