Phosphatidylethanolamines glycoxidation: products and significance

Abstract

As fosfatidiletanolaminas constituem a segunda classe de fosfolípidos mais abundantes nos organismos. Elas estão presentes nas membranas biológicas e nas lipoproteínas. As alterações estruturais dos fosfolípidos, ocorrem devido ao stress oxidativo e podem manisfestar-se em alterações das suas propriedades e funções. Já são conhecidas algumas condições fisiopatológicas, nas quais os fosfolípidos oxidados estão envolvidos, por exemplo sinalização celular, resposta imunitária, apoptose e doenças relacionadas com o envelhecimento. Por esse motivo, o interesse no estudo dos fosfolípidos oxidados e suas funções tem crescido nos últimos anos. Contudo, a maioria dos estudos realizados, focam a oxidação das fosfatidilcolinas, tendo sido dedicada pouca atenção a outras classes de fosfolipídos, como as fosfatidiletanolaminas. As fosfatidiletanolaminas, podem ainda sofrer outras modificações, devido ao grupo amina livre presente na cabeça polar, como por exemplo a glicação. As fosfatidiletanolaminas glicadas já foram detectadas em condições de hiperglicemia, em pacientes diabéticos, e tem correlação com a hemoglobina glicada. Sabe-se que a glicação de biomoléculas, pode aumentar as modificações oxidativas, que por sua vez, podem ser responsáveis pelo estado inflamatório, existente na diabetes mellitus. Tanto o stress oxidativo, como a inflamação estão relacionados com a diabetes e as suas complicações. A espectrometria de massa tem sido utilizada como uma importante tecnologia na detecção e caracterização de modificações oxidativas de fosfolípidos. Assim, neste trabalho pretendeu-se estudar as modificações oxidativas induzidas em fosfatidiletanolaminas glicadas, e os seus efeitos biológicos nos monócitos e células dendríticas do sangue periférico. Pretendeu-se ainda, estudar as alterações que ocorreram nas espécies de fosfatidiletanolaminas do fígado de ratos diabéticos. Os resultados obtidos permitiram identificar vários produtos de oxidação de fosfatidiletanolaminas glicadas, nomeadamente novos produtos formados pela oxidação da cabeça polar glicada. A oxidação na cabeça polar glicada foi, ainda, confirmada pela realização de experiências com spin traps combinadas com espetrometria de massa. Posteriormente, as fosfatidiletanolaminas oxidadas, glicadas e glicoxidadas demonstraram ter efeitos pró-inflamatórios, confirmados pelo aumento da estimulação monócitos e de células dendríticas, expresso no aumento do número de células produtoras de citocinas em comparação com o estado basal. As diferentes modificações de fosfatidiletanolaminas induziram estímulos distintos nos dois tipos de células. Sendo as fosfatidiletanolaminas glicadas e as glicoxidadas, os compostos que induziram um maior estímulo. Estes resultados sugeriram que as fosfatidiletanolaminas glicadas e as glicoxidadas podem estar associadas com o estado inflamatório que decorre da hiperglicemia crónica. Ainda, a avaliação do perfil lipídico de extratos de fígado de ratos diabéticos demonstrou que a hiperglicemia induz inúmeras alterações das espécies de fosfatidiletanolaminas e das espécies de outras classes de fosfolípidos, em simultâneo com sinais de lesão hepática. Em conclusão, este trabalho demonstra a relação existente entre, a hiperglicémia, o stress oxidativo, a glicação e oxidação de fosfatidiletanolaminas e ainda a inflamação e compliações diabéticas. Portanto a contribuição da lipidómica é importante para compreender os efeitos prejudiciais da hiperglicemia não controlada, e por isso, merece ser mais explorado.

Phosphatidylethanolamines (PE) are the second most abundant phospholipids found in biological membranes and in lipoproteins. In cases of oxidative stress, phospholipids may undergo structural changes that lead to alterations of phospholipids properties and functions. Oxidized phospholipids are known to be involved in various physiopathological conditions, such as signaling of inflammation, immune response, apoptotic events and in age related diseases. Because of such implications, the interest in the study of this subject is increasing. However, most of the studies performed only focused the role phosphatidylcholines and little attention has been paid to other phospholipid families, like phosphatidylethanolamines. Also, phosphatidylethanolamines can undergo other modifications, due to the free amino group present at polar head, such as glycation. Glycation of phosphatidylethanolamines was already reported to occur under hyperglycemia, in diabetic patients and to have correlation with glycated hemoglobin. The glycation of biomolecules increase oxidative modifications, which can be responsible for the low inflammatory state, typical of diabetes mellitus. Both oxidative stress and inflammation are related to diabetes and can be associated with diabetic complications. Mass spectrometry has been used as an important tool in the detection and characterization of these phospholipids’ oxidative modifications. So work aimed to study the oxidative modifications induced in glycated phosphatidylethanolamines, and their biological effects in blood monocytes and dendritic cells. It also aimed to evaluate the alterations of liver PE species under hyperglycemia in diabetic rats. The results allowed identifying various oxidation products of glycated phosphatidylethanolamines, including some new products with oxidation in polar head and in glucose. Oxidation in glycated polar head was confirmed by spin trapping experiments combined with mass spectrometry. Furthermore the oxidized, glycated and glycoxidized phosphatidylethanolamines showed pro-inflammatory effects, confirmed by the increase monocytes and dendritic cell stimulation with increased frequency of cytokine-producing cells, relative to the basal level. The different PE modifications induced different stimulus in the different cells, being the glycated and glycoxidized compounds the ones that induced higher stimulus. The results suggested that glycated and glycoxidized phosphatidylethanolamines could be associated with inflammatory status present in chronic hyperglycemia. In addition, the evaluation of lipid profile of liver extracts from diabetic rats showed that under hyperglycemia occurred changes in PE and other phospholipid species accompanied by signs of hepatic damage. In conclusion, this work reenforces the network between hyperglycemia, oxidative stress, PE glycation and oxidation, inflammation and diabetic complications. Thus the contribution of lipidomic to understand deleterious effects of uncontrolled hyperglycemia is a promising field of research that deserves to be further explored.