Análisis de los efectos de β-hidroxibutirato en el estrés oxidativo de células senescentes N2a

Abstract

El envejecimiento es un proceso caracterizado por el deterioro progresivo de las funciones físicas y mentales de un individuo, lo cual puede derivar en la aparición de enfermedades neurodegenerativas. Un factor íntimamente relacionado con el envejecimiento es la aparición de células senescentes, las cuales presentan una morfología, metabolismo y secretoma alterado. El desarrollo de un fenotipo senescente puede ser inducido como respuesta al estrés celular característico del envejecimiento y la acumulación de estas células está fuertemente asociada a la aparición de enfermedades crónicas y neurodegenerativas. En el último tiempo, se ha demostrado de forma consistente que intervenciones nutricionales promueven una dilación en la pérdida de funciones físicas asociada al envejecimiento. Entre estas se encuentra la dieta cetogénica, una intervención alimentaria que promueve la síntesis de cuerpos cetónicos en el hígado, siendo el β hidroxibutirato (BHB) el metabolito producido en mayor cantidad. Recientemente, se ha encontrado que la administración de una dieta cetogénica cíclica aminora el deterioro cognitivo asociado a la vejez en ratones, preservando la función neuronal y regulando el proteoma sináptico. Sin embargo, se desconoce el mecanismo exacto por el cual esto ocurre. En este seminario de título, se busca explorar los mecanismos por los cuales una dieta cetogénica cíclica promueve la atenuación del deterioro cognitivo. Para esto se generó un modelo de senescencia basado en la exposición a etopósido sobre células de la línea celular Neuro-2a (N2a) y luego se investigaron los efectos producidos por la exposición a BHB sobre estas células. Se encontró que células N2a expuestas a etopósido por 48 horas presentan marcadores comunes de la senescencia, como una morfología alterada, aumento de la forma fosforilada de la histona H2AX (γH2AX), la disminución de Lamina B1 y un aumento en la actividad de β-galactosidasa (B-Gal). Sorprendentemente, se encontró que la aplicación de BHB a células N2a expuestas a etopósido exacerba la abundancia de ciertos marcadores de la senescencia, aumentando la abundancia de γH2AX y los niveles de mARN de un inhibidor de quinasas dependientes de ciclinas (p21). Aun más, se observó un mayor estrés oxidativo y una menor supervivencia al final de los ensayos por parte de células senescentes expuestas a BHB, pero no para células saludables expuestas a BHB. En conclusión, los resultados obtenidos en este seminario de título indican que el BHB podría funcionar como un estresor para células senescentes y, a través de este mecanismo, promover su eliminación, lo cual podría explicar la mejora cognitiva observada en modelos animales alimentados con una dieta cetogénica cíclica.

Aging is a process characterized by the progressive deterioration of the physical and mental functions of an individual, which is a known risk factor in the development of neurodegenerative diseases. A factor closely linked with aging is the surge of senescent cells, which can be identified by their altered morphology, metabolism, and secretome. The development of a senescent phenotype can be induced in response to the cellular stress typical of the aging process, and the accumulation of these cells is strongly associated with the emergence of chronic and neurodegenerative diseases. Recent studies have shown that certain nutritional interventions can delay the loss of physical function associated with aging. One of these interventions is the ketogenic diet, which promotes the synthesis of ketonic bodies by the liver, with ꞵ hydroxybutyrate (BHB) as the most abundant. Studies in mice have found that the administration of a cyclic ketogenic diet ameliorates the cognitive decline associated with aging, preserving neuronal function and regulating the synaptic proteome. Nevertheless, the exact mechanism through which the ketogenic diet promotes better cognitive performance in aging mice is unknown. In this thesis, we aim to explore the mechanisms through which a cyclic ketogenic diet promotes a reduction in cognitive decline. To achieve this, we developed a senescence model based on Neuro-2a (N2a) cells exposure to etoposide, and then we investigated the effects of exposure to BHB, the ketone body predominantly synthesized in response to a ketogenic diet, on these cells. We found that N2a cells exposed to etoposide for 48 hours exhibited typical senescence hallmarks, including altered morphology, appearance of the phosphorylated form of H2AX (γH2AX), reduced Lamin B1, and increased β-galactosidase (B-Gal) activity. Surprisingly, exposure of senescent N2a cells to BHB exacerbated the abundance of some senescence markers, increasing γH2AX abundance and cyclin-dependent kinase inhibitor 1 (p21) ARNm. Moreover, senescent cells exposed to BHB showed reduced survival and increased oxidative stress, whereas healthy cells exposed to BHB did not exhibit these effects. In conclusion, the results obtained in this thesis suggest that BHB may function as a stressor for senescent cells and, through this mechanism, promote their elimination, which could explain the cognitive improvement observed in animal models fed with a cyclic ketogenic diet.