Μέταλλα και μεταλλικές ενώσεις στον νευρικό ιστό: ο ρόλος του ψευδαργύρου στη λειτουργία των προστατευτικών συστημάτων στους νευρώνες των γαγγλίων των οπισθίων ριζών

Abstract

This doctoral dissertation studies the effects of Zn and mechanisms of homeostasis in neurons of DRG cells. In this context the relationship between Zn and algaesthesia as well as between the Hsp70 protein and cell protection factors of DRG neurons was investigated. In a percentage of DRG neurons (called zincergic), Zn is found in increased concentrations at the synaptic vesicles and its release seem to regulate the release of substance P and influence the action of a multitude of receptors and ionic channels, acting as neuromodulator. Basic cellular protective mechanism against heavy metals are thermal shock proteins (HSPs), which repair or remove from the cell incorrectly protein substrates and have a pronounced anti-apoptotic effect. Intracellular increase of Zn initiates the expression of HSP70 and metallothionines (MTS), which has been shown to interact with each other through their transcription factors (MTF1 and HSF-1). In this thesis, the toxicity and effect of Zn on cultured fetal DRG neurons and in vivo in mice are studied. In transgenic mice overexpressing human HSP70 we addressed the level of neuroprotection to DRG cells against increased concentrations of Zn and nutritional stress. Our in vitro results point out that the existence of hHsp70 in fetal DRG neurons reduces immunofluorescence tracking of MT3. Also the rise in concentrations of Zn2+ causes increase in the number of cells expressing the ZnT7 carrier, while it appears to reduce CGRP neuropeptide in normal (Wt) DRG cells. Our in vivo experimental results show differences in indicators of Zn homeostasis, in antioxidant capacity but also in algaesthesia, which they are due to the effect of dietary Zn,the overexpression of hHSP70 or the HFD diet. . Important observation is the observed increase of MT3 and the decrease of ZnT7 in Wt mice which were fed with HFD. Changes in the balance of dietary Zn cause a decrease in MT3 on the DRG ofWt mice. The response to pain tests indicates that the overexpression of hHSP70 causes hypoalgesia, while reducing dietary Zn causes hyperalgesia in Wt mice. We conclude that the cellular homeostatic and antioxidant mechanisms in relation to Zinc are highly interdependent and affected in both the transcriptional and protein levels.

Αυτή η διδακτορική διατριβή μελετά τις επιδράσεις του Zn και τους μηχανισμούς της ομοιόστασηςστους νευρώνες των κυττάρων DRG. Σε αυτό το πλαίσιο διερευνήθηκε η σχέση μεταξύ Zn καιαλγαισθησίας καθώς και μεταξύ της πρωτεΐνης Hsp70 και των παραγόντων κυτταρικής προστασίαςτων νευρώνων DRG. Σε ένα ποσοστό των νευρώνων DRG (που ονομάζεται zincergic), o Zn βρίσκεται σε αυξημένες συγκεντρώσεις στα συναπτικά κυστίδια και η απελευθέρωσή του φαίνεται να ρυθμίζει την απελευθέρωση της ουσίας Ρ και να επηρεάζει τη δράση ενός πλήθους υποδοχέων και ιοντικών διαύλων, ενεργώντας ως νευροδιαμορφωτής. Βασικός κυτταρικός προστατευτικός μηχανισμός έναντι βαρέων μετάλλων είναι οι πρωτεΐνες θερμικού σοκ (HSPs), οι οποίες επισκευάζουν ή απομακρύνουν από το κύτταρο λανθασμένα πρωτεϊνικά υποστρώματα και έχουν έντονο αντι-αποπτωτικό αποτέλεσμα. Η ενδοκυτταρική αύξηση του Zn ξεκινά την έκφραση των HSP70 και των μεταλλοθειονινών (MTS), οι οποίες έχει αποδειχθεί ότι αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω των παραγόντων μεταγραφής τους (MTF1 και HSF-1). Σε αυτή τη διατριβή, μελετάται η τοξικότητα και η επίδραση του Zn σε καλλιεργημένους εμβρυϊκούς νευρώνες DRG και in vivo σε ποντίκια. Σε διαγονιδιακούς ποντικούς που υπερεκφράζουν ανθρώπινο HSP70, εξετάσαμε το επίπεδο νευροπροστασίας σε κύτταρα DRG έναντι αυξημένων συγκεντρώσεων Zn και θρεπτικού στρες. Τα in vitro αποτελέσματά μας επισημαίνουν ότι η ύπαρξη hHsp70 σε εμβρυϊκούς νευρώνες DRG μειώνει την παρουσία της MT3. Επίσης, η αύξηση των συγκεντρώσεων του Zn2 + προκαλεί αύξηση του αριθμού των κυττάρων που εκφράζουν τον μεταφορέα ZnT7, ενώ φαίνεται να μειώνει το νευροπεπτίδιο CGRP σε φυσιολογικά (Wt) DRG κύτταρα. Τα in vivo πειραματικά μας αποτελέσματα δείχνουν διαφορές στους δείκτες της ομοιόστασης Zn, στην αντιοξειδωτική ικανότητα αλλά και στην αλγαισθησία, οι οποίες οφείλονται στην επίδραση του διαιτητικού Zn,στην υπερέκφραση του hHSP70 ή στη δίαιτα HFD. Σημαντική παρατήρηση είναι η παρατηρούμενη αύξηση του MT3 και ημείωση του ZnT7 σε ποντίκια Wt που τράφηκαν με HFD. Οι αλλαγές στην ισορροπία του διαιτητικού Zn προκαλούν μείωση της MT3 στο DRG των ποντικών Wt. Η ανταπόκριση στις δοκιμές πόνουυποδεικνύει ότι η υπερέκφραση του hHSP70 προκαλεί υποαλγησία, ενώ η μείωση του διαιτητικού Znπροκαλεί υπεραλγησία σε ποντίκια Wt. Καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι οι κυτταρικοί ομοιοστατικοί και αντιοξειδωτικοί μηχανισμοί σε σχέση με τον ψευδάργυρο είναι ιδιαίτερα αλληλεξαρτώμενοι και επηρεάζονται τόσο στα μεταγραφικά όσο και στα πρωτεϊνικά επίπεδα.