Os oxidantes são geralmente produzidos de maneira controlada, a fim de regular os processos essenciais no corpo humano, incluindo a divisão celular, inflamação, função imunológica, autofagia e resposta ao estresse. Entretanto, a produção descontrolada desses oxidantes pode contribuir para estresse oxidativo, que pode afetar a função celular, levando ao desenvolvimento de toxicidade, doença crônica e Câncer. Os mecanismos antioxidantes de proteção do corpo humano são regulados por uma série de vias vitais que controlam a resposta da célula aos oxidantes. O fator nuclear relacionado ao eritroide 2, também conhecido como Nrf2, é um regulador emergente da resistência celular aos oxidantes. O objetivo do artigo abaixo é discutir e demonstrar o papel emergente do Nrf2 na função mitocondrial. 

Sumário

O fator de transcrição NF-E2 p45-related factor 2 (Nrf2; nome do gene NFE2L2) permite adaptação e sobrevivência sob condições de estresse regulando a expressão gênica de diversas redes de proteínas citoprotetoras, incluindo antioxidantes, antiinflamatórios e enzimas de desintoxicação também como proteínas que auxiliam no reparo ou remoção de macromoléculas danificadas. Nrf2 tem um papel crucial na manutenção da homeostase redox celular, regulando a biossíntese, utilização e regeneração de glutationa, tiorredoxina e NADPH e controlando a produção de espécies reativas de oxigênio pela mitocôndria e NADPH oxidase. Em condições homeostáticas, o Nrf2 afeta o potencial de membrana mitocondrial, a oxidação de ácidos graxos, a disponibilidade de substratos (NADH e FADH2 / succinato) para a respiração e a síntese de ATP. Sob condições de estresse ou estimulação do fator de crescimento, a ativação de Nrf2 neutraliza o aumento da produção de espécies reativas de oxigênio na mitocôndria via supra-regulação transcricional da proteína desacopladora 3 e influencia a biogênese mitocondrial ao manter os níveis de fator respiratório nuclear 1 e receptor ativado por proliferador de peroxissoma? coativador 1 ?, bem como pela promoção da biossíntese de nucleotídeos de purina. Os ativadores Nrf2 farmacológicos, como o isotiocianato sulforafano de ocorrência natural, inibem a abertura mediada por oxidante do poro de transição da permeabilidade mitocondrial e o inchaço mitocondrial. Curiosamente, um composto sintético de 1,4-difenil-1,2,3-triazol, originalmente projetado como um Nrf2 ativador, foi encontrado para promover a mitofagia, contribuindo assim para a homeostase mitocondrial global. Assim, o Nrf2 é um jogador proeminente no apoio à integridade estrutural e funcional das mitocôndrias, e esse papel é particularmente crucial sob condições de estresse.

Palavras-chave: Bioenergética, Citoproteção, Keap1, Mitocôndrias, Nrf2, Radicais Livres

Destaques

• O Nrf2 tem um papel crucial na manutenção da homeostase redox celular.
• Nrf2 afeta o potencial de membrana mitocondrial e a síntese de ATP.
• Nrf2 influencia a oxidação do ácido graxo mitocondrial.
• O Nrf2 suporta a integridade estrutural e funcional das mitocôndrias.
• Os ativadores Nrf2 têm efeitos benéficos quando a função mitocondrial é comprometida.

Introdução

O fator de transcrição NF-E2 p45-related factor 2 (Nrf2; nome do gene NFE2L2) regula a expressão de redes de genes que codificam proteínas com diversas atividades citoprotetoras. O próprio Nrf2 é controlado principalmente no nível de estabilidade da proteína. Em condições basais, Nrf2 é uma proteína de vida curta que está sujeita a ubiquitinação contínua e degradação proteassomal. Existem três sistemas conhecidos de ubiquitina ligase que contribuem para a degradação de Nrf2. Historicamente, o primeiro regulador negativo de Nrf2 a ser descoberto foi a proteína 1 associada a ECH semelhante a Kelch (Keap1) [1], uma proteína adaptadora de substrato para Cullin 3 (Cul3) / Rbx1 ubiquitina ligase [2], [3], [ 4]. Keap1 usa um mecanismo cíclico altamente eficiente para direcionar Nrf2 para ubiquitinação e degradação proteassomal, durante o qual Keap1 é continuamente regenerado, permitindo que o ciclo prossiga (Fig. 1A) [5]. Nrf2 também está sujeito a degradação mediada por glicogênio sintase quinase (GSK) 3 /? - ubiquitina ligase baseada em Cul1 dependente de TrCP [6], [7]. Mais recentemente, foi relatado que, durante condições de estresse do retículo endoplasmático, o Nrf2 é ubiquitinado e degradado em um processo mediado pela ubiquitina ligase E3 Hrd1 [8].

Além de servir como proteína adaptadora de substrato de ligase ubiquitina, Keap1 também é o sensor para uma ampla gama de ativadores de moléculas pequenas de Nrf2 (denominados indutores) [9]. Os indutores bloqueiam o ciclo de degradação mediada por Keap1 de Nrf2 modificando quimicamente os resíduos de cisteína específicos em Keap1 [10], [11] ou interrompendo diretamente a interface de ligação Keap1: Nrf2 [12], [13]. Consequentemente, o Nrf2 não é degradado e o fator de transcrição se acumula e transloca para o núcleo (Fig. 1B), onde forma um heterodímero com uma pequena proteína Maf; liga-se a elementos de resposta antioxidante, as regiões reguladoras a montante de seus genes-alvo; e inicia a transcrição [14], [15], [16]. A bateria de alvos Nrf2 compreende proteínas com diversas funções citoprotetoras, incluindo enzimas do metabolismo xenobiótico, proteínas com funções antioxidante e antiinflamatória, e subunidades proteossômicas, além de proteínas que regulam a homeostase redox celular e participam do metabolismo intermediário.

Nrf2: um regulador mestre de redox celular Homeostasis

A função do Nrf2 como regulador mestre da homeostase redox celular é amplamente reconhecida. A expressão gênica das subunidades catalíticas e regulatórias de? -glutamil cisteína A ligase, a enzima que catalisa a etapa de limitação de taxa na biossíntese de glutationa reduzida (GSH), é diretamente regulada por Nrf2 [17]. A subunidade xCT do sistema xc-, que importa cistina nas células, também é um alvo transcricional direto de Nrf2 [18]. Na célula, a cistina sofre conversão para cisteína, um precursor para a biossíntese de GSH. Além de seu papel na biossíntese de GSH, o Nrf2 fornece os meios para a manutenção da glutationa em seu estado reduzido pela regulação transcricional coordenada da glutationa redutase 1 [19], [20], que reduz a glutationa oxidada a GSH usando equivalentes redutores de NADPH . O NADPH requerido é fornecido por quatro enzimas principais produtoras de NADPH, a enzima málica 1 (ME1), isocitrato desidrogenase 1 (IDH1), 6-fosfato desidrogenase (G6PD) e 6-fosfogluconato desidrogenase (PGD), todos os quais são regulado transcricionalmente em parte por Nrf2 (Fig. 2) [21], [22], [23], [24]. Curiosamente, o Nrf2 também regula a expressão gênica indutível das formas citosólica, microssomal e mitocondrial da aldeído desidrogenase [25], que utilizam NAD (P) + como cofator, dando origem a NAD (P) H. De fato, os níveis de NADPH e a razão NADPH / NADP + são mais baixos em fibroblastos embrionários isolados de camundongos Nrf2-knockout (Nrf2-KO) em comparação com células de seus homólogos de tipo selvagem (WT), e os níveis de NADPH diminuem após o Nrf2 linhas celulares de cancro com Nrf2 constitutivamente activo [26]. Como esperado, os níveis de GSH são menores nas células em que Nrf2 foi interrompido; Inversamente, a ativação do Nrf2 por meios genéticos ou farmacológicos leva à regulação positiva de GSH [27], [28], [29]. É importante ressaltar que o Nrf2 também regula a expressão gênica de tiorredoxina [30], [31], [32], tiorredoxina redutase 1 [28], [29], [32], [33] e sulfiredoxina [34], que são essenciais para a redução de tióis proteicos oxidados.

Dado o papel crucial do Nrf2 como um regulador mestre da homeostase redox celular, não é surpreendente que, em comparação com as células WT, os níveis de espécies reativas de oxigênio (ROS) sejam maiores nas células em que o Nrf2 foi rompido (Nrf2-KO) [35] Essa diferença é particularmente notável após o desafio com agentes causadores de estresse oxidativo. Além disso, as células deficientes em Nrf2 são muito mais sensíveis à toxicidade de oxidantes de vários tipos e não podem ser protegidas por indutores Nrf2, que, nas mesmas condições, fornecem proteção eficiente e duradoura às células WT [29], [36] [37] Além da homeostase redox celular, o Nrf2 também é crítico para a manutenção da homeostase redox mitocondrial. Assim, comparado com WT, o total de NADH mitocondrial é significativamente aumentado em Keap1-KO e dramaticamente diminuído em células Nrf2-KO [35].

Usando imagens de células vivas, monitoramos recentemente as taxas de produção de ROS em coculturas glioneuronais primárias e fatias de tecido cerebral isoladas de camundongos WT, Nrf2-KO ou Keap1-knockdown (Keap1-KD) [38]. Como esperado, a taxa de produção de ROS foi mais rápida nas células Nrf2-KO e nos tecidos em comparação com os seus equivalentes WT. No entanto, fizemos a observação inesperada de que, em comparação com o WT, as células Keap1-KD também apresentam taxas mais altas de produção de ROS, embora a magnitude da diferença entre os genótipos WT e Keap1-KD seja menor do que entre WT e Nrf2-KO. . Em seguida, analisamos os níveis de mRNA de NOX2 e NOX4, as subunidades catalíticas das duas isoformas de NADPH oxidase (NOX) que foram implicadas em patologia cerebral, e descobrimos que NOX2 é dramaticamente aumentado sob condições de deficiência de Nrf2, enquanto NOX4 é regulado para cima quando Nrf2 é constitutivamente ativado, embora em menor grau. Quantitativamente, a magnitude da regulação positiva em células e tecidos dos camundongos mutantes se iguala ao aumento correspondente na produção de ROS [38]. Curiosamente, o Nrf2 não apenas regula a NADPH oxidase, mas as ROS produzidas pela NADPH oxidase podem ativar o Nrf2, como mostrado nas células epiteliais pulmonares e nos cardiomiócitos [39], [40]. Além disso, um estudo muito recente demonstrou que a ativação dependente de NADPH oxidase de Nrf2 constitui um importante mecanismo endógeno para proteção contra dano mitocondrial e morte celular no coração durante sobrecarga crônica de pressão [41].

Além da atividade catalítica da NADPH oxidase, a respiração mitocondrial é outra importante fonte intracelular de ROS.Ao usar a sonda específica para mitocôndrias MitoSOX, examinamos a contribuição de ROS de origem mitocondrial para a produção total de EROs em coculturas glioneuronais primárias isoladas de murganhos WT, Nrf2-KO ou Keap1-KD [38]. Como esperado, as células Nrf2-KO tiveram maiores taxas de produção de ROS mitocondrial do que WT. De acordo com os resultados para a produção total de ROS, as taxas de produção de ROS mitocondrial em Keap1-KD também foram maiores em comparação com as células WT. Importante, o bloqueio do complexo I com rotenona causou um aumento dramático na produção de ROS mitocondrial em ambas as células WT e Keap1-KD, mas não teve efeito nas células Nrf2-KO. Em contraste com o aumento esperado na produção de ROS mitocondrial em células WT após a adição de piruvato (para aumentar a disponibilidade de NADH, aumentar o potencial de membrana mitocondrial e normalizar a respiração), a produção de ROS diminuiu nas células Nrf2-KO. Juntos, esses achados sugerem fortemente que, na ausência de Nrf2: (i) a atividade do complexo I é prejudicada, (ii) a atividade prejudicada do complexo I é devido à limitação de substratos, e (iii) a atividade prejudicada do complexo Eu sou uma das principais razões para o aumento da produção de ROS mitocondrial, possivelmente devido à reversão do fluxo de elétrons do complexo II.

Nrf2 Afeta o Potencial da Membrana Mitocondrial e a Respiração

O potencial de membrana mitocondrial (?? m) é um indicador universal da saúde mitocondrial e do estado metabólico da célula. Em uma célula saudável, ?? m é mantido pela cadeia respiratória mitocondrial. Curiosamente, uma marcação isotópica estável com aminoácidos em estudo proteômico baseado em cultura na linha celular epitelial de mama humana não tumorigênica negativa para receptor de estrogênio MCF10A demonstrou que o componente da cadeia de transporte de elétrons mitocondrial NDUFA4 é regulado positivamente por ativação farmacológica (por sulforafano) de Nrf2, ao passo que a suprarregulação genética de Nrf2 (por knockdown de Keap1) leva à redução das subunidades COX2 e COX4I1 do citocromo c oxidase [42]. Um estudo do proteoma hepático usando eletroforese em gel bidimensional e espectrometria de massa de dessorção / ionização a laser assistida por matriz descobriu que Nrf2 regula a expressão da subunidade de ATP sintase? [43]. Além disso, foi relatado que a proteína mitocondrial DJ-1, que desempenha um papel na manutenção da atividade do complexo I [44], estabiliza Nrf2 [45], [46], embora os efeitos neuroprotetores da ativação farmacológica ou genética de Nrf2 são independentes de DJ-1 [47]. No entanto, as consequências dessas observações para a função mitocondrial não foram investigadas.

De acordo com a atividade prejudicada do complexo I sob condições de deficiência de Nrf2, o ?? m basal é menor em fibroblastos embrionários de camundongo Nrf2-KO (MEFs) e células glioneuronais primárias cultivadas em comparação com suas contrapartes WT (Fig. 3, detalhe) [35]. Em contraste, o ?? m basal é maior quando Nrf2 é regulado geneticamente constitutivamente (por knockdown ou knockout de Keap1). Essas diferenças em ?? m entre os genótipos indicam que a respiração é afetada pela atividade do Nrf2. Na verdade, a avaliação do consumo de oxigênio no estado basal revelou que, em comparação com WT, o consumo de oxigênio é menor em Nrf2-KO e Keap1-KO MEFs, em ~ 50 e ~ 35%, respectivamente.

Essas diferenças de μm e respiração entre os genótipos são refletidas pela taxa de utilização de substratos para respiração mitocondrial. A aplicação de substratos para o ciclo do ácido tricarboxílico (TCA) (malato/piruvato, que por sua vez aumenta a produção do substrato do complexo I NADH) ou metil succinato, substrato do complexo II, causa um aumento gradual de ??m em ambos os WT e neurônios Keap1-KD, mas a taxa de aumento é maior nas células Keap1-KD. Mais importante, as formas da resposta a esses substratos do ciclo TCA são diferentes entre os dois genótipos, em que o rápido aumento de μm em células Keap1-KD após a adição de substrato é seguido por uma queda rápida em vez de um platô, sugerindo um rápido consumo de substrato. Esses achados estão de acordo com os níveis muito mais baixos (de 50 a 70%) de malato, piruvato e succinato que foram observados após um pulso de 1 hora de [U-13C6]glicose em Keap1-KO em comparação com WT MEF células [24]. Nos neurônios Nrf2-KO, apenas o piruvato é capaz de aumentar o μm, enquanto o malato e o metil succinato causam leve despolarização. O efeito do Nrf2 na produção de substrato mitocondrial parece ser o principal mecanismo pelo qual o Nrf2 afeta a função mitocondrial. O índice redox NADH mitocondrial (o equilíbrio entre o consumo de NADH pelo complexo I e a produção de NADPH no ciclo do TCA) é significativamente menor nas células Nrf2-KO em comparação com suas contrapartes WT e, além disso, as taxas de regeneração dos pools de NADH e FADH2 após a inibição do complexo IV (pelo uso de NaCN) são mais lentos nas células mutantes.

Em mitocôndrias isoladas de cérebro e fígado murinos, a suplementação de substratos para o complexo I ou para o complexo II aumenta a taxa de consumo de oxigênio mais fortemente quando o Nrf2 é ativado e menos eficiente quando o Nrf2 é interrompido [35]. Assim, o malato induz uma maior taxa de consumo de oxigênio em Keap1-KD em comparação com WT, mas seu efeito é mais fraco nas mitocôndrias Nrf2-KO. Da mesma forma, na presença de rotenona (quando o complexo I é inibido), o succinato ativa o consumo de oxigênio em maior extensão em Keap1-KD em comparação com WT, enquanto a resposta em mitocôndrias Nrf2-KO é diminuída. Além disso, as culturas neuronais primárias de Nrf2-KO e camundongos são mais sensíveis à toxicidade dos inibidores do complexo II ácido 3-nitropropiônico e malonato, enquanto o transplante intraestriatal de astrócitos que superexpressam Nrf2 é protetor [48], [49]. Da mesma forma, os camundongos Nrf2-KO são mais sensíveis, enquanto a ativação genética ou farmacológica de Nrf2 tem efeitos protetores contra a neurotoxicidade causada pelo inibidor do complexo I do íon 1-metil-4-fenilpiridínio no 1-metil-4-fenil-1,2,3,6, Modelo animal 49-tetra-hidropiridina da doença de Parkinson [50], [51], [52], [53], [54], [55], [56], [57], [58], [59], [60], [61], [XNUMX].

O rácio de controlo respiratório (RCR), o rácio de estado 3 (estimulado por ADP) para respiração 4 do estado (sem ADP presente), diminui na ausência de Nrf2, mas o RCR é semelhante entre as mitocôndrias Keap1-KD e WT [35 ]. Como o RCR é uma indicação do grau de acoplamento da atividade da cadeia respiratória mitocondrial à fosforilação oxidativa, esse achado indica que a taxa mais alta de respiração nas mitocôndrias Keap1-KD não é devida ao desacoplamento da fosforilação oxidativa. Além disso, sugere que a fosforilação oxidativa é mais eficiente quando o Nrf2 é ativado. A taxa mais alta de respiração nas mitocôndrias Keap1-KD é consistente com os níveis mais altos de produção de ROS mitocondrial [38], já que taxas respiratórias mais altas podem levar ao aumento do vazamento de elétrons. No entanto, sob condições de estresse oxidativo, o aumento da produção de ROS é contrabalançado pela sobrerregulação transcripcional dependente de Nrf2 da proteína desacopladora 3 (UCP3), que aumenta a condutância de prótons da membrana interna mitocondrial e consequentemente diminui a produção de superóxido [62]. Muito recentemente, demonstrou-se que o produto de peroxidação lipídica 4-hidroxi-2-nonenal medeia a sobre-regulação de UCP2 dependente de Nrf3 em cardiomiócitos; isso pode ser particularmente importante para a proteção sob condições de estresse oxidativo, como aquelas durante a isquemia-reperfusão [63].

Nrf2 Afeta a Eficiência da Fosforilação Oxidativa e o Shipótese de ATP

De acordo com o efeito do Nrf2 na respiração, nas mitocôndrias do cérebro e do fígado, a deficiência de Nrf2 resulta em uma diminuição da eficiência da fosforilação oxidativa (conforme estimado pela proporção de ADP para oxigênio, que é consumido para a síntese de ATP), enquanto a ativação de Nrf2 (Keap1 -KD) tem o efeito oposto [35]. Comparado ao WT, os níveis de ATP são significativamente mais altos em células com suprarregulação constitutiva de Nrf2 e mais baixos quando Nrf2 é derrubado [64] ou interrompido [35]. Além disso, o uso de inibidores da fosforilação oxidativa (oligomicina) ou da glicólise (ácido iodoacético) revelou que o Nrf2 altera a forma como as células produzem ATP. Assim, em neurônios WT, a oligomicina causa uma queda completa no ATP e o ácido iodoacético não tem mais efeito. Notavelmente, em células Nrf2-KO, a oligomicina aumenta os níveis de ATP, que são lentamente, mas completamente, esgotados pelo ácido iodoacético, indicando que na ausência de Nrf2, a glicólise, e não a fosforilação oxidativa, é a principal fonte de produção de ATP. Curiosamente, apesar do aumento da eficiência da fosforilação oxidativa em células Keap1-KD, a adição de oligomicina resulta em uma diminuição de ~ 80% nos níveis de ATP e o ácido iodoacético causa uma redução adicional de ~ 20%. Assim, a deficiência de Nrf2 ou sua ativação constitutiva reduz a contribuição da fosforilação oxidativa e aumenta a contribuição da glicólise para a síntese de ATP. Este efeito é particularmente pronunciado quando Nrf2 está ausente e é consistente com a dependência do ?? m da presença de glicose no meio [35] e os níveis aumentados de intermediários glicolíticos (G-6-P, F-6-P , fosfato de dihidroxiacetona, piruvato e lactato) após knockdown de Nrf2 [24].

O aumento dos níveis de ATP após a inibição da F1F0-ATPase pela oligomicina indica que na ausência de Nrf2, a F1F0-ATPase funciona como ATPase e não como ATP sintase, ou seja, opera ao contrário. Essa reversão na atividade provavelmente reflete a necessidade de bombear prótons através da membrana mitocondrial interna na tentativa de manter o ?? m, o que é crucial para a integridade funcional desta organela. A reversão da função da F1F0-ATPase também é evidenciada pela despolarização mitocondrial observada após a administração de oligomicina a células Nrf2-KO, que está em nítido contraste com a hiperpolarização que ocorre em suas contrapartes deficientes em WT ou Keap1 [35]. No geral, parece que sob condições de deficiência de Nrf2, o ATP é produzido principalmente na glicólise, e esse ATP é então usado em parte pela F1F0-ATPase para manter o ?? m.

Nrf2 melhora o ácido graxo mitocondrial Oxidation

O efeito da deficiência de Nrf2 no ​​?? m é particularmente pronunciado quando as células são incubadas em meio sem glicose, e o ?? m é ~ 50% menor em Nrf2-KO em comparação com as células WT [35]. Em condições de privação de glicose, a oxidação de ácidos graxos mitocondriais (FAO) é o principal fornecedor de substratos para a respiração e fosforilação oxidativa, sugerindo que o Nrf2 pode afetar a FAO. Na verdade, a eficiência da FAO tanto para o ácido graxo saturado de cadeia longa (C16: 0), ácido palmítico e para o ácido hexanóico de cadeia curta (C6: 0) é maior em Keap1-KO MEFs e mitocôndrias isoladas de coração e fígado do que em WT homólogos, enquanto é menor nas células Nrf2-KO e mitocôndrias [65]. Esses efeitos também são altamente relevantes para os humanos: de fato, alterações metabólicas indicativas de uma melhor integração da FAO com a atividade do ciclo do TCA foram relatadas em estudos de intervenção humana com dietas ricas em glucorafanina, o precursor do clássico ativador Nrf2 sulforafano [ 66].

Durante a primeira etapa da FAO mitocondrial, o hidrogênio pró-R do carbono? Sai como um hidreto que reduz o cofator FAD para FADH2, que por sua vez transfere elétrons para a ubiquinona (UbQ) na cadeia respiratória, em última análise, contribuindo para a produção de ATP . Enquanto a estimulação de FAO por palmitoilcarnitina na ausência de glicose causa o aumento esperado nos níveis de ATP em células WT e Keap1-KO, com o aumento de ATP sendo mais rápido em células Keap1-KO, o tratamento idêntico não produz alterações de ATP em Nrf2-KO MEFs [65]. Este experimento demonstra que, na ausência de Nrf2, a FAO é suprimida e, além disso, implica a supressão da FAO como uma das razões para os níveis mais baixos de ATP em condições de deficiência de Nrf2 [35], [64].

Notavelmente, as células 293 T humanas nas quais Nrf2 foi silenciada têm uma expressão mais baixa de CPT1 e CPT2 [67], duas isoformas da carnitina palmitoiltransferase (CPT), a enzima limitante da velocidade na FAO mitocondrial. De acordo, os níveis de mRNA de Cpt1 são menores nos fígados de Nrf2-KO em comparação com os camundongos WT [68]. A CPT catalisa a transferência do grupo acilo de uma acil-CoA gorda de cadeia longa da coenzima A para l-carnitina e permite assim a importação de acilcarnitina do citoplasma para a mitocôndria. Embora isso não tenha sido examinado até o momento, é possível que além dos efeitos transcricionais sobre a expressão de CPT1, o Nrf2 também possa afetar a função dessa enzima, controlando os níveis de seu principal inibidor alostérico, a malonil-CoA. Isso porque, por um mecanismo que atualmente não é claro, o Nrf2 regula negativamente a expressão da estearoil-CoA dessaturase (SCD) [69] e citrato liase (CL) [69], [70]. Curiosamente, o knockout ou inibição de SCD leva ao aumento da fosforilação e ativação da proteína quinase ativada por AMP (AMPK) [71], [72], [73], e pode-se especular que, na ausência de Nrf2, os níveis de SCD aumentará, por sua vez, diminuindo a atividade da AMPK. Isso poderia ser ainda mais agravado pelos níveis reduzidos de proteína de AMPK que foram observados em fígados de camundongos Nrf2-KO [68], um achado que está em estreita concordância com os níveis aumentados de AMPK, que foram relatados em fígados de Keap1-KD ratos [74]. Uma conseqüência da diminuição da atividade de AMPK é o alívio de sua fosforilação inibitória (em Ser79) da acetil-CoA carboxilase (ACC) [75], que pode ser transcricionalmente regulada positivamente na ausência de Nrf2 porque é negativamente regulada pela ativação de Nrf2 [70 ]. A alta atividade de ACC, em combinação com a expressão de CL regulada positivamente que aumentará a produção de acetil-CoA, o substrato para ACC, pode, em última análise, aumentar os níveis do produto ACC, malonil-CoA. Os altos níveis de malonil-CoA inibem a CPT, diminuindo assim o transporte de ácidos graxos para a mitocôndria. Finalmente, Nrf2 regula positivamente a expressão de CD36 [76], uma translocase que importa ácidos graxos através do plasma e das membranas mitocondriais. Assim, um mecanismo pelo qual Nrf2 pode afetar a eficiência da FAO mitocondrial é através da regulação da importação de ácidos graxos de cadeia longa para as mitocôndrias.

Além da regulação direta da transcrição, o Nrf2 também pode alterar a eficiência da FAO mitocondrial por seus efeitos no metabolismo redox celular. Isso pode ser especialmente relevante quando a atividade Nrf2 é baixa ou ausente, condições que alteram o status redox celular em direção ao estado oxidado. De fato, várias enzimas da FAO foram identificadas como sensíveis a alterações redox. Uma dessas enzimas é a acil-CoA desidrogenase de cadeia muito longa (VLCAD), que contribui com mais de 80% para a atividade de desidrogenação da palmitoil-CoA em tecidos humanos [77]. Curiosamente, Hurd et al. [78] mostraram que o VLCAD contém resíduos de cisteína que alteram significativamente seu estado redox quando da exposição de mitocôndrias isoladas de coração de rato a H2O2. Além disso, a S-nitrosilação da VLCAD hepática de murino na Cys238 melhora a eficiência catalítica da enzima [79], e é provável que a oxidação da mesma cisteína possa ter o efeito oposto, diminuindo a eficiência da FAO mitocondrial. Portanto, é possível que, embora os níveis de expressão de VLCAD não sejam significativamente diferentes em MEFs de WT, Nrf2-KO ou Keap1-KO [65], a atividade enzimática de VLCAD poderia ser menor na ausência de Nrf2 devido aos níveis mais altos de ROS.

Com base em todos esses achados, pode ser proposto que (Fig. 3): na ausência de Nrf2, os níveis de NADPH são mais baixos devido à diminuição da expressão de ME1, IDH1, G6PD e PGD. Os níveis de glutationa reduzida também são menores devido à diminuição da expressão de enzimas que participam de sua biossíntese e regeneração e aos níveis mais baixos de NADPH que são necessários para a conversão da forma oxidada na forma reduzida de glutationa. A baixa expressão de ME1 diminuirá o pool de piruvato que entra na mitocôndria, com a glicólise se tornando a principal fonte de piruvato. A geração de NADH é mais lenta, levando à atividade prejudicada do complexo I e ao aumento da produção de ROS mitocondrial. A redução de FAD para FADH2 também é mais lenta, pelo menos em parte devido à oxidação de ácidos graxos menos eficiente, comprometendo o fluxo de elétrons de FADH2 para UbQ e para o complexo III. Como UbQH2 é um ativador da succinato desidrogenase [80], retardar sua formação pode diminuir a atividade enzimática da succinato desidrogenase. Os níveis aumentados de superóxido e peróxido de hidrogênio podem inibir ainda mais a atividade do complexo II [81]. A menor eficiência da oxidação de ácidos graxos contribui para a diminuição da disponibilidade de substrato para a respiração mitocondrial e produção de ATP na fosforilação oxidativa. Como mecanismo compensatório, a glicólise é aumentada. A ATP sintase funciona ao contrário, como uma ATPase, na tentativa de manter o ?? m.

Nrf2 e Mitocondrial Biogenese

Foi relatado que, em comparação com WT, os fígados de camundongos Nrf2-KO têm um conteúdo mitocondrial inferior (conforme determinado pela proporção de DNA mitocondrial para nuclear); isto é ainda diminuído por um jejum de 24 h em ambos os camundongos WT e Nrf2-KO; em contraste, embora não seja diferente do WT em condições normais de alimentação, o conteúdo mitocondrial em camundongos com alta atividade de Nrf2 não é afetado pelo jejum [82]. Curiosamente, a suplementação com o ativador Nrf2 (R) -? - ácido lipóico [83], [84], [85] promove a biogênese mitocondrial em adipócitos 3T3-L1 [86]. Duas classes de reguladores transcricionais nucleares desempenham papéis críticos na biogênese mitocondrial. A primeira classe são fatores de transcrição, como fatores respiratórios nucleares11 e 2, que controlam a expressão de genes que codificam subunidades dos cinco complexos respiratórios, componentes translacionais mitocondriais e enzimas biossintéticas heme que estão localizadas na matriz mitocondrial [88]. Piantadosi et al. [89] demonstraram que a suprarregulação transcricional dependente de Nrf2 do fator respiratório nuclear 1 promove a biogênese mitocondrial e protege contra a citotoxicidade do agente quimioterápico antraciclina cardiotóxico doxorrubicina. Em contraste, Zhang et al. [82] relataram que a ativação genética de Nrf2 não afeta a expressão de mRNA basal do fator respiratório nuclear 1 no fígado murino.

A segunda classe de reguladores transcricionais nucleares com funções críticas na biogênese mitocondrial são os coativadores transcricionais, como o receptor ativado por proliferador de peroxissoma? coativadores (PGC) 1? e 1 ?, que interagem com fatores de transcrição, a maquinaria basal de transcrição e de splicing de RNA e enzimas modificadoras de histonas [88], [90], [91]. A expressão da família de coativadores PGC1 é influenciada por vários sinais ambientais. O tratamento de fibroblastos humanos com o ativador Nrf2 sulforafano causa aumento da massa mitocondrial e indução de PGC1? e PGC1? [92], embora a dependência potencial de Nrf2 não tenha sido examinada neste estudo. No entanto, camundongos diabéticos nos quais Nrf2 é ativado pelo knockdown hipomórfico do gene Keap1 (db / db: Keap1flox / ?: Nrf2 + / +) ou interrompido (db / db: Keap1flox / ?: Nrf2? /?) Têm PGC1 hepático inferior? níveis de expressão do que os animais de controle (db / db: Keap1flox / +: Nrf2 + / +) [93]. Nenhuma diferença nos níveis de mRNA para PGC1? são vistos em fígados de camundongos não diabéticos que são WT ou Nrf2-KO, enquanto esses níveis são mais baixos em animais com superexpressão de Nrf2 (Keap1-KD e Keap1-KO específico do fígado) [82]. Notavelmente, um jejum de 24 horas aumenta os níveis de PGC1? mRNA em fígados de camundongos de todos os genótipos, mas o aumento é significativamente maior em fígados de Nrf2-KO em comparação com WT ou camundongos com superexpressão de Nrf2. Em comparação com WT, os camundongos Nrf2-KO experimentando infecção séptica ou lesão pulmonar aguda devido à infecção mostram a suprarregulação transcricional atenuada do fator respiratório nuclear 1 e PGC1? [94], [95]. Juntas, essas observações sugerem que o papel do Nrf2 na manutenção dos níveis do fator respiratório nuclear 1 e do PGC1? é complexo e se torna mais proeminente em condições de estresse.

Além da expressão de genes que codificam proteínas mitocondriais, a biogênese mitocondrial requer a síntese de nucleotídeos. A ativação genética de Nrf2 aumenta a biossíntese de purinas por meio da regulação positiva da via da pentose fosfato e do metabolismo do folato e da glutamina, particularmente em células de proliferação rápida (Fig. 2) [24]. A análise do transcriptoma de Drosophila mutante deficiente para a proteína quinase serina / treonina mitocondrial induzida por PTEN quinase 1 putativa (PINK1) mostrou que a disfunção mitocondrial leva à suprarregulação da transcrição de genes que afetam o metabolismo de nucleotídeos [96], sugerindo que a biossíntese de nucleotídeos aumentada representa um mecanismo de proteção contra as consequências neurotóxicas da deficiência de PINK1. Nrf2 regula a expressão de fosforibosil pirofosfato amidotransferase (PPAT), que catalisa a entrada na via biossintética do nucleotídeo purina de novo e a metilenotetraidrofolato desidrogenase 2 mitocondrial (MTHFD2) (Fig. 2). A última é uma enzima bifuncional com atividades de desidrogenase e ciclo-hidrolase que é crítica no fornecimento de glicina e formato como fontes de unidades de um carbono para a biossíntese de purina em células de crescimento rápido [97]. Portanto, é provável que a ativação do Nrf2 possa ser protetora e pode reverter a disfunção mitocondrial na deficiência de PINK1. De fato, a ativação farmacológica de Nrf2 por sulforafano, ou o triterpenóide RTA-408, restaura ?? me protege as células deficientes em PINK1 contra a toxicidade da dopamina [98]. Embora os mecanismos subjacentes pareçam ser complexos, juntos, esses achados indicam que a atividade do Nrf2 pode afetar a biogênese mitocondrial influenciando os níveis de expressão de fatores de transcrição críticos e coativadores, bem como aumentando a biossíntese de nucleotídeos.

Nrf2 e Mitocondrial Iintegridade

Embora a evidência direta nem sempre esteja disponível, existem fortes indícios de que o Nrf2 é importante para a integridade mitocondrial, particularmente sob condições de estresse oxidativo. As mitocôndrias isoladas do cérebro e fígado de ratos que receberam uma dose única do sulforafano do ativador Nrf2 são resistentes à abertura do poro de transição de permeabilidade mitocondrial (mPTP) causado pelo oxidante terc-butil-hidroperóxido [99], [100]. O mPTP, um complexo que permite que a membrana interna mitocondrial se torne permeável a moléculas com massas até 1500 Da, foi recentemente identificado como sendo formado a partir de dímeros da sintase F0F1-ATP [101]. A resistência mediada pelo sulforafano à abertura do mPTP está correlacionada com o aumento das defesas antioxidantes, e os níveis de GSH mitocondrial, glutationa peroxidase 1, enzima málica 3 e tiorredoxina 2 são todos regulados em frações mitocondriais isoladas de animais tratados com sulforafane [100].

O dano à proteína mitocondrial e o comprometimento da respiração causados ​​pelo produto da peroxidação lipídica eletrofílica 4-hidroxi-2-nonenal são atenuados nas mitocôndrias isoladas do córtex cerebral de camundongos tratados com sulforafano [102]. Em células epiteliais renais de rato e no rim, o sulforafano é protetor contra a toxicidade induzida por cisplatina e gentamicina e perda de ?? m [103], [104]. Proteção contra um painel de oxidantes (superóxido, peróxido de hidrogênio, peroxinitrito) e eletrófilos (4-hidroxi-2-nonenal e acroleína) e um aumento nas defesas antioxidantes mitocondriais também foram observados no tratamento de células do músculo liso da aorta de rato com sulforafano [105 ] Em um modelo de lesão renal aguda induzida por contraste, o pré-condicionamento isquêmico de membro recentemente demonstrou ter efeitos protetores, incluindo inibição da abertura do mPTP e inchaço mitocondrial, pela ativação de Nrf2 conseqüente à inibição de GSK3? [106].

Mitofagia, o processo pelo qual mitocôndrias disfuncionais são seletivamente engolfadas por autofagossomos e entregues aos lisossomos para serem degradados e reciclados pela célula, é essencial para a homeostase mitocondrial [107], [108]. Considerando que nenhuma relação causal entre Nrf2 e mitofagia foi estabelecida, há evidências de que o fator de transcrição pode ser importante no controle de qualidade mitocondrial por desempenhar um papel na mitofagia. Isso pode ser especialmente proeminente em condições de estresse oxidativo. Assim, em um modelo de sepse, os aumentos nos níveis do marcador de autofagossomo MAP1 de cadeia leve 3-II (LC3-II) e da proteína de carga p62 em 24 h pós-infecção são suprimidos em Nrf2-KO em comparação com camundongos WT [109] . Um indutor de mitofagia de pequena molécula (denominado indutor de mitofagia mediado por p62, PMI) foi descoberto recentemente; este composto 1,4-difenil-1,2,3-triazol foi originalmente projetado como um ativador Nrf2 que interrompe a interação do fator de transcrição com Keap1 [110]. Semelhante às células em que Nrf2 é geneticamente regulado positivamente (Keap1-KD ou Keap1-KO), as células expostas a PMI têm maior ?? m em repouso. É importante ressaltar que o aumento na localização de LC3 mitocondrial que é observado após o tratamento de células WT com PMI não ocorre em células Nrf2-KO, sugerindo o envolvimento de Nrf2.

Por último, a análise ultra-estrutural das secções do fígado revelou a presença de mitocôndrias inchadas com crista reduzida e membranas rompidas nos hepatócitos de Nrf2-KO, mas não WT, ratinhos que foram alimentados com uma dieta rica em gordura durante as semanas 24; notavelmente, esses fígados mostram evidência clara de estresse oxidativo e inflamação [68]. Pode-se concluir que o Nrf2 tem um papel crítico na manutenção da integridade mitocondrial sob condições de estresse oxidativo e inflamatório.

Sulforafano e seus efeitos sobre câncer, mortalidade, envelhecimento, cérebro e comportamento, doenças cardíacas e muito mais

Os isotiocianatos são alguns dos compostos vegetais mais importantes que você pode obter em sua dieta. Nisso vídeo Eu faço o caso mais abrangente para eles que já foi feito. Curto período de atenção? Pule para o seu tópico favorito clicando em um dos pontos de tempo abaixo. completo cronograma abaixo.

Seções principais:

• 00: 01: 14 - Câncer e mortalidade
• 00: 19: 04 - envelhecimento
• 00: 26: 30 - Cérebro e comportamento
• 00: 38: 06 - recapitulação final
• 00: 40: 27 - dose

Cronograma completo:

• 00: 00: 34 - Introdução do sulforafano, um dos principais focos do vídeo.
• 00: 01: 14 - Consumo de vegetais crucíferos e reduções na mortalidade por todas as causas.
• 00: 02: 12 - risco de câncer de próstata.
• 00: 02: 23 - risco de câncer de bexiga.
• 00: 02: 34 - Câncer de pulmão em risco de fumantes.
• 00: 02: 48 - risco de câncer de mama.
• 00: 03: 13 - Hipotético: e se você já tem câncer? (intervencionista)
• 00:03:35 - Mecanismo plausível de condução o cancer e dados associativos de mortalidade.
• 00: 04: 38 - Sulforafano e câncer.
• 00:05:32 - Evidência animal mostrando mais forte, Efeito do extrato de brócolis no desenvolvimento do tumor de bexiga em ratos.
• 00: 06: 06 - Efeito da suplementação direta de sulforafano em pacientes com câncer de próstata.
• 00: 07: 09 - Bioacumulação de metabólitos de isotiocianato no tecido mamário atual.
• 00: 08: 32 - Inibição de células estaminais de cancro da mama.
• 00: 08: 53 - Lição de História: os brassicas foram estabelecidos como tendo propriedades de saúde mesmo na Roma antiga.
• 00: 09: 16 - A capacidade do Sulforaphane de aumentar a excreção de carcinógeno (benzeno, acroleína).
• 00: 09: 51 - NRF2 como um interruptor genético através de elementos de resposta antioxidante.
• 00: 10: 10 - Como a ativação de NRF2 aumenta a excreção de carcinógenos via conjugados de glutationa-S.
• 00: 10: 34 - As couves-de-bruxelas aumentam a glutationa-S-transferase e reduzem os danos no DNA.
• 00: 11: 20 - Bebida de brócolis aumenta a excreção de benzeno em 61%.
• 00: 13: 31 - O homogenato de brócolis aumenta as enzimas antioxidantes nas vias aéreas superiores.
• 00: 15: 45 - Consumo de vegetais crucíferos e mortalidade por doenças cardíacas.
• 00: 16: 55 - Brócolis em pó melhora os lipídios no sangue e o risco geral de doenças cardíacas em diabéticos tipo 2.
• 00:19:04 - Começo de envelhecimento seção.
• 00:19:21 - A dieta enriquecida com sulforafano melhora tempo de vida de besouros de 15 para 30% (em certas condições).
• 00: 20: 34 - Importância da baixa inflamação para a longevidade.
• 00: 22: 05 - Os vegetais crucíferos e o pó de brócolis parecem reduzir uma grande variedade de marcadores inflamatórios em humanos.
• 00: 23: 40 - Recapitulação de vídeo intermediário: câncer, seções de envelhecimento
• 00: 24: 14 - Estudos com ratos sugerem que o sulforafano pode melhorar a função imunológica adaptativa na velhice.
• 00:25:18 - O sulforafano melhorou o crescimento do cabelo em um modelo de camundongo calvo. Imagem em 00: 26: 10.
• 00: 26: 30 - Início da seção do cérebro e comportamento.
• 00: 27: 18 - Efeito do extrato de brócolis no autismo.
• 00: 27: 48 - Efeito da glucorafanina na esquizofrenia.
• 00: 28: 17 - Início da discussão sobre depressão (mecanismo plausível e estudos).
• 00:31:21 - Estudo em camundongos usando 10 modelos diferentes de depressão induzida por estresse mostram que o sulforafano é igualmente eficaz como a fluoxetina (prozac).
• 00: 32: 00 - Estudo mostra a ingestão direta de glucorafanina em camundongos é igualmente eficaz na prevenção da depressão do modelo de estresse de derrota social.
• 00: 33: 01 - Início da seção de neurodegeneração.
• 00: 33: 30 - Sulforafano e doença de Alzheimer.
• 00: 33: 44 - Sulforaphane e doença de Parkinson.
• 00: 33: 51 - Sulforaphane e doença de Hungtington.
• 00: 34: 13 - Sulforafano aumenta as proteínas de choque térmico.
• 00: 34: 43 - Início da seção de traumatismo cranioencefálico.
• 00: 35: 01 - Sulforafano injetado imediatamente após o TBI melhora a memória (estudo do mouse).
• 00: 35: 55 - Sulforafano e plasticidade neuronal.
• 00:36:32 - Sulforafano melhora a aprendizagem em modelo de diabetes tipo II em camundongos.
• 00:37:19 - Sulforafano e Duchenne distrofia muscular.
• 00: 37: 44 - Inibição da miostatina em células satélites musculares (in vitro).
• 00: 38: 06 - Recapitulação de vídeo tardio: mortalidade e câncer, danos no DNA, estresse oxidativo e inflamação, excreção de benzeno, doença cardiovascular, diabetes tipo II, efeitos no cérebro (depressão, autismo, esquizofrenia, neurodegeneração), via NRF2.
• 00: 40: 27 - Pensamentos em descobrir uma dose de brotos de brócolis ou sulforafano.
• 00: 41: 01 - Anedotas sobre brotar em casa.
• 00: 43: 14 - Nas temperaturas de cozimento e atividade de sulforafano.
• 00: 43: 45 - Conversão da bactéria intestinal do sulforafano da glucorafanina.
• 00: 44: 24 - Os suplementos funcionam melhor quando combinados com a mirosinase ativa de vegetais.
• 00: 44: 56 - Técnicas de cozinha e vegetais crucíferos.
• 00: 46: 06 - Isotiocianatos como sendo goitrogénios.

Nrf2 é um fator de transcrição que desempenha um papel importante no sistema de defesa antioxidante celular do corpo humano. O elemento antioxidante responsivo, ou ARE, é um mecanismo regulador dos genes. Muitos estudos de pesquisa demonstraram que o Nrf2, ou fator 2 relacionado a NF-E2, regula uma ampla variedade de genes dirigidos por ARE ao longo de vários tipos de células. Verificou-se também que o Nrf2 desempenha um papel essencial na protecção celular e anti-carcinogenicidade, o que demonstra que o Nrf2 pode ser um tratamento eficaz no tratamento de doenças neurodegenerativas e cancros que se acredita serem causados ​​por stress oxidativo.

Dr. Alex Jimenez DC, Insight CCST

Concluindo Remarks

Embora muitas questões ainda permaneçam abertas, as evidências experimentais disponíveis indicam claramente que o Nrf2 é um participante importante na manutenção da homeostase mitocondrial e integridade estrutural. Esse papel torna-se particularmente crítico sob condições de estresse oxidativo, eletrofílico e inflamatório quando a capacidade de regular positivamente as respostas citoprotetoras mediadas pelo Nrf2 influencia a saúde geral e a sobrevivência da célula e do organismo. O papel do Nrf2 na função mitocondrial representa outra camada dos mecanismos citoprotetores amplos orquestrados por este fator de transcrição. Como muitas condições patológicas humanas têm estresse oxidativo, inflamação e disfunção mitocondrial como componentes essenciais de sua patogênese, a ativação farmacológica de Nrf2 é promissora na prevenção e tratamento de doenças. A compreensão abrangente dos mecanismos precisos pelos quais o Nrf2 afeta a função mitocondrial é essencial para o planejamento racional de futuros ensaios clínicos e pode oferecer novos biomarcadores para o monitoramento da eficácia terapêutica.

Agradecimentos

Sciencedirect.com/science/article/pii/S0891584915002129

O objetivo do artigo acima foi discutir e demonstrar o papel emergente do Nrf2 na função mitocondrial. Nrf2, ou fator nuclear fator eritroide 2-relacionado, é um regulador emergente da resistência celular a oxidantes que podem contribuir para o estresse oxidativo, afetando a função celular e levando ao desenvolvimento de toxicidade, doenças crônicas e até câncer. Embora a produção de oxidantes no corpo humano possa servir a vários propósitos, incluindo divisão celular, inflamação, função imunológica, autofagia e resposta ao estresse, é essencial controlar sua superprodução para prevenir problemas de saúde. O escopo de nossas informações é limitado a questões de quiropraxia e saúde da coluna vertebral. Para discutir o assunto, sinta-se à vontade para perguntar ao Dr. Jimenez ou entre em contato pelo telefone 915-850-0900 .

Curated pelo Dr. Alex Jimenez

Referenciado de: Sciencedirect.com

Discussão de tópico adicional: Dor aguda nas costas

Dor nas costas é uma das causas mais prevalentes de incapacidade e perdeu dias de trabalho em todo o mundo. A dor nas costas atribui-se à segunda razão mais comum para visitas a consultórios, superada apenas por infecções respiratórias superiores. Aproximadamente 80 por cento da população experimentará dor nas costas pelo menos uma vez ao longo da vida. A coluna é uma estrutura complexa composta de ossos, articulações, ligamentos e músculos, entre outros tecidos moles. Por causa disso, lesões e / ou condições agravadas, como hérnia de discos, pode eventualmente levar a sintomas de dor nas costas. Lesões esportivas ou acidentes automobilísticos geralmente são a causa mais frequente de dor nas costas, no entanto, às vezes, o mais simples dos movimentos pode ter resultados dolorosos. Felizmente, opções alternativas de tratamento, como quiropraxia, podem ajudar a aliviar a dor nas costas através do uso de ajustes espinhais e manipulações manuais, melhorando o alívio da dor.

EXTRA EXTRA | TÓPICO IMPORTANTE: Recomendado Chiropractor El Paso, TX

***