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Bobermin LD, da Costa DS, de Moraes ADM, da Silva VF, de Oliveira GT, Sesterheim P, Tramontina AC, Basso LA, Leipnitz G, Quincozes-Santos A, Gonçalves CA. Effect of metformin in hypothalamic astrocytes from an immunocompromised mice model. Biochimie 2024; 223:196-205. [PMID: 38642825 DOI: 10.1016/j.biochi.2024.04.005] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/23/2023] [Revised: 02/24/2024] [Accepted: 04/15/2024] [Indexed: 04/22/2024]
Abstract
Astrocytes are glial cells that play key roles in neuroinflammation, which is a common feature in diabetic encephalopathy and aging process. Metformin is an antidiabetic compound that shows neuroprotective properties, including in inflammatory models, but astroglial signaling pathways involved are still poorly known. Interferons α/β are cytokines that participate in antiviral responses and the lack of their signaling increases susceptible to viral infections. Here, we investigated the effects of metformin on astrocytes from hypothalamus, a crucial brain region related to inflammatory processes. Astrocyte cultures were derived from interferon α/β receptor knockout (IFNα/βR-/-) and wild-type (WT) mice. Metformin did not change the expression of glial fibrillary acidic protein but caused an anti-inflammatory effect by decreasing pro-inflammatory cytokines (tumor necrosis factor-α and interleukin-1β), as well as increasing gene expression of anti-inflammatory proteins interleukin-10 and Nrf2 (nuclear factor erythroid derived 2 like 2). However, nuclear factor κB p65 and cyclooxygenase 2 were downregulated in WT astrocytes and upregulated in IFNα/βR-/- astrocytes. AMP-activated protein kinase (AMPK), a molecular target of metformin, was upregulated only in WT astrocytes, while sirtuin 1 increased in both mice models. The expression of inducible nitric oxide synthase was decreased in WT astrocytes and heme oxygenase 1 was increased in IFNα/βR-/- astrocytes. Although loss of IFNα/βR-mediated signaling affects some effects of metformin, our results support beneficial roles of this drug in hypothalamic astrocytes. Moreover, paradoxical response of metformin may involve AMPK. Thus, metformin can mediate glioprotection due its effects on age-related disorders in non-diabetic and diabetic encephalopathy individuals.
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Affiliation(s)
- Larissa Daniele Bobermin
- Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
| | - Daniele Schauren da Costa
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Aline Daniel Moreira de Moraes
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Vanessa Fernanda da Silva
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Giancarlo Tomazzoni de Oliveira
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Patrícia Sesterheim
- Centro de Cardiologia Experimental, Instituto de Cardiologia/Fundação Universitária de Cardiologia, Porto Alegre, RS, Brazil; Centro Estadual de Vigilância em Saúde da Secretaria de Saúde do Estado do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Ana Carolina Tramontina
- Programa de Pós-Graduação em Ambiente e Sustentabilidade, Universidade Estadual do Rio Grande do Sul, São Francisco de Paula, RS, Brazil
| | - Luiz Augusto Basso
- Centro de Pesquisas em Biologia Molecular e Funcional (CPBMF), Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Guilhian Leipnitz
- Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil; Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil; Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - André Quincozes-Santos
- Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil; Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil; Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Carlos-Alberto Gonçalves
- Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil; Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil; Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
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Bobermin LD, Sesterheim P, da Costa DS, Rezena E, Schmitz I, da Silva A, de Moraes ADM, Souza DO, Wyse AT, Leipnitz G, Netto CA, Quincozes-Santos A, Gonçalves CA. Simvastatin Differentially Modulates Glial Functions in Cultured Cortical and Hypothalamic Astrocytes Derived from Interferon α/β Receptor Knockout mice. Neurochem Res 2024; 49:732-743. [PMID: 38063948 DOI: 10.1007/s11064-023-04073-w] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/19/2023] [Revised: 10/16/2023] [Accepted: 11/21/2023] [Indexed: 02/23/2024]
Abstract
Astrocytes have key regulatory roles in central nervous system (CNS), integrating metabolic, inflammatory and synaptic responses. In this regard, type I interferon (IFN) receptor signaling in astrocytes can regulate synaptic plasticity. Simvastatin is a cholesterol-lowering drug that has shown anti-inflammatory properties, but its effects on astrocytes, a main source of cholesterol for neurons, remain to be elucidated. Herein, we investigated the effects of simvastatin in inflammatory and functional parameters of primary cortical and hypothalamic astrocyte cultures obtained from IFNα/β receptor knockout (IFNα/βR-/-) mice. Overall, simvastatin decreased extracellular levels of tumor necrosis factor-α (TNF-α) and interleukin-1β (IL-1β), which were related to a downregulation in gene expression in hypothalamic, but not in cortical astrocytes. Moreover, there was an increase in anti-inflammatory interleukin-10 (IL-10) in both structures. Effects of simvastatin in inflammatory signaling also involved a downregulation of cyclooxygenase 2 (COX-2) gene expression as well as an upregulation of nuclear factor κB subunit p65 (NFκB p65). The expression of cytoprotective genes sirtuin 1 (SIRT1) and nuclear factor erythroid derived 2 like 2 (Nrf2) was also increased by simvastatin. In addition, simvastatin increased glutamine synthetase (GS) activity and glutathione (GSH) levels only in cortical astrocytes. Our findings provide evidence that astrocytes from different regions are important cellular targets of simvastatin in the CNS, even in the absence of IFNα/βR, which was showed by the modulation of cytokine production and release, as well as the expression of cytoprotective genes and functional parameters.
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Affiliation(s)
- Larissa Daniele Bobermin
- Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Patrícia Sesterheim
- Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Instituto de Cardiologia/Fundação Universitária de Cardiologia, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Daniele Schauren da Costa
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Ester Rezena
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Izaviany Schmitz
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Amanda da Silva
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Aline Daniel Moreira de Moraes
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Diogo Onofre Souza
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Angela Ts Wyse
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Guilhian Leipnitz
- Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Carlos Alexandre Netto
- Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - André Quincozes-Santos
- Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Carlos-Alberto Gonçalves
- Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
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