Molecular mechanisms associated with the effects of ODN on astroglial and microglial cells stressed by an oxidative stress : impact on lipid metabolism and cell death
Étude des mécanismes moléculaires associés aux effets de l'ODN sur des cellules astrogliales et microgliales soumises à un stress oxydant : impact sur le métabolisme lipidique et la mort cellulaire
Résumé
Neurodegenerative diseases are characterized by oxidative stress associated with mitochondrial damages leading to neuronal cell death. To mitigate these damages and promote neuronal cytoprotection and neurogenesis, endogenous (Neuropeptide: octadecaneuropeptide (ODN)) or exogenous (Polyphenols: resveratrol (RSV) and apigenin (API)) natural neurotrophic factors could be used as therapeutic agents to promote neuronal differentiation of immature and pluripotent stem cells. ODN is a peptide produced by astrocytes and known as a powerful neuroprotective agent. It is therefore of interest of studying its effects on the mobilization of calcium, its ability to protect neuronal cells against apoptosis death caused by hydrogen peroxide (H2O2) and evaluate its ability to stimulate neurogenesis by promoting neuronal differentiation. The effects of polyphenols (RSV, API), major compounds of the Mediterranean diet, on neurogenesis were also evaluated.The cytoprotective and/or differentiating properties of ODN (10-16 -10-8 M) and polyphenols (RSV: 6.25 -50 μM, API: 6.25 -50 μM) were mainly studied on murine N2a neuroblastoma cells but also on other murine (BV-2, C6) and human (SK-N-BE, CCF-STTG1) nerve lines. Cytoprotection was measured by various viability tests (FDA, MTT, DiOC6(3), propidium iodide). Differentiation was morphologically evaluated by the presence of neurites (axons and dendrites) and visualized by different microscopical techniques. Retinoic acid (RA: 6.25-50 μM) was used as a positive inductor of differentiation. The signaling pathways involved in neuronal differentiation have been characterized. We also studied the effect of ODN (10-14 M, 48 h) on the morphology, topography and activity of mitochondria and peroxisome during differentiation. These two organelles are involved in the metabolism of lipids (fatty acids, cholesterol).The results obtained show that ODN is able to promote the survival of N2a cells cultured under the conditions of acute oxidative stress induced by H2O2. In addition, ODN as well as polyphenols (RSV and API), which lack intrinsic cytotoxic effects, stimulate neurite outgrowth, indicating that they exert pro-differentiating neurotrophic effects. This effect of ODN involves activation of its metabotropic receptor associated with intracellular transduction pathways PKA, PKC and MAPK / ERKs. In addition, ODN stimulates the biogenesis of mitochondria and peroxisomes, essential organelles in axonal activity (axonal transport and renewal). The study of signaling pathways demonstrate that the trophic effects of RSV and API involve the activation of PKC, PKA and MAPK / ERK transduction pathways.Based on these results, the ODN release could be an endogenous protective mechanism in response to oxidative attacks and process of neurodegeneration, preventing cell death and promoting neuronal cell differentiation. Our work also highlights for the first time that polyphenols, in addition to their antioxidant activity, stimulate the formation, maturation and elongation of neurites of undifferentiated N2a cells. All of this work indicates that ODN neuropeptide and polyphenols (RSV and API) are potent neurotrophic agents. These molecules and/or their synthetic analogues may have pharmacological interest for treating neurodegenerative diseases by promoting neuroprotection, neuro-repair and neurogenesis.
Les maladies neurodégénératives sont caractérisées par un stress oxydatif associé à des dommages mitochondriaux aboutissant à la mort des cellules neuronales. Pour atténuer ces dommages et favoriser la cytoprotection neuronale ainsi que la neurogenèse, des facteurs neurotrophiques naturels de type endogènes (Neuropeptide : octadécaneuropeptide (ODN)) ou exogènes (Polyphénols : resvératrol (RSV) et apigénine (API)) pourraient être utilisés comme agents thérapeutiques permettant de favoriser la différenciation neuronale des cellules souches immatures et pluripotentes. L’ODN est un peptide produit par les astrocytes et connu comme agent neuroprotecteur puissant d’où l’intérêt d’étudier ses effets sur la mobilisation du calcium, sa capacité à protéger les cellules neuronales contre la mort par apoptose générée par le peroxyde d’hydrogène (H2O2) et d’évaluer son pouvoir à stimuler la neurogenèse en favorisant la différenciation neuronale. Les effets des polyphénols (RSV, API), composés majeurs du régime méditerranéen, sur la neurogenèse ont été également évalués.Les propriétés cytoprotectrices et/ou différenciatrices de l’ODN (10-16 -10-8 M) et des polyphénols (RSV : 6.25 -50 µM ; API : 6.25 -50 µM) ont été essentiellement étudiées sur des cellules de neuroblastomes murins N2a mais aussi sur d’autres lignées nerveuses murines (BV-2, C6) et humaines (SK-N-BE ; CCF-STTG1). La cytoprotection a été mesurée par différents tests de viabilité (FDA, MTT, DiOC6(3), iodure de propidium). La différenciation a été évaluée morphologiquement par la présence de neurites (axones et dendrites) visualisés grâce à différentes techniques de microscopie. L’acide rétinoïque (AR : 6.25 -50 µM) a été utilisé comme contrôle positif d’induction de différenciation. Les voies de signalisation impliquées dans la différenciation neuronale ont été caractérisées. Nous avons aussi étudié l’effet de l’ODN (10-14 M, 48 h) sur la morphologie, la topographie et l’activité des mitochondries et des peroxysomes au cours de la différenciation. Ces deux organites sont impliqués dans le métabolisme des lipides (acides gras, cholestérol).Les résultats obtenus montrent que l’ODN est capable de promouvoir la survie des cellules N2a cultivées en condition de stress oxydatif aigue induit par le H2O2. De plus, l’ODN ainsi que les polyphénols RSV et l’API, qui sont dépourvus d’effet cytotoxique intrinsèque stimulent la croissance des neurites indiquant qu’ils exercent des effets neurotrophiques pro-différenciateurs. Cet effet de l’ODN met en jeu l’activation de son récepteur métabotropique associé aux voies de transduction intracellulaire PKA, PKC ainsi que MAPK / ERKs. De plus, l’ODN stimule la biogenèse des mitochondries et des peroxysomes, organites essentiels dans l’activité axonale (transport axonal et renouvellement). L’étude des voies de signalisation démontre que les effets trophiques du RSV et API mettent en jeu l’activation des voies de transduction de la PKC, PKA ainsi que celle des MAPK / ERKs.Sur la base de ces résultats, la libération d’ODN pourrait être un mécanisme endogène de protection en réponse aux attaques oxydatives et au processus de neurodégénérescence, empêchant la mort cellulaire et favorisant la différenciation des cellules neuronales. Nos travaux mettent aussi en évidence pour la première fois que les polyphénols en plus de leur action antioxydante stimulent la formation, la maturation et l’élongation des neurites des cellules N2a non différenciées. L’ensemble de ces travaux indique que le neuropeptide ODN et les polyphénols RSV et API sont de puissants agents neurotrophiques. Ces molécules présentent donc un intérêt pharmacologique en vue de leur utilisation et/ou de leurs analogues synthétiques pour traiter des maladies neurodégénératives en favorisant la neuroprotection, la neuro-réparation et la neurogenèse.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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