O envolvimento da SUMOilação nos efeitos neuroprotetores da cafeína na doença de Parkinson

Abstract

Em virtude do envelhecimento populacional, existe atualmente um aumento na incidência e relevância das doenças neurodegenerativas, como a doença de Parkinson (DP). Dentre os tratamentos farmacológicos para a DP, a reposição dopaminérgica permanece até os dias atuais como o tratamento padrão ouro. Entretanto, uma grande limitação é que após o tratamento crônico com a L-DOPA (fármaco precursor da síntese de dopamina), ocorrem efeitos indesejados numa parcela significativa dos pacientes. Na busca por terapias preventivas e neuroprotetoras para a DP, estudos epidemiológicos e experimentais vêm demonstrando o potencial neuroprotetor da cafeína, além de apresentar efeitos positivos sobre os sintomas motores e não motores na DP. Entretanto, ainda permanece pouco esclarecido por quais mecanismos a cafeína exerce seus efeitos neuroprotetores na doença de Parkinson. O objetivo principal do presente estudo foi avançar o conhecimento dos mecanismos moleculares envolvidos na neuroproteção exercida pela cafeína na doença de Parkinson, com ênfase no envolvimento da SUMOilação, uma modificação pós-traducional (MPT) que tem sido implicada em diversas doenças neurodegenerativas, incluindo a DP. No primeiro bloco avaliou- se o potencial efeito neuroprotetor de diferentes concentrações de cafeína (30, 60 e 100 µM) em fatias de estriado expostas à neurotoxina 6-OHDA (100 µM) utilizando-se o teste de viabilidade celular MTT. Os resultados indicaram que a 6-OHDA reduziu a viabilidade celular nas fatias de estriado e que este efeito foi prevenido pela co-incubação com a cafeína (concentrações de 30 e 60 µM). Devido às restrições impostas pela pandemia da COVID-19, o segundo bloco desse trabalho, cujo objetivo foi investigar o envolvimento da SUMOilação no efeito neuroprotetor da cafeína, foi explorado por meio de resultados prévios obtidos in silico e através de uma revisão da literatura. Por meio do software GPS-SUMO foram analisados sítios de ligação a SUMO (SIMs) nos receptores A2A para adenosina. Os resultados obtidos por esta análise indicaram a presença de sítios preditos de SIMs na sequência aminoacídica nos genes codificantes para o receptor A2A de humanos, ratos e camundongos. A revisão da literatura buscou esclarecer os mecanismos moleculares clássicos associados a neuroproteção conferida pela cafeína na DP, e elucidar o possível envolvimento da SUMOilação de proteínas nos efeitos neuroprotetores da cafeína. Em conclusão, a cafeína protegeu contra a perda da viabilidade celular no modelo in vitro de 6-OHDA no estriado, não sendo possível avançar experimentalmente na elucidação dos mecanismos neuroprotetores da cafeína. Entretanto, as evidências obtidas nos estudos in silico e na revisão da literatura indicaram que a SUMOilação de proteínas representa um potencial mecanismo neuroprotetor da cafeína na DP.

Abstract: Due to population aging, there is currently an increase in the incidence of neurodegenerative diseases, such as Parkinson's disease (PD). Among the pharmacological treatments for PD, dopaminergic alteration remains nowadays as the gold standard treatment. However, a major limitation is that after chronic treatment with L-DOPA (a precursor to dopamine), diverse side effects occur in a significant number of patients. In the search for preventive and neuroprotective therapies for PD, epidemiological and experimental studies have pointed the neuroprotective potential of caffeine, in addition to its positive effects on motor and non-motor symptoms in PD. However, it remains unclear by which mechanisms caffeine exerts its neuroprotective effects in PD. The main objective of the present study was to advance the knowledge of the molecular mechanisms involved in the neuroprotection exerted by caffeine in PD, with an emphasis on the involvement of SUMOylation, a post-translational modification (PTM) that has been implicated in several neurodegenerative diseases, including DP. Firstly, the potential neuroprotective effect of different caffeine concentrations (30, 60 and 100 µM) in striatal slices exposed to neurotoxin 6-OHDA (100 µM) was evaluated using the MTT cell viability test. The results indicated that 6-OHDA reduced cell viability in striatal cells and that this effect was prevented by co-incubation with caffeine (30 and 60 µM). Mandatory to the restrictions imposed by the COVID-19 pandemic, the second block of this work, which sought to investigate the involvement of SUMOylation in the neuroprotective effect of caffeine, was explored through previous results used in silico and through a literature review. Using the GPS- SUMO software, SUMO binding sites (SIMs) on adenosine A2A receptors were analyzed. The results obtained by this analysis indicated the presence of predicted SIMs sites in the amino acid sequence in genes coding for the A2A receptor of humans, rats and mice. In the literature review, we sought to clarify the classical molecular mechanisms associated with neuroprotection conferred by caffeine in PD, and to elucidate the possible involvement of protein SUMOylation in the neuroprotective effects of caffeine. In conclusion, caffeine protected against the loss of cell viability in the in vitro model of 6-OHDA in the striatum, but it was not possible to elucidate the neuroprotective mechanisms of caffeine. However, evidence from in silico studies and previous findings from literature indicates that protein SUMOylation is a potential neuroprotective mechanism of caffeine in PD.