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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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Weber FB, Santos CL, da Silva A, Schmitz I, Rezena E, Gonçalves CA, Quincozes-Santos A, Bobermin LD. Differences between cultured astrocytes from neonatal and adult Wistar rats: focus on in vitro aging experimental models. In Vitro Cell Dev Biol Anim 2024; 60:420-431. [PMID: 38546817 DOI: 10.1007/s11626-024-00896-1] [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: 09/19/2023] [Accepted: 03/07/2024] [Indexed: 05/07/2024]
Abstract
Astrocytes play key roles regulating brain homeostasis and accumulating evidence has suggested that glia are the first cells that undergo functional changes with aging, which can lead to a decline in brain function. In this context, in vitro models are relevant tools for studying aged astrocytes and, here, we investigated functional and molecular changes in cultured astrocytes obtained from neonatal or adult animals submitted to an in vitro model of aging by an additional period of cultivation of cells after confluence. In vitro aging induced different metabolic effects regarding glucose and glutamate uptake, as well as glutamine synthetase activity, in astrocytes obtained from adult animals compared to those obtained from neonatal animals. In vitro aging also modulated glutathione-related antioxidant defenses and increased reactive oxygen species and cytokine release especially in astrocytes from adult animals. Interestingly, in vitro aged astrocytes from adult animals exposed to pro-oxidant, inflammatory, and antioxidant stimuli showed enhanced oxidative and inflammatory responses. Moreover, these functional changes were correlated with the expression of the senescence marker p21, cytoskeleton markers, glutamate transporters, inflammatory mediators, and signaling pathways such as nuclear factor κB (NFκB)/nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2)/heme oxygenase 1 (HO-1). Alterations in these genes are remarkably associated with a potential neurotoxic astrocyte phenotype. Therefore, considering the experimental limitations due to the need for long-term maintenance of the animals for studying aging, astrocyte cultures obtained from adult animals further aged in vitro can provide an improved experimental model for understanding the mechanisms associated with aging-related astrocyte dysfunction.
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Affiliation(s)
- Fernanda Becker Weber
- 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
| | - Camila Leite Santos
- 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
| | - 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
| | - 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
| | - Carlos-Alberto Gonçalves
- 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
- Programa de Pós-Graduação Em Neurociências, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Ramiro Barcelos, 2600, Porto Alegre, RS, 90035-003, Brazil
- Departamento de 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 Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Programa de Pós-Graduação Em Neurociências, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Ramiro Barcelos, 2600, Porto Alegre, RS, 90035-003, Brazil
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Larissa Daniele Bobermin
- 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.
- Programa de Pós-Graduação Em Neurociências, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, Ramiro Barcelos, 2600, Porto Alegre, RS, 90035-003, Brazil.
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Santos CL, Bobermin LD, Quincozes-Santos A. Aging changes the expression of adenosine receptors, insulin-like growth factor 1 (IGF1), and hypoxia-inducible factor 1α (HIF1α) in hypothalamic astrocyte cultures. AGING BRAIN 2023; 5:100104. [PMID: 38225985 PMCID: PMC10788490 DOI: 10.1016/j.nbas.2023.100104] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/29/2023] [Revised: 11/30/2023] [Accepted: 12/18/2023] [Indexed: 01/17/2024] Open
Abstract
The aging process induces neurochemical alterations in different brain regions, including hypothalamus. This pivotal area of the central nervous system (CNS) is crucial for detection and integration of nutritional and hormonal signals from the periphery of the body to maintain metabolic homeostasis. Astrocytes support the CNS homeostasis, energy metabolism, and inflammatory response, as well as increasing evidence has highlighted a critical role of astrocytes in orchestrating hypothalamic functions and in gliocrine system. In this study, we aimed to investigate the age-dependent mRNA expression of adenosine receptors, the insulin-like growth factor 1 receptor (IGF1R), and the hypoxia-inducible factor 1α (HIF1α), in addition to the levels of IGF1 and HIF1α in hypothalamic astrocyte cultures derived from newborn, adult, and aged rats. Our results revealed age-dependent changes in adenosine receptors, as well as a decrease in IGF1R/IGF1 and HIF1α. Of note, adenosine receptors, IGF1, and HIF1α are affected by inflammatory, redox, and metabolic processes, which can remodel hypothalamic properties, as observed in aging brain, reinforcing the role of hypothalamic astrocytes as targets for understanding the onset and/or progression of age-related diseases.
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Affiliation(s)
- Camila Leite Santos
- 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
| | - 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
| | - André Quincozes-Santos
- 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
- 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
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