Evaluation of neuroprotective capacity of macroalgae extracts, in Saccharomyces cerevisiae and Caenorhabditis elegans models

Abstract

Nos últimos anos, o consumo de algas tem vindo a aumentar, tanto na dieta quanto como nutracêutico,e as características antioxidantes destas plantas contribuem muito para isso. A desregulação de mecanismos antioxidantes está associada a muitas doenças, que também têm vindo a aumentar devido ao aumento da esperança média de vida. É o caso de doenças neurodegenerativas como Alzheimer ou Parkinson que ainda permanecem sem cura e que são tratadas com medicamentos capazes de atenuar ou retardar alguns sintomas da doença. No entanto, evidências de que extratos de algas podem ser uma fonte de novos compostos para o tratamento destas doenças tem aumentado a curiosidade sobre o seu potencial efeito terapêutico. Neste estudo, foi explorada a relevância e o potencial terapêutico de um conjunto de extratos de macroalgas. Em primeiro lugar, os extratos de macroalgas foram selecionados pela sua atividade anti radicalar com base no ensaio DPPH. Quatro extratos de Pelvetia caniculata (PC), Fucus spiralis (FS) e Fucus vesiculosus (FV) e Himanthalia elongata (HE) foram os que apresentaram maior capacidade anti radicalar foram selecionados para estudos posteriores em Saccharomyces cerevisiae e Caenorhabditis elegans. PC, FS e FV foram capazes de aumentar a termotolerância de S. cerevisiae e diminuir a agregação de α-sinucleína em um modelo de S. cerevisiae da doença de Parkinson. Em C. elegans, o tratamento com o extrato de FV preveniu a degeneração de neurônios dopaminérgicos e glutamatérgicos em modelos neuronais de Parkinson e Alzheimer e mostrou um efeito promissor na melhora do fenótipo motor de um modelo FTDP-17 expressando uma tau mutante. Estudos adicionais com estirpes repórter de C. elegans deram algumas pistas sobre o mecanismo de ação deste extrato mostrando sua capacidade de induzir significativamente a resposta mitocondrial à malformação de proteínas. Este estudo mostrou efeitos promissores dos tratamentos com extratos de macroalgas em dois modelos biológicos, nomeadamente os seus impactos protetores em contextos de neurodegeneração. Estes resultados reforçam a importância da investigação por novos compostos bioativos para o desenvolvimento de novas formas de prevenção ou tratamento de doenças neurodegenerativas que permanecem sem cura.

In recent years, the consumption of algae has been increasing, both in the diet and as a nutraceutical, and the antioxidant characteristics of these plants contribute greatly to this. Dysregulation of antioxidant mechanisms is associated with many diseases whose prevalence has also increased due to the higher life expectancy. This is the case of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's or Parkinson's that still remain without a cure and that are treated with drugs capable of attenuating or delaying some symptoms of the disease. However, evidence that algae extracts could be a source of new compounds for the treatment of these diseases has encouraged research about their potential therapeutic effect. In this study we explored the relevance and therapeutic potential of a set of macroalgae extracts: Firstly, the macroalgae extracts were screened for their antiradicalar activity based on the DPPH assay. Four extracts Pelvetia caniculata (PC), Fucus spiralis (FS) and Fucus vesiculosus (FV) and Himanthalia elongata (HE) with the highest antiradicalar measures were selected for further studies in Saccharomyces cerevisiae and Caenorhabditis elegans. PC, FS, FV, were able to increase S. cerevisiae the thermotolerance and to decrease α-synuclein aggregation in a S cerevisiae model of Parkinson’s disease. In C. elegans, the treatment with the FV extract prevented the degeneration of dopaminergic and glutamatergic neurons in Parkinson's and Alzheimer's neuronal models and showed a promising effect in the amelioration of the motor phenotype of a FTDP-17 model expressing a mutant tau. Additional studies with C. elegans transcriptional reporter strains gave some clues about the mechanism of action of this extract showing its ability to significantly induce the mitochondrial unfolded response. This study showed promising effects of macroalgae extracts treatments in two biological models, namely their protective impacts in contexts of neurodegeneration. These results reinforce the importance of the search for new bioactive compounds and of its research for the development of new ways to prevent or treat neurodegenerative diseases that remain without a cure.