A ativação do adrenoceptor-β2 pelo formoterol induz a exocitose cálcio-dependente de vesículas sinápticas na junção neuromuscular de camundongos
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Walter Cavalcante
Luiz Carlos Carvalho Navegantes
Luiz Carlos Carvalho Navegantes
Resumo
O sistema noradrenérgico tem uma ampla gama de efeitos em diferentes sistemas fisiológicos
e os efeitos no músculo esquelético ocorrem principalmente por meio da ativação de receptores da
família β. Os receptores β2 são os mais abundantes e sua ativação promove diversas vias de
sinalização que resultam em processos anabólicos e hipertrofia. O uso de agonistas-β2 no músculo
esquelético tem sido considerado uma droga potencial para o tratamento de patologias que podem
gerar atrofia muscular. Entretanto, seus efeitos na junção neuromuscular e nas sinapses colinérgicas
ainda são pouco explorados. Assim, o objetivo deste trabalho é avaliar os efeitos pré-sinápticos do
fármaco agonista-β2 específico fumarato de formoterol na transmissão sináptica neuromuscular em
preparações ex-vivo de diafragma de camundongos.
Para este estudo, foi isolado o músculo diafragma e nervo frênico de camundongos C57
machos e femeas com 3 meses de idade. A exocitose de vesículas sinápticas nas junções
neuromusculares foi visualizada e monitorada através do uso da sonda fluorescente FM1-43. Estas
preparações, após o protocolo de marcação com FM1-43, foram incubadas com fumarato de
formoterol em concentrações crescentes (0,01, 0,1, 0,25, 1, 10 e 50 μM) com o objetivo de construir
uma curva dose-resposta. Nossos resultados mostram que o formoterol induz a exocitose de
vesículas sinápticas nas junções neuromusculares diafragmáticas, tanto em machos quanto em
fêmeas. Este agonista apresenta efeito considerável já na concentração de 0,1 μM, com queda de
fluorescência de aproximadamente 40% nos machos. A taxa de exocitose vesicular é diretamente
proporcional ao aumento da concentração da droga nos machos. As fêmeas se mostraram menos
sensíveis aos efeitos do formoterol, já que todas as concentrações testadas superiores a 0,01 μM
tiveram o mesmo efeito. Esses resultados sugerem que o formoterol é capaz de evocar a exocitose
de vesículas sinápticas nas junções neuromusculares.
Para investigar os mecanismos de ação pelos quais a droga induz a exocitose de vesículas,
avaliamos os efeitos do formoterol associado ao KCl, um composto indutor de exocitose
independente de sódio. Observamos um efeito aditivo do KCl e do formoterol, visto que a taxa de
decaimento do sinal fluorescente aumentou com o aumento da concentração de formoterol. Com
base nisso, levantamos a hipótese de que o formoterol e o KCl induzem a exocitose por mecanismos
diferentes. Este estudo demonstra que o formoterol tem ações pré-sinápticas e é capaz de aumentar
tanto a exocitose espontânea quanto a evocada. Os resultados obtidos podem abrir caminhos para
possíveis estudos futuros que irão elucidar os mecanismos de ação dos β2 agonistas no músculo
esquelético e consolidar esta classe de fármacos como estratégia terapêutica para o tratamento de
miastenias e diversas outras patologias neuromusculares.
Abstract
The noradrenergic system has a wide range of effects in different physiological systems and
the effects on skeletal muscle mainly occur via the activation of β-family receptors. In the skeletal
muscle, the β2 receptors are the most abundant and their activation promotes several signaling
pathways that result in anabolic processes and hypertrophy. The use of β2-adrenergic agonists in
skeletal muscle has been considered a potential drug for treatment of pathologies that can generate
muscle atrophy. Meanwhile, its effect on the neuromuscular junction and on the cholinergic
synapses are still poorly explored. Thus, the objective of this work is to evaluate the presynaptic
effects of the specific β2-agonist drug formoterol fumarate on neuromuscular synaptic transmission
in mice diaphragm ex-vivo preparations.
For this study, the diaphragm muscles associated with the phrenic nerve from three-month-old
male and female C57 mice were isolated. Synaptic vesicles exocytosis at the neuromuscular pre-
synaptic terminals was visualized and monitored with the use of the vital dye FM1-43 and
fluorescence microscopy. After stained preparations were incubated with formoterol fumarate at
increasing concentrations (0.01, 0.1, 0.25, 1, 10 e 50 μM) in order to build a dose-response curve.
Our results show that formoterol evokes exocytosis of synaptic vesicles in the diaphragmatic
neuromuscular junctions in both male and female animals. Formoterol presented a considerable
effect in the concentration of 0.1 μM, with a fluorescence decay of approximately 40% in males.
The rate of decay of the fluorescent signal which reflects exocytic activity is directly proportional to
the increase of the drug concentration in males. Females appear to be less sensitive to the effects of
formoterol since in all concentrations the effect observed was similar. These results suggest that
formoterol evokes the exocytosis of synaptic vesicles at neuromuscular junctions.
To go deeper into the mechanisms by which formoterol can evoke synaptic vesicles
exocytosis, we co-stimulated the preparations with formoterol plus KCl, a sodium-independent
exocytosis-inducing compound. We observed an additive effect of KCl and formoterol, given that
the rate of decay of the fluorescent signal increased as the concentration of formoterol increased.
Therefore, we hypothesized that formoterol and KCl induced exocytosis through different
mechanism. This study demonstrates that formoterol has presynaptic actions and increases both
spontaneous and evoked exocytosis. The results obtained may pave the way for future studies that
will elucidate the mechanisms of action of β2 agonists in skeletal muscle and consolidate this class
of drugs as a therapeutic strategy for the treatment of myasthenia and several other neuromuscular
pathologies.
Assunto
Biologia Celular, Transmissão Sináptica, Junção Neuromuscular, Fumarato de Formoterol
Palavras-chave
Biologia celular, Transmissão sináptica, Junção neuromuscular, Formoterol