Scienze biologiche
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Browsing Scienze biologiche by Author "Bellarosa, Cristina"
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- PublicationDeterminants of bilirubin neurotoxicity by an in vitro molecular approach(Università degli studi di Trieste, 2012-04-24)
;Coda Zabetta, Carlos Daniel ;Tiribelli, ClaudioBellarosa, CristinaUnconjugated Bilirubin (UCB) is the final product of the heme catabolism. The high serum UCB concentrations in the first days of life of the newborns, due to immature mechanisms for hepatic uptake, conjugation and biliary secretion, is called physiological neonatal jaundice. This common condition is generally a benign and transient phenomenon, but in some cases the hyperbilirubinemia can progress to bilirubin encephalopaties ranging from minimally neurological injury to severe and permanent neurodevelopmental dysfunction. In the present thesis the SH-SY5Y neuroblastoma cell line was used to approach the molecular events associated to bilirubin neurotoxicity and highlight the biochemical and molecular events that are induces in the neurons when get contact with the UCB. Depending on the bilirubin concentration and the time of exposure to UCB, we were able to define experimental setups for the study of bilirubin resistance and bilirubin toxicity. Using the model to study bilirubin resistance, it was demonstrated that the resistance is not entirely achieved by limiting the entrance or increasing extrusion of the pigment from the cell, but rather by enhancing the cellular defensive mechanisms, in particular against the oxidative stress. This was achieved by increasing the intracellular glutathione content via the specific induction of the genes and activity of the System Xc-. Furthermore, the cells exposed to bilirubin over-expressed several additional genes that encode for important antioxidant and detoxifying proteins like Heme Oxygenase-1 and NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1. As far as the mechanisms of bilirubin neurotoxicity, we showed that UCB exposure lead to the induction of the intracellular ROS accumulation. Moreover, the data presented report evidences that the bilirubin toxicity could be displayed by a mechanism of excitotoxicity carried out by the cellular release of glutamate. Further studies will be necessary to elucidate the molecular mechanisms by which bilirubin produces neurotoxicity and to understand how the cells avoid the damage. The information presented here could contribute to the identification of targets to avoid the bilirubin damage.1081 2972 - PublicationMechanism involved in the UCB neurotoxicity on cellular models(Università degli studi di Trieste, 2009-03-02)
;Giraudi, Pablo Jose' ;Tiribelli, ClaudioBellarosa, CristinaSummary This doctoral thesis covers three years period (2006-2008) during which I have investigated the bilirubin neurotoxicity in the neuroblastoma SH-SY5Y cell line, a neuronal cell model widely used in the study of the pathogenesis and in the development of new therapeutic compounds for neurodegenerative diseases. In the first chapter is summarized the current knowledge about bilirubin chemistry and metabolism including disorders of bilirubin metabolism and the neuronal disturbances associated. In addition, the main discoveries in bilirubin toxicity mechanisms are described. Chapter two describes how we have chosen the cellular model to study the unconjugated bilirubin (UCB) damage. We first compared the bilirubin accumulation and cell viability in two neuronal cell lines (2a1 mouse neuronal progenitor cell line and SH-SY5Y cell line) and one non neuronal cell line (HeLa cells). In addition, we performed studies on cellular localization of Mrp1 (involved in UCB extrusion) and mRNA expression. We observed that SH-SY5Y cells show higher accumulation of bilirubin and lower survival than 2a1 and HeLa cells. SH-SY5Y cells shows a clear localization of Mrp1 at membrane level. Based on these observations we selected the SH-SY5Y cell line as our experimental model, and we characterized this cell line for molecular events linked with bilirubin neurotoxicity. Chapter three revises original data published by mainly our group, about “the free bilirubin hypothesis”. It has been suggested that cell injury correlates better with free unconjugated bilirubin (Bf) than total unconjugated bilirubin (BT). To directly test this hypothesis we evaluated cell viability in four cell lines (SH-SY5Y, MEF, HeLa and 2a1 cell lines) after incubation with different Bf/BT ratios, obtained by mixing varied UCB concentrations and albumins with different binding affinities (bovine, fetal calf and human); Bf was measured in each solution by the peroxidase method. Our data show that the loss of viability is dependent on the Bf but not on BT although bilirubin sensitivity varied with the different cell line tested. This in vitro study reinforces the proposal that Bf or Bf combined with total serum bilirubin should improve risk assessment for neurotoxicity in both term and premature infants. Chapter four describes our studies about the biochemical and molecular changes in SH-SY5Y cells exposed to a rather high Bf (140 nM) for 24 hours. Biochemical changes (cell viability, proliferation, cellular redox environment -ROS and GSH content) and gene expression profile were evaluated in the cells which survived after the treatment. Results suggest that the surviving cells become more resistant to a second oxidative exposition (Bf or H2O2) and this was associated with an increases expression of various genes involved both in ER stress response and in the transport system Xc- (cystine-glutamate exchanger). This transport system is of great relevance in maintaining the redox homeostasis within the cell, and together with the ER stress genes may contribute to the activation of an adaptative response to bilirubin damage. Further studies will be necessary to elucidate the molecular mechanisms that confer resistance to bilirubin toxicity; these mechanisms could help understanding the different sensitivity of the cells to bilirubin damage, and why some neuronal cells die (as the Purkinje cells) while others don’t. Furthermore, these studies may achieve to the identification of target proteins useful to develop new drugs: this may be the case of the system Xc-.1291 1691 - PublicationUNCONJUGATED BILIRUBIN MEDIATED OXIDATIVE STRESS, ER STRESS, AND ACTIVATION OF NRF2 PATHWAY(Università degli studi di Trieste, 2014-04-28)
;Qaisiya, Mohammed Ali Hassan ;Tiribelli, ClaudioBellarosa, CristinaElevati livelli plasmatici di bilirubina non coniugata (UCB) sono responsabili dell’ittero neontale che è fisiologico nella maggior parte dei casi. L’iperbilirubinemia severa e prolungata nel tempo può causare encefalopatia da bilirubina e Kernicterus che, se non trattati, possono lasciare pesanti sequele neurologiche e nei casi più gravi condurre a morte. La neurotossicità da bilirubina è ancora una delle principali cause di malattie neurologiche nei paesi via di sviluppo ed è un problema riemergente nei paesi sviluppati a causa delle anticipate dimissioni dall’ospedale dei neonati. I meccanismi molecolari responsabili della neurotossicità da bilirubina non sono ancora completamente chiariti. Questo lavoro riporta i risultati ottenuti durante il mio progetto di dottorato volto a studiare il “molecular signalling” coinvolto nella neurotossicità da bilirubina. L’obiettivo principale è stato valutare gli effetti di concentrazioni pro-ossidanti di bilirubina sullo stato redox cellulare e sullo stress del reticolo endoplasmico (ER stress). Ci siamo focalizzati sulla pathway che coinvolge Nrf2, analizzando i geni indotti dalla bilirubina per effetto di Nrf2 e studiando il signalling a monte coinvolto nella sua attivazione. Parallelamente abbiamo anche studiato la cascata di segnali coinvolti nell’ER stress. Tutti gli esperimenti sono stati condotti nella linea cellulare di neuroblastoma umano SH-SY5Y, alcuni ripetuti anche nella linea di epatocarcinoma HepG2 e in colture primarie di astrociti dalla corteccia cerebrale di ratto. I nostri risultati mostrano che concentrazioni tossiche di bilirubina inducono un 40% di mortalità cellulare tra 1 e 4 ore di trattamento che si mantiene stabile fino alle 24 ore di trattamento. Le cellule trattate con UCB mostrano un incremento del livello dei ROS intracellulare dopo 1 ora seguito dall’accumulo nucleare dell’Nrf2 endogeno dopo 3 ore. La bilirubina aumenta l’induzione della trascrizione dell’ARE-GFP reporter gene associata ad una up-regolazione di diversi geni target di Nrf2. L’induzione dell’espressione genica può essere suddivisa in due categorie principali:la risposta precoce (4h-8h) e la risposta tardiva (16h-24h).La risposta precoce inizia con l’induzione dell’espressione di ATF3 dopo 4 ore di trattamento ed è seguita da i trasportatori di amminoacidi (xCT and Gly1) dopo 8h. Per la risposta tardiva abbiamo visto l’induzione dell’espressione genica degli enzimi coinvolti nella sintesi del glutatione. (γGCL and TNX1),nella risposta antiossidante e di detossificazione (HO-1, NQO1, FTH)e nell’omeostasi del NADPH (ME1, and G6PD). In seguito al silenziamento specifico di Nrf2, il trattamento con bilirubina diminuisce l’induzione dell’mRNA solo dell’HO-1 (75%), del NQO1 (56%) e della FTH (40%) Inoltre l’induzione dell’HO-1 è ridotta se le cellule vengono pretrattate con l’antiossidante NAC (65%) e con specifici inibitori per PKC (80%), P38α (40%) and MEK1/2 (25%). Risulta evidente che l’induzione di ATF3 è la prima risposta generata dal trattamento con UCB. Di seguito abbiamo osservato un’induzione sequenziale dei marker dell’ER stress: da quelli coinvolti nel signaling di PERK a 4h (PERK, ATF3, ATF4, CHOP), dalla diminuzione della proteina della ciclina D1 dopo 1 h e dall’induzione di IRE1 (XBP1), ATF6, e BiP dopo 8h di trattamento. Da notare però che il silenzia mento di PERK non riduce l’induzione dell’espressione dell’mRNA di ATFs/CHOP, ma induce l’espressione dell’mRNA di GCN2. Riassumendo noi abbiamo dimostrato che la bilirubina causa mortalità cellulare, produce la formazione di ROS, provoca l’accumulo di Nrf2 nel nucleo e induce la risposta antiossidante mediata dalle sequenze ARE. La bilirubina induce l’espressione di diversi geni coinvolti nella risposta antiossidante, tra tutti l’HO-1 e il NQO1 sono indotti dalla bilirubina in maniera dipendente da Nrf2. Abbiamo anche dimostrato che lo stress ossidativo (OS) e la PKC sono i principali fattori coinvolti nell’attivazione di Nrf2/HO-1. I risultati ottenuti dimostrano che l’induzione di ATFs/CHOP e di PERK sono uno dei primi eventi associati alla tossicità da bilirubina. Allo stesso tempo il silenziamento di PERK non influisce sull’induzione di ATFs/CHOP mentre induce GCN2, suggerendo un meccanismo di compensazione tra il signalling di PERK e GCN2. Concludendo i nostri dati dimostrano che lo stress ossidativo e lo stress del reticolo endoplasmico sono coinvolti nella neurotossicità indotta da UCB nella linea di neuroblastoma umano SH-SY5Y. Le cellule sviluppano una risposta adattativa alla bilirubina inducendo OS and ER stress e aumentando l’espressione dei geni coinvolti nella risposta antiossidante (in parte via Nrf2 pathway) e nello stress del reticolo endoplasmico (UPR).1393 972