Glucose promotes resistance in lymphocytes against oxidative stress-induced apoptosis through signaling and metabolic pathways. Implications for Parkinson’s disease

Abstract

RESUMEN: La enfermedad de Parkinson (EP) es un trastorno neurológico asociado con la pérdida selectiva de neuronas dopaminérgicas (DAérgicas). Datos clínicos sugieren que el estrés oxidativo (EO) y la desregulación del metabolismo de la glucosa (G) son eventos tempranos en la EP. Sin embargo, no existe información que explique la posible asociación molecular entre el metabolismo de la glucosa, el EO y la muerte neuronal. Los linfocitos humanos comparten mecanismos de señalización DAérgicos comunes. Más aún, la rotenona (ROT) es un inhibidor que selectivamente induce apoptosis vía EO en neuronas DAérgicas y linfocitos. Para evaluar la hipótesis que el metabolismo de la G y el EO están asociados con la toxicidad del sistema DAérgicas y EP, se cultivaron linfocitos humanos con ROT en presencia o ausencia de varias concentraciones de G. Objetivo: este estudio examina la respuesta de los linfocitos a G (11, 55, 166, 277, 555 mM) en ausencia o presencia de ROT (250 microM). Métodos: se utilizaron técnicas de microscopía de luz y fluorescencia e inmunocitoquímica para evaluar los cambios morfológicos y bioquímicos de los linfocitos. Resultados: la G 55 mM fue eficaz en suprimir la apoptosis en linfocitos inducida por ROT vía activación de 5 rutas metabólicas: (i) la vía pentosa fosfato, (ii) la vía glutatión; (iii) los sistemas antioxidantes superóxido dismutasa (SOD) y catalasa (CAT); (iv) fosfoinositol 3 cinasa (PI3-K). Además, se observó por primera vez que la G rescata linfocitos de la apoptosis inducida por ROT vía (v) activación del factor nuclear kappa-B (NFkB) y por regulación a la baja de p53 y de la caspasa-3. Se demostró que los inhibidores de señalización (v.gr. LY294002) e inhibidores metabólicos (v.gr. DHEA, BSO, BCNU, MS, DCC) revierten parcialmente los efectos citoprotectores de la G 55 mM en linfocitos expuestos a ROT. Conclusión: estos hallazgos sugieren que la alta concentración de G induce simultáneamente sistemas de señalización y antioxidantes para asegurar la protección global de la célula contra condiciones estresantes en células DAérgicas.

ABSTRACT: Parkinson’s disease (PD) is a neurological disorder associated with the selective loss of dopaminergic (DAergic) neurons. Clinical data suggest that oxidative stress (OS) and dysregulation of glucose (G) metabolism are early events in PD. However, no data are available to explain the molecular connection between glucose metabolism, OS, and neuronal demise in PD. Human lymphocytes share a similar dopaminergic signaling mechanism with DAergic neurons. Further, rotenone (ROT) is a mitochondrial complex I inhibitor that selectively induces apoptosis through OS in dopaminergic neurons and lymphocytes. Thus, to test the hypothesis that G metabolism and OS are linked in dopaminergic system toxicity and PD, human lymphocytes were cultured with ROT in the presence or absence of various concentrations of glucose Objective: This study examines the response of human lymphocytes to glucose (11, 55, 166, 277, 555 mM G) in the absence or presence of ROT (250 microM). Methods: Light and fluorescence microscopy and immunocytochemistry techniques were used to evaluate morphological and biochemical changes in human lymphocytes. Results: 55 mM G was effective in suppressing ROT-induced apoptosis in lymphocytes via 5 pathways: (i) pentose phosphate pathway (PPP), (ii) glutathione (GSH) pathway, (iii) superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) antioxidant systems, and (iv) Phosphoinositide 3-kinase (PI3-K) signaling. Additionally, we report for the first time that G rescued lymphocytes from ROT-induced apoptosis by (v) activating NF-kB and down-regulating p53 and caspase-3. Signaling (e.g., LY294002) and metabolic inhibitors of these pathways (e.g., dehydroepiandrosterone (DHEA), L-buthioninesulfoximine (BSO), 1,3-Bis (2-chloroethyl)-1-nitrosourea (BCNU), mercaptosuccinic acid (MS), 3-amino-1,2,4-triazole (AT), sodium diethyldithiocarbamate (DDC)) only partially reversed the protective effect of 55 mM G on lymphocytes exposed to ROT. Conclusion: These data suggest that high G simultaneously triggers cellular signaling and antioxidant systems to ensure global cell protection against stressful conditions in DAergic cells.