A convulsão é um evento em que os neurônios sofrem descargas elétricas excessivas e anormais e pode estar envolvido com uma excessiva atividade glutamatérgica. Embora existam controversas na literatura sobre os efeitos dos glicocorticóides no metabolismo glutamatérgico, o efeito anticonvulsivante dessas drogas é conhecido há décadas. Esse trabalho investigou os efeitos da dexametasona (um glicocorticóide) em camundongos submetidos a um modelo de convulsão induzida pelo ácido quinolínico em parâmetros tais como a latência e a duração das convulsões bem como na captação cerebral de glutamato. A dexametasona preveniu a convulsão em 48% dos animais e diminuiu o tempo de duração das convulsões. Além disso, a dexametasona reverteu a baixa captação de glutamato causada pela convulsão induzida pelo ácido quinolínico, tanto nos animais protegidos (que não convulsionaram) como nos animais que sofreram convulsão. Esses resultados indicam que a dexametasona é um fármaco anticonvulsivante contra a hiper-estimulação do sistema glutamatérgico e que o envolvimento desse sistema em convulsões necessita ser melhor estudado. / Seizure episode is an event where the neurons undergo excessive and abnormal electric discharge and may involve an excessive brain glutamatergic activity. Although there are some controversial in the literature about the glucocorticoids effects on glutamate activity, these drugs have been used for decades to treat seizures. This work investigated the effect of dexamethasone on seizures induced by i.c.v. administration of quinolinic acid (that causes overstimulation of the glutamatergic system) on parameters such time latency and duration of seizures, as well as on brain glutamate uptake. Dexamethasone prevented seizures in 48% mice and decreased the time duration of seizures. Furthermore, dexamethasone reverted the decrease of glutamate uptake caused by quinolinic acid-induced seizures, both in mice presenting (not protected) or not (protected) seizures. These results indicate that dexamethasone is an anticonvulsant drug against overstimulation of the glutamatergic system and that the glutamatergic system parameters involved in these actions need further investigations.

A convulsão é um evento em que os neurônios sofrem descargas elétricas excessivas e anormais e pode estar envolvido com uma excessiva atividade glutamatérgica. Embora existam controversas na literatura sobre os efeitos dos glicocorticóides no metabolismo glutamatérgico, o efeito anticonvulsivante dessas drogas é conhecido há décadas. Esse trabalho investigou os efeitos da dexametasona (um glicocorticóide) em camundongos submetidos a um modelo de convulsão induzida pelo ácido quinolínico em parâmetros tais como a latência e a duração das convulsões bem como na captação cerebral de glutamato. A dexametasona preveniu a convulsão em 48% dos animais e diminuiu o tempo de duração das convulsões. Além disso, a dexametasona reverteu a baixa captação de glutamato causada pela convulsão induzida pelo ácido quinolínico, tanto nos animais protegidos (que não convulsionaram) como nos animais que sofreram convulsão. Esses resultados indicam que a dexametasona é um fármaco anticonvulsivante contra a hiper-estimulação do sistema glutamatérgico e que o envolvimento desse sistema em convulsões necessita ser melhor estudado. / Seizure episode is an event where the neurons undergo excessive and abnormal electric discharge and may involve an excessive brain glutamatergic activity. Although there are some controversial in the literature about the glucocorticoids effects on glutamate activity, these drugs have been used for decades to treat seizures. This work investigated the effect of dexamethasone on seizures induced by i.c.v. administration of quinolinic acid (that causes overstimulation of the glutamatergic system) on parameters such time latency and duration of seizures, as well as on brain glutamate uptake. Dexamethasone prevented seizures in 48% mice and decreased the time duration of seizures. Furthermore, dexamethasone reverted the decrease of glutamate uptake caused by quinolinic acid-induced seizures, both in mice presenting (not protected) or not (protected) seizures. These results indicate that dexamethasone is an anticonvulsant drug against overstimulation of the glutamatergic system and that the glutamatergic system parameters involved in these actions need further investigations.

A convulsão é um evento em que os neurônios sofrem descargas elétricas excessivas e anormais e pode estar envolvido com uma excessiva atividade glutamatérgica. Embora existam controversas na literatura sobre os efeitos dos glicocorticóides no metabolismo glutamatérgico, o efeito anticonvulsivante dessas drogas é conhecido há décadas. Esse trabalho investigou os efeitos da dexametasona (um glicocorticóide) em camundongos submetidos a um modelo de convulsão induzida pelo ácido quinolínico em parâmetros tais como a latência e a duração das convulsões bem como na captação cerebral de glutamato. A dexametasona preveniu a convulsão em 48% dos animais e diminuiu o tempo de duração das convulsões. Além disso, a dexametasona reverteu a baixa captação de glutamato causada pela convulsão induzida pelo ácido quinolínico, tanto nos animais protegidos (que não convulsionaram) como nos animais que sofreram convulsão. Esses resultados indicam que a dexametasona é um fármaco anticonvulsivante contra a hiper-estimulação do sistema glutamatérgico e que o envolvimento desse sistema em convulsões necessita ser melhor estudado. / Seizure episode is an event where the neurons undergo excessive and abnormal electric discharge and may involve an excessive brain glutamatergic activity. Although there are some controversial in the literature about the glucocorticoids effects on glutamate activity, these drugs have been used for decades to treat seizures. This work investigated the effect of dexamethasone on seizures induced by i.c.v. administration of quinolinic acid (that causes overstimulation of the glutamatergic system) on parameters such time latency and duration of seizures, as well as on brain glutamate uptake. Dexamethasone prevented seizures in 48% mice and decreased the time duration of seizures. Furthermore, dexamethasone reverted the decrease of glutamate uptake caused by quinolinic acid-induced seizures, both in mice presenting (not protected) or not (protected) seizures. These results indicate that dexamethasone is an anticonvulsant drug against overstimulation of the glutamatergic system and that the glutamatergic system parameters involved in these actions need further investigations.

O ácido quinolínico (AQ) é um metabólito do metabolismo do triptofano produzido na via das quinureninas. Demonstrou-se ser um fraco agonista de receptores NMDA, porém capaz de produzir morte em neurônios susceptíveis via ativação à sua ação excitatória. O envolvimento do AQ tem sido sugerido como um mecanismo patológico em diversas doenças neurodegenerativas, incluindo-se as doenças de Huntington, Alzheimer e no complexo de demência induzida pela síndrome da imunodeficiência adquirida. As propriedades neurotóxicas do AQ têm sido atribuídas principalmente à excitotoxicidade e ao estresse oxidativo, enquanto muito pouco se sabe sobre seus efeitos sobre o metabolismo energético cerebral. Assim, no presente estudo investigamos o efeito da administração intraestriatal de AQ (150 nmol) em ratos de 30 dias de vida sobre as atividades de enzimas fundamentais do metabolismo energético, tais como os complexos IIV da cadeia respiratória, creatina quinase e citrato sintase, além da produção de 14CO2 a partir de [1-14C]acetato 3, 6 ou 12 horas após a injeção de AQ. Observamos que a injeção de AQ inibiu significativamente a atividade dos complexos II (50%), III (46%) e II-III (35%), bem como da enzima creatina quinase (27%), mas não alterou as atividades dos complexos I e IV em estriados preparados 12 horas após a injeção de AQ. Além disso, não observamos quaisquer alterações nessas atividades enzimáticas 3 ou 6 horas após o tratamento com AQ. A produção de 14CO2 a partir de [1-14C]acetato também foi inibida significativamente (27 %) pelo AQ somente em estriados preparados 12 horas após a injeção. As atividades dos complexos da cadeia respiratória e da creatina quinase foram também medidas em homogeneizados de estriado expostos a 100 μM de AQ. Não foram observadas alterações nessas atividades na presença de AQ. Essas observações in vitro juntamente com os achados ex vivo sugerem que a ação do AQ comprometendo o metabolismo energético em estriado de ratos é provavelmente indireta. Novos experimentos foram realizados para elucidar os mecanismos envolvidos nas inibições das atividades das enzimas do metabolismo energético induzidas pelo AQ. O pré-tratamento dos ratos com MK-801, um antagonista de receptores NMDA, ou com creatina preveniu completamente os efeitos inibitórios induzidos pelo AQ. Além disso, os seqüestradores de radicais livres α-tocoferol mais ascorbato e o inibidor da óxido nítrico sintase L-NAME preveniram completamente as inibições provocadas pelo AQ nas atividades do complexo III e da creatina quinase, indicando que esses efeitos inibitórios são provavelmente devido à geração de espécies reativas. Por outro lado, o pré-tratamento com piruvato bloqueou completamente os efeitos inibitórios causados pela injeção de AQ na atividade do complexo II e parcialmente a inibição da atividade da creatina quinase indicando que esses efeitos foram provavelmente devido à formação de espécies reativas Tomadas em conjunto, esses resultados indicam fortemente que a fosforilação oxidativa e a transferência energética celular estão comprometidas por altas concentrações de AQ no estriado de ratos jovens e que os efeitos inibitórios em enzimas chave do metabolismo energético causados pela injeção de AQ são provavelmente devido à ativação de receptores NMDA. / Quinolinic acid (QA), an endogenous metabolite produced in kynurenine pathway of tryptophan metabolism, is a weak agonist at the NMDA receptor, and selectively kills susceptible neurons via activation of the NMDA receptors The neurotoxic capacity of QA in vivo has implicated it in a variety of neurodegenerative disorders, including Huntington’s disease, Alzheimer’s disease and AIDS dementia complex. Most of QA toxic properties have been attributed to excitotoxicity and oxidative stress, whereas very little is known about its effects on brain energy metabolism. Therefore, in the present study we investigated the ex vivo effect of intrastriatal administration of 150 nmol QA to 30-day-old rats on critical enzyme activities of energy metabolism, including the respiratory chain complexes I-IV, creatine kinase and citrate synthase, as well as on 14CO2 production from [1-14C]acetate at distinct periods after QA injection. We observed that QA injection significantly inhibited complexes II (50%), III (46%) and II-III (35%), as well as creatine kinase (27 %), but not complexes I and IV activities in striatum prepared 12 hours after QA treatment. In contrast, no alterations of these enzyme activities were observed 3 or 6 hours after QA treatment. 14CO2 production from [1-14C]acetate was also significantly inhibited (27 %) by QA only in rat striatum prepared 12 hours after injection. The respiratory chain complexes and creatine kinase activities were also measured in striatum homogenates exposed to 100 μM QA. No alterations of these activities were observed in the presence of QA. These in vitro observations allied to the ex vivo findings suggest that QA compromises energy metabolism in the rat striatum indirectly rather than due to a direct action of QA on the enzymes. New experiments were therefore designed to elucidate the involved mechanisms of QA-induced inhibition on the enzymatic activities of energy metabolism. Pretreatment with the NMDA receptor antagonist MK-801 and with creatine totally prevented the inhibitory effects elicited by QA. In addition, the free-radical scavengers α-tocopherol plus ascorbate and the nitric oxide synthase inhibitor L-NAME completely abolished the inhibitions provoked by QA on CK and complex III, indicating that these effects were probably due to generation of reactive species. On the other hand, pyruvate pretreatment totally blocked the inhibitory effects of QA injection on complex II activity and partially prevented QA-induced CK inhibition. Taken together, these observations strongly indicate that oxidative phosphorylation and cellular energy transfer are compromised by high concentrations of QA in the striatum of young rats and that the inhibitory effects caused by QA injection on critical steps of energy metabolism were probably mediated by NMDA stimulation.

No presente estudo nós investigamos o efeito in vivo da injeção intraestriatal de ácido quinolínico (AQ) sobre proteínas do citoesqueleto de astrócitos e neurônios de ratos jovens 30 minutos após a infusão. Injeção intraestriatal de AQ é um modelo excitotóxico da doença de Huntington (DH). Nossos resultados mostraram que o AQ (150μmol/0.5μL) aumentou significativamente a fosforilação in vitro da subunidade de baixo peso molecular dos neurofilamentos (NF-L) e da proteina glial fibrilar ácida (GFAP) de neurônios e astrócitos, respectivamente. Este efeito foi mediado pela proteína quinase AMPc-dependente (PKA), proteina quinase C (PKC) e proteina quinase Ca2+/calmodulina-dependente II (PKCaMII). Em contraste, proteínas quinases ativadas por mitógeno (MAPK) não foram ativadas pela infusão com AQ. Além disso, o pré-tratamento com MK-801 (0.25 mg/kg i.p), antagonista específico dos receptores N-metil-D-aspartato (NMDA); com o antioxidante L-NAME (60 mg\kg\day) e com o difenildisseleneto (PheSe)2 (0.625 mg\kg\dia) preveniram totalmente a hiperfosforilação induzida pelo AQ. Nós também observamos que o sítio de fosforilação Ser55 localizado no domínio N-terminal da NF-L, descrito como um sítio regulatório da associação dos NF in vivo, foi alvo da hiperfosforilação induzida pelo AQ. Este efeito foi totalmente prevenido por MK801, pelo inibidor de PKA, H89 e pelo (PheSe)2, enquanto que staurosporina, um inibidor de PKC, preveniu apenas parcialmente a fosforilação da Ser55. O inibidor de PKCaMII (KN93) e o antioxidante L-NAME não preveniram a hiperfosforilação da Ser55 pelo AQ. Portanto, nós presumimos que a hiperfosforilação da NF-LSer55 pode representar os primeiros passos na cascata fisiopatológica dos eventos deletérios exercidos pelo AQ no estriado de ratos. Nossas observações também indicam que os eventos mediados pelo receptor NMDA e por estresse oxidativo podem estar relacionados com a hiperfosforilação das proteínas do citoesqueleto observadas, com importantes implicações para as funções cerebrais. / In the present study we investigated the effect of in vivo intrastriatal injection of quinolinic acid (QA) on rat cytoskeleton proteins in astrocytes and neurons of young rats at early stages (30 min) after infusion. Intrastriatal QA injection is an excitotoxic model of Huntington´s Disease (HD). Results showed that QA (150μmol/0.5μL) significantly increased the in vitro phosphorylation of the low molecular weight neurofilament subunit (NF-L) and the glial fibrillary acidic protein (GFAP) of neurons and astrocytes, respectively. This effect was mediated by cAMP-dependent protein kinase A (PKA), protein kinase C (PKC) and Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (PKCaMII). In contrast, mitogen activated protein kinases (MAPK) were not activated by QA infusion. Furthermore, the specific N-methyl-D-aspartate (NMDA) antagonist MK-801 (0.25 mg/kg i.p), the antioxidant L-NAME (60 mg\kg\day), and diphenyldiselenide (PheSe)2 (0.625 mg\kg\day) injected prior to QA infusion totally prevented QA-induced hyperphosphorylation of cytoskeletal proteins. We also observed that QA-induced hyperphosphorylation was targeted at the Ser55 phosphorylating site on NF-L head domain, described as a regulatory site for NF assembly in vivo. This effect was fully prevented by MK801, by the PKA inhibitor H89 and by (PheSe)2, whereas staurosporine (PKC inhibitor) only partially prevented Ser55 phosphorylation. The PKCaMII inhibitor (KN93) and the antioxidant L-NAME failed to prevent the hyperphosphorylation of Ser55 by QA infusion. Therefore, we presume that QA-elicited NF-LSer55 hyperphosphorylation of the neural cytoskeleton achieved by intrastriatal QA injection could represent an early step in the pathophysiological cascade of deleterious events exerted by QA in rat striatum. Our observations also indicate that NMDA-mediated Ca2+ events and oxidative stress may be related to the altered protein cytoskeleton hyperphosphorylation observed with important implications for brain function.

O ácido quinolínico (AQ) é um metabólito do metabolismo do triptofano produzido na via das quinureninas. Demonstrou-se ser um fraco agonista de receptores NMDA, porém capaz de produzir morte em neurônios susceptíveis via ativação à sua ação excitatória. O envolvimento do AQ tem sido sugerido como um mecanismo patológico em diversas doenças neurodegenerativas, incluindo-se as doenças de Huntington, Alzheimer e no complexo de demência induzida pela síndrome da imunodeficiência adquirida. As propriedades neurotóxicas do AQ têm sido atribuídas principalmente à excitotoxicidade e ao estresse oxidativo, enquanto muito pouco se sabe sobre seus efeitos sobre o metabolismo energético cerebral. Assim, no presente estudo investigamos o efeito da administração intraestriatal de AQ (150 nmol) em ratos de 30 dias de vida sobre as atividades de enzimas fundamentais do metabolismo energético, tais como os complexos IIV da cadeia respiratória, creatina quinase e citrato sintase, além da produção de 14CO2 a partir de [1-14C]acetato 3, 6 ou 12 horas após a injeção de AQ. Observamos que a injeção de AQ inibiu significativamente a atividade dos complexos II (50%), III (46%) e II-III (35%), bem como da enzima creatina quinase (27%), mas não alterou as atividades dos complexos I e IV em estriados preparados 12 horas após a injeção de AQ. Além disso, não observamos quaisquer alterações nessas atividades enzimáticas 3 ou 6 horas após o tratamento com AQ. A produção de 14CO2 a partir de [1-14C]acetato também foi inibida significativamente (27 %) pelo AQ somente em estriados preparados 12 horas após a injeção. As atividades dos complexos da cadeia respiratória e da creatina quinase foram também medidas em homogeneizados de estriado expostos a 100 μM de AQ. Não foram observadas alterações nessas atividades na presença de AQ. Essas observações in vitro juntamente com os achados ex vivo sugerem que a ação do AQ comprometendo o metabolismo energético em estriado de ratos é provavelmente indireta. Novos experimentos foram realizados para elucidar os mecanismos envolvidos nas inibições das atividades das enzimas do metabolismo energético induzidas pelo AQ. O pré-tratamento dos ratos com MK-801, um antagonista de receptores NMDA, ou com creatina preveniu completamente os efeitos inibitórios induzidos pelo AQ. Além disso, os seqüestradores de radicais livres α-tocoferol mais ascorbato e o inibidor da óxido nítrico sintase L-NAME preveniram completamente as inibições provocadas pelo AQ nas atividades do complexo III e da creatina quinase, indicando que esses efeitos inibitórios são provavelmente devido à geração de espécies reativas. Por outro lado, o pré-tratamento com piruvato bloqueou completamente os efeitos inibitórios causados pela injeção de AQ na atividade do complexo II e parcialmente a inibição da atividade da creatina quinase indicando que esses efeitos foram provavelmente devido à formação de espécies reativas Tomadas em conjunto, esses resultados indicam fortemente que a fosforilação oxidativa e a transferência energética celular estão comprometidas por altas concentrações de AQ no estriado de ratos jovens e que os efeitos inibitórios em enzimas chave do metabolismo energético causados pela injeção de AQ são provavelmente devido à ativação de receptores NMDA. / Quinolinic acid (QA), an endogenous metabolite produced in kynurenine pathway of tryptophan metabolism, is a weak agonist at the NMDA receptor, and selectively kills susceptible neurons via activation of the NMDA receptors The neurotoxic capacity of QA in vivo has implicated it in a variety of neurodegenerative disorders, including Huntington’s disease, Alzheimer’s disease and AIDS dementia complex. Most of QA toxic properties have been attributed to excitotoxicity and oxidative stress, whereas very little is known about its effects on brain energy metabolism. Therefore, in the present study we investigated the ex vivo effect of intrastriatal administration of 150 nmol QA to 30-day-old rats on critical enzyme activities of energy metabolism, including the respiratory chain complexes I-IV, creatine kinase and citrate synthase, as well as on 14CO2 production from [1-14C]acetate at distinct periods after QA injection. We observed that QA injection significantly inhibited complexes II (50%), III (46%) and II-III (35%), as well as creatine kinase (27 %), but not complexes I and IV activities in striatum prepared 12 hours after QA treatment. In contrast, no alterations of these enzyme activities were observed 3 or 6 hours after QA treatment. 14CO2 production from [1-14C]acetate was also significantly inhibited (27 %) by QA only in rat striatum prepared 12 hours after injection. The respiratory chain complexes and creatine kinase activities were also measured in striatum homogenates exposed to 100 μM QA. No alterations of these activities were observed in the presence of QA. These in vitro observations allied to the ex vivo findings suggest that QA compromises energy metabolism in the rat striatum indirectly rather than due to a direct action of QA on the enzymes. New experiments were therefore designed to elucidate the involved mechanisms of QA-induced inhibition on the enzymatic activities of energy metabolism. Pretreatment with the NMDA receptor antagonist MK-801 and with creatine totally prevented the inhibitory effects elicited by QA. In addition, the free-radical scavengers α-tocopherol plus ascorbate and the nitric oxide synthase inhibitor L-NAME completely abolished the inhibitions provoked by QA on CK and complex III, indicating that these effects were probably due to generation of reactive species. On the other hand, pyruvate pretreatment totally blocked the inhibitory effects of QA injection on complex II activity and partially prevented QA-induced CK inhibition. Taken together, these observations strongly indicate that oxidative phosphorylation and cellular energy transfer are compromised by high concentrations of QA in the striatum of young rats and that the inhibitory effects caused by QA injection on critical steps of energy metabolism were probably mediated by NMDA stimulation.

No presente estudo nós investigamos o efeito in vivo da injeção intraestriatal de ácido quinolínico (AQ) sobre proteínas do citoesqueleto de astrócitos e neurônios de ratos jovens 30 minutos após a infusão. Injeção intraestriatal de AQ é um modelo excitotóxico da doença de Huntington (DH). Nossos resultados mostraram que o AQ (150μmol/0.5μL) aumentou significativamente a fosforilação in vitro da subunidade de baixo peso molecular dos neurofilamentos (NF-L) e da proteina glial fibrilar ácida (GFAP) de neurônios e astrócitos, respectivamente. Este efeito foi mediado pela proteína quinase AMPc-dependente (PKA), proteina quinase C (PKC) e proteina quinase Ca2+/calmodulina-dependente II (PKCaMII). Em contraste, proteínas quinases ativadas por mitógeno (MAPK) não foram ativadas pela infusão com AQ. Além disso, o pré-tratamento com MK-801 (0.25 mg/kg i.p), antagonista específico dos receptores N-metil-D-aspartato (NMDA); com o antioxidante L-NAME (60 mg\kg\day) e com o difenildisseleneto (PheSe)2 (0.625 mg\kg\dia) preveniram totalmente a hiperfosforilação induzida pelo AQ. Nós também observamos que o sítio de fosforilação Ser55 localizado no domínio N-terminal da NF-L, descrito como um sítio regulatório da associação dos NF in vivo, foi alvo da hiperfosforilação induzida pelo AQ. Este efeito foi totalmente prevenido por MK801, pelo inibidor de PKA, H89 e pelo (PheSe)2, enquanto que staurosporina, um inibidor de PKC, preveniu apenas parcialmente a fosforilação da Ser55. O inibidor de PKCaMII (KN93) e o antioxidante L-NAME não preveniram a hiperfosforilação da Ser55 pelo AQ. Portanto, nós presumimos que a hiperfosforilação da NF-LSer55 pode representar os primeiros passos na cascata fisiopatológica dos eventos deletérios exercidos pelo AQ no estriado de ratos. Nossas observações também indicam que os eventos mediados pelo receptor NMDA e por estresse oxidativo podem estar relacionados com a hiperfosforilação das proteínas do citoesqueleto observadas, com importantes implicações para as funções cerebrais. / In the present study we investigated the effect of in vivo intrastriatal injection of quinolinic acid (QA) on rat cytoskeleton proteins in astrocytes and neurons of young rats at early stages (30 min) after infusion. Intrastriatal QA injection is an excitotoxic model of Huntington´s Disease (HD). Results showed that QA (150μmol/0.5μL) significantly increased the in vitro phosphorylation of the low molecular weight neurofilament subunit (NF-L) and the glial fibrillary acidic protein (GFAP) of neurons and astrocytes, respectively. This effect was mediated by cAMP-dependent protein kinase A (PKA), protein kinase C (PKC) and Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (PKCaMII). In contrast, mitogen activated protein kinases (MAPK) were not activated by QA infusion. Furthermore, the specific N-methyl-D-aspartate (NMDA) antagonist MK-801 (0.25 mg/kg i.p), the antioxidant L-NAME (60 mg\kg\day), and diphenyldiselenide (PheSe)2 (0.625 mg\kg\day) injected prior to QA infusion totally prevented QA-induced hyperphosphorylation of cytoskeletal proteins. We also observed that QA-induced hyperphosphorylation was targeted at the Ser55 phosphorylating site on NF-L head domain, described as a regulatory site for NF assembly in vivo. This effect was fully prevented by MK801, by the PKA inhibitor H89 and by (PheSe)2, whereas staurosporine (PKC inhibitor) only partially prevented Ser55 phosphorylation. The PKCaMII inhibitor (KN93) and the antioxidant L-NAME failed to prevent the hyperphosphorylation of Ser55 by QA infusion. Therefore, we presume that QA-elicited NF-LSer55 hyperphosphorylation of the neural cytoskeleton achieved by intrastriatal QA injection could represent an early step in the pathophysiological cascade of deleterious events exerted by QA in rat striatum. Our observations also indicate that NMDA-mediated Ca2+ events and oxidative stress may be related to the altered protein cytoskeleton hyperphosphorylation observed with important implications for brain function.

No presente estudo nós investigamos o efeito in vivo da injeção intraestriatal de ácido quinolínico (AQ) sobre proteínas do citoesqueleto de astrócitos e neurônios de ratos jovens 30 minutos após a infusão. Injeção intraestriatal de AQ é um modelo excitotóxico da doença de Huntington (DH). Nossos resultados mostraram que o AQ (150μmol/0.5μL) aumentou significativamente a fosforilação in vitro da subunidade de baixo peso molecular dos neurofilamentos (NF-L) e da proteina glial fibrilar ácida (GFAP) de neurônios e astrócitos, respectivamente. Este efeito foi mediado pela proteína quinase AMPc-dependente (PKA), proteina quinase C (PKC) e proteina quinase Ca2+/calmodulina-dependente II (PKCaMII). Em contraste, proteínas quinases ativadas por mitógeno (MAPK) não foram ativadas pela infusão com AQ. Além disso, o pré-tratamento com MK-801 (0.25 mg/kg i.p), antagonista específico dos receptores N-metil-D-aspartato (NMDA); com o antioxidante L-NAME (60 mg\kg\day) e com o difenildisseleneto (PheSe)2 (0.625 mg\kg\dia) preveniram totalmente a hiperfosforilação induzida pelo AQ. Nós também observamos que o sítio de fosforilação Ser55 localizado no domínio N-terminal da NF-L, descrito como um sítio regulatório da associação dos NF in vivo, foi alvo da hiperfosforilação induzida pelo AQ. Este efeito foi totalmente prevenido por MK801, pelo inibidor de PKA, H89 e pelo (PheSe)2, enquanto que staurosporina, um inibidor de PKC, preveniu apenas parcialmente a fosforilação da Ser55. O inibidor de PKCaMII (KN93) e o antioxidante L-NAME não preveniram a hiperfosforilação da Ser55 pelo AQ. Portanto, nós presumimos que a hiperfosforilação da NF-LSer55 pode representar os primeiros passos na cascata fisiopatológica dos eventos deletérios exercidos pelo AQ no estriado de ratos. Nossas observações também indicam que os eventos mediados pelo receptor NMDA e por estresse oxidativo podem estar relacionados com a hiperfosforilação das proteínas do citoesqueleto observadas, com importantes implicações para as funções cerebrais. / In the present study we investigated the effect of in vivo intrastriatal injection of quinolinic acid (QA) on rat cytoskeleton proteins in astrocytes and neurons of young rats at early stages (30 min) after infusion. Intrastriatal QA injection is an excitotoxic model of Huntington´s Disease (HD). Results showed that QA (150μmol/0.5μL) significantly increased the in vitro phosphorylation of the low molecular weight neurofilament subunit (NF-L) and the glial fibrillary acidic protein (GFAP) of neurons and astrocytes, respectively. This effect was mediated by cAMP-dependent protein kinase A (PKA), protein kinase C (PKC) and Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (PKCaMII). In contrast, mitogen activated protein kinases (MAPK) were not activated by QA infusion. Furthermore, the specific N-methyl-D-aspartate (NMDA) antagonist MK-801 (0.25 mg/kg i.p), the antioxidant L-NAME (60 mg\kg\day), and diphenyldiselenide (PheSe)2 (0.625 mg\kg\day) injected prior to QA infusion totally prevented QA-induced hyperphosphorylation of cytoskeletal proteins. We also observed that QA-induced hyperphosphorylation was targeted at the Ser55 phosphorylating site on NF-L head domain, described as a regulatory site for NF assembly in vivo. This effect was fully prevented by MK801, by the PKA inhibitor H89 and by (PheSe)2, whereas staurosporine (PKC inhibitor) only partially prevented Ser55 phosphorylation. The PKCaMII inhibitor (KN93) and the antioxidant L-NAME failed to prevent the hyperphosphorylation of Ser55 by QA infusion. Therefore, we presume that QA-elicited NF-LSer55 hyperphosphorylation of the neural cytoskeleton achieved by intrastriatal QA injection could represent an early step in the pathophysiological cascade of deleterious events exerted by QA in rat striatum. Our observations also indicate that NMDA-mediated Ca2+ events and oxidative stress may be related to the altered protein cytoskeleton hyperphosphorylation observed with important implications for brain function.

O ácido quinolínico (AQ) é um metabólito do metabolismo do triptofano produzido na via das quinureninas. Demonstrou-se ser um fraco agonista de receptores NMDA, porém capaz de produzir morte em neurônios susceptíveis via ativação à sua ação excitatória. O envolvimento do AQ tem sido sugerido como um mecanismo patológico em diversas doenças neurodegenerativas, incluindo-se as doenças de Huntington, Alzheimer e no complexo de demência induzida pela síndrome da imunodeficiência adquirida. As propriedades neurotóxicas do AQ têm sido atribuídas principalmente à excitotoxicidade e ao estresse oxidativo, enquanto muito pouco se sabe sobre seus efeitos sobre o metabolismo energético cerebral. Assim, no presente estudo investigamos o efeito da administração intraestriatal de AQ (150 nmol) em ratos de 30 dias de vida sobre as atividades de enzimas fundamentais do metabolismo energético, tais como os complexos IIV da cadeia respiratória, creatina quinase e citrato sintase, além da produção de 14CO2 a partir de [1-14C]acetato 3, 6 ou 12 horas após a injeção de AQ. Observamos que a injeção de AQ inibiu significativamente a atividade dos complexos II (50%), III (46%) e II-III (35%), bem como da enzima creatina quinase (27%), mas não alterou as atividades dos complexos I e IV em estriados preparados 12 horas após a injeção de AQ. Além disso, não observamos quaisquer alterações nessas atividades enzimáticas 3 ou 6 horas após o tratamento com AQ. A produção de 14CO2 a partir de [1-14C]acetato também foi inibida significativamente (27 %) pelo AQ somente em estriados preparados 12 horas após a injeção. As atividades dos complexos da cadeia respiratória e da creatina quinase foram também medidas em homogeneizados de estriado expostos a 100 μM de AQ. Não foram observadas alterações nessas atividades na presença de AQ. Essas observações in vitro juntamente com os achados ex vivo sugerem que a ação do AQ comprometendo o metabolismo energético em estriado de ratos é provavelmente indireta. Novos experimentos foram realizados para elucidar os mecanismos envolvidos nas inibições das atividades das enzimas do metabolismo energético induzidas pelo AQ. O pré-tratamento dos ratos com MK-801, um antagonista de receptores NMDA, ou com creatina preveniu completamente os efeitos inibitórios induzidos pelo AQ. Além disso, os seqüestradores de radicais livres α-tocoferol mais ascorbato e o inibidor da óxido nítrico sintase L-NAME preveniram completamente as inibições provocadas pelo AQ nas atividades do complexo III e da creatina quinase, indicando que esses efeitos inibitórios são provavelmente devido à geração de espécies reativas. Por outro lado, o pré-tratamento com piruvato bloqueou completamente os efeitos inibitórios causados pela injeção de AQ na atividade do complexo II e parcialmente a inibição da atividade da creatina quinase indicando que esses efeitos foram provavelmente devido à formação de espécies reativas Tomadas em conjunto, esses resultados indicam fortemente que a fosforilação oxidativa e a transferência energética celular estão comprometidas por altas concentrações de AQ no estriado de ratos jovens e que os efeitos inibitórios em enzimas chave do metabolismo energético causados pela injeção de AQ são provavelmente devido à ativação de receptores NMDA. / Quinolinic acid (QA), an endogenous metabolite produced in kynurenine pathway of tryptophan metabolism, is a weak agonist at the NMDA receptor, and selectively kills susceptible neurons via activation of the NMDA receptors The neurotoxic capacity of QA in vivo has implicated it in a variety of neurodegenerative disorders, including Huntington’s disease, Alzheimer’s disease and AIDS dementia complex. Most of QA toxic properties have been attributed to excitotoxicity and oxidative stress, whereas very little is known about its effects on brain energy metabolism. Therefore, in the present study we investigated the ex vivo effect of intrastriatal administration of 150 nmol QA to 30-day-old rats on critical enzyme activities of energy metabolism, including the respiratory chain complexes I-IV, creatine kinase and citrate synthase, as well as on 14CO2 production from [1-14C]acetate at distinct periods after QA injection. We observed that QA injection significantly inhibited complexes II (50%), III (46%) and II-III (35%), as well as creatine kinase (27 %), but not complexes I and IV activities in striatum prepared 12 hours after QA treatment. In contrast, no alterations of these enzyme activities were observed 3 or 6 hours after QA treatment. 14CO2 production from [1-14C]acetate was also significantly inhibited (27 %) by QA only in rat striatum prepared 12 hours after injection. The respiratory chain complexes and creatine kinase activities were also measured in striatum homogenates exposed to 100 μM QA. No alterations of these activities were observed in the presence of QA. These in vitro observations allied to the ex vivo findings suggest that QA compromises energy metabolism in the rat striatum indirectly rather than due to a direct action of QA on the enzymes. New experiments were therefore designed to elucidate the involved mechanisms of QA-induced inhibition on the enzymatic activities of energy metabolism. Pretreatment with the NMDA receptor antagonist MK-801 and with creatine totally prevented the inhibitory effects elicited by QA. In addition, the free-radical scavengers α-tocopherol plus ascorbate and the nitric oxide synthase inhibitor L-NAME completely abolished the inhibitions provoked by QA on CK and complex III, indicating that these effects were probably due to generation of reactive species. On the other hand, pyruvate pretreatment totally blocked the inhibitory effects of QA injection on complex II activity and partially prevented QA-induced CK inhibition. Taken together, these observations strongly indicate that oxidative phosphorylation and cellular energy transfer are compromised by high concentrations of QA in the striatum of young rats and that the inhibitory effects caused by QA injection on critical steps of energy metabolism were probably mediated by NMDA stimulation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro de Ciências Biológicas. Programa de Pós-Graduação em Neurociências. / Made available in DSpace on 2012-10-23T14:59:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 238067.pdf: 1031962 bytes, checksum: c221ab5663b373401930264fc5e8a508 (MD5) / O objetivo deste estudo foi avaliar o tipo de morte celular no hipocampo e córtex cerebral induzida pela administração de AQ em camundongos, bem como avaliar os efeitos do pré-condicionamento com NMDA sobre a expressão da caspase-3, fragmentação de DNA e sobre o sistema antioxidante da glutationa. Os camundongos foram tratados com NMDA (75mg/kg, 10ml/kg i.p) 24 h antes da infusão de AQ (4µl, 9.2mM i.c.v.). O AQ não promoveu fragmentação do DNA tanto no córtex cerebral como no hipocampo, sugerindo morte celular por necrose. O PC com NMDA não promoveu alteração na fragmentação do DNA, demonstrando que não possui efeito neurotóxico. O PC com NMDA e a infusão de AQ não promoveram alterações na expressão da pró-caspase-3 e da caspase-3. O PC com NMDA e a infusão de AQ não alteraram o conteúdo de glutationa total, e a atividade das enzimas glutationa redutase e da glicose 6-fosfato desidrogenase. Contudo, um aumento na atividade da glutationa S-transferase foi observado no córtex após o tratamento com NMDA e AQ. Além disso, o PC com NMDA preveniu a diminuição na atividade da glutationa peroxidase induzida pelo AQ no hipocampo, mas não teve efeito sobre a diminuição da atividade da GPx cortical.