NMR metabonomics applied to synaptosomes and slices to profile metabolic alterations in neurodegenerative and neuroprotection mechanisms

Abstract

Os recetores A2A (A2ARs) desempenham um papel importante em sinapses de diversas regiões do cérebro, sendo que a sua sobre-ativação provoca défices na plasticidade sináptica e na memória. Sabe-se que o bloqueio dos A2ARs, seja pela ligação de antagonistas ou pela inativação genética, confere neuroprotecção contra danos cerebrais, nomeadamente nas regiões corticais do cérebro. Por este motivo, estes recetores são apontados como potenciais alvos terapêuticos para diversas doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer. Também o metabolismo pode estar intrinsecamente ligado a distúrbios neurodegenerativos, uma vez que estudos indicam que alterações metabólicas influenciam fortemente o início e a progressão de doenças neurodegenerativas.Muitas doenças associadas ao cérebro começam com disfunção ou perda sináptica, no entanto os mecanismos subjacentes não são totalmente conhecidos. Assim, as alterações metabólicas são propostas como causa possível para a disfunção e perda sináptica. Para além disso, os mecanismos de neuroproteção associados a A2ARs, como é exemplo a cafeína e a inativação genética dos A2ARs, não são também totalmente conhecidos, sendo proposto que alterações metabólicas sejam o mecanismo subjacente à neuroproteção.Para testar esta hipótese de trabalho foram realizadas experiências no modelo animal APP/PS1, que mimetiza a doença de Alzheimer, no modelo A2AR KO, que possui inativação genética dos A2ARs, e ainda em animais controlo (wild-type, WT) sujeitos a tratamento com cafeína. Assim, sinaptossomas P2 e fatias corticais foram utilizados para a realização de estudos metabólicos, efetuados com recurso a espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN).Os resultados das experiências realizadas com APP/PS1 mostram que não existem alterações metabólicas significativas em sinaptossomas, estando em concordância com outro estudo que afirma que em vários modelos transgénicos de animais que mimetizam a doença de Alzheimer, não foram observados défices bioenergéticos consistentes em sinaptossomas. Quanto às experiências realizadas nos diferentes mecanismos de neuroproteção, os resultados mostram uma diferença no índice glicolítico entre sinaptossomas e fatias corticais, mas mostram também que não existem alterações significativas nas características metabólicas entre animais controlo e tratados com cafeína, bem como entre animais WT e A2AR KO.

A2A receptors (A2ARs) play a crucial role in controlling synaptic function in multiple brain regions, and their over-activation impairs synaptic plasticity and memory. It is acknowledged that A2AR blockade, using antagonists or genetic inactivation, offers a robust neuroprotection against brain damage, especially in cortical regions of the brain. Hence, several groups have considered A2ARs as a promising drug target in different pathologies, namely neurodegenerative disorders.Metabolism is also thought to be intrinsically linked to neurodegenerative disorders as there is increasing evidence suggesting that metabolic alterations strongly influence the onset and progression of neurodegenerative diseases, in accordance with different studies showing that brain disorders are accompanied by specific patterns of cerebral metabolic activity. Most brain diseases begin with a dysfunction or loss of synapses, though the exact processes involved are still unknown. Nevertheless, metabolic impairments are proposed to underlie synaptic dysfunction and loss. Moreover, neuroprotection mechanisms associated with A2AR, such as caffeine or genetic inactivation of A2AR, also remain undetermined so a link between metabolic alterations or adaptations and neuroprotection is proposed. To test our working hypothesis, experiments were performed in APP/PS1 mouse model and upon different neuroprotective mechanisms, such as caffeine, and the A2AR KO mouse model, which has a genetic inactivation of A2AR. P2 synaptosomes and superfused cortical slices were used to perform the metabolic experiments with samples being analysed by NMR spectroscopy. The results show no significant alterations in metabolic features in the cortical synapses of AD-like mice, which is in accordance with another study in several transgenic mouse models of Alzheimer’s disease (AD), that reported no consistent bioenergetic deficits. Furthermore, the experiences performed with the neuroprotective mechanisms indicate a difference in glycolytic index between synaptosomes and slices, but there are no significant metabolic alterations between the control group and the group treated with caffeine, and also between WT and A2AR KO mice.