Hidroxianàleg de la selenometionina com a font de seleni en cèl·lules intestinals Caco-2 i en macròfags: expressió de selenoproteïnes i modulació de l’estrès oxidatiu i de la producció de citocines

Abstract

El Se és un micronutrient essencial que participa en diferents funcions en humans i en animals a través de la seva incorporació en forma de selenocisteïna (Sec) a les selenoproteïnes. Una ingesta inadequada de Se es considera un factor de risc per diverses malalties cròniques associades a l’estrès oxidatiu i a la inflamació. La seva incorporació com a suplement en les dietes d’aviram és una manera efectiva de disminuir els efectes negatius de l’estrès que pateixen els animals degut a l’increment en els paràmetres de producció de la industria avícola. En el present estudi s’investiga el paper de l’anàleg de la hidroxi-selenometionina (àcid 2-hidroxi-4-metilselenobutanoic, HMSeBA), una font orgànica de Se, per donar suport a la síntesi de selenoproteïnes i a la protecció davant l’estrès oxidatiu, en dues línies cel·lulars: cèl·lules intestinals Caco-2 i macròfags (derivats de monòcits humans THP-1). El paper de l’HMSeBA en la resposta inflamatòria dels macròfags també s’ha estudiat. Per estudiar els efectes de la deficiència de Se, es va desenvolupar un model de privació de Se en ambdues línies cel·lulars. L’estudi va prosseguir amb l’avaluació dels efectes de la suplementació amb aquesta font orgànica de Se. En aquests dos models, es va estudiar la capacitat de l’HMSeBA sobre l’expressió de selenoproteïnes com la glutatió peroxidasa (GPX), la tioredoxina reductasa (TXNR) o la selenoproteïna P1 (SELENOP). A més, també es va estudiar la capacitat antioxidant de l’HMSeBA en cèl·lules estimulades amb H2O2, amb Salmonella Enteritidis o amb lipopolisacàrid (LPS), a través de la determinació de les espècies reactives d’oxigen (ROS), la formació de productes secundaris d’oxidació i l’autofluorescència de les cèl·lules. Per tal d’estudiar el paper de l’HMSeBA en la resposta inflamatòria, es va determinar la producció de citocines i la capacitat fagocítica i bactericida. En cèl·lules Caco-2, l’activitat GPX i l’expressió gènica de GPX1 juntament amb l’expressió tant proteica com gènica de SELENOP van disminuir significativament en el model de privació de Se; mentre que l’expressió gènica de GPX2 i la producció de ROS van incrementar. No es van observar canvis en l’activitat TXNRD. Quan les cèl·lules es van suplementar amb HMSeBA, l’activitat GPX i TXNRD, l’expressió gènica de GPX1 i GPX2 i l’expressió tant proteica com gènica de SELENOP van incrementar significativament. De manera similar, després de l’estimulació amb H2O2 o Salmonella Enteritidis, es va observar una disminució en la producció de ROS, en la peroxidació lipídica i en la carbonilació proteica. En macròfags, la privació de Se va induir una reducció de l’activitat GPX, de l’expressió gènica de GPX1 i de l’expressió tant proteica com gènica de SELENOP. La suplementació amb HMSeBA va incrementar l’expressió gènica de GPX1 i de SELENOP i va ser capaç de reduir la producció de ROS després de l’estimulació amb H2O2. En cèl·lules estimulades amb LPS, l’HMSeBA va incrementar l’expressió gènica de GPX1 i va reduir l’estrès oxidatiu així com la producció de citocines. La capacitat fagocítica i bactericida van incrementar també amb aquesta font de Se.

Les cèl·lules Caco-2 i els macròfags poden utilitzar HMSeBA com a font de Se per la síntesi de selenoproteïnes, protegint la cèl·lula de l’estrès oxidatiu. A més, l’HMSeBA modula positivament la resposta inflamatòria per tal d’evitar el possible dany produït per macròfags altament activats.

Se is an essential micronutrient which plays a role in different functions in humans and animals through its incorporation into selenoproteins as selenocysteine (Sec). Inadequate dietary Se is considered a risk factor for several chronic diseases associated with oxidative stress and inflammation. Its incorporation as a supplement in poultry diets has become an effective way to diminish the negative effects of the stress caused to animals due to the increase in production parameters in poultry industry. The present study investigates the role of the hydroxy-selenomethionine analogue (2-hydroxy-4-methylselenobutanoic acid, HMSeBA), an organic form of Se, in supporting selenoprotein synthesis and protecting against oxidative stress in two cell lines: intestinal Caco-2 cells and macrophages (derived THP-1 human monocytes). HMSeBA role in inflammatory response has also been studied in macrophages. To study the effects of Se deficiency in cells, a model of Se deprivation was developed in both cell lines. The study was then moved forward to evaluate the effects of this organic Se source in a model of Se supplementation. In these two models, HMSeBA capacity to support selenoprotein synthesis, such as glutathione peroxidase (GPX), thioredoxin reductase (TXNRD) or selenoprotein P1 (SELENOP), was studied. Moreover, HMSeBA antioxidant capacity was also studied in cells stimulated with H2O2, Salmonella Enteritidis or lipopolysaccharide (LPS), by determining reactive oxygen species (ROS) production, secondary oxidation products and cell autofluorescence. To study the role of HMSeBA in inflammatory response, cytokine production as well as phagocytic and killing capacity were also studied. In Caco-2 cells, GPX activity and GPX1 gene expression together with both protein and gene expression of SELENOP in the Se-deprived model were significantly decreased; while GPX2 gene expression and ROS production were significantly increased. There were no effects in TXNRD activity. When cells were supplemented with HMSeBA, GPX and TXNRD activity, GPX1 and GPX2 gene expression and both SELENOP gene and protein expression were significantly increased. Similarly, a decrease in ROS, lipid peroxidation and protein carbonylation after H2O2 or Salmonella Enteritidis treatment were observed. In macrophages, Se deprivation induced a reduction in GPX activity, GPX1 gene expression and both SELENOP protein and gene expression. HMSeBA supplementation upregulated gene expression of GPX1 and SELENOP and was capable of decreasing ROS production

after H2O2 treatment. In LPS-stimulated macrophages, HMSeBA upregulated GPX1 gene expression and reduced oxidative stress and cytokine production. Phagocytic and killing capacity were enhanced by this Se source. Caco-2 cells and macrophages can use HMSeBA as a Se source for selenoprotein synthesis, resulting in protection against oxidative stress. Moreover, HMSeBA positively modulates the inflammatory response to avoid the potential toxic insult produced by highly activated macrophages.