Por qué la metformina podría proteger el cerebro volviendo a cablear mitocondrias

Un nuevo estudio muestra que la metformina mejora la reparación de la mielina en modelos basados ​​en humanos al ajustar el metabolismo mitocondrial, ofreciendo esperanza para el tratamiento de esclerosis múltiple.

Estudiar: La metformina altera el metabolismo relacionado con las mitocondrias y mejora la función de oligodendrocitos humanos. Crédito de la imagen: Juan Gaertner / Shutterstock

En un estudio reciente publicado en la revista Comunicaciones de la naturalezaun equipo internacional de investigadores investigó si la metformina mejora la diferenciación y la mielinización de las células progenitoras de oligodendrocitos humanos (OPC) en modelos relevantes humanos y definieron mecanismos relacionados con las mitocondrias que apoyan la neuroprotección.

Fondo

Todos los días, millones de mensajes cerebrales dependen de la mielina para mantenerse precisos; Cuando ese aislamiento falla, el movimiento, la memoria y el estado de ánimo sufren. La esclerosis múltiple (MS) elimina la mielina de los axones, y el envejecimiento reduce la remielinización porque las OPC se vuelven menos receptivas.

La metformina, una terapia de primera línea para la diabetes mellitus tipo II, cruza la barrera hematoencefálica y altera la relación de adenosina monofosfato (AMP): la relación de adenosina trifosfato (ATP) al inhibir el complejo mitocondrial I, la proteína de la AMP activadora (AMPK).

La reutilización para la neuroprotección enfrenta un desafío: la oligodendroglia humana difiere significativamente de las de los roedores. Una mejor remielinización podría retrasar la progresión de la discapacidad y preservar la independencia.

Se necesita más investigación para definir mecanismos y beneficios.

Sobre el estudio

Los investigadores compararon tres sistemas humanos para evaluar los efectos de la metformina en la oligodendroglia. Generaron OPC derivadas de células madre embrionarias humanas (hESC) en cultivo de monocapa, produjeron organoides corticales que contenían oligodendroglia y trasplantaron HESC-OPC marcadas con proteínas fluorescentes verdes en el cuerpo calloso de Shiverer; Ratones nulos del gen activador de recombinación 2 (RAG2) para crear quimeras de ratón humano.

El clorhidrato de metformina (100 μM) se aplicó a las monocapas durante 7 días y se administró diariamente a los organoides del día in vitro 60 a 70. Las quimeras recibieron metformina oral (300 mg/kg) durante 21 días, comenzando 42 días después de la transplante.

La diferenciación y la mielinización se cuantificaron mediante inmunotinción para la proteína básica de mielina (MBP), el factor de transcripción de oligodendrocitos 2 (Olig2) y el marcador maduro adenomatous polyipos coli (APC; clon cc1), además de microscopía electrónica (EM) a la computa por el porcentaje de exon mielinado mielininado y el diámetro de axón dividido por el diámetro de axón además del diámetro de diámetro).

Los perfiles de secuenciación de ácido ribonucleico de células individuales (SCRNA-SEQ) se generaron para las células, y los datos de secuenciación de ARN de un solo núcleo (SNRNA-seq) del cerebro y la médula espinal se integraron utilizando análisis de correlación canónica y una red neuronal artificial (ANN) para comparar las identidades.

Se utilizaron análisis de expresión diferencial y ontología génica (GO) para probar los cambios en la vía. Lecturas mecanicistas incluidas in situ Hibridación para NDUFA11 y EIF1, y transferencia Western para TOMM20 y CHCHD2.

Resultados del estudio

En cultivos monocapa, la metformina aumentó la diferenciación de oligodendrocitos humanos en siete días. Los oligodendrocitos intermedios mostraron un aumento medio de 0.70 ± 0.2 SEM (cambio de pliegue) y las células Olig2+ MBP+ más maduras aumentaron mediante un aumento medio de 0.52 ± 0.23 SEM (cambio de pliegue) versus vehículo, comparable al fumarato de clemastina. SCRNA-seq mostró que estas células se parecían fetal en lugar de oligodendroglia adulta: grupos OPC alineados con OPC adultos, mientras que los oligodendrocitos mapeados a la inmadura, la expresión de la expresión de la expresión de la expresión de los oligodendrocitos de oligodendrocitos inmaduros (SOX2). En particular, esto contrasta con los modelos de rata donde la metformina solo ayuda a las OPC envejecidas, destacando las respuestas específicas de la especie.

En los organoides corticales, un pulso de metformina desde el día in vitro 60–70 no cambió los recuentos de células CC1+ o MBP+, pero un área de MBP significativamente expandida (aumento medio de 0.45 ± 0.18 SEM), lo que indica más proteína de mielina por área sin alterar el número de células. Los análisis integrados contra SNRNA-seq adulto nuevamente colocaron la mayoría de los oligodendroglia organoide en COP o compartimentos de oligodendrocitos inmaduros.

Los efectos más fuertes aparecieron en las quimeras del ratón humano. Después del trasplante de OPC derivados de hESC en la trilla; RAG2-NULL Corpus calloso, 46.77% ± 4.39 SEM de células regionales eran humanos y 70.51% ± 2.28 SEM de ellos eran olig2+. Por EM, una media de 16.15% ± 1.88 SEM de axones estaba mielinizado al inicio.

Un curso oral de 21 días de metformina aumentó los axones mielinizados de 21.44 ± 2.3 SEM% a 28.21 ± 1.9 SEM% y redujo la relación G de 0.84 ± 0.004 SEM a 0.81 ± 0.009 SEM, independiente de los diámetros axonales y consistente con mielina más gruesa. Aunque los recuentos de oligodendrocitos maduros (CC1+) no cambiaron, la salida de mielina por axón mejoró, lo que implica una función mejorada por celda.

La estructura mitocondrial y los programas de genes cambiaron con el tratamiento. La metformina aumentó el área del perfil mitocondrial en axones y glía, de acuerdo con los cambios en el contenido mitocondrial o la dinámica. La transcriptómica en los oligodendrocitos de quimera humana reveló la regulación positiva de NDUFA11, Cox8a y EIF1, que respalda la traducción de mensajes mitocondriales.

In situ La hibridación confirmó las señales NDUFA11 y EIF1 más altas en las células Olig2+ humanas, y las transferencias occidentales en los monocultivos oligodendrogliales de HESC mostraron aumentos en TOMM20 y CHCHD2, consistentes con una mayor actividad mitocondrial y dinámica.

Es importante destacar que los efectos no se limitaron a células humanas trasplantadas. En los oligodendrocitos callosos, astrocitos, microglia y neuronas de Metformina, EIF1 y COX8A, que indican un ajuste metabólico más amplio en lugar de una acción metabólica más amplia en lugar de una acción estrictamente celular.

Finalmente, en un conjunto de datos de un solo núcleo de cerebros de donantes de MS, los oligodendrocitos de dos individuos se sabe que han tomado metformina antes de que la muerte expresara más EIF1 que dos donantes de MS no tratados, haciendo eco de la señal de quimera a pesar de los pequeños números.

Juntos, la metformina aumentó las proteínas y las vainas de la mielina en los modelos y el metabolismo relacionado con las mitocondrias re-cableados de manera que apoyen la función de los oligodendrocitos.

Conclusiones

Para resumir, este estudio muestra que la metformina mejora las proteínas de la mielina in vitro y vainas de mielina en vanocon la similitud transcripcional similar a un adulto más evidente en el modelo de quimera.

En las quimeras, los axones mielinizados aumentaron y la relación G cayeron sin expandir los recuentos de oligodendrocitos maduros, lo que implica más mielina por célula. Las firmas transcripcionales y de proteínas, incluidas NDUFA11, COX8A, EIF1, TOMM20 y CHCHD2, son consistentes con la función mitocondrial alterada y el metabolismo.

Las limitaciones incluyen células fetales con expresión persistente de Sox2, ausencia de desmielinización o inflamaciónfalta de mediciones directas de respiración mitocondrial y pocos donantes de la EM.

Los hallazgos se alinean con las pruebas clínicas en curso del potencial neuroprotector de metformina en la EM. En general, la evidencia respalda la prueba de metformina como una terapia neuroprotectora de mejora de la remialinización en la EM.