Os astrócitos são células conhecidas por sua capacidade dinâmica e versatilidade, participando não somente da manutenção da homeostase cerebral em condições fisiológicas, mas também respondendo em condições patológicas, como por exemplo, na encefalopatia hepática (EH). Esta patologia neurológica está associada principalmente à hiperamonemia, decorrente de uma falência hepática aguda ou crônica. A toxicidade da amônia no sistema nervoso central (SNC) é mediada por uma série de alterações celulares e metabólicas, principalmente nas células astrogliais. Nesse sentido, a busca por moléculas com potencial terapêutico no SNC é extremamente relevante. Trabalhos do nosso grupo mostraram que o resveratrol e o ácido lipoico, duas moléculas conhecidas pelos seus efeitos antioxidantes, modulam importantes funções gliais, relacionadas principalmente ao metabolismo glutamatérgico, à defesa antioxidante e à resposta inflamatória. Neste sentido, esta tese teve como objetivo avaliar os efeitos do resveratrol e do ácido lipoico em células astrogliais e neuronais expostas à amônia, assim como seus possíveis mecanismos protetores. Primeiramente, nós observamos que o resveratrol e o ácido lipoico foram capazes de prevenir as alterações induzidas pela amônia em células astrogliais C6, sobre parâmetros do metabolismo glutamatérgico, dentre os quais podemos destacar a captação de glutamato, a atividade da enzima glutamina sintetase (GS) e o conteúdo de glutationa (GSH). Além disso, o ácido lipoico também exerceu um efeito antiinflamatório nestas células, prevenindo a liberação de citocinas pró-inflamatórias (TNFα, IL- 1β, IL-6, IL-18) e da proteína S100B, através da diminuição da ativação do fator de transcrição NFκB. Nós também verificamos que a maioria dos efeitos protetores do resveratrol e do ácido lipoico foram dependentes da heme oxigenase 1 (HO1), uma enzima associada com a defesa celular em situações de estresse. Por fim, foram avaliados os efeitos do resveratrol e do ácido lipoico sobre células neuronais expostas à amônia. Novamente, ambos apresentaram um efeito benéfico, prevenindo tanto o aumento da produção de espécies reativas de oxigênio (ERO) quanto a diminuição do conteúdo de GSH induzidos pela amônia. Nas células neuronais, a proteína HO1 também participou dos efeitos protetores do resveratrol e do ácido lipoico. Em conjunto, esses resultados nos mostram que o resveratrol e o ácido lipoico são capazes de modular positivamente o funcionamento tanto de células astrogliais quanto de células neuronais em situações de hiperamonemia, compartilhando também alguns mecanismos de ação, como a indução da HO1. Este estudo in vitro sugere que o resveratrol e o ácido lipoico são potenciais agentes terapêuticos para doenças do SNC, as quais envolvam produção de espécies reativas e resposta inflamatória, como a EH. / Astrocytes are dynamic and versatile cells which participate in the maintenance of brain homeostasis in physiological conditions and also in response to pathological conditions, such as hepatic encephalopathy. This neurological disease is mainly associated with hyperamonnemia, resulting from acute or chronic liver failure. Ammonia toxicity in the central nervous system (CNS) is mediated by several cellular and metabolic alterations, primarily in astroglial cells. In this sense, the search for molecules with therapeutical potential for CNS becomes highly relevant. Our group has shown that resveratrol and lipoic acid, two molecules known for their antioxidant activities, are able to modulate important glial functions mainly related to glutamate metabolism, antioxidant defense and inflammatory response. In this sense, this study aimed to evaluate the effects of resveratrol and lipoic acid in astroglial and neuronal cells exposed to ammonia, as well as their possible protective mechanisms. Firstly, we observed that resveratrol and lipoic acid were able to prevent ammonia-induced alterations in C6 astroglial cells functioning, such as glutamate uptake, glutamine synthetase (GS) activity and intracellular GSH content. Moreover, lipoic acid also exerted an anti-inflammatory effect in C6 astroglial cells, preventing the ammonia-stimulated release of pro-inflammatory cytokines (TNF, IL-1β, IL-6, IL-18) and S100B protein, by decreasing the activation of the transcription factor NFκB. We also verified that the most protective effects of resveratrol and lipoic acid involved the heme oxygenase 1 (HO1), an enzyme associated with protection against stressful conditions. Finally, we evaluated the effects of resveratrol and lipoic acid on neuronal cells exposed to ammonia. Again, both showed beneficial roles, preventing the increase of reactive oxygen species (ROS) and decrease of GSH content induced by ammonia. In neuronal cells, HO1 also mediated the protective effects of resveratrol and lipoic acid. Taken together, these results show that resveratrol and lipoic acid are able to positively modulate the functioning of both astroglial and neuronal cells in hyperamonemmia conditions, sharing some mechanisms of action, such as HO1. This study in vitro suggests that resveratrol and lipoic acid may represent potential therapeutic agents for CNS, during oxidative and inflammatory damages, as the induced by ammonia.

Objetivos: Desenvolver um modelo de isquemia e reperfusão (I-R) ocular baseado no aumento da pressão intraocular (PIO) em ratos Wistar, e utilizar este modelo para investigar o efeito da guanosina (GUA) na captação de glutamato (GLU) nas retinas destes ratos em condições de I-R. Métodos: Desenvolvemos um modelo de I-R ocular e utilizamos este modelo para investigar 30 ratos Wistar, divididos em 3 grupos de 10 animais. Em cada rato, o olho direito foi submetido à elevação da PIO, gerando isquemia retiniana por 45 minutos, sem nenhuma intervenção no olho esquerdo (controle). No grupo 1, os animais não receberam GUA. No grupo 2, os animais receberam injeção intraperitoneal de GUA 30 minutos antes da isquemia e, no grupo 3, os animais receberam GUA na água durante 1 semana antes e 1 semana após a isquemia. Todos os animais foram mortos 7 dias após a isquemia e suas retinas foram coletadas para quantificar a captação de GLU. Resultados: As captações de GLU nas retinas controle foram semelhantes em todos os grupos. No grupo 1, a captação de GLU foi reduzida pela I-R. Esta redução foi abolida pela GUA administrada na água (grupo 3) e, no grupo 2, a captação de GLU aumentou com a administração intraperitoneal de GUA (P<0.001; ANOVA). Conclusões: Estes resultados sugerem que a I-R ocular gerada em nosso modelo experimental diminuiu a captação de GLU nas retinas de ratos Wistar e que a GUA aboliu tal redução ou, até mesmo, aumentou a captação de GLU. Este efeito da GUA está de acordo com estudos prévios que revelaram comportamento neuroprotetor da GUA no sistema nervoso central, por estimular a captação de GLU por astrócitos. Na retina, este efeito pode ser devido à ação da GUA estimulando a captação de GLU pelas células de Müller. / Purpose: To devise an experimental model of ocular ischemia-reperfusion (I-R) based on intraocular pressure (IOP) elevation in Wistar rats, and use this model to investigate the effect of guanosine (GUA) on glutamate (GLU) uptake in retinas of Wistar rats submitted to such ocular I-R injuries. Methods: We devised an experimental model of ocular I-R and applied this model to investigate 30 Wistar rats, divided in 3 groups of 10 rats. Each rat was submitted to IOP elevation in the right eye generating retinal ischemia during 45 minutes with no intervention in the left eye (control retina). In group 1, animals did not receive any GUA. In group 2, animals received an intraperitoneal injection of GUA 30 minutes before ischemia and, in group 3, animals received GUA in water during 1 week before and 1 week after ischemia. All animals were killed 7 days after ischemia and retina samples were obtained. Glutamate uptakes were performed from these retina samples. Results: GLU uptake in control retina was similar in all groups. In group 1, GLU uptake was significantly reduced by I-R; this reduction was abolished by GUA administration in water (group 3) and GLU uptake increased with intraperitoneal GUA (group 2).(P<0.001; ANOVA) Conclusions: These results point that I-R generated by our experimental model decreased GLU uptake in retinas of Wistar rats and that GUA abolished or even overcomed this decrease. These GUA effects are in agreement to previous results, which show that GUA administration presents neuroprotection in central nervous system by stimulating GLU uptake, mainly by astrocytes. In retina, this effect may be due to GUA stimulation of GLU uptake exerted mainly by Müller cells.

A hemorragia intracerebral (HIC) é uma das principais causas de mortalidade em todo mundo, desencadeando eventos adversos e déficits neurológicos graves. A partir disso, essa tese teve como objetivo avaliar as respostas celulares e suas interações envolvidas na HIC e investigar os possíveis mecanismos que contribuem para os déficits sensório-motores relacionados, principalmente, à habilidade dos membros anteriores dos animais. Para isso foram realizados dois experimentos. Em ambos os animais de 90 dias foram submetidos à HIC induzida por colagenase no estriado dorsolateral. No primeiro experimento, após 24h, 72h e 7 dias os animais foram avaliados funcionalmente, e histologicamente quanto ao volume da lesão. Ainda, durante 6h, 24h, 72h e 7 dias, o estriado e o córtex foram avaliados quanto ao número de células neuronais, gliais, e em apoptose; a expressão de GFAP e S100B, no estriado e no córtex, a secreção de S100B, no soro e líquido cérebro-espinhal (LCE). A HIC provocou déficits sensório-motores e perda tecidual; induziu morte neuronal e gliose reativa no estriado. O córtex obteve uma resposta astrocitária similar, mas quanto à microglia houve um aumento apenas em 6h. A S100B correlacionou-se positivamente com o número de células gliais; e negativamente com a força e função dos membros anteriores dos animais lesados. No segundo experimento, foram avaliados o estado oxidativo, o nível de TNF-α, a atividade da glutamina sintetase (GS) e a captação de glutamato nos tempos de 6h, 24h, 72h e 7 dias pós-lesão. Após 6h da HIC houve aumento no nível de TNF-α e excitotoxicidade glutamatérgica; entretanto, a função de clearence astrocitário foi restabelecida 7 dias após o dano. A HIC gerou estresse oxidativo e aumento de antioxidantes endógenos, além disso, as espécies reativas de oxigênio (ERO) inibiram a atividade da GS em 24h e 7 dias após a lesão. A partir dos resultados obtidos, podemos concluir que a S100B atua na lesão hemorrágica produzindo respostas distintas, região dependente, contribuindo para o aumento das células gliais no estriado e córtex, correlacionando-se positivamente com os déficits funcionais. Este é o primeiro relato descrevendo a relação da S100B com as alterações celulares e funcionais durante a progressão da HIC experimental. Além disso, os mecanismos envolvidos na HIC demonstraram padrões e respostas envolvendo excitotoxicidade glutamatérgica e inflamação, que colaboraram para o dano oxidativo; em resposta ao estresse houve o aumento de antioxidantes endógenos que podem ter contribuído para o reestabelecimento da função astrocitária. / Intracerebral haemorrhage (ICH) is a major cause of mortality worldwide, triggering adverse events and serious neurological deficits. From this standpoint, this thesis aimed to evaluate the cellular responses and interactions involved in ICH and investigate the possible mechanisms that contribute to sensory-motor deficits, mainly related to the ability of the forelimbs of animals. For this, two experiments were conducted. In both, animals of 90 days of age were subjected to ICH induced by collagenase in dorsolateral striatum. In the first experiment, after 24h, 72h and 7 days, the animals were evaluated functionally, and histologically about the lesion volume. Also, at 6h, 24h, 72h and 7 days, the striatum and the cortex was evaluated as the number of neuronal, glial and apoptotic cells; the expression of GFAP and S100B, the striatum and cortex, S100B secretion in serum and cerebrospinal fluid (CSF). ICH caused sensorimotor deficits and tissue loss; induced neuronal death and reactive gliosis in the striatum. The cortex astrocyte obtained a similar response, but about the microglia there was an increase only at 6h. S100B was positively correlated with the number of glial cells; and negatively correlated with the strength and function of the forelimbs of injured animals. In the second experiment, were evaluated the oxidative state, the level of TNF-α, the activity of glutamine synthetase (GS) and glutamate uptake at 6h, 24h, 72h and 7 days post-injury. After 6h from ICH, there was an increase in TNF-α levels and glutamatergic excitotoxicity; however, the astrocyte clearance function was established 7 days after the damage. HIC generated oxidative stress and increase of endogenous antioxidants, in addition, reactive oxygen species (ROS) inhibited the activity of GS in 24h and 7 days after injury. Based on the results obtained, we can conclude that S100B acts in hemorrhagic lesions producing different responses, region-dependent, contributing to the increase in glial cells in the striatum and cortex, correlating positively with functional deficits. This is the first report describing the relation of S100B with cellular and functional changes during the progression of experimental ICH. Furthermore, the mechanisms involved in ICH displayed patterns and responses involving glutamatergic excitotoxicity and inflammation, that contributed to oxidative damage; in response to stress there was an increase of endogenous antioxidants which may have contributed to the re-establishment of astrocyte function.

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O consumo desenfreado de etanol traz consequências negativas, que envolvem problemas fisiopatológicos e de socialização do indivíduo, além de questões de saúde pública. Seu consumo por mulheres grávidas acarreta em danos ao desenvolvimento e formação cerebral do feto, causando a Síndrome Alcoólica Fetal (SAF). Uma forma mais abrangente deste distúrbio é a FASD (Fetal Alcohol Spectrum Disorder), que inclui formas brandas de SAF, bem como qualquer desordem neurológica ou congênita em decorrência do etanol. O objetivo do estudo é avaliar as alterações comportamentais e neuroquímicas em peixezebra adulto após a exposição a diferentes concentrações de etanol na fase inicial do seu desenvolvimento. Para a indução desta desordem, utilizamos ovos de peixe-zebra com 24h pós-fertilização, expostos a diferentes concentrações de etanol: 0%, 0,1%, 0,25%, 0,5% e 1%, durante duas horas. Acompanhamos o desenvolvimento destes animais até a fase adulta (4 meses), onde foram realizadas diferentes tarefas comportamentais: exploração do aparato novel tank e interação social, além de captação de glutamato, como medida neuroquímica. Como resultados mais relevantes, destacam-se a exploração de todo o aparato pelo grupo controle e uma diminuição concentração-dependente da exploração pelos grupos expostos previamente ao etanol; maior permanência no fundo do novel tank nas concentrações elevadas de etanol; uma diminuição concentração-dependente do tempo de permanência próximo ao cardume de acordo com o aumento da concentração de etanol. Quanto às análises bioquímicas, a captação de glutamato mostrou uma diminuição significativa na função de transporte deste neurotransmissor nos animais tratados com concentrações mais elevadas de etanol. A posterior intervenção farmacológica com buspirona reverteu o perfil comportamental previamente observado pelo efeito do etanol. Considerando as análises bioquímicas, a captação de glutamato mostrou uma diminuição significativa na função de transporte deste neurotransmissor nos animais tratados com concentrações intermediárias (0.25 e 0,5%)de etanol. Concluímos que a exposição prévia a diferentes concentrações de etanol na fase embrionária leva a alterações comportamentais na fase adulta, tais como diminuição de exploração frente a novidades, ansiedade e diminuição de interação social. / The excessive consumption of ethanol has negative consequences, which involve pathophysiological and individual socialization issues, and public health issues. Its consumption by pregnant women causes damage to brain development and formation of the fetus, causing fetal alcohol syndrome (FAS). A broader form of this disorder is the FASD (Fetal Alcohol Spectrum Disorder), which includes milder forms of FAS, as well as any neurological disorder or congenital due to ethanol. This project proposes to assess the behavioral and neurochemical alterations in adult zebrafish after exposure to different concentrations of ethanol in the initial phase of its development. To induce this disorder, we use zebrafish eggs and 24h post-fertilization exposed to different concentrations of ethanol, 0%, 0.1%, 0.25%, 0.5% and 1%, for two hours. We observed the development of these animals to juvenile and adulthood, which will be performed different behavioral tasks: exploration of novel apparatus tank and social interaction, as well as glutamate uptake, as measured neurochemistry. Among the most relevant results, we highlight the exploration of the whole apparatus for the control group and a concentration-dependent decrease of exploration by groups previously exposed to ethanol. It was observed high time spent in the bottom of the novel tank in high concentrations of ethanol. Furthermore, elevated spend time close to social interaction chamber was observed, with a dose-dependent decrease of this time in accordance with the increase of ethanol concentration. Further pharmacological intervention with buspirone reversed the behavioral profile previously observed the effect of ethanol. Considering biochemical analysis, glutamate uptake showed a significant decrease in the transport function of this neurotransmitter in animals treated with intermediated doses of ethanol. We conclude that prior exposure to different concentrations of ethanol in infancy leads to behavioral changes in adulthood, such as decreased operating front the news, anxiety and decreased social interaction.

O glioblastoma (GBM) é o mais comum dos tumores primários malignos que afetam o Sistema Nervoso Central (SNC), sendo um dos cânceres mais letais. A ressecção cirúrgica desse tumor é o tratamento de intervenção inicial mais utilizado nos pacientes. Embora a radioterapia e a quimioterapia aumente a sobrevida, a maioria dos pacientes chega ao óbito em até um ano após o diagnóstico. Além disso, os GBM estão entre os tumores mais resistentes à radiação e à quimioterapia. Dessa forma, torna-se imprescindível a busca de novas estratégias terapêuticas que visem à melhora da qualidade de vida dos pacientes e ao aumento do tempo de sobrevida. O glutamato (L-Glu) é o aminoácido encontrado em maior concentração no SNC e ele exerce seus papéis fisiológicos e patológicos através da ativação de receptores de membrana metabotrópicos e ionotrópicos. Diversos estudos in vitro e in vivo têm demonstrado que células de GBM liberam altos níveis de L-Glu para o meio extracelular, o que promove a sua proliferação e migração, contribuindo para a malignidade deste tipo de tumor. De fato, é provável que a ligação desse aminoácido aos receptores metabotrópicos de glutamato (mGluR) relacione-se com a agressividade dos GBM, visto que eles são amplamente expressos nestas células. Dessa forma, o objetivo desta tese foi investigar o papel dos mGluR sobre a agressividade de GBM, buscando uma assinatura gênica que tenha valor como potencial biomarcador prognóstico e preditivo de tratamento complementar adjuvante. Através da uma meta-análise de duas coortes de amostras de GBM humanos foi possível identificar uma assinatura gênica de mGluR com valor prognóstico, na qual biópsias com alta expressão gênica de mGluR3 e baixa de mGluR4 e mGluR6 predizem um desfecho antecipado para os pacientes. O potencial desses receptores sobre a malignidade desses tumores foi avaliado por experimentos in vitro utilizando o tratamento de linhagens de GBM com ligantes de mGluR. O bloqueio farmacológico de mGluR do grupo II pelo antagonista LY341495 e a ativação farmacológica de mGluR III por L-AP4 diminuíram a porcentagem de células de linhagem de GBM em 25-28 %. A combinação desses tratamentos não apresentou efeito sinérgico. O potencial da assinatura gênica também foi avaliado in vivo utilizando ratos implantados ortotopicamente com células da linhagem C6 e tratados intracisternalmente com os ligantes de mGluR e intraperitonealmente com quimioterápico padrão, a temozolamida. Os resultados obtidos nos experimentos in vivo, apesar de preliminares, em relação ao tratamento com os ligantes de mGluR, são muito promissores, permitindo várias perspectivas em relação a adaptações de protocolo e a realização de experimentos complementares. Este estudo demonstrou que a avaliação da expressão gênica de mGluR3, 4 e 6 em biópsias de GBM humanos possui um grande potencial prognóstico. A diminuição do número de células da linhagem C6 após o tratamento in vitro com ligantes de mGluR (LY341495 e L-AP4) está de acordo com o comportamento de agressividade previsto nos estudos in silico. Embora mais experimentos in vitro e in vivo sejam necessários para melhor avaliação do potencial dessa assinatura gênica de mGluR, os resultados obtidos indicam que a avaliação da expressão dos oito subtipos de mGluR em biópsias de GBM pode ser considerada em âmbito clínico para guiar futuras intervenções quimioterápicas. / Glioblastoma (GBM) is the most common malignant primary tumor of Central Nervous System (CNS) and one of the most lethal cancers. Surgical resection of this tumor is the most commonly initial intervention treatment used in patients. Although radiotherapy and chemotherapy increase survival, it is expected that the majority of patients will die within a year after diagnosis. In addition, GBM are among the most radiation- and chemotherapy-resistant tumors. Thus, it is imperative to search for new therapeutic strategies that aim to improve patients' quality of life and to increase survival time. Glutamate (L-Glu) is the amino acid found in higher concentration in CNS and it exerts its physiological and pathological roles through the activation of metabotropic and ionotropic membrane receptors. Several studies have demonstrated in vitro and in vivo that GBM cells release high levels of L-Glu into extracellular medium. This event was shown to promote GBM proliferation and migration, contributing to the malignancy of this type of tumor. Indeed, it is likely that the binding of that amino acid to metabotropic glutamate receptors (mGluR) relates to GBM aggressiveness, since they are widely expressed in these cells. Thus, the objective of this work was to investigate the role of mGluR on GBM aggressiveness, searching for a gene signature that has potential value as biomarker to predict the prognosis and adjuvant complementary treatment. Through the meta-analysis of two GBM human samples cohorts, it was possible to identify an mGluR gene signature with prognostic value, in which biopsies with high mGluR3 and low mGluR4 and mGluR6 gene expression predict an early outcome for patients. The potential of these receptors on the malignancy of these tumors was assessed by in vitro experiments through the treatment of GBM lineages with mGluR ligands. Pharmacological blockade of group II mGluR by LY341495 and pharmacological activation of group III mGluR by L-AP4 decreased the amount of C6 cells in 25-28 %. The combination of these treatments had no synergistic effect. The potential of the gene signature was also assessed in vitro using GBM-implanted rats treated intracisternally with mGluR ligands and intraperitoneally with standard chemotherapy, temozolomide. The results obtained in in vivo experiments, although very preliminary in relation to treatment with the mGluR ligands, are very promising, allowing several perspectives regarding protocol adaptations and the accomplishment of complementary experiments. This study demonstrated that evaluation of mRNA levels of mGluR3, 4, and 6 in human GBM biopsies has a great prognostic potential. The decrease in number of C6 cells after in vitro treatment with mGluR ligands (LY341495 and L-AP4) is in accordance with the predicted aggressiveness behavior proposed in silico. Although further in vitro and in vivo experiments are required for better evaluation of mGluR gene signature potential, these results indicate that evaluation of the eight mGluR subtypes in GBM biopsies may be considered in clinical scope to guide future chemotherapeutic interventions.

O hipotálamo é uma região cerebral fundamental na detecção e na integração de sinais nutricionais e hormonais da periferia, proporcionando mudanças fisiológicas adequadas para a manutenção da homeostase energética, além de estar envolvido em outras funções essenciais aos organismos, tais como a regulação do balanço energético, da temperatura corporal, do ritmo circadiano e da reprodução. O hipotálamo também é uma estrutura crucial durante o envelhecimento, em virtude do papel dominante que desempenha no organismo e, considerando-se o aumento da expectativa de vida da população mundial, entender as alterações ocorridas nesta região cerebral pode ajudar a elucidar mecanismos patofisiológicos de doenças neurometabólicas, bem como levar a uma melhora na qualidade de vida dos indivíduos. Os astrócitos hipotalâmicos desempenham várias funções que podem afetar diretamente a homeostase energética, pois estas células estão envolvidas na detecção e no transporte de nutrientes, e expressam receptores para hormônios metabólicos e neuropeptídios, podendo modular a atividade dos neurônios responsáveis pelo controle do apetite e saciedade. Além disso, este tipo celular participa da resposta inflamatória na região hipotalâmica, podendo levar à resistência à leptina e à intolerância à glicose. Dessa forma, o objetivo deste estudo foi avaliar as características morfofuncionais de culturas primárias de astrócitos hipotalâmicos de ratos Wistar recém-nascidos, adultos e envelhecidos (1-2 dias, 90 dias e 180 dias, respectivamente). Foram observadas alterações idade-dependentes na regulação da homeostase glutamatérgica, biossíntese da glutationa, perfil de aminoácidos, metabolismo da glicose, suporte trófico, resposta inflamatória e sensibilidade à leptina. Além disso, verificou-se que importantes vias de sinalização, tais como Nrf-2/HO-1, p38 MAPK, NFκB, COX-2, iNOS e PI3K/Akt, apresentaram alterações com o passar da idade. Portanto, este estudo evidencia que a capacidade homeostática dos astrócitos hipotalâmicos se mostra alterada ao longo do processo de envelhecimento e que, consequentemente, estas células podem estar envolvidas no desenvolvimento de distúrbios metabólicos, tornando-se alvos terapêuticos em potencial. / The hypothalamus is a fundamental brain region in the detection and integration of nutritional and hormonal signals from the periphery, providing adequate physiological changes to maintain energy homeostasis, besides being involved in other essential functions to the organisms, such as: energy balance, temperature, circadian rythm and reproduction. Additionally, the hypothalamus is crucial in the aging process, due its neurometabolic role, and considering the extending human life span, understanding the changes in this brain region might contribute to elucidate the patho(phisio)logical mechanisms of neurometabolic diseases, as well as might improve the healthy of individuals. Hypothalamic astrocytes perform various functions that may directly affect energy homeostasis, since these cells are involved in the detection and transport of nutrients, and express receptors for metabolic hormones and neuropeptides, thus modulating the activity of neurons responsible for controlling appetite and satiety. In addition, these cells participate in the inflammatory response in the hypothalamic region, and may lead to leptin resistance and glucose intolerance. Thus, the aim of this study was to evaluate the morphofunctional properties of primary cultures of hypothalamic astrocytes from newborn, adult and aged Wistar rats (1-2 days, 90 days and 180 days, respectively). Age-dependent changes in the regulation of glutamatergic homeostasis, glutathione biosynthesis, amino acid profile, glucose metabolism, trophic support, inflammatory response and leptin sensitivity were observed. Furthermore, important signaling pathways, such as Nrf-2/HO-1, p38 MAPK, NFκB, COX-2, iNOS and PI3K/Akt, changed with age. Therefore, this study showed that the homeostatic capacity of hypothalamic astrocytes is altered throughout the aging process and that, consequently, these cells may be involved in metabolic disorders, becoming potential therapeutic targets.

Os astrócitos são células conhecidas por sua capacidade dinâmica e versatilidade, participando não somente da manutenção da homeostase cerebral em condições fisiológicas, mas também respondendo em condições patológicas, como por exemplo, na encefalopatia hepática (EH). Esta patologia neurológica está associada principalmente à hiperamonemia, decorrente de uma falência hepática aguda ou crônica. A toxicidade da amônia no sistema nervoso central (SNC) é mediada por uma série de alterações celulares e metabólicas, principalmente nas células astrogliais. Nesse sentido, a busca por moléculas com potencial terapêutico no SNC é extremamente relevante. Trabalhos do nosso grupo mostraram que o resveratrol e o ácido lipoico, duas moléculas conhecidas pelos seus efeitos antioxidantes, modulam importantes funções gliais, relacionadas principalmente ao metabolismo glutamatérgico, à defesa antioxidante e à resposta inflamatória. Neste sentido, esta tese teve como objetivo avaliar os efeitos do resveratrol e do ácido lipoico em células astrogliais e neuronais expostas à amônia, assim como seus possíveis mecanismos protetores. Primeiramente, nós observamos que o resveratrol e o ácido lipoico foram capazes de prevenir as alterações induzidas pela amônia em células astrogliais C6, sobre parâmetros do metabolismo glutamatérgico, dentre os quais podemos destacar a captação de glutamato, a atividade da enzima glutamina sintetase (GS) e o conteúdo de glutationa (GSH). Além disso, o ácido lipoico também exerceu um efeito antiinflamatório nestas células, prevenindo a liberação de citocinas pró-inflamatórias (TNFα, IL- 1β, IL-6, IL-18) e da proteína S100B, através da diminuição da ativação do fator de transcrição NFκB. Nós também verificamos que a maioria dos efeitos protetores do resveratrol e do ácido lipoico foram dependentes da heme oxigenase 1 (HO1), uma enzima associada com a defesa celular em situações de estresse. Por fim, foram avaliados os efeitos do resveratrol e do ácido lipoico sobre células neuronais expostas à amônia. Novamente, ambos apresentaram um efeito benéfico, prevenindo tanto o aumento da produção de espécies reativas de oxigênio (ERO) quanto a diminuição do conteúdo de GSH induzidos pela amônia. Nas células neuronais, a proteína HO1 também participou dos efeitos protetores do resveratrol e do ácido lipoico. Em conjunto, esses resultados nos mostram que o resveratrol e o ácido lipoico são capazes de modular positivamente o funcionamento tanto de células astrogliais quanto de células neuronais em situações de hiperamonemia, compartilhando também alguns mecanismos de ação, como a indução da HO1. Este estudo in vitro sugere que o resveratrol e o ácido lipoico são potenciais agentes terapêuticos para doenças do SNC, as quais envolvam produção de espécies reativas e resposta inflamatória, como a EH. / Astrocytes are dynamic and versatile cells which participate in the maintenance of brain homeostasis in physiological conditions and also in response to pathological conditions, such as hepatic encephalopathy. This neurological disease is mainly associated with hyperamonnemia, resulting from acute or chronic liver failure. Ammonia toxicity in the central nervous system (CNS) is mediated by several cellular and metabolic alterations, primarily in astroglial cells. In this sense, the search for molecules with therapeutical potential for CNS becomes highly relevant. Our group has shown that resveratrol and lipoic acid, two molecules known for their antioxidant activities, are able to modulate important glial functions mainly related to glutamate metabolism, antioxidant defense and inflammatory response. In this sense, this study aimed to evaluate the effects of resveratrol and lipoic acid in astroglial and neuronal cells exposed to ammonia, as well as their possible protective mechanisms. Firstly, we observed that resveratrol and lipoic acid were able to prevent ammonia-induced alterations in C6 astroglial cells functioning, such as glutamate uptake, glutamine synthetase (GS) activity and intracellular GSH content. Moreover, lipoic acid also exerted an anti-inflammatory effect in C6 astroglial cells, preventing the ammonia-stimulated release of pro-inflammatory cytokines (TNF, IL-1β, IL-6, IL-18) and S100B protein, by decreasing the activation of the transcription factor NFκB. We also verified that the most protective effects of resveratrol and lipoic acid involved the heme oxygenase 1 (HO1), an enzyme associated with protection against stressful conditions. Finally, we evaluated the effects of resveratrol and lipoic acid on neuronal cells exposed to ammonia. Again, both showed beneficial roles, preventing the increase of reactive oxygen species (ROS) and decrease of GSH content induced by ammonia. In neuronal cells, HO1 also mediated the protective effects of resveratrol and lipoic acid. Taken together, these results show that resveratrol and lipoic acid are able to positively modulate the functioning of both astroglial and neuronal cells in hyperamonemmia conditions, sharing some mechanisms of action, such as HO1. This study in vitro suggests that resveratrol and lipoic acid may represent potential therapeutic agents for CNS, during oxidative and inflammatory damages, as the induced by ammonia.

A cafeína é um psicoestimulante muito consumido na dieta, tendo como principais fontes alimentares o café, o chá verde, refrigerantes de cola e energéticos. Uma vez que a cafeína ultrapassa a placenta e a barreira hematoencefálica, o consumo de cafeína durante a gestação pode afetar o feto em qualquer momento da gravidez. Alguns estudos têm mostrado que o consumo excessivo de cafeína em humanos pode estar associado com o aumento de aborto espontâneo e de baixo peso ao nascer. No entanto, é difícil de controlar fatores de confusão; dessa maneira, estudos experimentais são importantes para avaliar o efeito do consumo de cafeína no desenvolvimento encefálico. No primeiro capítulo desta tese, ratas Wistar foram tratadas com cafeína na água de beber (0,1; 0,3 e 1,0 g/L, o que corresponde à baixa, moderada e elevada ingestão, respectivamente), durante o ciclo escuro em dias de semana, duas semanas antes do acasalamento e durante toda a gestação. As ratas foram sacrificadas no dia embrionário 18 ou 20 (E18 ou E20, respectivamente), e o córtex e o hipocampo dos fetos foram dissecados para análise por Western Blot. Verificamos o imunoconteúdo cortical e hipocampal das seguintes proteínas: Proteína Associada ao Cone de Crescimento (GAP-43), Sonic Hedgehog (Shh), Proteína Associada ao Sinaptossoma (SNAP-25), Fator Neurotrófico Derivado do Encéfalo (BDNF) e seu receptor Tirosina Cinase B (TrkB). Além disso, foi avaliado o número de células neuronais e não-neuronais em ambas idades e regiões encefálicas pela marcação de NeuN. Em E18 no hipocampo, a maior dose de cafeína diminuiu TrkB e aumentou Shh, e a dose moderada (0,3 g/L) reduziu GAP-43; no córtex, houve uma diminuição de BDNF e um aumento de Shh nos embriões expostos à dose mais alta de cafeína nessa idade. No E20, o BDNF cortical foi aumentado pela dose mais elevada, e as doses de 0,3 g/L e 1,0 g/L de cafeína aumentaram Shh no hipocampo. Não houve efeito da dose mais baixa (0,1 g/L) no imunoconteúdo das proteínas estudadas em ambas as estruturas encefálicas e idades embrionárias. O número de células neuronais foi aumentado pela dose mais baixa de cafeína no córtex em E20, e a dose moderada aumentou o número de neurônios hipocampais em E18. A exposição de cafeína durante a embriogênese em roedores influenciou em modificações de proteínas cruciais para o desenvolvimento encefálico. Por isso, seria necessário analisar se estas modificações poderiam refletir em alterações pós-natais no desenvolvimento. Para isso, utilizando a mesma escala de tratamento de cafeína durante a gestação e lactação, verificamos o desenvolvimento motor e reflexo, o metabolismo da cafeína e a sinalização glutamatérgica nos dias pós-natal (DPN) 7, 14 e 21. Não houve diferença no desenvolvimento reflexo dos animais que receberam cafeína. A atividade locomotora aumentou com a idade, mas a cafeína não influenciou na locomoção. No entanto, cafeína a 1,0 g/L reduziu o peso corporal dos filhotes nos DPN 14 e 21, enquanto a exposição à 0,3 g/L de cafeína reduziu o peso corporal no DPN 21. Os níveis plasmáticos de cafeína e teobromina não foram afetados pela idade, mas encontramos interação de idade e tratamento nos níveis plasmáticos de paraxantina e teofilina. No DPN 7, a ingestão moderada de cafeína (0,3 g/L) aumentou o GLT-1 e a razão pGluN1/GluN1 no córtex, enquanto que a dose mais elevada (1,0 g/L) diminuiu o GLT-1 e aumentou a razão pGluN1/GluN1 no hipocampo; todas as doses de cafeína aumentaram o GluA1 hipocampal nesta idade. A dose moderada de cafeína aumentou o mGlu5 em ambas as estruturas encefálicas e aumentou o GluA1 no córtex no DPN 14. Cafeína a 0,3 g/L diminuiu GluA1 e mGlu5 no córtex e aumentou GluN2A hipocampal no DPN 21, e a dose mais elevada também diminuiu o mGlu5 cortical no DPN 21; a dose moderada reduziu o imunoconteúdo hipocampal de GluA1 e mGlu5 nesta idade. A ligação específica ao glutamato (binding) foi transitoriamente reduzida no córtex no DPN 14 pela dose moderada (0,3 g/L), retornando a níveis semelhantes ao controle no DPN 21. Com este trabalho enfatizamos a importância de haver um controle do consumo de cafeína durante um período crítico para o desenvolvimento e maturação encefálica, no entanto mais estudos são necessários para investigar o impacto dessas alterações a longo prazo. / Caffeine is the most consumed psychostimulant worldwide, present in coffee, green tea, cola soft drinks and energy drinks. Since caffeine freely crosses placenta and blood-brain barrier during pregnancy, epidemiology studies have found association between caffeine intake and miscarriage and low birth weight; however, some confounding factors may affect the results. Therefore, animal studies are an important tool to evaluate caffeine intake during brain development. In the first chapter of this thesis, adult female Wistar rats received caffeine in the drinking water (0.1, 0.3 and 1.0 g/L) during the active cycle in weekdays, two weeks before mating and throughout pregnancy. Cerebral cortex and hippocampus from embryonic stages 18 or 20 (E18 or E20, respectively) were collected for immunodetection of the following synaptic proteins: brainderived neurotrophic factor (BDNF), TrkB receptor, Sonic Hedgehog (Shh), Growth Associated Protein 43 (GAP-43) and Synaptossomal-associated Protein 25 (SNAP-25). We also estimated the number of NeuN-stained nuclei (mature neurons) and non-neuronal nuclei in both brain regions and embryonic periods. At E18 in hippocampus, high caffeine intake (1.0 g/L) decreased TrkB and increased Shh, whereas the moderate dose reduced hippocampal GAP-43. In whole cortex, BDNF was decreased and Shh was increased in fetuses exposed to the highest dose of caffeine. At E20, BDNF in whole cortex increased at the highest dose, and Shh in hippocampus increased at both moderate and high caffeine doses of caffeine. The lowest dose of caffeine has no effect in all proteins assessed in whole cortex and hippocampus for both embryonic stages. NeuNstained nuclei was increased in the cortex at E20 and in the hippocampus at E18 by lower and moderate doses of caffeine, respectively. Caffeine exposure during rat embryogenesis modified key proteins in brain development. Therefore, it is essential to evaluate whether these changes may reflect in alterations postnatally. For this, using the same protocol of caffeine administration, we studied whether different doses of caffeine intake during pregnancy and lactation may affect reflex and motor development, caffeine metabolism, ontogeny of glutamate receptors and transporter and glutamate binding in cortex and hippocampus in pups at post-natal days (PND) 7, 14 and 21. We did not find differences in reflex development. However, the highest dose decreased body weight from PND 14 up to weaning (PND 21), whereas 0.3 g/L caffeine decreased body weight at PND 21. Locomotor activity increased with age, but it was not modified by caffeine at any dose. Caffeine and theobromine plasma levels were unaffected by age, but there was interaction between age and dose in plasma levels of paraxanthine and theophylline. At PND 7, moderate caffeine intake (0.3 g/L) increased GLT-1 and pGluN1/GluN1 ratio in whole cortex, whereas the highest dose decreased GLT-1 and increased pGluN1/GluN1 ratio in hippocampus. All doses of caffeine increased hippocampal GluA1 at this age. Moreover, moderate dose of caffeine increased mGlu5 in both brain structures and increased GluA1 in whole cortex at PND 14. Caffeine 0.3 g/L decreased cortical GluA1 and mGlu5 and increased hippocampal GluN2A at PND 21. The highest dose also decreased cortical mGlu5 at this age. Conversely, the moderate dose decreased GluA1 and mGlu5 in hippocampus at this age. Glutamate binding were transiently reduced in cortex from rat pups exposed to the lowest dose of caffeine up to PND 14, but it was normalized at PND 21. This work emphasizes the importance of controlling caffeine intake during critical periods of rat brain development and maturation, and more research is needed to evaluate the impact of these changes later in life.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:55:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 731897 bytes, checksum: 30a871869e66be99ff1dff6f3f4d5f2c (MD5) Previous issue date: 2014-05-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The experiment was conducted in a swine production commercial enterprise, using the semen of 29 boars ages between 10 months and 5 years, from a commercial line. The aim of the study was to evaluate the effect of adding 1% L-glutamine L-glutamic acid in the diet on boars fresh semen quality. The animals were divided into blocks in a completely randomized design, with two treatments, T1&#8722; standard farm diet (RP) and T2- standard farm diet + 1% L-glutamine L-glutamic acid (RP+LGln-LGlu). Diets were fed in mash form, formulated to meet the recommendations for boars. The seminal variables were: volume of semen, concentration, motility, force and morphology, and percentage of lives and dead sperm cells, and testes volume. The means for semen volume and sperm cells motility, were 255. 32±6.5 and 290.57±9.1; 87.72±0.2 and 89.89±0.01 respectively for T1 (RP) and T2 (RP±LGln-LGlu) treatments. The 1% L-glutamine L-glutamic acid add in the diet influenced semen volume and sperm cells motility (P 0.05). The mean for T1 (RP) and T2 (RP±LGln-LGlu) treatments were: sperm concentration (79.01±2.5 and 77.53±2.7), force (3.99±0.01 and 3.99±0.01), morphology (normal cells 90.1±0,4 and 88.59±0.6), live spermatozoa (92.43±1.8 and 93.23±2.5), dead sperm cells (7.56±0.2 and 6.84±0.2) and testicular volume (right: 668.06±32 and 739.27±31, left: 793.40±36 and 777.22±39) and were not affected by treatments (P>0.05). No interaction have been detected between treatment and age. The addition of 1% L-glutamine L-glutamic acid, on boars diet increased the fresh semen volume and sperm cells motility. / O experimento foi realizado em uma suinocultura de produção comercial, utilizando o ejaculado de 29 varrões de linhagem comercial com idades variando de 10 meses até 5 anos, com o objetivo de avaliar o efeito da adição de 1% de L-glutamina L-ácido glutâmico na ração sobre a qualidade do sêmen in natura. Os animais foram distribuídos em blocos em delineamento experimental inteiramente casualizado, sendo dois tratamentos: T1 &#8722; ração-padrão da granja (RP) e T2 ração-padrão da granja + 1% de L-glutamina L- ácido glutâmico (RP±LGln-LGlu). As rações foram fornecidas em forma farelada, formuladas para atender às recomendações para os varrões. As variáveis seminais analisadas foram: volume do ejaculado, concentração, motilidade, vigor e morfologia espermática, porcentagem de espermatozoides vivos e mortos e volume dos testículos. As médias registradas para o volume de sêmen e a motilidade foram 255,32±6,5 e 290,57±9,1; 87,72±0,2; e 89,89±0,01, respectivamente nos tratamentos T1 (RP) e T2 (RP±LGln-LGlu). A inclusão de 1% de L-glutamina L-ácido glutâmico na ração afetou (P 0,05) o volume do ejaculado e a motilidade espermática. Em valores absolutos, proporcionou melhoras de 12,3% no volume e de 2,47% na motilidade, em comparação com a ração-padrão da granja. Os valores médios no T1 (RP) e T2 (RP±LGln-LGlu) para concentração (79,01±2,5 e 77,53±2,7), vigor (3,99±0,01 e 3,99±0,01), morfologia (células normais 90,1±0,4 e 88,59±0,6), espermatozoides vivos (92,43±1,8 e 93,23±2,5), espermatozoides mortos (7,56±0,2 e 6,84±0,2) e volume dos testículos (direito: 668,06±32 e 739,27±31; esquerdo: 793,40±36 e 777,22±39, respectivamente no T1 e T2) não apresentaram diferença em relação à RP e RP±Gna-Glu (P>0,05). Não houve interação entre o tratamento e a idade dos animais. A adição de 1% de L-glutamina L-ácido glutâmico na ração de varrões aumentou o volume do ejaculado e a motilidade das células espermáticas do sêmen in natura.