Early reactive A1 astrocytes induction by the neurotoxin 3-nitropropionic acid in rat brain

Abstract

3-Nitropropionic acid (NPA) administration to rodents produces degeneration of the striatum, accompanied by neurological disturbances that mimic Huntington’s disease (HD) motor neurological dysfunctions. It has been shown that inflammation mediates NPA-induced brain degeneration, and activated microglia secreting cytokines interleukin-1α (IL-1α) and tumor necrosis factor α (TNFα) can induce a specific type of reactive neurotoxic astrocytes, named A1, which have been detected in post-mortem brain samples of Huntington’s, Alzheimer’s, and Parkinson’s diseases. In this work we used an experimental model based on the intraperitoneal (i.p.) administration of NPA to adult Wistar rats at doses that can elicit extensive brain degeneration, and brain samples were taken before and after extensive brain damage monitored using 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) staining. Western blots and immunohistochemistry of brain slices show that i.p. NPA injections elicit significant increase in the expression levels of C3α subunit, a marker of generation of neurotoxic A1 astrocytes, and of cytokines IL-1α, TNFα, and C1q within the striatum, hippocampus, and cerebellum before the appearance of the HD-related neurological dysfunctions and neuronal death induced by NPA. Noteworthy, NPA administration primarily induces the generation of A1 astrocytes in the more recent phylogenetic area of the rat cerebellum. We conclude that the activation of complement C3 protein in the brain from Wistar rats is an early event in NPA-induced brain neurodegeneration.

La administración de ácido 3-nitropropiónico (NPA) a roedores produce degeneración del cuerpo estriado, acompañada de alteraciones neurológicas que imitan las disfunciones neurológicas motoras de la enfermedad de Huntington (EH). Se ha demostrado que la inflamación media la degeneración cerebral inducida por NPA, y que la microglía activada que segrega citoquinas interleucina-1α (IL-1α) y factor de necrosis tumoral α (TNFα) puede inducir un tipo específico de astrocitos neurotóxicos reactivos, denominados A1, que se han detectado en muestras cerebrales post-mortem de las enfermedades de Huntington, Alzheimer y Parkinson. En este trabajo utilizamos un modelo experimental basado en la administración intraperitoneal (i.p.) de NPA a ratas Wistar adultas en dosis que pueden provocar una extensa degeneración cerebral, y se tomaron muestras de cerebro antes y después de un extenso daño cerebral monitorizado mediante tinción con cloruro de 2,3,5-trifeniltetrazolio (TTC). Los Western blots y la inmunohistoquímica de los cortes cerebrales muestran que las inyecciones i.p. de NPA provocan un aumento significativo de los niveles de expresión de la subunidad C3α, un marcador de la generación de astrocitos neurotóxicos A1, y de las citoquinas IL-1α, TNFα y C1q en el estriado, el hipocampo y el cerebelo antes de la aparición de las disfunciones neurológicas relacionadas con la EH y la muerte neuronal inducida por el NPA. Cabe destacar que la administración de NPA induce principalmente la generación de astrocitos A1 en la zona filogenética más reciente del cerebelo de rata. Concluimos que la activación de la proteína C3 del complemento en el cerebro de ratas Wistar es un evento temprano en la neurodegeneración cerebral inducida por NPA.