Effect of the Lipid Peroxidation Product 4-Hydroxynonenal on Neuroinflammation in Microglial Cells: Protective Role of Quercetin and Monochloropivaloylquercetin

Mikroglial Hücrelerde Lipid Peroksidasyon Ürünü 4-Hidroksinonenalin Nöroinflamasyon Üzerine Etkisi: Kersetin ve Monokloropivaloilkersetinin Koruyucu Rolü

Abstract

Objectives: The lipid peroxidation-derived aldehyde 4-hydroxynonenal (HNE) has been implicated in a number of oxidative stress-inducedinflammatory pathologies such as neurodegenerative diseases and aging. In this regard, we investigated the effects of HNE on neuroinflammatoryresponses by measuring cyclooxygenase-2 (COX-2) and inducible nitric oxide synthase (iNOS) induction with cytokine production. In addition,we measured nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf-2)/Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1) signaling proteins, and antioxidantenzymes heme oxygenase-1 (HO-1) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate dehydrogenase, quinone 1 (NQO1), and compared the resultswith quercetin and monochloropivaloylquercetin (MPQ) pretreated microglial cells.Materials and Methods: Cytotoxicity was determined by MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) assay and productionof cytokines was determined by cytokine array. Furthermore, intracellular Nfr2/Keap1 signaling proteins, HO-1, NQO1, and COX-2 expression wereanalyzed by western blot in 2.5 μM HNE treated BV-2 cells.Results: Inducible nitric oxide synthase (iNOS) and COX-2 mRNA levels were measured with reverse transcription-quantitative polymerase chainreaction. HNE induced both COX-2 mRNA and protein levels, iNOS mRNA expression, and cytokine production. In addition, HNE markedly increasedKeap1 levels and decreased cytoplasmic Nrf-2 expression with antioxidant enzyme HO-1 levels. Quercetin and monochloropivaloylquercetintreatment alleviated neuroinflammatory responses in microglial cells, by decreasing COX-2 mRNA expression. Monochloropivaloylquercetindecreased cytoplasmic Keap1 levels and increased nuclear translocation of Nrf-2 resulted in induction of HO-1 and NQO1 expression.Conclusion: These results suggest that HNE could be a link between oxidative stress and inflammation in BV-2 microglia cells. In particular,monochloropivaloylquercetin alleviated inflammation, probably by decreasing the expression of proinflammatory genes and strengthening theantioxidant defense system.

Özet

Amaç: Lipit peroksidasyonu ürünü aldehit, 4-hidroinonenal (HNE), nörodejeneratif hastalıklar ve yaşlanma gibi oksidatif strese bağlı inflamatuvar patolojilerle ilişkilendirilmiştir. Bu bağlamda, HNE’nin nöroinflamatuvar cevap üzerine etkisini siklooksijenaz-2 (COX-2), indüklenebilir nitrik oksit sentaz (iNOS) ifadelenmeleri ve sitokin üretimi üzerinden incelenmiştir. Bunlara ek olarak, nükleer faktör eritroid 2–ilişkili faktör 2 (Nrf2)/ Kelch-benzeri ECH-ilişkili protein 1 (Keap1) sinyal proteinleri, antioksidan enzimler hemoksijenaz-1 (HO-1) ve nikotinamid adenin dinükleotit fosfat dehidrojenaz, kinon 1 (NQO1) ifadelenme düzeyleri ölçüldü ve sonuçlar kersetin ve monokloropivaloilkersetin uygulanan hücrelerle karşılaştırılmıştır. Gereç ve Yöntemler: Sitotoksisite MTT (3-(4,5-dimetiltiyazol-2-yl)-2,5-difeniltetrazolyum bromit) indirgenme yöntemi ile ölçüldü ve sitokin üretimi ise sitokin array ile belirlendi. Bununla birlikte, 2,5 μM HNE uygulanmış BV-2 hücrelerinde hücre içi Nrf2/Keap1 sinyal proteinleri, HO-1, NQO1ve COX-2 ifadeleri Western blot ile analiz edildi. iNOS ve COX-2 mRNA düzeyleri ters transkripsiyon-kantitatif polimeraz zincir reaksiyonu ile ölçülmüştür. Bulgular: HNE mikroglial hücrelerde COX-2 mRNA ve protein düzeylerini, iNOS mRNA düzeylerini ve bunlarla birlikte sitokin üretimini artırdı. Buna ek olarak, HNE uygulaması Keap1 düzeyinde belirgin bir artışla birlikte, sitoplazmik Nrf2 ifadeleri ve antioksidan enzim HO-1 düzeylerini azaltmıştır. Kersetin ve monokloropivaloilkersetin ile tedavi COX-2 mRNA ifadelenme düzeylerini azaltarak nöroinflamasyonu hafifletmiştir. Monokloropivaloilkersetin sitoplazmik Keap1 seviyelerini azaltırken Nrf2’nin nükleer translokasyonunu artırmıştır, bu durum HO-1 ve NQO1 ifadelenmelerini uyarımı ile sonuçlanmıştır. Sonuç: Bu sonuçlar BV-2 mikroglial hücrelerde HNE’nin oksitatif stres ve inflamasyon arasında bağlayıcı olabileceğini göstermektedir. Özellikle monokloropivaloilkersetin, proinflamatuvar genlerin ifadelenme düzeylerini azaltıp, antioksidan savunma sistemini güçlendirerek inflamasyonu hafifletmiştir