Naslov (srp)

Molekularni mehanizmi protektivnog dejstva grafenskih kvantnih tačaka u in vitro modelu oštećenja neuronskih ćelija oksidativnim stresom : doktorska disertacija

Autor

Krunić, Matija, 1991-

Doprinosi

Ristić, Biljana, 1984-
Misirlić Denčić, Sonja, 1975-
Bošnjak, Mihajlo, 1980-
Paunović, Verica, 1980-
Andrić, Silvana, 1968-
Mojović, Miloš, 1973-
Trajković, Vladimir, 1967-

Opis (eng)

This dissertation examined the molecular mechanisms of graphene quantum dot (GQD)-mediated protection of the human neuroblastoma cells from oxidative stress induced by sodiumnitroprusside (SNP). Increased intracellular levels of reactive oxygen (ROS) and nitrogen species(RNS) are involved in protein oxidation and nitration, lipid peroxidation and DNA damage,which ultimately lead to apoptotic or necrotic cell death. Neurons are particularly sensitive to thedamage caused by oxidative stress due to significant consumption of molecular oxygen, highconcentrations of unsaturated fatty acids susceptible to lipid peroxidation, and weak antioxidantmechanisms. High levels of ROS and RNS are involed in the damage and death of neurons andglia in Parkinson's disease, Alzheimer's disease, multiple sclerosis, and ischemic brain damage.Due to the limitations of existing antioxidant therapy, newer approaches are based on theantioxidant properties of synthetic materials, out of which GQD have shown the most promise.GQD are oval, two-dimensional carbon nanoparticles, characterized by their distinctivebiocompatibility, low cytotoxicity and exceptional antioxidant properties. In addition toantioxidant characteristics, GQD can induce autophagy, a cellular mechanism used fordegradation of the damaged cell compartments and proteins in autolysosomes, formed by thefusion of lysosomes and autophagosomes. Neurons are particularly sensitive to disturbances inproteolitic cellular material degradation in the autophagy process, and the increasedaccumulation of damaged proteins is the main cause of numerous neurodegenerative diseases.This research examined the molecular mechanisms of the antioxidative and proautophagicactions of GQD.The results of this study showed that GQD reduce SNP cytotoxicity through the decrease ofmitochondrial depolarization, caspase-2 activity, and the apoptotic death of the humanneuroblastoma SH-SY5Y cells. Although GQD reduced the levels of nitric oxide (NO) after SNPtreatment, NO scavengers only slightly reduced the cytoprotective effect of GQD in SH-SY5Ycells. The results show that NO quenching is not the main cytiprotective mechanism of GQD.GQD reduced the levels of hydroxyl radical (OH•), superoxide radical (O2-•) and lipid peroxidesdetected after the SNP treatment. Treatments with nonselective antioxidants and scavengers ofOH• and iron ion (Fe2+) indicated that GQD protect cells by neutralizing the high levels of OH•generated in the presence of SNP-released Fe2+ and the intracellular hydrogen peroxide (H2O2).The cytosolic localisation of GQD is necessary for the protection of SH-SY5Y cells from theSNP-induced oxidative stress. Also, the combined treatment with GQD and SNP inducedautophagy via Akt/PRAS40/mTOR signalling pathway. The induction of autophagy has beenobserved at both transcriptional and post-translational levels. The antioxidative effects of GQDwere not directly related to their ability to induce autophagy, since the treatment withantioxidants (N-acetylcisteine and DMSO) did not induce autophagy in combination with SNP.In addition, treatments with pharmacological inhibitors of early (wortmannin and 3-methyladenine) and late (ammonium chloride) stages of autophagy effectively reduced theprotective effects of GQD.The results of this dissertation suggest that GQD protect SH-SY5Y cells from the SNP-induced neurotoxicity by exerting dual, antioxidant and pro-autophagic action. Examining theeffects of GQD on the SNP-induced cytotoxicity in SH-SY5Y cells could contribute inelucidating the molecular mechanisms underlying their neuroprotective action. Of particularimportance in this context is to determine the influence of oxidative stress and autophagymodulation, considering their roles as important regulators of neurotoxicity with therapeuticpotential in neurodegenerative and neuroinflammatory diseases.

Opis (srp)

U ovoj doktorskoj disertaciji ispitivani su molekularni mehanizmi protektivnog dejstvagrafenskih kvantnih tačaka (GKT) u oksidativnom stresu indukovanom natrijum nitroprusidom(engl. sodium nitroprusside, SNP) u ćelijama humanog neuroblastoma. Povećane koncentracijereaktivnih kiseoničnih (RKV) i azotnih vrsta (RAV) unutar ćelija indukuju oksidaciju i nitracijuproteina, peroksidaciju lipida i oštećuju molekul DNK, što dovodi do apoptoze ili nekroze ćelija.Nervne ćelije su posebno osetljive na oštećenja uzrokovana oksidativnim stresom usled značajnepotrošnje molekulskog kiseonika, visokih koncentracija višestruko nezasićenih masnih kiselinapodložnih procesu lipidne peroksidacije i slabih antioksidativnih mehanizama. Visoki nivoiRKV i RAV dovode do oštećenja i smrti neuronskih i glijalnih ćelija, koja je u osnovipatogeneze Parkinsonove bolesti, Alchajmerove bolesti, multiple skleroze i ishemijske bolestimozga. Usled ograničenja postojeće antioksidativne terapije, noviji pristupi bazirani su naantioksidativnim svojstvima sintetičkih materijala, od kojih se ističu GKT. GKT su ovalneugljenične dvodimenzionalne nanočestice, koje se karakterišu izrazitom biokompatibilnošću,niskom citotoksičnošću i izraženim antioksidativnim karakteristikama. Uz to, GKT indukujuproces autofagije, koji predstavlja mehanizam razgradnje oštećenih ćelijskih organela i proteinau autolizozomima nastalim spajanjem lizozoma i autofagozoma. Neuroni su veoma osetljivi naporemećaje proteolitičke razgradnje ćelijskog materijala u procesu autofagije, a povećanonakupljanje oštećenih proteina predstavlja osnovu patogeneze brojnih neurodegenerativnihoboljenja. U ovoj doktorskoj disertaciji ispitani su molekularni mehanizmi koji se nalaze uosnovi antioksidativnih i proautofagnih karakteristika GKT.Rezultati istraživanja pokazali su da GKT smanjuju citotoksičnost indukovanu SNP,utičući na smanjenje mitohondrijalne depolarizacije, aktivnosti kaspaze-2 i apoptotske smrti SH-SY5Y ćelija humanog neuroblastoma. Iako je tretman GKT smanjivao nivo azot (II) oksida(NO) nakon tretmana SNP, tretman supstancama koje vezuju NO nisu imale značajan uticaj nauočenu protekciju SH-SY5Y ćelija. Pokazano je da neutralizacija NO nije ključan mehanizam uGKT indukovanoj zaštiti ćelija od citotoksičnosti SNP. Tretman GKT smanjivao je nivoehidroksilnog radikala (OH•), superoksidnog radikala (O2•−) i lipidne peroksidacije indukovaneSNP. Tretmani neselektivnim antioksidantima, kao i supstancama sa sposobnošću vezivanja OH•i jona gvožđa (Fe2+), ukazali su da GKT štite ćelije neutrališući OH• nastao u reakciji Fe2+ jonaoslobođenih iz SNP i vodonik peroksida (H2O2). Unutarćelijska lokalizacija GKT neophodna jeza zaštitu ćelija od oksidativnog stresa indukovanog SNP. Kombinovani tretman GKT i SNPtakođe je indukovao autofagiju inhibicijom Akt/PRAS40/mTOR signalnog puta. Indukcijaautofagije pokazana je na transkripcionom i post-translacionom nivou. Antioksidativne iproautofagne karakteristike GKT nisu međusobno uslovljene, s obzirom da tretmanantioksidansima (N-acetilcistein i DMSO) nije indukovao autofagiju u kombinovanom tretmanusa SNP. Tretman farmakološkim inhibitorima rane (vortmanin i 3-metiladenin) i kasne fazeautofagije (amonijum hlorid) smanjio je protektivno dejstvo GKT, što potvrđuje ulogu autofagijeu ovom procesu.Dobijeni rezultati ukazuju da GKT štite SH-SY5Y ćelije od neurotoksičnosti indukovaneSNP delujući dvostruko, kao antioksidansi i aktivatori citoprotektivne autofagije. Ispitivanjeefekata GKT u ovom modelu citotoksičnosti moglo bi da doprinese razjašnjavanju molekularnihmehanizama koji se nalaze u osnovi njihovog neuroprotektivnog dejstva. Od naročitog značaja uovom kontekstu je uticaj modulacije oksidativnog stresa i autofagije, kao bitnih regulatoraneurotoksičnosti sa potencijalnom ulogom u terapiji neurodegenerativnih i neuroinflamatornihoboljenja.

Opis (srp)

Medicina - Molekularna medicina / Medicine- Molecular medicine Datum odbrane: 15.05.2023.

Jezik

srpski

Datum

2022

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Bez prerada 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Neurologija. Neuropatije

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Molekularna biologija

graphene quantum dots, sodium nitroprusside, autophagy, antioxidants, neurons

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Neurologija. Neuropatije

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Molekularna biologija

grafenske kvantne tačke, natrijum nitroprusid, autofagija, antioksidansi, neuron

616.8-097:577.2(043.3)