Isothiocyanate from Moringa oleifera seeds mitigates hydrogen peroxide-induced cytotoxicity and preserved morphological features of human neuronal cells

• DOI: 10.1371/journal.pone.0196403
• Publication Date: 2018-05-03T14:01:11Z
• Authors: Mohammed Sani Jaa...; Norshariza Nordin; Khozirah Shaari; Rozita Rosli; Ahmad Faizal Abdu...
• Keywords: Nanotoxicology and Antimicrobial Nanoparticles; Viability assay; Apoptosis; Plant Science; Antioxidant Properties; Rhamnose; Biochemistry; Agricultural and Biological Sciences; 0302 clinical medicine; Isothiocyanates; Materials Chemistry; Pathology; Disease; Programmed cell death; Neurons; Moringa oleifera; Q; R; Life Sciences; Cell Differentiation; Neuroprotection; 3. Good health; Chemistry; Neuroprotective Agents; Seeds; Physical Sciences; Medicine; Research Article; Cell biology; Cell Survival; Propidium iodide; Science; Materials Science; Cell Line; 03 medical and health sciences; Humans; Neurodegeneration; Biology; Pharmacology; Hydrogen Peroxide; Acridine orange; Research on Moringa Oleifera; Oxidative Stress; Oxidative stress; Nerve Degeneration; Microscopy, Electron, Scanning; Reactive Oxygen Species; Reactive oxygen species

Reactive oxygen species are well known for induction of oxidative stress conditions through oxidation of vital biomarkers leading to cellular death via apoptosis and other process, thereby causing devastative effects on the host organs. This effect is believed to be linked with pathological alterations seen in several neurodegenerative disease conditions. Many phytochemical compounds proved to have robust antioxidant activities that deterred cells against cytotoxic stress environment, thus protect apoptotic cell death. In view of that we studied the potential of glucomoringin-isothiocyanate (GMG-ITC) or moringin to mitigate the process that lead to neurodegeneration in various ways. Neuroprotective effect of GMG-ITC was performed on retinoic acid (RA) induced differentiated neuroblastoma cells (SHSY5Y) via cell viability assay, flow cytometry analysis and fluorescence microscopy by means of acridine orange and propidium iodide double staining, to evaluate the anti-apoptotic activity and morphology conservation ability of the compound. Additionally, neurite surface integrity and ultrastructural analysis were carried out by means of scanning and transmission electron microscopy to assess the orientation of surface and internal features of the treated neuronal cells. GMG-ITC pre-treated neuron cells showed significant resistance to H2O2-induced apoptotic cell death, revealing high level of protection by the compound. Increase of intracellular oxidative stress induced by H2O2 was mitigated by GMG-ITC. Thus, pre-treatment with the compound conferred significant protection to cytoskeleton and cytoplasmic inclusion coupled with conservation of surface morphological features and general integrity of neuronal cells. Therefore, the collective findings in the presence study indicated the potentials of GMG-ITC to protect the integrity of neuron cells against induced oxidative-stress related cytotoxic processes, the hallmark of neurodegenerative diseases.<br/>تشتهر أنواع الأكسجين التفاعلي بتحريض ظروف الإجهاد التأكسدي من خلال أكسدة المؤشرات الحيوية التي تؤدي إلى الموت الخلوي عن طريق الاستماتة وغيرها من العمليات، مما يتسبب في آثار مدمرة على الأعضاء المضيفة. يُعتقد أن هذا التأثير مرتبط بالتغيرات المرضية التي تظهر في العديد من حالات الأمراض التنكسية العصبية. أثبتت العديد من المركبات الكيميائية النباتية أن لها أنشطة مضادة للأكسدة قوية تردع الخلايا ضد بيئة الإجهاد السامة للخلايا، وبالتالي تحمي موت الخلايا المبرمج. في ضوء ذلك، درسنا إمكانات glucomoringin - isothiocyanate (GMG - ITC) أو المورينجين للتخفيف من العملية التي تؤدي إلى التنكس العصبي بطرق مختلفة. تم إجراء التأثير الوقائي العصبي لـ GMG - ITC على خلايا الورم الأرومي العصبي المتمايز المستحث بحمض الريتينويك (RA) (SHSY5Y) عبر اختبار صلاحية الخلية وتحليل قياس التدفق الخلوي والمجهر الفلوري عن طريق تلطيخ مزدوج ببرتقال الأكريدين والبروبيديوم يوديد، لتقييم النشاط المضاد للاستمات وقدرة المورفولوجيا على الحفاظ على المركب. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء تكامل السطح العصبي والتحليل البنيوي الفائق عن طريق المسح الضوئي والفحص المجهري الإلكتروني للإرسال لتقييم اتجاه السمات السطحية والداخلية للخلايا العصبية المعالجة. أظهرت خلايا الخلايا العصبية المعالجة مسبقًا GMG - ITC مقاومة كبيرة لموت الخلايا المبرمج الناجم عن H2O2، مما يكشف عن مستوى عالٍ من الحماية من قبل المركب. تم تخفيف زيادة الإجهاد التأكسدي داخل الخلايا الناجم عن H2O2 بواسطة GMG - ITC. وبالتالي، فإن المعالجة المسبقة بالمركب تمنح حماية كبيرة للهيكل الخلوي والإدماج السيتوبلازمي إلى جانب الحفاظ على السمات المورفولوجية السطحية والسلامة العامة للخلايا العصبية. لذلك، أشارت النتائج الجماعية في دراسة الوجود إلى إمكانات GMG - ITC لحماية سلامة خلايا الخلايا العصبية ضد العمليات السامة للخلايا المرتبطة بالأكسدة والإجهاد، وهي السمة المميزة للأمراض التنكسية العصبية.<br/>Las especies reactivas de oxígeno son bien conocidas por la inducción de condiciones de estrés oxidativo a través de la oxidación de biomarcadores vitales que conducen a la muerte celular a través de la apoptosis y otros procesos, causando así efectos devastadores en los órganos del huésped. Se cree que este efecto está relacionado con alteraciones patológicas observadas en varias enfermedades neurodegenerativas. Muchos compuestos fitoquímicos demostraron tener actividades antioxidantes robustas que disuadían a las células contra el entorno de estrés citotóxico, protegiendo así la muerte celular apoptótica. En vista de eso, estudiamos el potencial del isotiocianato de glucomoringina (GMG-ITC) o moringina para mitigar el proceso que conduce a la neurodegeneración de varias maneras. El efecto neuroprotector de GMG-ITC se realizó en células de neuroblastoma diferenciadas inducidas por ácido retinoico (RA) (SHSY5Y) a través del ensayo de viabilidad celular, análisis de citometría de flujo y microscopía de fluorescencia por medio de doble tinción de naranja de acridina y yoduro de propidio, para evaluar la actividad antiapoptótica y la capacidad de conservación de la morfología del compuesto. Además, la integridad de la superficie de las neuritas y el análisis ultraestructural se llevaron a cabo mediante microscopía electrónica de barrido y transmisión para evaluar la orientación de la superficie y las características internas de las células neuronales tratadas. Las células neuronales pretratadas con GMG-ITC mostraron una resistencia significativa a la muerte celular apoptótica inducida por H2O2, revelando un alto nivel de protección por el compuesto. El aumento del estrés oxidativo intracelular inducido por H2O2 fue mitigado por GMG-ITC. Por lo tanto, el pretratamiento con el compuesto confirió una protección significativa al citoesqueleto y la inclusión citoplasmática junto con la conservación de las características morfológicas de la superficie y la integridad general de las células neuronales. Por lo tanto, los hallazgos colectivos en el estudio de presencia indicaron los potenciales de GMG-ITC para proteger la integridad de las células neuronales contra los procesos citotóxicos relacionados con el estrés oxidativo inducido, el sello distintivo de las enfermedades neurodegenerativas.<br/>Les espèces réactives de l'oxygène sont bien connues pour induire des conditions de stress oxydatif par l'oxydation de biomarqueurs vitaux conduisant à la mort cellulaire via l'apoptose et d'autres processus, provoquant ainsi des effets dévastateurs sur les organes hôtes. On pense que cet effet est lié à des altérations pathologiques observées dans plusieurs maladies neurodégénératives. De nombreux composés phytochimiques se sont avérés avoir des activités antioxydantes robustes qui ont dissuadé les cellules contre l'environnement de stress cytotoxique, protégeant ainsi la mort cellulaire apoptotique. En vue de cela, nous avons étudié le potentiel de la glucomoringine-isothiocyanate (GMG-ITC) ou de la moringine pour atténuer le processus qui conduit à la neurodégénérescence de diverses manières. L'effet neuroprotecteur du GMG-ITC a été réalisé sur les cellules de neuroblastome différenciées induites par l'acide rétinoïque (AR) (SHSY5Y) via un test de viabilité cellulaire, une analyse par cytométrie de flux et une microscopie à fluorescence au moyen d'une double coloration à l'acridine orange et à l'iodure de propidium, afin d'évaluer l'activité anti-apoptotique et la capacité de conservation de la morphologie du composé. De plus, l'intégrité de la surface des neurites et l'analyse ultrastructurale ont été effectuées au moyen de la microscopie électronique à balayage et à transmission pour évaluer l'orientation des caractéristiques de surface et internes des cellules neuronales traitées. Les cellules neuronales prétraitées GMG-ITC ont montré une résistance significative à la mort cellulaire apoptotique induite par H2O2, révélant un niveau élevé de protection par le composé. L'augmentation du stress oxydatif intracellulaire induit par H2O2 a été atténuée par GMG-ITC. Ainsi, le prétraitement avec le composé a conféré une protection significative au cytosquelette et à l'inclusion cytoplasmique couplée à la conservation des caractéristiques morphologiques de surface et à l'intégrité générale des cellules neuronales. Par conséquent, les résultats collectifs de l'étude Presence ont indiqué le potentiel du GMG-ITC pour protéger l'intégrité des cellules neuronales contre les processus cytotoxiques induits liés au stress oxydatif, la caractéristique des maladies neurodégénératives.<br/>