Hypericum perforatum phenolic compounds : protective role in the toxicity induced by heterologous expression of α-synuclein and huntingtin in yeast cells

Abstract

Parkinson’s (PD) and Huntington’s (HD) diseases are neurodegenerative disorders with high prevalence. Several studies implicate abnormal protein accumulation, protein phosphorylation, mitochondrial dysfunction and oxidative stress as common pathways implicated in PD and HD pathogenesis. Polyphenolic compounds are commonly found in both edible and medicinal plants, and they have been reported to have multiple biological effects, including antioxidant activity. The budding yeast Saccharomyces cerevisiae has been used as a model to study the toxicity and the biological functions of α-synuclein in PD and huntingtin in HD. The heterologous expression of wildtype and A53T mutant form of α-synuclein and huntingtin 103Q mutant form in yeast model to PD and HD, respectively, causes toxicity and death of yeast cells. Therefore, the aim of this study was to evaluate the possible protective effect of Hypericum perforatum phenolic compounds (quercetin, kaempferol and biapigenin) in the toxicity induced by the heterologous expression of α-synuclein and huntingtin, in S. cerevisiae. Preliminary results indicate that the presence of these phenolic compounds decreased the α-synuclein toxicity. Our results showed a possible synergistic effect between the phenolic compounds, and biapigenin was the compound with higher protective effects in the α-synuclein-induced toxicity. Mixtures of these compounds inhibited the foci formation, and kaempferol increased the aggresome formation. Relatively to the expression of huntingtin 103Q mutant form, our results showed that the presence of phenolic compounds did not interfere in the huntingtin-induced toxicity. We concluded that these phenolic compounds apparently show beneficial biological properties that consequently could have a potential use in preventing Parkinson’s disease.

A doença de Parkinson (DP) e a doença de Huntington (DH) são desordens neurodegenerativas com bastante prevalência. Diversos estudos associam a acumulação de proteínas disfuncionais, fosforilação de proteínas, disfunção mitocondrial e stress oxidativo à patogénese da DP e da DH. Os compostos fenólicos são normalmente encontrados em plantas comestíveis e em plantas medicinais e têm sido estudados devido aos seus múltiplos efeitos biológicos, incluindo a actividade antioxidante. A levedura Saccharomyces cerevisiae tem sido usada como modelo de estudo de toxicidade e das funções biológicas das proteínas α-sinucleína e huntingtina inplicadas na DP e na DH, respectivamente. A expressão heteróloga das formas tóxicas da proteína α-sinucleína (normal e da forma mutante A53T) e da forma patogénica (103Q) da huntingtina, em leveduras, causa toxicidade e morte celular. Assim, o objectivo deste trabalho foi a avaliação de possíveis efeitos protetores de compostos fenólicos (quercetina, kaempferol e biapigenina), presentes na planta Hypericum perforatum, na toxicidade induzida pela expressão heteróloga das proteínas, α-sinucleína e huntingtina, usando para tal a levedura S. cerevisiae como modelo. Resultados preliminares demonstraram que a presença dos compostos fenólicos diminuiu a toxicidade da α-sinucleína. Os resultados mostraram ainda a possibilidade de efeitos sinergéticos entre os compostos fenólicos e que a biapigenina foi o composto com maior efeito protetor na toxicidade induzida pela α-sinucleína. Misturas desses compostos inibiram a formação de “foci” e o kaempferol aumentou a formação de agressomas. Os resultados mostraram ainda que a presença dos compostos fenólicos não interferiu na toxicidade induzida pela expressão da forma patogénica da huntingtina. Conclui-se assim que os compostos fenólicos utilizados aparentam ter propriedades biológicas benéficas e consequentemente poderão ter um potencial uso na prevenção da DP.