Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Química y Biotecnología / Los procesos biotecnológicos industriales utilizan diversas azúcares simples como fuente de carbono y energía para sus procesos. La mayor parte de estas provienen desde fuentes agrícolas, lo que conlleva a un impacto ambiental negativo en cuanto al: uso de suelos arables/deforestación, agua dulce, agroquímicos y sus respectivos impactos derivados. El alginato, obtenido desde maroalgas, se presenta como una interesante alternativa por cuanto su producción evita la mayor parte de estos impactos negativos. Sin embargo, la utilización directa de alginato como fuente de carbono por parte de la mayor parte de los microorganismos de uso industrial se ve imposibilitada por cuanto estos prescinden de la ruta metabólica necesaria para su degradación e incorporación al metabolismo central. El presente trabajo propone un proceso biotecnológico capaz de realizar la bio-conversión de alginato a ácido pirúvico y gliceraldehído, productos que pueden ser utilizados directamente como fuente de carbono por diversos microorganismos en reemplazo de las fuentes comunes. La ruta de conversión consiste en cuatro enzimas de proceso: una endo-alginato liasa (ALY), una exo-alginato liasa (OAL), una aldosa reductasa (DEHR) y una glucanato aldolasa (KDGA). Estas cuatro enzimas fueron obtenidas desde diversos recursos genéticos y expresadas en forma soluble intracelular. La actividad específica sobre su respectivo sustrato fue demostrada para estas enzimas, a excepción de DEHR para la que no se cuenta con un método de determinación de actividad. La proteína del antígeno 43 (Ag43) es un autotransportador nativo de Escherichia coli. Ag43 produce la exposición de un dominio de la proteína (PD) sobre la membrana celular externa, pero anclada a la célula mediante un dominio de translocación (TU). Mediante herramientas de ingeniería genética es posible intercambiar el PD por diversas proteínas, entre ellas enzimas, dando lugar a los denominados catalizadores de célula completa. Con el fin de evitar la necesidad de transporte de sustratos y productos a través de la membrana celular, para impedir que el ácido pirúvico producido sea consumido y para permitir la recuperación del poder enzimático, se propone que las cuatro enzimas de proceso (ALY, OAL, DEHR, KDGA) sean fusionadas a Ag43 en reemplazo de PD. Para validar el funcionamiento de este sistema de inmovilización basado en Ag43, una proteína fluorescente (EGFP) fue intercambiada por el dominio PD. Con la utilización de tripsina para la liberación de la proteína fluorescente acoplada a Ag43, se pudo demostrar que el sistema basado en Ag43 permite exponer en forma correcta las proteínas en la membrana celular externa. Todas las enzimas de proceso fusionadas a Ag43 fueron expresadas correctamente, sin embargo, para ninguna de ellas se pudo demostrar actividad específica sobre su respectivo sustrato. Todos los ensambles genéticos desarrollados en este trabajo se realizaron mediante Gibson Asembly. Un programa computacional para el diseño específico de partidores para esta técnica fue desarrollado.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Química y Biotecnología / Los procesos biotecnológicos industriales utilizan diversas azúcares simples como fuente de carbono y energía para sus procesos. La mayor parte de estas provienen desde fuentes agrícolas, lo que conlleva a un impacto ambiental negativo en cuanto al: uso de suelos arables/deforestación, agua dulce, agroquímicos y sus respectivos impactos derivados. El alginato, obtenido desde maroalgas, se presenta como una interesante alternativa por cuanto su producción evita la mayor parte de estos impactos negativos. Sin embargo, la utilización directa de alginato como fuente de carbono por parte de la mayor parte de los microorganismos de uso industrial se ve imposibilitada por cuanto estos prescinden de la ruta metabólica necesaria para su degradación e incorporación al metabolismo central. El presente trabajo propone un proceso biotecnológico capaz de realizar la bio-conversión de alginato a ácido pirúvico y gliceraldehído, productos que pueden ser utilizados directamente como fuente de carbono por diversos microorganismos en reemplazo de las fuentes comunes. La ruta de conversión consiste en cuatro enzimas de proceso: una endo-alginato liasa (ALY), una exo-alginato liasa (OAL), una aldosa reductasa (DEHR) y una glucanato aldolasa (KDGA). Estas cuatro enzimas fueron obtenidas desde diversos recursos genéticos y expresadas en forma soluble intracelular. La actividad específica sobre su respectivo sustrato fue demostrada para estas enzimas, a excepción de DEHR para la que no se cuenta con un método de determinación de actividad. La proteína del antígeno 43 (Ag43) es un autotransportador nativo de Escherichia coli. Ag43 produce la exposición de un dominio de la proteína (PD) sobre la membrana celular externa, pero anclada a la célula mediante un dominio de translocación (TU). Mediante herramientas de ingeniería genética es posible intercambiar el PD por diversas proteínas, entre ellas enzimas, dando lugar a los denominados catalizadores de célula completa. Con el fin de evitar la necesidad de transporte de sustratos y productos a través de la membrana celular, para impedir que el ácido pirúvico producido sea consumido y para permitir la recuperación del poder enzimático, se propone que las cuatro enzimas de proceso (ALY, OAL, DEHR, KDGA) sean fusionadas a Ag43 en reemplazo de PD. Para validar el funcionamiento de este sistema de inmovilización basado en Ag43, una proteína fluorescente (EGFP) fue intercambiada por el dominio PD. Con la utilización de tripsina para la liberación de la proteína fluorescente acoplada a Ag43, se pudo demostrar que el sistema basado en Ag43 permite exponer en forma correcta las proteínas en la membrana celular externa. Todas las enzimas de proceso fusionadas a Ag43 fueron expresadas correctamente, sin embargo, para ninguna de ellas se pudo demostrar actividad específica sobre su respectivo sustrato. Todos los ensambles genéticos desarrollados en este trabajo se realizaron mediante Gibson Asembly. Un programa computacional para el diseño específico de partidores para esta técnica fue desarrollado.

A fenilcetonúria (PKU) é um dos erros inatos do metabolismo mais frequentes. Ela é causada pela deficiência na atividade da fenilalanina hidroxilase, levando à acumulação de fenilalanina e dos seus metabolitos no sangue e tecidos. A PKU ou hiperfenilalaninemia materna não tratada pode resultar em prole não fenilcetonúrica com baixo peso ao nascer e sequelas neonatais, especialmente microcefalia e deficiência intelectual. Os mecanismos subjacentes à neuropatologia da lesão cerebral na síndrome da fenilcetonúria materna são pouco compreendidos. No presente estudo, avaliou-se o possível efeito preventivo da coadministração de creatina e piruvato sobre os efeitos desencadeados pela administração de fenilalanina a ratas Wistar durante a gestação e lactação em algumas enzimas envolvidas na rede de fosforil transferência no córtex cerebral e no hipocampo da prole aos 21 dias de idade. A administração de fenilalanina provocou diminuição do peso corporal, do córtex cerebral e hipocampo e diminuição da atividade da adenilato-cinase e creatina-cinase citosólica e mitocondria. A coadministração de creatina e piruvato foi eficaz na prevenção destas alterações provocadas por fenilalanina, sugerindo que modificações no metabolismo energético podem ser importantes na fisiopatologia da PKU materna. Se estas alterações também ocorrem na PKU materno, é possível que a suplementação com creatina e piruvato à dieta restrita em fenilalanina possa ser benéfica para os filhos de mães fenilcetonúricas. / Phenylketonuria (PKU) is the most frequent inborn error of metabolism. It is caused by deficiency in the activity of phenylalanine hydroxylase, leading to accumulation of phenylalanine and its metabolites. Untreated maternal PKU or hyperphenylalaninemia may result in nonphenylketonuric offspring with low birth weight and neonatal sequelae, especially microcephaly and intellectual disability. The mechanisms underlying the neuropathology of brain injury in maternal PKU syndrome are poorly understood. In the present study, we evaluated the possible preventive effect of the co-administration of creatine plus pyruvate on the effects elicited by phenylalanine administration to female Wistar rats during pregnancy and lactation on some enzymes involved in the phosphoryltransfer network in the brain cortex and hippocampus of the offspring at 21 days of age. Phenylalanine administration provoked diminution of body, brain cortex an hippocampus weight and decrease of adenylate kinase, mitochondrial and cytosolic creatine kinase activities. Coadministration of creatine plus pyruvate was effective in the prevention of those alterations provoked by phenylalanine, suggesting that altered energy metabolism may be important in the pathophysiology of maternal PKU. If these alterations also occur in maternal PKU, it is possible that pyruvate and creatine supplementation to the phenylalanine-restricted diet might be beneficial to the children born from phenylketonuric mothers.

Prolina (Pro) é metabolizada por suas próprias enzimas especializadas com seus próprios mecanismos de regulação e localizações teciduais e subcelulares. Foram descritos erros inatos no metabolismo da Pro em seres humanos. A Hiperprolinemia tipo II é uma doença hereditária causada por uma deficiência de Δ1-pirrolino-5-carboxilato desidrogenase, cuja característica bioquímica é a acumulação de Pro no plasma e tecidos causando diversos problemas, incluindo dano cerebral em alguns pacientes. Vários investigadores demonstram a Pro como uma fonte de espécies reativas de oxigênio (EROs) e uma relação entre uma concentração elevada de Pro e sintomas neurológicos tem sido demonstrada em pacientes com HPII. Uma vez que as mitocôndrias constituem uma fonte importante de EROs, investigou-se a geração de EROs mediada por Pro em mitocôndrias de fígado de rato. Os resultados sugeriram que uma função normal do complexo III da cadeia transportadora de elétrons (CTE) parece ser essencial para a toxicidade da Pro, enquanto que a atividade dos complexos I e IV, e presença Ca+2, aparentemente, não são necessárias. Como existe uma escassez de informações sobre as funções da Pro no crescimento e desenvolvimento do feto e recém-nascido, bem como uma falta de novas estratégias terapêuticas, também investigamos a ação do piruvato e de creatina sobre os efeitos desencadeados pela administração crônica de Pro em ratas durante a gravidez e lactação sobre o cérebro da prole. administração de Pro nas mães induziu estresse oxidativo e diminuiu as atividades da piruvato quinase e creatina quinase no cérebro da prole. No entanto, a co-administração de creatina e piruvato preveniram apenas parcialmente as alterações causadas pela administração de Pro. / Proline (Pro) is metabolized by its own specialized enzymes with their own tissue and subcellular localizations and mechanisms of regulation. Inborn errors of Pro metabolism have been described. Type II Hyperprolinemia is an inherited disorder caused by a deficiency of Δ1-pyrroline- 5-carboxilic acid dehydrogenase, whose biochemical hallmark is Pro accumulation in plasma and tissues causing several problems including cerebral damage in some affected patients. Several investigators have shown that Pro is a source of reactive oxygen species (ROS) and a relationship between a high concentration of Pro and neurological symptoms has been demonstrated in patients with HPII. Since mitochondria constitute a major source of ROS, we investigated the generation of Pro-mediated ROS by Pro in rat liver mitochondria. We found that a normal function of complex III of the electron transport chain (ETC) seems to be essential for Pro toxicity, whereas activity of complexes I and IV and Ca+2 presence apparently are not required. Because there is a paucity of information about roles for Pro in growth and development of the fetus and neonate, as well as a lack on new therapeutic strategies, we also investigated the action of pyruvate and creatine on the effects elicited by chronic Pro administration to female rats during pregnancy and lactation on the offspring brain. We found that Pro administration to the mothers induced oxidative stress and diminished the pyruvate kinase and creatine kinase activities in the brain of the offspring. However, co-administration of creatine plus pyruvate did not fully prevented the alterations caused by Pro administration.

Made available in DSpace on 2016-04-04T12:35:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 loyze_lima_ioc_mest_2014.pdf: 4809047 bytes, checksum: ddb3a58d24cdeff435fb1a250dcb5a46 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2014 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Toxoplasma gondii causa uma infecção comumente assintomática, porém pode se apresentar de forma grave durante a gravidez e em pacientes imunocomprometidos. A terapia atual para a toxoplasmose é restrita contra taquizoítos, e possuem pouco ou nenhum efeito sobre bradizoítos, que são mantidos em cistos teciduais como fonte recrudescente da infecção. Com isso, novas alternativas terapêuticas vêm sendo propostas, como o uso da Atovaquona, que apresentou alguma eficácia sobre taquizoítos e bradizoítos em cistos teciduais. Neste trabalho, foi estudado o efeito de 3-BrPA, um composto utilizado em testes sobre células cancerígenas, durante a interação de células LLC-MK2 infectadas com taquizoítos da cepa RH de T. gondii. Quanto à célula hospedeira não se observou efeito do composto sobre a proliferação e viabilidade celular. A avaliação da interferência de 3-BrPA sobre o crescimento in vitro do T. gondii evidenciou uma redução na proliferação intracelular do parasito de cerca de 55% após 24 h de tratamento e 61% após 48 h O desenvolvimento intracelular do parasito, analisado por MEV, apresentou características morfológicas comumente encontradas em cistos teciduais. A incubação das culturas com lectina DBA confirmou o desenvolvimento de cistos e por MET se evidenciou a presença de bradizoítos. Além disso, foram revelados parasitos degradados e a influência do composto sobre a endodiogenia. Outra abordagem adotada foi o tratamento de culturas infectadas com a combinação de 3-BrPA e Atovaquona, que resultou em uma redução de parasitos intracelulares de 73% após 24 h de tratamento e 71% após 48 h, em comparação ao controle, além da ausência da formação de parede cística nessas culturas. Conclui-se, portanto, que a utilização de 3-BrPA pode se apresentar como uma importante ferramenta para o estudo:(i) da cistogênese in vitro;(ii)do metabolismo do parasito, necessitando de maior aprofundamento do alvo de ação do composto em T. gondii;(iii) das vias metabólicas alternativas do parasito, e (iv) dos mecanismos moleculares/celulares desencadeados que levaram a morte dos parasitos / Toxoplasma gondii usually causes an asymptomatic infection, but it can present severity during pregnancy and in immunocompromised patients . Current therapies for toxoplasmosis are restricted only against tachyzoites, and have little or no effect on bradyzoites, which are kept in tissue cysts like source of the infection recrudescent. Consequently, new therapeutic alternatives have been proposed, as the use of Atovaquone that showed some effica cy against tachyzoites and bradyzoites in tissue cysts. In this work, we propose to study the effect of 3 - BrPA, a compound that is being tested against cancer cells, on the infection of LLC - MK 2 cells with tachyzoites of T. gondii (RH strain) . N o effect of 3 - BrPA on host cell proliferation and viability was observed. Evaluation of 3 - BrPA interference on in vitro growth of T. gondii showed a reduction in intracellular parasite proliferation about 55% after 24 h of treatment, and 61% after 48 h. Intracellular d evelopment of parasite, analyzed by SEM, showed morphological characteristics commonly found in tissue cysts. Incubation of cultures with DBA lectin confirmed the development of cysts and TEM showed the presence of bradyzoites. Moreover, we revealed the pr esence of degraded parasites and the influence of compound on endodyogeny. Another approach used was the treatment of infected cultures with combination of 3 - BrPA and Atovaquone. This r esulted in the reduction of intracellular parasites of 73% after 24 h o f treatment and 71% after 48 h, compared to control, besides the absence of cyst wall formation in these cultures. The refore, it is concluded that use of 3 - BrPA may pres ent as an important tool for study of: (i) in vitro c ystogenesis , (ii) the metabolism o f the parasite, requiring deeper understanding of the target of action of the compound in T. gondii , (iii) the alternatives metabolic pathways of the parasite, and (iv) the molecular / cellular triggered that led to death of the parasites mechanisms.

A fenilcetonúria (PKU) é um dos erros inatos do metabolismo mais frequentes. Ela é causada pela deficiência na atividade da fenilalanina hidroxilase, levando à acumulação de fenilalanina e dos seus metabolitos no sangue e tecidos. A PKU ou hiperfenilalaninemia materna não tratada pode resultar em prole não fenilcetonúrica com baixo peso ao nascer e sequelas neonatais, especialmente microcefalia e deficiência intelectual. Os mecanismos subjacentes à neuropatologia da lesão cerebral na síndrome da fenilcetonúria materna são pouco compreendidos. No presente estudo, avaliou-se o possível efeito preventivo da coadministração de creatina e piruvato sobre os efeitos desencadeados pela administração de fenilalanina a ratas Wistar durante a gestação e lactação em algumas enzimas envolvidas na rede de fosforil transferência no córtex cerebral e no hipocampo da prole aos 21 dias de idade. A administração de fenilalanina provocou diminuição do peso corporal, do córtex cerebral e hipocampo e diminuição da atividade da adenilato-cinase e creatina-cinase citosólica e mitocondria. A coadministração de creatina e piruvato foi eficaz na prevenção destas alterações provocadas por fenilalanina, sugerindo que modificações no metabolismo energético podem ser importantes na fisiopatologia da PKU materna. Se estas alterações também ocorrem na PKU materno, é possível que a suplementação com creatina e piruvato à dieta restrita em fenilalanina possa ser benéfica para os filhos de mães fenilcetonúricas. / Phenylketonuria (PKU) is the most frequent inborn error of metabolism. It is caused by deficiency in the activity of phenylalanine hydroxylase, leading to accumulation of phenylalanine and its metabolites. Untreated maternal PKU or hyperphenylalaninemia may result in nonphenylketonuric offspring with low birth weight and neonatal sequelae, especially microcephaly and intellectual disability. The mechanisms underlying the neuropathology of brain injury in maternal PKU syndrome are poorly understood. In the present study, we evaluated the possible preventive effect of the co-administration of creatine plus pyruvate on the effects elicited by phenylalanine administration to female Wistar rats during pregnancy and lactation on some enzymes involved in the phosphoryltransfer network in the brain cortex and hippocampus of the offspring at 21 days of age. Phenylalanine administration provoked diminution of body, brain cortex an hippocampus weight and decrease of adenylate kinase, mitochondrial and cytosolic creatine kinase activities. Coadministration of creatine plus pyruvate was effective in the prevention of those alterations provoked by phenylalanine, suggesting that altered energy metabolism may be important in the pathophysiology of maternal PKU. If these alterations also occur in maternal PKU, it is possible that pyruvate and creatine supplementation to the phenylalanine-restricted diet might be beneficial to the children born from phenylketonuric mothers.

Prolina (Pro) é metabolizada por suas próprias enzimas especializadas com seus próprios mecanismos de regulação e localizações teciduais e subcelulares. Foram descritos erros inatos no metabolismo da Pro em seres humanos. A Hiperprolinemia tipo II é uma doença hereditária causada por uma deficiência de Δ1-pirrolino-5-carboxilato desidrogenase, cuja característica bioquímica é a acumulação de Pro no plasma e tecidos causando diversos problemas, incluindo dano cerebral em alguns pacientes. Vários investigadores demonstram a Pro como uma fonte de espécies reativas de oxigênio (EROs) e uma relação entre uma concentração elevada de Pro e sintomas neurológicos tem sido demonstrada em pacientes com HPII. Uma vez que as mitocôndrias constituem uma fonte importante de EROs, investigou-se a geração de EROs mediada por Pro em mitocôndrias de fígado de rato. Os resultados sugeriram que uma função normal do complexo III da cadeia transportadora de elétrons (CTE) parece ser essencial para a toxicidade da Pro, enquanto que a atividade dos complexos I e IV, e presença Ca+2, aparentemente, não são necessárias. Como existe uma escassez de informações sobre as funções da Pro no crescimento e desenvolvimento do feto e recém-nascido, bem como uma falta de novas estratégias terapêuticas, também investigamos a ação do piruvato e de creatina sobre os efeitos desencadeados pela administração crônica de Pro em ratas durante a gravidez e lactação sobre o cérebro da prole. administração de Pro nas mães induziu estresse oxidativo e diminuiu as atividades da piruvato quinase e creatina quinase no cérebro da prole. No entanto, a co-administração de creatina e piruvato preveniram apenas parcialmente as alterações causadas pela administração de Pro. / Proline (Pro) is metabolized by its own specialized enzymes with their own tissue and subcellular localizations and mechanisms of regulation. Inborn errors of Pro metabolism have been described. Type II Hyperprolinemia is an inherited disorder caused by a deficiency of Δ1-pyrroline- 5-carboxilic acid dehydrogenase, whose biochemical hallmark is Pro accumulation in plasma and tissues causing several problems including cerebral damage in some affected patients. Several investigators have shown that Pro is a source of reactive oxygen species (ROS) and a relationship between a high concentration of Pro and neurological symptoms has been demonstrated in patients with HPII. Since mitochondria constitute a major source of ROS, we investigated the generation of Pro-mediated ROS by Pro in rat liver mitochondria. We found that a normal function of complex III of the electron transport chain (ETC) seems to be essential for Pro toxicity, whereas activity of complexes I and IV and Ca+2 presence apparently are not required. Because there is a paucity of information about roles for Pro in growth and development of the fetus and neonate, as well as a lack on new therapeutic strategies, we also investigated the action of pyruvate and creatine on the effects elicited by chronic Pro administration to female rats during pregnancy and lactation on the offspring brain. We found that Pro administration to the mothers induced oxidative stress and diminished the pyruvate kinase and creatine kinase activities in the brain of the offspring. However, co-administration of creatine plus pyruvate did not fully prevented the alterations caused by Pro administration.

Prolina (Pro) é metabolizada por suas próprias enzimas especializadas com seus próprios mecanismos de regulação e localizações teciduais e subcelulares. Foram descritos erros inatos no metabolismo da Pro em seres humanos. A Hiperprolinemia tipo II é uma doença hereditária causada por uma deficiência de Δ1-pirrolino-5-carboxilato desidrogenase, cuja característica bioquímica é a acumulação de Pro no plasma e tecidos causando diversos problemas, incluindo dano cerebral em alguns pacientes. Vários investigadores demonstram a Pro como uma fonte de espécies reativas de oxigênio (EROs) e uma relação entre uma concentração elevada de Pro e sintomas neurológicos tem sido demonstrada em pacientes com HPII. Uma vez que as mitocôndrias constituem uma fonte importante de EROs, investigou-se a geração de EROs mediada por Pro em mitocôndrias de fígado de rato. Os resultados sugeriram que uma função normal do complexo III da cadeia transportadora de elétrons (CTE) parece ser essencial para a toxicidade da Pro, enquanto que a atividade dos complexos I e IV, e presença Ca+2, aparentemente, não são necessárias. Como existe uma escassez de informações sobre as funções da Pro no crescimento e desenvolvimento do feto e recém-nascido, bem como uma falta de novas estratégias terapêuticas, também investigamos a ação do piruvato e de creatina sobre os efeitos desencadeados pela administração crônica de Pro em ratas durante a gravidez e lactação sobre o cérebro da prole. administração de Pro nas mães induziu estresse oxidativo e diminuiu as atividades da piruvato quinase e creatina quinase no cérebro da prole. No entanto, a co-administração de creatina e piruvato preveniram apenas parcialmente as alterações causadas pela administração de Pro. / Proline (Pro) is metabolized by its own specialized enzymes with their own tissue and subcellular localizations and mechanisms of regulation. Inborn errors of Pro metabolism have been described. Type II Hyperprolinemia is an inherited disorder caused by a deficiency of Δ1-pyrroline- 5-carboxilic acid dehydrogenase, whose biochemical hallmark is Pro accumulation in plasma and tissues causing several problems including cerebral damage in some affected patients. Several investigators have shown that Pro is a source of reactive oxygen species (ROS) and a relationship between a high concentration of Pro and neurological symptoms has been demonstrated in patients with HPII. Since mitochondria constitute a major source of ROS, we investigated the generation of Pro-mediated ROS by Pro in rat liver mitochondria. We found that a normal function of complex III of the electron transport chain (ETC) seems to be essential for Pro toxicity, whereas activity of complexes I and IV and Ca+2 presence apparently are not required. Because there is a paucity of information about roles for Pro in growth and development of the fetus and neonate, as well as a lack on new therapeutic strategies, we also investigated the action of pyruvate and creatine on the effects elicited by chronic Pro administration to female rats during pregnancy and lactation on the offspring brain. We found that Pro administration to the mothers induced oxidative stress and diminished the pyruvate kinase and creatine kinase activities in the brain of the offspring. However, co-administration of creatine plus pyruvate did not fully prevented the alterations caused by Pro administration.

A fenilcetonúria (PKU) é um dos erros inatos do metabolismo mais frequentes. Ela é causada pela deficiência na atividade da fenilalanina hidroxilase, levando à acumulação de fenilalanina e dos seus metabolitos no sangue e tecidos. A PKU ou hiperfenilalaninemia materna não tratada pode resultar em prole não fenilcetonúrica com baixo peso ao nascer e sequelas neonatais, especialmente microcefalia e deficiência intelectual. Os mecanismos subjacentes à neuropatologia da lesão cerebral na síndrome da fenilcetonúria materna são pouco compreendidos. No presente estudo, avaliou-se o possível efeito preventivo da coadministração de creatina e piruvato sobre os efeitos desencadeados pela administração de fenilalanina a ratas Wistar durante a gestação e lactação em algumas enzimas envolvidas na rede de fosforil transferência no córtex cerebral e no hipocampo da prole aos 21 dias de idade. A administração de fenilalanina provocou diminuição do peso corporal, do córtex cerebral e hipocampo e diminuição da atividade da adenilato-cinase e creatina-cinase citosólica e mitocondria. A coadministração de creatina e piruvato foi eficaz na prevenção destas alterações provocadas por fenilalanina, sugerindo que modificações no metabolismo energético podem ser importantes na fisiopatologia da PKU materna. Se estas alterações também ocorrem na PKU materno, é possível que a suplementação com creatina e piruvato à dieta restrita em fenilalanina possa ser benéfica para os filhos de mães fenilcetonúricas. / Phenylketonuria (PKU) is the most frequent inborn error of metabolism. It is caused by deficiency in the activity of phenylalanine hydroxylase, leading to accumulation of phenylalanine and its metabolites. Untreated maternal PKU or hyperphenylalaninemia may result in nonphenylketonuric offspring with low birth weight and neonatal sequelae, especially microcephaly and intellectual disability. The mechanisms underlying the neuropathology of brain injury in maternal PKU syndrome are poorly understood. In the present study, we evaluated the possible preventive effect of the co-administration of creatine plus pyruvate on the effects elicited by phenylalanine administration to female Wistar rats during pregnancy and lactation on some enzymes involved in the phosphoryltransfer network in the brain cortex and hippocampus of the offspring at 21 days of age. Phenylalanine administration provoked diminution of body, brain cortex an hippocampus weight and decrease of adenylate kinase, mitochondrial and cytosolic creatine kinase activities. Coadministration of creatine plus pyruvate was effective in the prevention of those alterations provoked by phenylalanine, suggesting that altered energy metabolism may be important in the pathophysiology of maternal PKU. If these alterations also occur in maternal PKU, it is possible that pyruvate and creatine supplementation to the phenylalanine-restricted diet might be beneficial to the children born from phenylketonuric mothers.

O objetivo deste trabalho foi investigar o possível efeito preventivo do piruvato e da creatina (substâncias energéticas e antioxidantes) sobre as alterações comportamentais e bioquímicas provocadas pela administração intra-hipocampal da fenilalanina (Phe) em ratos Wistar. Foi desenvolvido um modelo químico experimental de fenilcetonúria (PKU) pela administração intra-hipocampal de Phe a ratos Wistar adultos atingindo níveis semelhantes aos encontrados no cérebro dos pacientes afetados. Piruvato e creatina preveniram alterações de comportamento induzidas pela Phe nas tarefas de habituação no campo aberto. O piruvato e a creatina, isoladamente, não exerceram efeito sobre os animais nas tarefas de campo aberto, mas preveniram os efeitos da Phe sobre a atividade exploratória. A Phe, o piruvato e a creatina não tiveram efeito sobre a emocionalidade dos animais. Também foram investigados parâmetros de estresse oxidativo procurando evidências de um possível mecanismo pelo qual a alta concentração de Phe poderia resultar em prejuízo da habituação dos ratos ao campo aberto. A Phe provocou o aumento de TRAP, que é uma medida da concentração de substâncias antioxidantes não enzimáticas, principalmente GSH e tioredoxina, e de TAR, que é a medida da qualidade das substâncias antioxidantes não enzimáticas, bem como das sulfidrilas totais, que compreendem GSH, tioredoxina e grupos tióis de proteínas, as quais foram aumentadas no hipocampo de ratos que receberam Phe. TBARS, que é uma medida de lipoperoxidação, diminuiu pela administração de Phe. O piruvato e a creatina, isoladamente, não exerceram efeito sobre os parâmetros de estresses oxidativo, mas o aumento das defesas antioxidantes não enzimáticas induzido pela Phe no hipocampo foi totalmente prevenido pelo pré-tratamento com creatina ou piruvato, dois potentes antioxidantes, reforçando a hipótese de que o primeiro contato do hipocampo com Phe provoca a formação de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio, induzindo o aumento de defesas antioxidantes. Estes resultados também sugerem uma possível relação entre a inibição das atividades da piruvato quinase e da creatina quinase nas alterações de comportamento causadas por Phe. Em perspectiva, piruvato e creatina são suplementos dietéticos a serem considerados como agentes coadjuvantes para a atual terapia dos pacientes fenilcetonúricos baseada apenas em uma dieta restrita em Phe. / The objective of this work was to investigate the possible preventive effect of pyruvate and creatine (substances with energetic and antioxidant properties) on the behavioral and biochemical alterations caused by intrahippocampal administration of phenylalanine (Phe) in Wistar rats. It was developed a experimental chemical model of phenylketonuria(PKU) by injecting Phe into the hippocampus of adult Wistar rats, achieving similar levels than those verified in the brain of affected patients. Pyruvate and creatine prevented behavioral alterations induced by Phe in habituation in the open field task. Pyruvate and creatine did not cause effect on animal behaviour in the open field task, but they prevented the Phe effects on exploratory activity. Phe, pyruvate and creatine did not compromise emotionality of the animals in the open field task. Stress oxidative parameters were measured looking for evidences of a mechanism for which the high Phe concentration could result in the behavioral alterations. Phe provoked the increase of TRAP, which is a measure of the concentration of nonenzymatic antioxidant substances, mainly GSH and thioredoxin, and of TAR, which is a measure of the quality of nonenzymatic antioxidant substances, as well as of the Total sulfhydryl groups, which is a measure of GSH, thioredoxin and thiol-groups of proteins, in the hippocampus of the rats. TBARS, which is a measure of lipoperoxidation, was decreased by Phe administration. Pre-treatment with pyruvate and creatine did not altered stress oxidative parameters, but fully prevented the alterations induced by Phe administration, reinforcing the hypothesis that the first contact of the hippocampus with Phe provokes reactive oxygen and nitrogen species formation, inducing increase of antioxidant defenses. These results also suggest a possible relationship between the inhibition of piruvate kinase and creatine kinase activities in the behavioral alterations caused by Phe. In perspective, pyruvate and creatine are diet supplements to be considered as adjuvant agents to the present therapy of phenylketonuric pacients based only on Phe-restricted diet.