Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/98013
Title: Perturbation of ER-mitochondria crosstalk in bipolar disorder: effect of Sigma-1 receptor modulation
Other Titles: Perturbação da interação entre o RE e a mitocôndria no distúrbio bipolar: efeito da modulação do recetor Sigma-1
Authors: Cunha, Ana Rita Azevedo Henriques da
Orientador: Carvalho, Ana Luísa Monteiro de
Resende, Rosa Maria Branco de Matos Costa
Keywords: Bipolar disorder; Endoplasmic reticulum stress; Sigma-1 receptor; Mitochondria-associated membranes; Ca2+ signaling; Distúrbio bipolar; Stress do retículo endoplasmático; Recetor Sigma-1; Mitochondria-associated membranes; Sinalização de Ca2+
Issue Date: 6-Dec-2021
Project: info:eu-repo/grantAgreement/FCT/6817 - DCRRNI ID/UIDB/04539/2020/PT
Serial title, monograph or event: Perturbation of ER-mitochondria crosstalk in bipolar disorder: effect of Sigma-1 receptor modulation
Place of publication or event: Centro de Neurociências e Biologia Celular da Universidade de Coimbra
Abstract: Os distúrbios psiquiátricos têm um enorme impacto tanto na qualidade de vida dos doentes, como a economia global. Só na Europa existem cerca de 164 milhões de pessoas com diagnóstico de algum tipo de distúrbio psiquiátrico. O distúrbio bipolar é uma perturbação de humor caracterizada pelas alterações entre episódios depressivos e maníacos ou hipomaníacos. O conhecimento relativo aos mecanismos celulares e moleculares subjacentes ao distúrbio bipolar são ainda muito limitados. Até então, a maioria dos estudos foram realizados em tecido post-mortem de doentes ou em animais, possuindo grandes limitações para o desenvolvimento de terapias e biomarcadores. No entanto, a literatura aponta para que existam alterações da resposta ao stress do retículo endoplasmático, disfunção mitocondrial, e alterações nos processos de inflamação, sinalização de Ca2+, bioenergética, autofagia e apoptose. Estes processos são regulados por zonas de junção entre o retículo endoplasmático e a mitocôndria, denominadas mitochondria-associated membranes (MAMs) cuja relevância em diferentes doenças do cérebro tem vindo a ser desvendada. Tendo isto em conta, este trabalho visou revelar se os alguns dos eventos regulados pelas MAM se encontram alterados em fibroblastos derivados de doentes com distúrbio bipolar, nomeadamente na resposta ao stress do retículo endoplasmático, ao nível do contacto entre este organelo e a mitocôndria, na disfunção mitocondrial, e na sinalização de Ca2+. Para este fim, foram usados fibroblastos da derme a partir de biópsias de pele realizadas em doentes com BD ou sujeitos saudáveis (n=3 homens, com idades compreendidas entre os 18-25 anos) após consentimento informado, de acordo com as diretrizes do Comité de Ética. As células foram sujeitas a tratamentos com tapsigargina, um indutor clássico do stress do retículo endoplasmático, e com pridopidina, um agonista do recetor Sigma-1, que é uma proteína envolvida nos mecanismos das MAM. Em condições basais e em stress induzido pela tapsigargina, analisamos os níveis proteicos de marcadores de unfolded protein response (UPR) por Western-blotting. A viabilidade celular foi avaliada pelo ensaio de redução do MTT, e o potencial da membrana mitocondrial foi avaliado utilizando TMRE. A libertação de Ca2+ do retículo endoplasmático mediada por IP3R e a transferência de Ca2+ do retículo endoplasmático para a mitocôndria foram analisados através das sondas fluorescentes Fura-2 e Rhod-2, respetivamente. A ligação do retículo endoplasmático às mitocôndrias foi analisada utilizando proximity ligation assay. Em fibroblastos provenientes de doentes com distúrbio bipolar detetámos diferenças nos níveis de proteínas envolvidas na resposta ao stress do retículo endoplasmático, na ligação entre este organelo e a mitocôndria, e ainda na sinalização de Ca2+ para a mitocôndria, tanto em condições basais como em stress. No entanto, observámos que a ativação farmacológica do recetor Sigma-1 não alterou a reposta das células dos doentes bipolares. Os nossos estudos revelaram mecanismos celulares e moleculares alterados nos fibroblastos de doentes relativamente aos fibroblastos controlo. Estes resultados contribuirão para o desenvolvimento de biomarcadores fidedignos e de estratégias terapêuticas.
Psychiatric disorders greatly impact both the quality of life of patients and the global economy. Only in Europe, there are about 164 million people diagnosed with some type of psychiatric disorder. Bipolar disorder (BD) is a mood disorder characterised by changes between depressive and manic or hypomanic episodes. Knowledge regarding the cellular and molecular mechanisms underlying bipolar disorder are still very limited. Until then, most studies have been carried out in post-mortem tissue of patients or in animals, with major limitations for the development of therapies and biomarkers. However, the literature points to altered endoplasmic reticulum stress response, mitochondrial dysfunction, and abnormalities in the processes of inflammation, Ca2+ signaling, bioenergetics, autophagy, and apoptosis. These processes are regulated by mitochondria-associated membranes (MAMs) and their relevance in different brain diseases is being unravelled. Taking this into account, this work aimed to reveal whether some of the events regulated by MAMs are altered in fibroblasts derived from patients with bipolar disorder, namely in the endoplasmic reticulum (ER) stress response, the contacts between this organelle and mitochondria, in mitochondrial dysfunction, and in Ca2+ signaling. For this purpose, dermal fibroblasts were generated from skin biopsies performed in BD patients or age- and sex-matched control subjects (n=3 males, aged 18-25 years) after informed consent in accordance with Ethics Committee’s guidelines. The cells were subjected to treatments with thapsigargin, a classical inducer of ER stress, and with pridopidine, an agonist of the Sigma-1 receptor which is a protein involved in MAMs mechanisms. Under basal and thapsigargin exposure, protein levels of ER stress- induced unfolded protein response (UPR) markers were measured by Western-blotting. Cell survival was assessed by the MTT reduction assay, and the mitochondrial membrane potential was evaluated using TMRE. IP3R-mediated ER Ca2+ release and ER-mitochondria Ca2+ transfer were studied with the Fura-2 and Rhod-2 fluorescent dyes, respectively. ER-mitochondria tethering was analysed using the proximity ligand assay. In BD patients-derived fibroblasts we detected differences in the levels of proteins involved in the ER stress response, in ER-mitochondria tethering, and in Ca2+ signaling to mitochondria, both in basal and stress conditions. However, we found that pharmacological activation of the Sigma-1 receptor did not alter the response of bipolar patients’ cells. Our studies have revealed abnormal cellular and molecular mechanisms in bipolar patients’ fibroblasts that could contribute to the development of reliable biomarkers and therapeutic strategies.
Description: Dissertação de Mestrado em Biologia Celular e Molecular apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/98013
Rights: embargoedAccess
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