Therapeutic potencial evaluation of Valeriana officinalis and diphenyl diselenide on rotenone induced toxicity in Drosophila melanogaster

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Among various antioxidant therapeutic applications, neuroprotective action is highlighted sinceoxidative stress is recognized as one of the events involved in cell damage which occur in most of neurological disorders, including Parkinson s disease (PD). Consequently, the search for natural and/or synthetic antioxidants which may be effective in the treatment of neurological disorders has grown over the past years. In this context, several studies have shown the antioxidant potential of selenium organic compound diphenyl diselenide (DPDS) in vitro and in vivo, but there are still few studies talking about antioxidant activity of Valeriana officinalis (V. officinalis). Likewise, there is no research on the possible beneficial effects of these agents in models of neurological diseases such as PD using Drosophila melanogaster (D. melanogaster), an specie that has been used with great reliability in the reproduction of dopaminergic dysfunction models. Thus, the objective of this study was to evaluate the in vitro antioxidant activity of V. officinalis, as well as, the effect of supplementation of extract from roots of this plant and DPDS on behavioral and biochemical changes induced by pesticide rotenone exposure in D. melanogaster. As a result, we verify that: ethanolic extract from V. officinalis inhibited the generation of TBARS caused by various pro-oxidants agents in rat s brain homogenate in vitro, diminished deoxyribose degradation and generation of reactive oxygen species (ROS) caused by quinolinic acid (QA); flies exposed to rotenone were significantly lower than control group in behavioral tests of climbind and open-field (number of crossings and immobility time) and higher incidence of mortality. V. officinalis treatment was effective in reducing these effects, except against the decrease in number of crossings. Exposure to rotenone decreased in flies cell viability and non protein thiol content, but V. officinalis treatment normalized to the control levels. Rotenone increased mRNA expression on superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and tyrosine hydroxilase (TH) enzymes, which were restored by treatment with V. officinalis; DPDS supplementation was not effective in offering protection against locomotor and biochemical alterations induced by rotenone. In addition, DPDS per se induced an increase in ROS production and decreased survival rate of flies. In general, data showed that V. officinalis may be a promising neuroprotective agent, since it was effective in reducing the oxidative damage caused by different neurotoxic agents and toxic effects caused by rotenone exposure. Thus, the use of this plant extract may be beneficial in reducing neurological disorders associated to the oxidative stress. In relation to the use of DPDS, further studies aimed at the concentrations used are necessary, given that the concentration tested in this work did not offer protection against rotenone damage effects, DPDS potentiated the effect of this pesticide on mortality and exhibited toxic effects per se. Overall, these results contribute to the advancement of research focused on the toxicology and pharmacology of natural and synthetic products and screening for agent that provide neuroprotection and may be promising to assist in the treatment of neurodegenerative diseases, including PD. Dentre as várias aplicações terapêuticas dos antioxidantes, destaca-se a ação neuroprotetora, uma vez que, o estresse oxidativo (EO) é reconhecido como um dos eventos envolvidos nos danos celulares que ocorrem na maioria das doenças neurológicas, incluindo a doença de Parkinson (DP). Consequentemente, a procura por antioxidantes naturais e/ou sintéticos que possam ser eficazes no tratamento de distúrbios neurológicos tem crescido muito ao longo dos últimos anos. Neste contexto, vários trabalhos têm evidenciado o potencial antioxidante do composto orgânico de selênio disseleneto de difenila (DPDS) in vitro e in vivo; mas, ainda, são escassos estudos acerca da atividade antioxidante da planta Valeriana officinalis (V. officinalis). Da mesma forma, ainda não há pesquisas sobre os possíveis efeitos benéficos desses agentes em modelos de doenças neurológicas, como a DP, utilizando a Drosophila melanogaster (D. melanogaster), uma espécie que vem sendo usada com bastante confiabilidade na reprodução de modelos de disfunção dopaminérgica. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade antioxidante in vitro da V. officinalis, bem como, os efeitos oriundos da suplementação com o extrato da raiz desta planta e com DPDS sobre alterações comportamentais e bioquímicas induzidas pela exposição ao pesticida rotenona em D. melanogaster. Como resultados, verificamos que o extrato etanólico de V. officinalis inibiu a geração de TBARS causada por diferentes agentes pró-oxidantes, em homogeneizado de tecido cerebral de rato in vitro; diminuiu a degradação da desoxirribose e a geração de espécies reativas de oxigênio (ERO), causada pelo ácido quinolínico (AQ); as moscas expostas à rotenona tiveram um desempenho significativamente inferior ao grupo controle nos testes comportamentais de escalada e campo-aberto (número de cruzamentos e tempo de imobilidade), bem como, uma maior incidência de mortalidade. O tratamento com V. officinalis foi eficaz em reduzir esses efeitos, exceto frente à diminuição do número de cruzamentos. A exposição à rotenona diminui a viabilidade celular e o conteúdo de tiol protéico das moscas, que foi normalizada aos níveis do controle pelo tratamento com V. officinalis. A rotenona aumentou a expressão de mRNA das enzimas Superóxido dismutase (SOD), Catalase (CAT) e Tirosina hidroxilase (TH) quando comparado ao grupo controle e a alteração observada na expressão da SOD e CAT foi restaurada pelo tratamento com V. officinalis; a suplementação com DPDS não foi eficaz em oferecer proteção contra as alterações locomotoras e bioquímicas induzidas por rotenona. Além disso, o DPDS induziu per se um aumento na produção de ERO e uma diminuição na taxa de sobrevivência das moscas. De forma geral, os dados obtidos mostram que a V. officinalis pode ser considerada um agente neuroprotetor promissor, uma vez que foi eficaz em reduzir os danos oxidativos causados por diferentes pró-oxidantes e os efeitos tóxicos causados pela exposição à rotenona. Assim, o uso do extrato desta planta pode ser benéfico na redução de complicações neurológicas associadas ao EO. Com relação ao uso do DPDS, mais estudos voltados para as concentrações utilizadas são necessários, tendo em vista que, na concentração testada neste modelo experimental, o mesmo não ofereceu proteção contra os efeitos danosos da rotenona, potencializou o efeito do pesticida sobre a taxa de mortalidade e exibiu efeitos tóxicos per se. De forma geral, esses resultados contribuem para o avanço das pesquisas voltadas para a toxicologia e farmacologia de produtos naturais e sintéticos e para a triagem de agentes que ofereçam neuroproteção e possam ser promissores para auxiliar na terapêutica de doenças neurodegenerativas, incluindo a DP.