Estudamos a homeostase energética no cérebro (córtex cerebral, estriado e hipocampo) e tecidos periféricos (coração e músculo esquelético) de camundongos selvagens (WT) e nocaute para a enzima glutaril-CoA desidrogenase (Gcdh-/-), modelo animal genético para estudo da acidemia glutárica tipo I (AG I), com 15 e 30 dias de vida. Esses animais também foram submetidos a uma sobrecarga de lisina através de uma injeção intraperitoneal (8 μmol/g) desse aminoácido ou de uma dieta rica em lisina (4,7 %) por 60 horas. Os parâmetros da homeostase energética analisados foram as atividades dos complexos I-III, II, II-III e IV da cadeia respiratória, das enzimas do ciclo do ácido cítrico (CAC) citrato sintase (CS), aconitase, isocitrato desidrogenase (IDH), α- cetoglutarato desidrogenase, sucinato desidrogenase e malato desidrogenase, da creatina quinase (CK) e da Na+, K+ - ATPase, bem como a liberação de lactato, os parâmetros respiratórios mitocondriais estados 3 e 4, razão de controle respiratório e o estado desacoplado, além do potencial de membrana mitocondrial na presença ou ausência de Ca2+. Estudos histológicos também foram conduzidos no córtex cerebral e estriado dos camundongos WT e Gcdh-/- de 30, 60 e 90 dias de vida submetidos por um pequeno (60 horas) ou longo (30 dias) período com dieta com alta concentração de lisina (4,7 %). Verificamos leves alterações nas atividades dos complexos da cadeia respiratória no cérebro, coração e músculo esquelético dos animais Gcdh-/- quando comparados aos WT com 15 e 30 dias de vida. Além disso, demonstramos uma diminuição significativa das atividades da CS e IDH em preparações mitocondriais de estriado de camundongos Gcdh-/- submetidos a uma sobrecarga de lisina associada a um pequeno aumento na liberação de lactato. No entanto, não encontramos alterações nos parâmetros respiratórios e no potencial de membrana em mitocôndrias de estriado dos camundongos Gcdh-/-quando comparados aos WT. Por outro lado, as atividades da Na+, K+-ATPase (cérebro) e CK (cérebro e músculo esquelético) foram significativamente menores em camundongos Gcdh-/- com 15 dias de vida quando submetidos a uma injeção intraperitoneal de lisina. Além disso, encontramos uma redução na atividade da Na+, K+-ATPase associada com uma diminuição da sua expressão em córtex cerebral, mas não em estriado e hipocampo, de camundongos Gcdh-/- com 30 dias de vida submetidos ou não a uma dieta rica em lisina. Finalmente, a análise histológica revelou a presença de vacúolos no córtex cerebral dos camundongos Gcdh-/- com 60 e 90 dias de vida, bem como no estriado dos animais Gcdh-/- com 90 dias de vida que foram alimentados com uma dieta rica em lisina por 30 dias. Concluindo, presumimos que uma redução das atividades da Na+, K+-ATPase e CK possa contribuir para o dano neurológico encontrado nos camundongos Gcdh-/- e possivelmente nos pacientes com AG I. / We studied energy homeostasis in the brain (cerebral cortex, striatum and hippocampus) and peripheral tissues (heart and skeletal muscle) from 15 and 30- day-old wild type (WT) and glutaryl-CoA dehydrogenase deficient (Gcdh-/-) mice, which is a genetic animal model to study glutaric academia type I (GA I). These animals were also submitted to lysine overload through an intraperitoneal injection (8 μmol/g) of this amino acid or supplementing the mice with a high lysine (4.7 %) diet for 60 hours. The energy homeostasis parameters evaluated were the activities of the respiratory chain complexes I-III, II, II-III and IV, of the citric acid cycle (CAC) enzymes citrate synthase (CS), aconitase, isocitrate dehydrogenase (IDH), α-ketoglutarate dehydrogenase, succinate dehydrogenase and malate dehydrogenase, creatine kinase (CK) and Na+, K+ - ATPase, as well as the lactate release, the mitochondrial respiratory parameters states 3 and 4, respiratory control ratio and uncoupled state, besides the mitochondrial membrane potential in the presence or absence of Ca2+. Histological studies were also conducted in the cerebral cortex and striatum from 30, 60 and 90-day-old WT and Gcdh-/- mice submitted for a short (60 hours) or long (30 days) period to a high lysine (4.7 %) diet. We verified mild alterations in the respiratory chain activity in the brain, heart and skeletal muscle from Gcdh-/- animals when compared to 15 and 30-day-old WT mice. Furthermore, we demonstrated a reduction in the activities of CS and IDH in striatum mitochondrial preparations from Gcdh-/- mice submitted to a lysine overload associated with a mild increase of lactate release. However, we did not find alterations in the respiratory parameters and membrane potential in striatum mitochondria from Gcdh-/- mice when compared to WT. On the other hand, the activities of Na+, K+-ATPase (brain) and CK (brain and skeletal muscle) were significantly reduced in 15-day-old Gcdh-/- mice when received an intraperitoneal injection of lysine. Moreover, a reduction in the Na+, K+-ATPase activity associated with a diminution of its expression was observed in the cerebral cortex, but not in striatum and hippocampus, from 30-day-old Gcdh-/- mice submitted or not to a high lysine diet. Finally, the histological analyses revealed the presence of vacuoles in the cerebral cortex from 60 and 90-day-old Gcdh-/- mice, as well as in the striatum from 90-day-old Gcdh-/- animals that were fed a high Lys chow for 30 days. In conclusion, we presume that a reduction in the activities of Na+, K+- ATPase and CK may contribute to the brain damage found in Gcdh-/- mice and possibly in GA I patients.

A síndrome de Lesch Nyhan é um erro inato do metabolismo das purinas, de característica recessiva, ligado ao sexo. Caracteriza-se, bioquimicamente, pela deficiência na atividade da enzima hipoxantina-guanina fosforribosiltransferase (HGPRT), resultando principalmente no acúmulo tecidual de hipoxantina. O quadro clínico manifestado é bastante característico incluindo alterações motoras e cognitivas, retardo mental, espasticidade e automutilação. Considerando que os mecanismos envolvidos nas alterações cerebrais encontradas nessa síndrome ainda são pouco conhecidos, os objetivos do presente estudo foram investigar o efeito da administração intraestriatal de hipoxantina sobre parâmetros bioquímicos cerebrais (atividades da Na+, K+- ATPase e acetilcolinesterase (AChE), parâmetros de estresse oxidativo, hidrólise dos nucleotídeos da adenina) e comportamentais (tarefas do labirinto aquático de Morris, campo aberto e esquiva inibitória) em ratos. Os resultados mostraram que a administração intra-estriatal de hipoxantina reduziu as atividades das enzimas Na+, K+- ATPase e AChE em estriado, hipocampo e no córtex cerebral de ratos. A infusão de hipoxantina aumentou a quimioluminescência,, substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) e atividade da enzima glutationa peroxidase (GPx), e reduziu a capacidade antioxidante tecidual (TRAP) e as atividades das enzimas superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT) em estriado de ratos. As hidrólises dos nucleotídeos da adenina também foram inibidas pela administração de hipoxantina. Os efeitos relatados possivelmente ocorreram através da geração de radicais livres, uma vez que a administração de vitaminas E e C previniu tais efeitos, com exceção do TRAP. Considerando as alterações neuroquímicas induzidas pela administração de hipoxantina observadas em nosso modelo experimental, a próxima etapa desse trabalho foi investigar o papel da administração de hipoxantina sobre a memória/ aprendizagem em ratos na tarefa do labirinto aquático de Morris e esquiva inibitória. A atividade motora dos animais também foi avaliada na tarefa de campo aberto. Os resultados mostraram que a hipoxantina provocou um déficit de V memória/ aprendizado em ambas as tarefas realizadas, contudo não alterou o comportamento motor dos animais. Nossos resultados, em conjunto, mostram que a administração intra-estriatal de hipoxantina provoca uma série de alterações bioquímicas e comportamentais as quais podem, pelo menos em parte, contribuir para as disfunções neurológicas características observadas nesta síndrome. Além disso, se nossas evidências se confirmarem em humanos, a utilização de antioxidantes, tais como as vitaminas E e C, poderão ser utilizados como estratégias terapêuticas a fim de evitar as alterações neurológicas nos pacientes portadores da síndrome de Lesch Nyhan. / Lesch Nyhan is an inborn X-linked recessive disease of purine metabolism characterized by deficiency of hypoxanthine-guanine phosphoribosyltranspherase (HGPRT) activity, resulting mainly in tissue accumulation of hypoxanthine. Affected patients present motor and cognitive deficits, spasticity, and self-mutilation behavior. Considering that the mechanisms involved in brain dysfunction found in this syndrome are poorly understood, the general objective of this study was to investigated the effect on intrastriatal hypoxanthine administration on some cerebral biochemical parameters (activities of Na+, K+- ATPase and acetylcholinesterase (AChE), oxidative stress parameters, adenine nucleotide hydrolysis) and behavioral (water-maze, step-down inhibitory avoidance and open field tasks) in rats. Results showed that intrastriatal hypoxanthine administration inhibited Na+, K+- ATPase and AChE in striatum, hippocampus and cerebral cortex of rats. We also verified that hypoxanthine administration increased chemiluminescence, thiobarbituric acid reactive substance (TBARS) and glutathione peroxidase (GPx) activity and reduced total radical-trapping antioxidant parameter (TRAP) and also superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) activities in striatum of rats. Moreover, adenine nucleotide hydrolysis was also inhibited by hypoxanthine administration. These effects could be probably related to free radical generation since pretreatment with vitamins E and C prevented those effects, excepting for TRAP. Considering the neurochemical alterations provoked by hypoxanthine administration in this experimental model, the next step in this study was to investigate the effect of intrastriatal hypoxanthine administration on memory/ learning of rats in water-maze and step-down inhibitory avoidance tasks. The motor activity of the rats was evaluated by open field task. Results showed that hypoxanthine administration impaired memory/ learning in both tasks, however the motor activity of rats was not altered. Taken together, our results showed that intrastriatal hypoxanthine administration induced various biochemical and behavioral modification that could contribute, at least in part, to the characteristically neurological dysfunction observed in this syndrome. Moreover, if our evidences also occur in human, supplementation with antioxidants, like vitamins E and C, could be used as therapeutically strategies in order to avoid the neurological disturbances present in Lesch Nyhan patients.

O Transtorno de Déficit de Atenção/Hiperatividade é um transtorno prevalente e debilitante, diagnosticado com base em persistentes níveis de hiperatividade, desatenção e impulsividade. Fármacos estimulantes têm sido eficazes no tratamento desse transtorno, sendo que o metilfenidato é o agente terapêutico mais prescrito. Semelhante às ações celulares e comportamentais dos estimulantes cocaína e anfetamina, o metilfenidato aumenta a liberação e bloqueia a recaptação de dopamina e noradrenalina no cérebro de mamíferos. Milhares de crianças são tratadas com o metilfenidato para o déficit de Atenção/Hiperatividade, mas as consequências neuroquímicas desse tratamento a longo prazo, ainda não estão completamente elucidadas. No presente trabalho nós investigamos os efeitos do metilfenidato sobre alguns parâmetros bioquímicos e comportamentais em ratos. Considerando que os efeitos do metilfenidato sobre o metabolismo do sistema nervoso central são pouco conhecidos e que a Na+,K+-ATPase é essencial para o funcionamento normal do cérebro, inicialmente avaliamos o efeito desse psicoestimulante (1,0, 2,0 e 10,0 mg/kg) sobre a atividade dessa enzima em cérebro de ratos jovens (25 dias de idade) e adultos (60 dias). Resultados mostraram que a administração aguda de metilfenidato aumentou a atividade da Na+,K+-ATPase em hipocampo, córtex pré-frontal e estriado de ratos jovens e adultos. A administração crônica de metilfenidato a ratos jovens também estimulou a Na+,K+-ATPase em hipocampo e córtex pré-frontal, mas não em estriado. Em ratos adultos, o metilfenidato estimulou a Na+,K+-ATPase em todas as estruturas cerebrais estudadas, sugerindo que a ativação dessa enzima pode ser resultado dos efeitos do metilfenidato sobre o desenvolvimento do cérebro e excitabilidade neuronal. Considerando que estudos recentes têm indicado que o metilfenidato pode causar alterações no comportamento de animais, também investigamos o efeito da administração crônica de metilfenidato (2,0 mg/Kg) sobre a memória espacial em ratos jovens (15 dias). O imunoconteúdo do fator neurotrófico derivado do encéfalo (BDNF) e a atividade da acetilcolinesterase (AChE) em hipocampo e córtex pré-frontal de ratos também foram avaliados. Os resultados mostraram que os animais tratados com metilfenidato apresentaram prejuízo na memória espacial na tarefa do labirinto aquático de Morris. Observamos também uma redução no imunoconteúdo de BDNF e aumento na atividade da AChE no córtex pré-frontal, mas não em hipocampo de ratos tratados com metilfenidato. Nossos resultados sugerem que o déficit na memória espacial pode estar relacionado com a diminuição nos níveis de BDNF e aumento da AChE no córtex pré-frontal de ratos jovens submetidos à administração de metilfenidato. Os resultados desse trabalho, em conjunto, mostraram que o metilfenidato causa alterações neuroquímicas e comportamentais em animais, que podem ser prejudiciais ao desenvolvimento do cérebro. / Attention-deficit hyperactivity disorder is a prevalent and debilitating disorder diagnosed on the basis in persistent levels of overactivity, inattention and impulsivity. Stimulant medications have been effective for the treatment of this disorder, and the methylphenidate is the most prescribed therapeutic agent. Similar to the cellular and behavioral actions of the stimulants cocaine and amphetamine, the methylphenidate enhances the release and blocks the reuptake of dopamine and norepinephrine in mammalian brain. Thousands of children receive methylphenidate for attention deficit/hyperactivity disorder, yet the long-term neurochemical consequences of treatment are unknown. In the present work we investigate the effects of methylphenidate on some biochemical and behavioral parameters in rats. Considering that methylphenidate effects on central nervous system metabolism are poorly known and that Na+,K+-ATPase is essential to brain normal function, we initially evaluated the effect of this psychostimulant (1.0, 2.0 or 10.0 mg/Kg) on Na+,K+-ATPase activity in the cerebrum of young (25 days old) and adult (60 days old) rats. Our results showed that acute methylphenidate administration increased Na+,K+-ATPase activity in hippocampus, prefrontal cortex, and striatum of young and adult rats. Chronic administration of methylphenidate to young rats also increased Na+,K+-ATPase activity in hippocampus and prefrontal cortex, but not striatum. In adult rats, methylphenidate increased the Na+,K+-ATPase activity in all cerebral structures studied, suggesting that the activation of this enzyme might be the result of the effects of methylphenidate on brain development and neuronal excitability. Considering that recent studies have indicated that methylphenidate causes behavior alterations in animals, also investigated the effect of chronic methylphenidate (2.0 mg/Kg) administration to young rats (15 days old) on spatial memory. Brain-derived neurotrophic factor immunocontent (BDNF) and acetylcholinesterase (AChE) activity in hippocampus and prefrontal cortex were also evaluated. Results showed that methylphenidate-treated rats presented impaired performance on Morris water maze task. We also observed reduction on BDNF immunocontent and increased AChE activity in prefrontal cortex, but not in hippocampus of rats treated with methylphenidate. Our results suggested that the deficit in spatial memory may be related to decreased BDNF immunocontent and increased AChE in prefrontal cortex of young rats subjected to methylphenidate administration. The results of this work, together, showed that the methylphenidate causes neurochemical and behavioral changes in animals, which can be harmful to brain development.

O objetivo do presente trabalho foi determinar o efeito do estresse hiperosmótico ou hiposmótico, in vivo, sobre o balanço oxidativo, os níveis de atividade de Na+/K+ATPase e a s expressões das Hsp 70 e 90 em Neohelice granulata. O peso seco das brânquias anteriores, brânquias posteriores, hepatopâncreas e músculo mandibular foram determinados em diferentes tempos experimentais (15, 30, 45, 60 e 360 minutos) e escolhidos os tempos de 1 e 6 horas de estresse. Entre os grupos controles foi o hepatopâncreas o tecido que apresentou maior concentração de peróxido de hidrogênio. As brânquias anteriores e posteriores, o hepatopâncreas reduziram significativamente a formação de peróxido de hidrogênio após 1 e 6 horas de estresse hiposmótico ou hiperosmótico. No músculo mandibular, foram verificados valores significativamente menores de peróxido de hidrogênio em ambos os estresses, exceto após 1 hora de estresse hiperosmótico. Nas brânquias anteriores e posteriores foi verificada uma diminuição na relação da glutationa oxidada/reduzida após uma hora em ambos os estresses. Após 6 horas de estresses, as brânquias posteriores e brânquias anteriores apresentaram uma relação de glutationa oxidada/reduzida mais elevada que o controle. Mesmo padrão de resposta foi verificado no hepatopâncreas e músculo mandibular. A atividade da catalase nas brânquias anteriores apresentou-se significativamente mais elevada, em ambos os tempos, nos dois estresses, enquanto nas brânquias posteriores apenas após 6 horas foi encontrado um aumento significativo da atividade. No hepatopâncreas a atividade da catalase no estresse hiposmótico diminuiu significativamente após 6 horas de estresse, enquanto no estresse hiperosmótico foi verificada uma diminuição significativa da atividade da catalase em ambos os tempos experimentais. O músculo mandibular apresentou uma diminuição significativa da catale somente após uma hora de estresse hiperosmótico. Quanto à atividade da enzima Na+/K+ATPase, esta apresentou-se diminuída em todos os tecidos estudados após 10 a submissão dos animais aos diferentes estresses em ambos os tempos. Alterações na expressão da Hsp 70 foram verificadas apenas nas brânquias posteriores, a expressão desta proteína foi significativamente maior no estresse hiposmótico quando comparada ao grupo controle. Ao final deste trabalho pode-se concluir que o caranguejo N. granulata, no período inicial de aclimatação às alterações de salinidade, possui respostas coordenadas de seus sistemas de defesas antioxidantes como estratégias para minimizar ou evitar os danos do choque osmótico. Os resultados também demonstraram que o sistema antioxidante do animal pode ser modulado durante o estresse oxidativo, contudo, a capacidade de modulação não é padronizada, sendo tecido-específica. Outra estratégia utilizada por este caranguejo em resposta ao estresse osmótico curto é uma diminuição da atividade da bomba Na+, K+-ATPase, reduzindo o consumo celular de ATP. A Hsp 70 aumenta somente nas brânquias posteriores, confirmando a afirmação de Chang (2005), que os tecidos não respondem uniformemente a um determinado estresse. No caso do estresse osmótico cabe às brânquias posteriores uma resposta protetora devido à função de principal órgão regulador iônico nos crustáceos.

Estudamos a homeostase energética no cérebro (córtex cerebral, estriado e hipocampo) e tecidos periféricos (coração e músculo esquelético) de camundongos selvagens (WT) e nocaute para a enzima glutaril-CoA desidrogenase (Gcdh-/-), modelo animal genético para estudo da acidemia glutárica tipo I (AG I), com 15 e 30 dias de vida. Esses animais também foram submetidos a uma sobrecarga de lisina através de uma injeção intraperitoneal (8 μmol/g) desse aminoácido ou de uma dieta rica em lisina (4,7 %) por 60 horas. Os parâmetros da homeostase energética analisados foram as atividades dos complexos I-III, II, II-III e IV da cadeia respiratória, das enzimas do ciclo do ácido cítrico (CAC) citrato sintase (CS), aconitase, isocitrato desidrogenase (IDH), α- cetoglutarato desidrogenase, sucinato desidrogenase e malato desidrogenase, da creatina quinase (CK) e da Na+, K+ - ATPase, bem como a liberação de lactato, os parâmetros respiratórios mitocondriais estados 3 e 4, razão de controle respiratório e o estado desacoplado, além do potencial de membrana mitocondrial na presença ou ausência de Ca2+. Estudos histológicos também foram conduzidos no córtex cerebral e estriado dos camundongos WT e Gcdh-/- de 30, 60 e 90 dias de vida submetidos por um pequeno (60 horas) ou longo (30 dias) período com dieta com alta concentração de lisina (4,7 %). Verificamos leves alterações nas atividades dos complexos da cadeia respiratória no cérebro, coração e músculo esquelético dos animais Gcdh-/- quando comparados aos WT com 15 e 30 dias de vida. Além disso, demonstramos uma diminuição significativa das atividades da CS e IDH em preparações mitocondriais de estriado de camundongos Gcdh-/- submetidos a uma sobrecarga de lisina associada a um pequeno aumento na liberação de lactato. No entanto, não encontramos alterações nos parâmetros respiratórios e no potencial de membrana em mitocôndrias de estriado dos camundongos Gcdh-/-quando comparados aos WT. Por outro lado, as atividades da Na+, K+-ATPase (cérebro) e CK (cérebro e músculo esquelético) foram significativamente menores em camundongos Gcdh-/- com 15 dias de vida quando submetidos a uma injeção intraperitoneal de lisina. Além disso, encontramos uma redução na atividade da Na+, K+-ATPase associada com uma diminuição da sua expressão em córtex cerebral, mas não em estriado e hipocampo, de camundongos Gcdh-/- com 30 dias de vida submetidos ou não a uma dieta rica em lisina. Finalmente, a análise histológica revelou a presença de vacúolos no córtex cerebral dos camundongos Gcdh-/- com 60 e 90 dias de vida, bem como no estriado dos animais Gcdh-/- com 90 dias de vida que foram alimentados com uma dieta rica em lisina por 30 dias. Concluindo, presumimos que uma redução das atividades da Na+, K+-ATPase e CK possa contribuir para o dano neurológico encontrado nos camundongos Gcdh-/- e possivelmente nos pacientes com AG I. / We studied energy homeostasis in the brain (cerebral cortex, striatum and hippocampus) and peripheral tissues (heart and skeletal muscle) from 15 and 30- day-old wild type (WT) and glutaryl-CoA dehydrogenase deficient (Gcdh-/-) mice, which is a genetic animal model to study glutaric academia type I (GA I). These animals were also submitted to lysine overload through an intraperitoneal injection (8 μmol/g) of this amino acid or supplementing the mice with a high lysine (4.7 %) diet for 60 hours. The energy homeostasis parameters evaluated were the activities of the respiratory chain complexes I-III, II, II-III and IV, of the citric acid cycle (CAC) enzymes citrate synthase (CS), aconitase, isocitrate dehydrogenase (IDH), α-ketoglutarate dehydrogenase, succinate dehydrogenase and malate dehydrogenase, creatine kinase (CK) and Na+, K+ - ATPase, as well as the lactate release, the mitochondrial respiratory parameters states 3 and 4, respiratory control ratio and uncoupled state, besides the mitochondrial membrane potential in the presence or absence of Ca2+. Histological studies were also conducted in the cerebral cortex and striatum from 30, 60 and 90-day-old WT and Gcdh-/- mice submitted for a short (60 hours) or long (30 days) period to a high lysine (4.7 %) diet. We verified mild alterations in the respiratory chain activity in the brain, heart and skeletal muscle from Gcdh-/- animals when compared to 15 and 30-day-old WT mice. Furthermore, we demonstrated a reduction in the activities of CS and IDH in striatum mitochondrial preparations from Gcdh-/- mice submitted to a lysine overload associated with a mild increase of lactate release. However, we did not find alterations in the respiratory parameters and membrane potential in striatum mitochondria from Gcdh-/- mice when compared to WT. On the other hand, the activities of Na+, K+-ATPase (brain) and CK (brain and skeletal muscle) were significantly reduced in 15-day-old Gcdh-/- mice when received an intraperitoneal injection of lysine. Moreover, a reduction in the Na+, K+-ATPase activity associated with a diminution of its expression was observed in the cerebral cortex, but not in striatum and hippocampus, from 30-day-old Gcdh-/- mice submitted or not to a high lysine diet. Finally, the histological analyses revealed the presence of vacuoles in the cerebral cortex from 60 and 90-day-old Gcdh-/- mice, as well as in the striatum from 90-day-old Gcdh-/- animals that were fed a high Lys chow for 30 days. In conclusion, we presume that a reduction in the activities of Na+, K+- ATPase and CK may contribute to the brain damage found in Gcdh-/- mice and possibly in GA I patients.

Espécies do gênero Valeriana são tradicionalmente utilizadas para tratar ansiedade, irritabilidade e desordens de sono. A Organização Mundial da Saúde indica o uso de preparações farmacêuticas como alternativa aos benzodiazepínicos para tratamento da ansiedade e insônia. Entre as substâncias ativas presentes no gênero Valeriana destacam-se os óleos voláteis, valepotriatos, flavonóides e lignanas. Entretanto, estudos farmacológicos com produtos isolados são escassos. Espécies nativas de Valeriana, que ocorrem no Rio Grande do Sul, têm sido estudadas em relação a sua composição química, sendo a espécie Valeriana glechomifolia a que possui maior teor de valepotriatos. Neste estudo, diferentes métodos de extração de valepotriatos foram comparados e extratos enriquecidos em valepotriatos foram testados em modelos animais de sedação, ansiedade e depressão. Valepotriatos isolados foram submetidos a ensaios de ligação a receptores benzodiazepínico e serotonérgico (5HT1A) e ensaios de atividade da enzima Na+K+ATPase. A extração por fluido supercrítico com dióxido de carbono (SCCO2) foi realizada em temperatura constante de 40 oC e pressões variáveis (90, 120, 150 e 200 bar) e demonstrou maior teor de valepotriatos que os métodos de extração por maceração em ultrassom e maceração Entre as diferentes pressões de extração utilizadas no método de SCCO2, o maior teor de valepotriatos foi apresentado pela fração obtida na pressão de 90 bar. Todos os extratos mostraram o mesmo perfil qualitativo de valepotriatos. Flavonóides também foram obtidos através de maceração por ultrassom em metanol. A dose letal mediana dos valepotriatos obtidos por maceração por ultrassom foi de 42±3 mg/kg, i.p. Esta mesma solução extrativa, na dose de 10 mg/kg, v.o. (gavage), foi inefetiva no labirinto em cruz elevado e tempo de sono barbitúrico, sugerindo a ausência de propriedades ansiolíticas e hipnótico-sedativas. Resultados similares foram obtidos com a solução extrativa enriquecida em flavonóides. Valtrato, acevaltrato, 1-b-acevaltrato, diavaltrato e o flavonóide codificado como B6 não apresentaram ligação ao sítio benzodiazepínico do complexo receptor GABAA, nem ao receptor serotonérgico (5HT1A) viii na faixa de concentração de 1-100 μM. Os valepotriatos inibiram a atividade da enzima Na+K+-ATPase na faixa de concentração micromolar. A fração de valepotriatos obtida por SCCO2 (10 mg/kg, gavage) foi efetiva no teste da natação forçada, sem interferir na atividade locomotora espontânea, sugerindo uma atividade do tipo antidepressiva. Em conclusão, a extração por fluido supercrítico com dióxido de carbono mostrou-se eficiente para a obtenção de frações enriquecidas em valepotriatos e estas substâncias representam uma nova classe química com atividade inibitória não seletiva da enzima Na+K+ATPase, e com atividade do tipo antidepressiva. / Species of the genus Valeriana are traditionally used to treat anxiety, irritability and sleep disorders. The World Health Organization indicates pharmaceutical preparations of V. officinalis as an alternative to benzodiazepine drugs for treating anxiety and insomnia. Volatile oil, valepotriates, flavonoids and lignan have been suggested as active substances of the Valeriana genus. However pharmacological studies on isolated compounds are scarce. Species of Valeriana native to Rio Grande do Sul have been studied regarding their chemical composition being Valeriana glechomifolia the species with highest valepotriate’ contents. In this study different methods of extraction of valepotriates from aerial parts of V. glechomifolia were compared, and valepotriate’ enriched extracts were tested in mice models of sedation, anxiety and depression. Isolated valepotriates were submitted to binding to benzodiazepine and 5HT1A receptors, and assayed for the Na+K+ATPase inhibitory activity. The extraction by supercritical carbon dioxide (SCCO2) was carried out at 40 oC under 90, 120, 150 or 200 bar affording higher valepotriates contents than maceration with dichloromethane and ultrasound. The highest valepotriates yielding was obtained with SCCO2 (40 oC , 90 bar). All extracts presented the same qualitative valepotriate’ profile. Flavonoids were also obtained from methanol extracts. The median lethal dose of valepotriates obtained by maceration was determined as 42±3 mg/kg, i.p. This valepotriate’ enriched extract (10 mg/kg, p.o., gavage) was ineffective in the elevated plus maze and barbiturate sleeping time tests suggesting that it does not present anxiolitic or hypnotic-sedative properties. Similar results were obtained with flavonoids’ enriched extract. Valtrate, acevaltrate, 1-b-acevaltrate, diavaltrate and the flavonoid named B6 did not bind to benzodiazepine site of receptor GABAA complex neither to serotonergic receptor (5HT1A) at 1-100 μM. The valepotriates inhibited the Na+K+ATPase activity at micromolar concentration range. The valepotriates fraction obtained by SCCO2 (10 mg/kg, gavage) was effective in the forced swimming test without interfering with the spontaneous locomotor activity suggesting that it presents an antidepressant-like activity. In conclusion the extraction by supercritical carbon dioxide is valuable to obtain valepotriates enriched fractions; and valepotriates seem to represent new chemical entities with no selective inhibitory activity of Na+K+ATPase, as well as with antidepressant-like activity.

A epilepsia é uma desordem neurológica que afeta aproximadamente 65 milhões de pessoas em todo o mundo. Apesar dos erros inatos do metabolismo (EIM) não serem a causa frequente de epilepsia, o sintoma mais comum presente em desordens metabólicas são crises epilépticas. Dentro dos EIM, estão as acidemias orgânicas que podem levar a geração de crises epiléticas durante um episódio de descompensação metabólica aguda, como por exemplo a acidemia glutárica tipo I (AG I). A AG I é uma doença autossômica recessiva causada pela deficiência da enzima glutaril-CoA desidrogenase (GCDH). Tal alteração leva ao acúmulo de ácidos orgânicos em fluidos e tecidos. Se não diagnosticada e tratada precocemente, a doença evolui com sinais clínicos de macrocefalia, déficits neurológicos e epilepsia. O aumento dos níveis de ácidos orgânicos no cérebro diminui a atividade da enzima Glutamato Descarboxilase (GAD) no parênquima cerebral e inibe a atividade da enzima Na+,K+,-ATPase. De acordo com estes achados, prévias análises bioquímicas de neocórtex e comportamentais de um modelo animal de AG I, camundongo nocaute para a enzima GCDH tratado com dieta com sobrecarga de lisina (4,7%) (Gcdh-/--Lis), mostram decréscimo do imunoconteúdo da GAD cortical, diminuição da liberação de ácido ϒ-aminobutírico (GABA) e diminuição da atividade Na+,K+,-ATPase e presença de crises epilépticas espontâneas Neste trabalho (aprovado pelo CEP-HCPA-140270) usamos este modelo animal de AG I para avaliar a função sináptica GABAérgica neocortical através de estudos eletrofisiológicos e bioquímicos, além de avaliar a expressão e o estado de fosforilação subunidade α da Na+,K+,-ATPase no neocórtex. A atividade da enzima GAD neocortical foi medida pela técnica de HPLC; as correntes inibitórias pós-sinápticas espontâneas e miniaturas (CIPS) nos neurônios piramidais foram avaliadas através da técnica eletrofisiológica de patch-clamp in vitro e avaliação da expressão total e a fosforilação do resíduo de Ser943 da Na+,K+,-ATPase neocortical foi feita através da técnica de Western Blot em camundongos Gcdh-/--Lis (P30-P45). Os resultados foram comparados com animais Gcdh-/- e Gcdh+/+ tratados com dieta normal (Gcdh-/--N e Gcdh+/+, respectivamente). Nossos resultados mostraram uma diminuição significativa da atividade da GAD neocortical nos animais Gcdh-/--Lis quando compara aos animais Gcdh+/+ (P<0,05). A frequência das CIPS espontâneas e miniaturas nas células piramidais da camada V do neocórtex dos animais Gcdh-/-- Lis foi significativamente menor quando comparada às células dos animais Gcdh-/--N e Gcdh+/+ (P<0,0003). A curva de probabilidade cumulativa e a análise estatística de Kolmogorov-Smirnov confirmaram a diminuição na frequência das CIPS espontâneas e miniaturas (P<0,0001). A expressão da subunidade α da bomba Na+,K+-ATPase mostrou-se aumentada no neocórtex dos animais Gcdh-/--Lis quando comparada aos demais grupos (P<0,001). A avaliação do estado de fosforilação do resíduo de Ser943 revelou que os animais Gcdh-/--Lis apresentaram um aumento significativo da expressão do resíduo943 no neocórtex quando comparada aos demais grupos (P<0,001). Nossos dados sugerem que os animais Gcdh-/--Lis apresentam uma redução na transmissão sináptica GABAérgica neocortical que pode estar associada à disfunção da enzima GAD; e uma diminuição da atividade da bomba Na+,K+-ATPase neocortical possivelmente causada pela diminuição da expressão da enzima e pelo aumento da fosforilação do resíduo Ser943 da subunidade α no neocortical. Estas alterações em conjunto podem estar contribuindo para os mecanismos de epileptogênese na AG I. / The epilepsy is a neurological disorder that affects approximately 65 million people throughout the world. Despite of inborn errors of metabolism (IEM) not being a frequent cause of epilepsy, the most common symptom in metabolic disorders are epileptic seizures. Within the IEM, are the organic acidemias, such as, glutaric acidemia type I (GAI), that are associated with epileptic seizures during acute metabolic decompensation. The GAI is an autosomal recessive disease caused by deficiency of the enzyme glutaryl-CoA dehydrogenase (GCDH).This deficiency leads to the accumulation of organic acids in body fluids and tissues. If not diagnosed and treated early, this disease evolves to neurological deficits, macrocephaly and epilepsy. The increased levels of organic acids in the brain, such as glutaric, glutaconic and 3-hydroxyglutaric acids, decreases the activity of the enzyme glutamic acid decarboxylase (GAD) in the brain parenchyma and cause the inhibition of the enzyme activity NA+,K+-ATPase. Interestingly, previous biochemical and behavioral analysis of an animal model of GAI, the GCDH knockout mice treated with lysine overload diet (4.7%) (Gcdh-/--Lis), had shown decreased GAD immune content, reduced GABA release and decreased activity Na+,K+-ATPase in the neocortex; and development of spontaneous seizures. In this work (approved by the CEP-HCPA-140270) we used this animal model to study the neocortical GABAergic synaptic function and the expression and the phosphorylation state of Na+,K+-ATPase α subunit in the neocortex. The GAD activity was measured by HPLC technique; the spontaneous and miniature inhibitory post-synaptic currents (IPSC) were evaluated by in vitro patch-clamping recordings from pyramidal cells; and the expression and the phosphorylation of total residue to Ser943 of Na+, K+- ATPase was performed by Western Blot in mice Gcdh-/--Lis (P30-P45). As controls we used Gcdh (Gcdh-/--N) and Gcdh+/+ animals treated with normal diet. Our results showed a significant decrease in the neocortical GAD activity in Gcdh-/--Lis mice when compared to Gcdh+/+ group (P<0.05). The spontaneous and miniature IPSC frequencies onto layer V pyramidal cells from Gcdh-/--Lis mice were significantly lower when compared to Gcdh-/--N and Gcdh+/+ mice (P<0.0003). The cumulative probability and the statistical analysis the Kolmogorov-Smirnov confirmed the decrease in the frequency of spontaneous and miniature IPSC (P<0.0001). The expression of Na+,K+-ATPase α subunit was higher in the neocortex from Gcdh-/--Lis when compared to the other groups (P<0.001). Also, the Gcdh-/--Lis mice had a significant increased fosforilation of Na+,K+-ATPase residual Ser943 in the neocortex when compared to the other groups (P<0.001). Our data suggested that the neocortex of Gcdh-/--Lys mice exhibited reduction in GABAergic inhibition that may be attributed to a GAD dysfunction level; and decreased Na+,K+-ATPase activity that could be caused by decrease in its expression and increased phosphorylation of residue Ser943 α subunit. Taken altogether, these alterations could contribute to the mechanisms of epileptogenesis observed in GAI.

abstract: The F1Fo ATP synthase is required for energy conversion in almost all living organisms. The F1 complex is a molecular motor that uses ATP hydrolysis to drive rotation of the &gamma;&ndash;subunit. It has not been previously possible to resolve the speed and position of the &gamma;&ndash;subunit of the F1&ndash;ATPase as it rotates during a power stroke. The single molecule experiments presented here measured light scattered from 45X91 nm gold nanorods attached to the &gamma;&ndash;subunit that provide an unprecedented 5 &mu;s resolution of rotational position as a function of time. The product of velocity and drag, which were both measured directly, resulted in an average torque of 63&plusmn;8 pN nm for the Escherichia coli F1-ATPase that was determined to be independent of the load. The rotational velocity had an initial (I) acceleration phase 15&deg; from the end of the catalytic dwell, a slow (S) acceleration phase during ATP binding/ADP release (15&deg;&ndash;60&deg;), and a fast (F) acceleration phase (60&deg;&ndash;90&deg;) containing an interim deceleration (ID) phase (75&deg;&ndash;82&deg;). High ADP concentrations decreased the velocity of the S phase proportional to 'ADP-release' dwells, and the F phase proportional to the free energy derived from the [ADP][Pi]/[ATP] chemical equilibrium. The decreased affinity for ITP increased ITP-binding dwells by 10%, but decreased velocity by 40% during the S phase. This is the first direct evidence that nucleotide binding contributes to F1&ndash;ATPase torque. Mutations that affect specific phases of rotation were identified, some in regions of F1 previously considered not to contribute to rotation. Mutations &beta;D372V and &gamma;K9I increased the F phase velocity, and &gamma;K9I increased the depth of the ID phase. The conversion between S and F phases was specifically affected by &gamma;Q269L. While &beta;T273D, &beta;D305E, and &alpha;R283Q decreased the velocity of all phases, decreases in velocity due to &beta;D302T, &gamma;R268L and &gamma;T82A were confined to the I and S phases. The correlations between the structural locations of these mutations and the phases of rotation they affect provide new insight into the molecular basis for F1&ndash;ATPase &gamma;-subunit rotation. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Molecular and Cellular Biology 2012

O objetivo do presente trabalho foi determinar o efeito do estresse hiperosmótico ou hiposmótico, in vivo, sobre o balanço oxidativo, os níveis de atividade de Na+/K+ATPase e a s expressões das Hsp 70 e 90 em Neohelice granulata. O peso seco das brânquias anteriores, brânquias posteriores, hepatopâncreas e músculo mandibular foram determinados em diferentes tempos experimentais (15, 30, 45, 60 e 360 minutos) e escolhidos os tempos de 1 e 6 horas de estresse. Entre os grupos controles foi o hepatopâncreas o tecido que apresentou maior concentração de peróxido de hidrogênio. As brânquias anteriores e posteriores, o hepatopâncreas reduziram significativamente a formação de peróxido de hidrogênio após 1 e 6 horas de estresse hiposmótico ou hiperosmótico. No músculo mandibular, foram verificados valores significativamente menores de peróxido de hidrogênio em ambos os estresses, exceto após 1 hora de estresse hiperosmótico. Nas brânquias anteriores e posteriores foi verificada uma diminuição na relação da glutationa oxidada/reduzida após uma hora em ambos os estresses. Após 6 horas de estresses, as brânquias posteriores e brânquias anteriores apresentaram uma relação de glutationa oxidada/reduzida mais elevada que o controle. Mesmo padrão de resposta foi verificado no hepatopâncreas e músculo mandibular. A atividade da catalase nas brânquias anteriores apresentou-se significativamente mais elevada, em ambos os tempos, nos dois estresses, enquanto nas brânquias posteriores apenas após 6 horas foi encontrado um aumento significativo da atividade. No hepatopâncreas a atividade da catalase no estresse hiposmótico diminuiu significativamente após 6 horas de estresse, enquanto no estresse hiperosmótico foi verificada uma diminuição significativa da atividade da catalase em ambos os tempos experimentais. O músculo mandibular apresentou uma diminuição significativa da catale somente após uma hora de estresse hiperosmótico. Quanto à atividade da enzima Na+/K+ATPase, esta apresentou-se diminuída em todos os tecidos estudados após 10 a submissão dos animais aos diferentes estresses em ambos os tempos. Alterações na expressão da Hsp 70 foram verificadas apenas nas brânquias posteriores, a expressão desta proteína foi significativamente maior no estresse hiposmótico quando comparada ao grupo controle. Ao final deste trabalho pode-se concluir que o caranguejo N. granulata, no período inicial de aclimatação às alterações de salinidade, possui respostas coordenadas de seus sistemas de defesas antioxidantes como estratégias para minimizar ou evitar os danos do choque osmótico. Os resultados também demonstraram que o sistema antioxidante do animal pode ser modulado durante o estresse oxidativo, contudo, a capacidade de modulação não é padronizada, sendo tecido-específica. Outra estratégia utilizada por este caranguejo em resposta ao estresse osmótico curto é uma diminuição da atividade da bomba Na+, K+-ATPase, reduzindo o consumo celular de ATP. A Hsp 70 aumenta somente nas brânquias posteriores, confirmando a afirmação de Chang (2005), que os tecidos não respondem uniformemente a um determinado estresse. No caso do estresse osmótico cabe às brânquias posteriores uma resposta protetora devido à função de principal órgão regulador iônico nos crustáceos.

A síndrome de Lesch Nyhan é um erro inato do metabolismo das purinas, de característica recessiva, ligado ao sexo. Caracteriza-se, bioquimicamente, pela deficiência na atividade da enzima hipoxantina-guanina fosforribosiltransferase (HGPRT), resultando principalmente no acúmulo tecidual de hipoxantina. O quadro clínico manifestado é bastante característico incluindo alterações motoras e cognitivas, retardo mental, espasticidade e automutilação. Considerando que os mecanismos envolvidos nas alterações cerebrais encontradas nessa síndrome ainda são pouco conhecidos, os objetivos do presente estudo foram investigar o efeito da administração intraestriatal de hipoxantina sobre parâmetros bioquímicos cerebrais (atividades da Na+, K+- ATPase e acetilcolinesterase (AChE), parâmetros de estresse oxidativo, hidrólise dos nucleotídeos da adenina) e comportamentais (tarefas do labirinto aquático de Morris, campo aberto e esquiva inibitória) em ratos. Os resultados mostraram que a administração intra-estriatal de hipoxantina reduziu as atividades das enzimas Na+, K+- ATPase e AChE em estriado, hipocampo e no córtex cerebral de ratos. A infusão de hipoxantina aumentou a quimioluminescência,, substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) e atividade da enzima glutationa peroxidase (GPx), e reduziu a capacidade antioxidante tecidual (TRAP) e as atividades das enzimas superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT) em estriado de ratos. As hidrólises dos nucleotídeos da adenina também foram inibidas pela administração de hipoxantina. Os efeitos relatados possivelmente ocorreram através da geração de radicais livres, uma vez que a administração de vitaminas E e C previniu tais efeitos, com exceção do TRAP. Considerando as alterações neuroquímicas induzidas pela administração de hipoxantina observadas em nosso modelo experimental, a próxima etapa desse trabalho foi investigar o papel da administração de hipoxantina sobre a memória/ aprendizagem em ratos na tarefa do labirinto aquático de Morris e esquiva inibitória. A atividade motora dos animais também foi avaliada na tarefa de campo aberto. Os resultados mostraram que a hipoxantina provocou um déficit de V memória/ aprendizado em ambas as tarefas realizadas, contudo não alterou o comportamento motor dos animais. Nossos resultados, em conjunto, mostram que a administração intra-estriatal de hipoxantina provoca uma série de alterações bioquímicas e comportamentais as quais podem, pelo menos em parte, contribuir para as disfunções neurológicas características observadas nesta síndrome. Além disso, se nossas evidências se confirmarem em humanos, a utilização de antioxidantes, tais como as vitaminas E e C, poderão ser utilizados como estratégias terapêuticas a fim de evitar as alterações neurológicas nos pacientes portadores da síndrome de Lesch Nyhan. / Lesch Nyhan is an inborn X-linked recessive disease of purine metabolism characterized by deficiency of hypoxanthine-guanine phosphoribosyltranspherase (HGPRT) activity, resulting mainly in tissue accumulation of hypoxanthine. Affected patients present motor and cognitive deficits, spasticity, and self-mutilation behavior. Considering that the mechanisms involved in brain dysfunction found in this syndrome are poorly understood, the general objective of this study was to investigated the effect on intrastriatal hypoxanthine administration on some cerebral biochemical parameters (activities of Na+, K+- ATPase and acetylcholinesterase (AChE), oxidative stress parameters, adenine nucleotide hydrolysis) and behavioral (water-maze, step-down inhibitory avoidance and open field tasks) in rats. Results showed that intrastriatal hypoxanthine administration inhibited Na+, K+- ATPase and AChE in striatum, hippocampus and cerebral cortex of rats. We also verified that hypoxanthine administration increased chemiluminescence, thiobarbituric acid reactive substance (TBARS) and glutathione peroxidase (GPx) activity and reduced total radical-trapping antioxidant parameter (TRAP) and also superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) activities in striatum of rats. Moreover, adenine nucleotide hydrolysis was also inhibited by hypoxanthine administration. These effects could be probably related to free radical generation since pretreatment with vitamins E and C prevented those effects, excepting for TRAP. Considering the neurochemical alterations provoked by hypoxanthine administration in this experimental model, the next step in this study was to investigate the effect of intrastriatal hypoxanthine administration on memory/ learning of rats in water-maze and step-down inhibitory avoidance tasks. The motor activity of the rats was evaluated by open field task. Results showed that hypoxanthine administration impaired memory/ learning in both tasks, however the motor activity of rats was not altered. Taken together, our results showed that intrastriatal hypoxanthine administration induced various biochemical and behavioral modification that could contribute, at least in part, to the characteristically neurological dysfunction observed in this syndrome. Moreover, if our evidences also occur in human, supplementation with antioxidants, like vitamins E and C, could be used as therapeutically strategies in order to avoid the neurological disturbances present in Lesch Nyhan patients.