Modulación de la funcionalidad de la enzima aldehído deshidrogenasa 2 por plomo y etanol : efectos neurotóxicos y neurcomportamentales

Abstract

En el presente trabajo de tesis se evaluó la interacción entre plomo (Pb), un contaminante ambiental conocido por su neurotoxicidad principalmente durante el desarrollo, y etanol (alcohol, EtOH), una droga de abuso ampliamente consumida a nivel mundial. En el marco de la hipótesis en la cual el metabolismo oxidativo de EtOH se verá alterado frente a la exposición a ambos neurotóxicos, propusimos evaluar el rol de la enzima aldehído deshidrogenasa 2 (ALDH2), oxidorreductasa de localización mitocondrial, en los mecanismos de toxicidad de Pb y EtOH en dos modelos experimentales diferentes, utilizando ratas Wistar y cultivo de células de neuroblastoma humano SH-SY5Y. En el primer capítulo de este trabajo pudimos reproducir el modelo experimental en ratas Wistar antes reportado por nuestro laboratorio, en donde ratas expuestas perinatalmente a 220ppm de Pb evidencian un consumo voluntario de EtOH mayor que sus contrapartes controles. A su vez, utilizando cianamida, un inhibidor farmacológico de ALDH2, pudimos poner de manifiesto el rol del acetaldehído (ACD), el primer metabolito del EtOH y principal sustrato de ALDH2. Al acumularse en sistema nervioso central (SNC) por efecto de la inyección in situ de cianamida, ACD ejerce propiedades reforzantes y los animales (tanto controles como Pb) manifestaron un aumento del consumo voluntario de la droga, evidenciando el rol clave de ALDH2 en los efectos neurocomportamentales de la interacción entre Pb y EtOH. A este respecto, en áreas cerebrales involucradas en el circuito de recompensa se demostró que la expresión proteica de ALDH2 se encuentra disminuida en Corteza pre-frontal, Núcleo Accumbens y Estriado dorsal de animales expuestos perinatalmente a Pb; efecto que se evidenció potenciado por la administración de cianamida. Para la investigación de mecanismos moleculares de esta interacción, empleamos un modelo in vitro, de exposición de células de neuroblastoma humano, SH-SY5Y a 10μM de Pb, 200mM de EtOH o su combinación. Dichas dosis de exposición fueron determinadas mediante ensayos de dosis-respuesta. En primera instancia, evaluamos la actividad enzimática de ALDH2, evidenciando una potenciación del efecto inhibitorio en el grupo expuesto a Pb y EtOH, respecto a ambos tóxicos por separado; observándose también una disminución en la expresión proteica de ALDH2 (determinada por Western blot). En un segundo objetivo, evaluamos parámetros de la funcionalidad mitocondrial, donde pudimos determinar en células expuestas a Pb y EtOH, una reducida masa mitocondrial, con disminución de la capacidad respiratoria máxima y la capacidad de reserva mitocondrial, y un aumento en el consumo de oxígeno extra mitocondrial. A su vez, evidenciamos una disminución en el potencial de membrana mitocondrial (ΔΨ). A partir de estos resultados evaluamos el perfil oxidativo en esas células, demostrando el aumento en la generación de especies reactivas de oxígeno (EROs) coincidente con lo obtenido en los ensayos de consumo de oxígeno. Asimismo, la exposición combinada a Pb y EtOH produjo daño por peroxidación lipídica (evaluado mediante la cuantificación de T-BARS) y un aumento en la actividad y expresión proteica de la enzima antioxidante catalasa (CAT), posiblemente como mecanismo compensatorio frente al aumento de EROs. Interesantemente, utilizando un activador de ALDH2, Alda-1, pudimos revertir el aumento de EROs y la disminución del ΔΨ. Alda-1 fue capaz de activar a ALDH2 hasta 20 veces en el grupo expuesto a Pb y EtOH respecto al grupo control, lo que pone de manifiesto: 1) el rol antioxidante y neuroprotector de esta enzima, que metaboliza aldehídos tóxicos evitando los daños que provoca su acumulación; y 2) el potencial terapéutico de activadores como Alda-1 frente a diversas patologías. CONCLUSIÓN: Los resultados obtenidos aportan nuevas evidencias sobre los mecanismos de interacción entre Pb y EtOH, siendo la inhibición de la actividad y expresión proteica de ALDH2, el daño mitocondrial y el estrés oxidativo una consecuencia común a nivel bioquímico y, a nivel neuroconductual, el estado de vulnerabilidad que desencadena una respuesta diferencial frente al consumo de alcohol debido a la exposición a Pb.