Regulation of mitochondrial biogenesis by nitric oxide during neural stem cell proliferation

Abstract

The presence of neural stem cells (NSC) in the mammalian brain allows the formation of new neurons (neurogenesis) during adult life. Following injury, neurogenesis may increase in an attempt to repair the lesioned area. However, the resulting neuroinflammation, characterized by activation of microglia, can be detrimental to neurogenesis. Nitric oxide (NO•) is released by microglia in these conditions, and our group showed that NO• stimulates the proliferation of NSC by the MAPK pathway. Given the importance of the identification of new targets to enhance endogenous neurogenesis, it would be useful to identify the mechanism by which cells acquire the energy necessary to proliferate, as it could support the evidences of the proliferative role of NO•. Several studies report that NO• can induce mitochondrial biogenesis, a complex process that results in the increase in the number and/or functionality of mitochondria, in a cGMP-dependent manner. In this work, we investigated whether NO• induced proliferation on NSC, and studied two of the signaling pathways that could be involved in the proliferative effect of NO•. We also evaluated whether mitochondrial biogenesis would be the mechanism supportive of the effect of NO• on the proliferation of NSC. Our results showed an increase in the proliferation of NSC induced by NO•, mediated by the MAPK pathway. Moreover, we identified the sGC/cGMP pathway as another mechanism by which NO• increases the proliferation of these cells. We also found that mitochondrial biogenesis may not be the process used by cells to increase its energy gain. Thus, NO• may be a promising target to stimulate the proliferation of NSC, but alterations in mitochondrial biogenesis are not involved.

A presença de células estaminais neurais (NSC) no cérebro dos mamíferos permite a formação de novos neurónios (neurogénese) durante a vida adulta. Após lesão, a neurogénese pode aumentar numa tentativa de reparar a zona danificada. No entanto, a neuroinflamação resultante, caracterizada pela activação da microglia, pode ser prejudicial para a neurogénese. O óxido nítrico (NO•) é libertado pela microglia nestas condições, e o nosso grupo mostrou que o NO• estimula a proliferação de NSC pela via da MAPK. Dada a importância da identificação de novos alvos para aumentar a neurogénese endógena, seria útil identificar o mecanismo pelo qual as células adquirem a energia necessária para proliferarem, pois poderia apoiar as evidências da função proliferativa do NO•. Vários estudos referem que o NO• pode induzir biogénese mitocondrial, um processo complexo que resulta no aumento do número e/ou funcionalidade das mitocôndrias, de uma maneira dependente de cGMP. Neste trabalho, investigámos se o NO• induziria proliferação em NSC, e estudámos duas das vias de sinalização que poderiam estar envolvidas no efeito proliferativo do NO•. Também avaliámos se a biogénese mitocondrial seria o processo que suporta o efeito do NO• na proliferação de NSC. Os nossos resultados demonstraram um aumento na proliferação de NSC induzido por NO•, mediado pela via da MAPK. Além disso, identificámos a via sGC/cGMP como outro mecanismo pelo qual o NO• aumenta a proliferação destas células. Verificámos também que a biogénese mitocondrial poderá não ser o processo utilizado pelas células para aumentar o seu ganho energético. Assim, o NO• poderá ser um alvo promissor para estimular a proliferação de NSC, mas não estão envolvidas alterações na biogénese mitocondrial.