Efeito do tratamento neonatal com ferro e do envelhecimento sobre as proteínas Par-4 e Caspase-3 em estruturas cerebrais de ratos

Abstract

The aging process is characterized by morphological and physiological changes over time. In the brain, this process is marked by structural and functional alterations leading to dysfunction and cognitive decline. In mammals, iron is found in several areas of the brain, is essential in many biochemical processes that are important in the development and maintenance of normal neurobiological functions. Studies show that there is an increase of iron existing in both the brains of aged rats and elderly humans compared with young subjects, indicating that during the aging process there is an imbalance in the metabolism of this metal. With advancing age, there is an increase of programmed cell death that is related to neurological disorders. Apoptosis involves signaling cascades that are activated in different situations. Among the proteases involved, the Par-4 and caspase-3 play an important role in apoptotic signaling. Par-4 was the first identified between pro-apoptotic genes activated in response to insults to cancer cells in the prostate. The executioner caspase-3, belongs to the family of proteolytic enzymes with cysteine residue in its catalytic site that cleaves proteins at aspartate residues. This protease is important about control of apoptosis in neural tissue responsible for the transduction and execution of the signs of death. Due to lack of studies that relate the protein Par-4 and caspase-3 in neurodegeneration’s models including a shortage of studies that relate these proteases with studies on the effects of iron in the nervous system, the goal of this study was evaluate changes of these proteins in regions of the hippocampus, striatum and cortex of adult rats (3 months) and aged rats (24 months) controls or treated with iron during the neonatal period by immunohistochemistry. Therefore, the control animals were treated with orally daily dose of 5% sorbitol in water and the experimental group with 10 mg Fe2 + / kg body weight of 12 to 14 days of postnatal life. The results show increased immunoreactivity of both proteins in CA1, CA3 and cortex regions during normal aging. Par-4 immunoreactivity showed a significant increase in the CA1, CA3, DG and cortex regions in adult iron-treated animals and a significant decrease in aged iron-treated animals in relation to their respective controls. Caspase-3 immunoreactivity showed a significant increase in the CA1, CA3 and cortex regions in adult iron-treated animals and a significant decrease in aged iron-treated animals. There was no significant difference in the striatum for both proteins. Our results indicate that iron overload in the neonatal period leads to increased apoptosis in adulthood, increasing the chances of developing neurological disorders.

O processo de envelhecimento é caracterizado por alterações morfologias e fisiológicas ao longo do tempo. No cérebro, este processo é marcado por alterações estruturais e funcionais levando a disfunção e ao declínio cognitivo. Nos mamíferos o ferro é encontrado em diversas áreas do cérebro, sendo essencial em muitos processos bioquímicos que são importantes no desenvolvimento e manutenção das funções neurobiológicas normais. Estudos revelam que há aumento do conteúdo de ferro tanto em cérebros de ratos velhos como em humanos idosos quando comparados com indivíduos jovens, indicando que durante o processo de envelhecimento existe um desequilíbrio no metabolismo desse metal. Com o avanço da idade, há aumento da morte celular programada que está relacionada a desordens neurológicas. A apoptose envolve cascatas de sinalização que são ativadas em diversas situações. Dentre as proteases envolvidas, a Par-4 e caspase-3 apresentam importante papel na sinalização apoptótica. Par-4 foi primeiramente identificada entre genes pró-apoptóticos ativados em resposta a insultos às células cancerosas na próstata. A caspase executora caspase-3, pertence a família de enzimas proteolíticas com resíduo cisteína no seu sítio catalítico que cliva proteínas em resíduos aspartato. Esta protease é importante no controle da apoptose no tecido nervoso responsável pela transdução e execução dos sinais de morte. Devido à carência de estudos que relacionem as proteínas próapoptóticas Par-4 e caspase-3 em modelos de neurodegeneração incluindo a ausência de trabalhos que relacionem estas proteases com estudos sobre os efeitos do ferro no sistema nervoso, este trabalho teve como objetivo avaliar alterações destas proteínas nas regiões do hipocampo, estriado e córtex de ratos adultos (3 meses) e idosos (24 meses) controles ou tratados com ferro durante o período neonatal através de imunohistoquímica. Para tanto, os animais controles foram tratados com dose oral diária de 5% sorbitol em água e os animais experimentais com 10 mg Fe2+/kg de peso corporal do 12º ao 14º dia de vida pós-natal. Os resultados obtidos mostram aumento da imunorreatividade de ambas proteínas nas regiões CA1, CA3 e córtex ao longo do envelhecimento normal. Imunorreatividade de Par-4 mostrou significante aumento nas regiões CA1, CA3, DG e córtex nos animais adultos tratados com ferro e significante diminuição nos animais velhos tratados com ferro em relação aos seus respectivos controles. Imunorreatividade de caspase-3 mostrou significante aumento nas regiões CA1, CA3 e córtex nos animais adultos tratados com ferro e significante diminuição nos animais velhos tratados com ferro. Não houve diferença significativa no estriado para ambas proteínas. Os resultados indicam que a sobrecarga de ferro no período neonatal ocasiona maior apoptose na fase adulta, aumentando as chances de desenvolvimento de desordens neurológicas.