Elevated ferric, calcium and magnesium ions in the brain induce protein aggregation in brain mitochondria / El aumento de iones férricos, calcio y magnesio en el cerebro induce la agregación de proteínas en las mitocondrias del cerebro

ABSTRACT

OBJECTIVE: Alzheimer s disease and Parkinson s disease are two of several neurodegenerative disorders that affect the elderly. Although their aetiology remains uncertain, studies suggest that elevated aluminium or other metal ions in the brain directly influence the development of the histological abnormalities normally associated with these diseases; other investigations suggest that metal-ion-induced-dysfunction of mitochondria might be a critical factor. METHODS: In this study, the impact of elevated aluminum (Al3+), ferric (Fe3+), calcium (Ca2+) and magnesium (Mg2+) ions on brain histology and on the protein composition of brain mitochondria were evaluated. Rabbits were injected intra-cerebrally with 1.4% solutions of either aluminium chloride (AlCl3), ferric chloride (FeCl2), calcium chloride (CaCl2) or magnesium chloride (MgCl2) and sacrificed 10 days later. RESULTS: Histological analysis revealed that Al3+ but not the other ions induced neurofibrillary degeneration within the midbrain and medulla. Alternatively, SDS-PAGE revealed that Fe3+, Ca2+ and Mg2+ but not Al3+ induced alterations to the distribution of brain mitochondrial proteins. Both Fe3+ and Ca2+ triggered decreased concentration of three low molecular weight proteins (~7-14 kd) but Ca precipitated their total absence. Both ions led to increased concentration of a high molecular weight protein (~ 110 kd). In contrast, Mg2+ led to the total absence of the protein of lowest molecular weight (~7 kd) and increased concentration of a ~36 kd protein. CONCLUSION: These results suggest that elevation of some metal ions in the brain induces protein aggregation with the nature of the aggregation being highly ion dependent. The results also point toward major differences between the histopathological effect of Al3+ and other ions.

RESUMEN

OBJETIVO: La enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson son dos de los varios trastornos neurodegenerativos que afectan al anciano. Aunque su etiologia sigue siendo incierta, los estudios sugieren que el aumento de los iones de aluminio, influyen directamente sobre el desarrollo de las anormalidades histológicas asociadas normalmente con estas enfermedades. Otras investigaciones sugieren que la disfunción de las mitocondrias, inducida por iones metálicos, pudiera ser un factor critico. MÉTODOS Este estudio evalúa el impacto del aumento de los iones de aluminio (Al3+), los iones férricos (Fe3+), y los iones de calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+) sobre la histologia del cerebro y la composición proteica de las mitocondrias del cerebro. Un número de conejos recibieron inyecciones intracerebrales de soluciones al 1.4% de soluciones de cloruro de aluminio (AlCl3), cloruro ferroso (FeCl3), cloruro de calcio (CaCl2), o cloruro de magnesio (MgCl2), y fueron sacrificados después de 10 días. RESULTADOS: El análisis histológico reveló que el Al3+ indujo una degeneración neurofibrilar dentro del mesencéfalo y la médula, Sin embargo, esto no ocurrió con los otros iones. Alternativamente, la técnica de electroforesis SDS-PAGE reveló que los iones Fe3+, Ca2+ y Mg2+, a diferencia del ión Al3+, inducían alteraciones de la distribución de las proteínas mitocondriales cerebrales. Tanto el Fe3+ como el Ca2+ desencadenaron una disminución de la concentración de tres proteínas de bajo peso molecular (~7-14 kd) pero Ca2+ precipitó su ausencia total. Ambos iones condujeron a un aumento de una proteína de peso molecular alto (~ 110 kd). En cambio, Mg2+ llevó a la ausencia total de la proteína de más bajo peso molecular (~7 kd) y al aumento de la concentración de una proteína de ~36 kd. CONCLUSIÓN Estos resultados parecen sugerir que la elevación de algunos iones de metal en el cerebro induce la agregación de la proteína, siendo la naturaleza de la agregación altamente dependiente de los iones. Los resultados también apuntan a grandes diferencias entre el efecto histopatológico del Al3+ y otros iones.