Neuroproteomics: understanding the molecular effects of Haloperidol chronic therapy in mouse striatum

Abstract

O Haloperidol é um dos antipsicóticos mais usados no tratamento da esquizofrenia. A esquizofrenia é uma doença mental severa, caracterizada pela combinação de efeitos positivos, negativos e cognitivos. Pensa-se que o Haloperidol é capaz de aliviar os sintomas positivos pelo antagonismo dos recetores dopaminérgicos D2 expressos no estriado. O que não é tão claro são os efeitos moleculares a longo prazo desta medicação. Uma grande quantidade de estudos tentaram perceber os efeitos moleculares induzidos por medicação antipsicótica em pacientes esquizofrénicos, no entanto, a maior parte das amostras estudadas foram obtidas através de pacientes medicados, ou em alguns casos, pacientes que em alguma altura da sua vida foram medicados. Consequentemente, estes estudos não são capazes de assegurar que as mudanças observadas são relacionadas com a doença em si, ou se foram induzidas pela medicação ou até mesmo se não são uma consequência da medicação crónica.O objetivo principal deste estudo é avaliar os efeitos moleculares da terapia crónica com Haloperidol no estriado de ratinho. As amostras foram analisadas através da cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massa (LC-MS/MS). Aquisição dependente da informação (IDA) e aquisição sequencial de todos os espectros teóricos de iões fragmentados (SWATH) foram os métodos de aquisição utilizados neste estudo. No total 3311 proteínas foram identificadas. Das proteínas quantificadas com grande confiança através do SWATH, 1366 passaram os critérios definidos. No entanto, esta lista foi reduzida para 459 proteínas com valor de p <0.05 e/ou uma variação de 20%. A grande maioria das proteínas alteradas estão envolvidas em três grandes vias: via metabólica, sinalização de cálcio e apoptose. Perturbações na cadeia respiratória mitocondrial, particularmente na fosforilação oxidativa e também na inibição do complexo I foram observadas. A neurotransmissão também se verificou estar afetada, as sinapses GABAérgicas, glutamatérgicas e dopaminérgicas foram sugeridas como sendo alvo de modulação por parte do Haloperidol. Mudanças em proteínas relacionadas com a calmodulina e também nas de extrusão de Ca2+ foram observadas, sugerindo algumas alterações na via de sinalização do cálcio. Relativamente aos processos apoptóticos, é possível que o Haloperidol consiga interferir com a morte celular, mas também com a sinalização de sobrevivência celular.Todas estas descobertas realçam algumas das vias afetadas pelo tratamento crónico com Haloperidol que estão envolvidas nos efeitos moleculares desta medicação. Este estudo elucida também novas direções para o conhecimento e diferenciação das alterações relacionadas com a doença ou com a medicação.

Haloperidol is one of the most frequently used antipsychotic in the treatment of Schizophrenia (SCZ). SCZ is a severe mental disorder characterized by a combination of positive, negative and cognitive symptoms. Haloperidol is thought to alleviate the positive symptoms of SCZ by antagonizing dopamine D2 receptors expressed in the striatum. What is less clear are the long-term molecular effects of this medication. A large amount of studies have accessed the molecular alterations induced by antipsychotic medication in schizophrenic patients, however, most of the samples obtained are from medicated patients, or in some cases, patients that underwent treatment at some stage in their lives. Consequently, reports from these studies are not able to assure if those changes observed are disease related and not drug related or even a consequence of chronic impairment.The main aim of this study is to evaluate the molecular effects of chronic Haloperidol in mice striatum. Mice striatum samples were analyzed by liquid chromatography-coupled to tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). Information-dependent acquisition (IDA) and Sequential Window acquisition of all theoretical fragment ion spectra (SWATH) acquisition methods were used in this study. In total, 3311 were identified. From the proteins quantified by SWATH-MS analysis with high confidence, 1366 proteins passed defined criteria. However, this list was reduced to 459 proteins with p-value<0.05 and/or 20% variation. The majority of the altered proteins were involved in three main pathways: metabolic, calcium signaling and apoptosis. Disturbances in the mitochondrial respiratory chain, particularly in oxidative phosphorylation were observed, as well as inhibition of complex I. Neurotransmission was also affected, GABAergic, glutamatergic and dopaminergic synapses were suggested as being modulated by Haloperidol. Changes in several CaM-related proteins and Ca2+ extrusion proteins were also detected, suggesting disturbances in calcium signaling pathway. Relatively to apoptotic processes, it is possible that Haloperidol may interfere with cell death along with cellular surviving signaling.Altogether, these findings highlight several pathways affected by Haloperidol chronic treatment that are involved in the molecular effects induced by this medication. This study also elucidates new directions for recognizing and differentiate disease related or medication related changes.