Effects of extracts from cactus cladode -Opuntia ficus indica- on the modulation of oxidative stress and inflammatory process related to acyl-CoA oxidase 1 deficiency and characterization of a BV-2 cell line inactivated for ACOX 1
Effets d’extraits de raquette du cactus -Opuntia ficus indica- sur la modulation du stress oxydant et du processus inflammatoire liés à la déficience en acyl-CoA oxydase 1 et caractérisation d’une lignée cellulaire BV-2 inactivée pour l'ACOX 1
Résumé
Acyl-CoA oxidase 1 (ACOX1) deficiency is a rare and severe peroxisomal leukodystrophy associated with a very long-chain fatty acids β-oxidation defect. As peroxisomal defects in microglia appear to be a key component of physiopathogenesis in ACOX1 deficiency, we used the murine BV-2 microglial cell line as model: (i) to evaluate the antioxidant and anti-inflammatory properties of Opuntia ficus-indica cactus cladode extracts; (ii) to characterize a new BV-2 ACOX1 deficient cell line recently generated in our laboratory by CRISPR/Cas9 gene editing. In the first part of this work, the microglia activation, achieved by BV-2 cells exposition to four structurally and biologically well-defined lipopolysaccharides (LPS) serotypes, exhibited a LPS structure-related differential effect on fatty acid β-oxidation and antioxidant enzymes in peroxisomes: LPS derived from Escherichia coli diminished ACOX1 activity while LPS from Salmonella minnesota decreased catalase activity. Interestingly, microglial catalase activity activation was obtained by different cactus extracts. This antioxidant effect was accompanied by an anti-inflammatory effect revealed by the reduction of nitric oxide (NO) LPS-dependent production. Our results suggest that cactus extracts may have a neuroprotective activity in activated microglial cells through the induction of peroxisomal antioxidant activity and the inhibition of NO production. In the second part, the characterization of the BV-2 ACOX1 deficient cell line, with allelic mutations, confirmed the absence of ACOX1 protein and enzymatic activity. Although the mutant cells grew more slowly than control cells, they didn’t show any discernible morphological changes. However, catalase activity, due to the peroxisomal H2O2-degrading enzyme, was significantly enhanced. Subcellular fractionation and ultracentrifugation on Nycodenz gradient studies revealed a relative modification in size and density of peroxisomes in ACOX1-deficient cells. Besides this, ACOX1 deficient cells show a profound modification of inflammatory gene expression (IL-1b, IL-4, TNF-) and particularly of CCL2/MCP-1 protein, which is involved in neuroinflammation. This new Acox1-deficient cell line presents the same biochemical changes shown in the human ACOX1 deficiency and represents a promising model to decipher the consequences of a specific microglial peroxisomal β-oxidation defect on peroxisomal functions, oxidative stress, inflammation and cellular functions.
La déficience en Acyl-CoA oxydase 1 (ACOX1) est une leucodystrophie peroxysomale rare et sévère associée à un déficit dans la beta-oxydation des acides gras à très long chaine. A cause du rôle clé de ce déficit peroxysomal microglial dans la physiopathogenèse de la déficience en ACOX1, nous avons utilisé la lignée microgliale murine BV-2 comme modèle : (i) pour évaluer les propriétés antioxydantes et anti-inflammatoires des extraits de raquettes du cactus Opuntia ficus-indica ; (ii) pour caractériser une nouvelle lignée BV-2 déficiente en ACOX1 générée récemment dans notre laboratoire par édition génique grâce à la méthode CRISPR-Cas9. Dans la première partie des travaux, les cellules BV-2, activées par exposition à quatre sérotypes de lipopolysaccharides (LPS), montre un lien entre la structure du LPS et l’effet sur la -oxydation des acides gras et les enzymes antioxydantes dans le peroxysome : les LPS dérivant d’Escherichia coli diminuent l’activité ACOX1 alors que les LPS de Salmonella minnesota réduisent l’activité catalase. Remarquablement, les différents extraits de cactus stimulent l’activité catalase. Cet effet antioxydant est accompagné par un effet anti-inflammatoire attesté par la réduction de la production LPS-dépendante d’oxyde nitrique dans les BV-2. Nos résultats suggèrent que les extraits de cactus auraient une activité neuroprotectrice sur les cellules microgliales activées à travers l’induction d’activités anti-oxydantes peroxysomales et l’inhibition de la production de NO. Dans la deuxième partie des travaux, la caractérisation de la lignée BV-2 déficiente en ACOX1, portant des mutations alléliques, confirme l’absence de la protéine et de l’activité ACOX1. Bien que ces cellules aient une croissance plus faible, elles ne montrent pas de modifications morphologiques détectables. Par contre, l’activité catalase, due à l’enzyme peroxysomale dégradant l’H2O2, est augmentée. Les études par fractionnement subcellulaire et par ultracentrifugation en gradient Nycodenz révèlent une modification de la densité et de la taille de peroxysomes. De plus, ces cellules microgliales déficientes montrent une profonde modification de l’expression des gènes liés à l’inflammation (IL-1b, IL-4, TNF-alpha) et particulièrement l’expression de la protéine CCL2/MCP-1 impliquée dans la neuro-inflammation. Cette nouvelle lignée microgliale déficiente en ACOX1 révèlent les mêmes dérégulations biochimiques que celles décrites chez les patients déficients en ACOX1 et représente donc un modèle pour l’étude des conséquences du déficit de la -oxydation peroxysomale dans la microglie sur les fonctions peroxysomales, le stress oxydatif, l’inflammation et les fonctions cellulaires.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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