Orientador: Alexandrina Sartori / Banca: Marcos Ferreira Minicucci / Banca: Ângela Maria Victoriano de Campos Soares / Banca: Virmondes Rdorigues Junior / Banca: Leonilda Maria Barbosa dos Santos / Resumo: Este projeto foi baseado na propriedade imunorreguladora da hsp65 micobacteriana. A proposta geral foi avaliar se a vacina gênica contendo o gene da hsp65 do Mycobacterium leprae (pVAXhsp65) pode ser utilizada como estratégia profilática ou terapêutica na encefalite autoimune experimental (EAE). Na primeira etapa desta investigação constatamos que camundongos previamente imunizados com pVAXhsp65 perderam menos peso e apresentaram sintomatologia clínica mais branda. Essa melhora clínica esteve associada com redução da produção de IL-10 por células esplênicas estimuladas in vitro com MOG ou ConA. A análise histopatológica revelou redução do processo inflamatório na medula lombar dos animais previamente vacinados em comparação com o grupo controle EAE. Na segunda etapa avaliamos o efeito terapêutico de 4 doses de pVAXhsp65 no desenvolvimento da EAE. A vacina foi capaz de induzir resposta imune específica para hsp65 em camundongos com EAE, o que foi constatado pela produção de IFN-g e IL- 10. Além disso, a terapia modulou a imunidade específica para MOG reduzindo a produção de IFN-g, IL-6 e IL-17 por células esplênicas. Essa modulação não foi, entretanto, capaz de alterar o decurso clínico da doença. O processo inflamatório no sistema nervoso central (SNC) e a frequência de células T reguladoras (Tregs) na periferia e no SNC também não foram alterados pelo tratamento. Na última etapa desse projeto avaliamos mais detalhadamente a participação da IL-17 no decurso clínico da EAE. Na fase aguda (19º dia) foram observados perda acentuada de peso e elevado escore clínico (média de 2,75) enquanto que na fase crônica os animais recuperaram o peso perdido e o escore clínico se estabilizou em torno de 1,5. A produção de citocinas por órgãos linfoides secundários caracterizou-se por níveis elevados de IFN-g na fase aguda e de IL-17 na fase crônica. Já os linfócitos infiltrantes do SNC estimulados in... / Abstract: This project was mainly based on the immunoregulatory property of the mycobacterial hsp65. The proposal of this work was to evaluate if a DNA vaccine containing the hsp65 mycobacterial gene (pVAXhsp65) could be used as a prophylactic or therapeutic strategy to control experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) development. In the first part of this investigation we demonstrated that mice previously vaccinated with pVAXhsp65 lost less body weight and presented lower clinical score. Clinical improvement was associated with lower production of IL-10 by spleen cell cultures stimulated with MOG or ConA. Comparative histopathological analysis revealed less inflammatory process in the lumbar spinal cord of previously vaccinated mice in comparison to EAE control group. The second approach was designed to evaluate the possible therapeutic effect of pVAXhsp65 on EAE development. Even though this vaccine was immunogenic for mice with EAE and also able to downmodulate the induction of cytokines by MOG, it was not able to decrease the clinical severity of the disease. Vaccination did not decrease intensity of the inflammatory process neither the frequency of regulatory T cells (Tregs) in the central nervous system (CNS). Finally, we investigated the contribution of the peripheral and local IL-17 production to acute and chronic EAE stages. Mice submitted to EAE induction presented an initial acute phase characterized by accentuated weight loss and high clinical score, followed by a partial recovery when the animals reached normal body weight and smaller clinical scores. Spleen cells stimulated with MOG produced significantly higher levels of IFN-g during the acute period whereas similar IL-17 levels were produced during both Abstract disease stages. CNS infiltrating cells stimulated with MOG produced similar amounts of IFN-g but IL-17 was produced only at the acute phase of EAE. The percentage of Foxp3+ Treg cells, at the spleen and the CNS, was... / Doutor

Os mecanismos fisiopatológicos exatos, responsáveis pelas manifestações clínicas das doenças em que altas concentrações de ácido etilmalônico (EMA) têm sido observadas como a deficiência da atividade das acil-CoA de cadeia curta (SCADD) e a encefalopatia etilmalônica (EE), permanecem ainda desconhecidos. Dessa forma, no presente trabalho, investigamos os efeitos ex vivo da administração intraestriatal de EMA sobre importantes parâmetros do metabolismo energético em estriado de ratos jovens, incluindo a produção de 14CO2 a partir de glicose, as atividades dos complexos I-IV da cadeia respiratória (fosforilação oxidativa), da enzima creatina quinase (CK) (transferência intracelular de ATP) e a atividade da Na+K+-ATPase (NaK) sináptica (neurotransmissão). Avaliamos também o efeito da injeção intraestriatal de EMA sobre os níveis de glutationa reduzida (GSH), uma importante defesa antioxidante cerebral. O EMA reduziu significativamente a produção de 14CO2 a partir de glicose 2 e 24 horas após a injeção intraestriatal, sugerindo que esse metabólito compromete a atividade da via glicolítica e/ou ciclo do ácido cítrico. Além disso, o EMA diminuiu as atividades dos complexos II e II-III da cadeia respiratória apenas 24 horas após sua administração, bem como, a atividade da NaK de membrana sináptica em ambos os tempos. O EMA também diminuiu os níveis de GSH. O pré tratamento de ratos com Nacetilcisteína por 3 dias preveniu a redução nos níveis de GSH, causado pelo EMA, sem modificar a inibição da atividade da NaK. Considerando a importância da via glicolítica, do ciclo do ácido cítrico e do transporte de elétrons através da cadeia respiratória para a transformação de energia e da NaK para a manutenção do potencial de membrana da célula, os dados apresentados indicam que o EMA altera a homeostase energética cerebral e a neurotransmissão. Presume-se que esses mecanismos possam estar envolvidos no dano neuronal encontrado nos pacientes afetados pela SCADD e pela EE. / The pathophysiological mechanism responsible for the clinical manifestations of the diseases in which high concentrations of ethylmalonic acid (EMA) have been observed as short acyl-CoA dehydrogenase deficiency activity (SCADD) and ethylmalonic encephalopathy (EE) are unknown. Therefore, in the present work we investigated the in vivo effects of administration of EMA (2 and 24 hours), on important parameters of energy metabolism in rat cerebral striatum, including 14CO2 production from glucose, enzyme activities of the respiratory chain complexes I-IV (oxidative phosphorylation), creatine kinase (CK) (intracellular ATP transfer), and synaptic Na+K+-ATPase (NaK) (neurotransmission). We also tested the effect of EMA on reduced glutathione (GSH) levels, an important non-enzymatic antioxidant defense. EMA significantly reduced 14CO2 production from glucose 2 and 24 hours after its administration, implying that this compound compromises the citric acid cycle activity. Furthermore, EMA diminished the activities of complex II and II-III of the respiratory chain only 24 hours after administration and synaptic membrane NaK activity in both times. EMA also decreased the levels of GSH. Pretreatment of rats with N-acetylcysteine for 3 days prevented the reduction of GSH levels caused by EMA, without modifying the inhibition of NaK activity. Considering the importance of the citric acid cycle and the glycolytic pathway, the electron flow through the respiratory chain for brain energy transformation and the NaK for the maintenance of the cell membrane potential, the present data indicate that EMA potentially impairs mitochondrial brain energy homeostasis and neurotransmission. We presumed that these pathomecanisms are involved in the neurological damage found in patients affected by SCADD and EE.

O sulfito e o tiossulfato estão acumulados em tecidos e líquidos biológicos de pacientes afetados pela deficiência da sulfito oxidase (SO), uma enzima mitocondrial que catalisa a oxidação de sulfito derivado do metabolismo de aminoácidos sulfurados. A deficiência da SO é causada pela deficiência isolada da enzima SO ou por uma deficiência na rota de biossíntese de seu cofator molibdênio. Os indivíduos afetados por esta desordem apresentam disfunção neurológica progressiva, convulsões neonatais severas, subluxação do cristalino, hipotonia axial, hipertonicidade periférica e atraso no desenvolvimento, resultando geralmente em morte prematura. Considerando que a fisiopatologia do dano neurológico encontrado em pacientes deficientes para a SO ainda não está esclarecida, o objetivo do presente trabalho foi investigar os efeitos in vitro do sulfito e do tiossulfato sobre parâmetros de metabolismo energético e homeostase redox e mitocondrial em cérebro de ratos jovens. Inicialmente, verificamos que o sulfito inibe a atividade do complexo IV da cadeia respiratória, indicando que este composto prejudica o fluxo de elétrons, enquanto que o tiossulfato não afetou a atividade de nenhum dos complexos da cadeia respiratória em sobrenadantes de córtex cerebral. Também foi verificado que o sulfito e o tiossulfato diminuem a atividade da creatina quinase total (tCK) e de suas isoformas mitocondrial e citosólica, sugerindo que estes compostos prejudicam o tamponamento e a transferência de energia celular no cérebro. Além disso, melatonina, trolox (análogo solúvel do α-tocoferol), glutationa e o inibidor da óxido nítrico sintase Nω-nitro-L-arginina metil éster atenuaram ou preveniram totalmente a inibição da tCK induzida por sulfito e tiossulfato, sugerindo o envolvimento de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio nestes efeitos. O sulfito e o tiossulfato também aumentaram a oxidação da 2’,7’-diclorofluorescina e inibiram a atividade da aconitase, enquanto que somente o sulfito aumentou a produção de peróxido de hidrogênio, reforçando o envolvimento de dano oxidativo nos efeitos provocados por estes metabólitos. Contudo, a atividade da enzima Na+,K+-ATPase sináptica não foi alterada pelo sulfito e tiossulfato. Em seguida, observamos que o sulfito dissipa o potencial de membrana mitocondrial na presença de Ca2+, de forma dose-dependente de sulfito e Ca2+ em preparações mitocondriais de cérebro de ratos. O sulfito também induziu inchamento e diminuiu a capacidade de retenção de Ca2+, os níveis de NAD(P)H na matriz e o imunoconteúdo de citocromo c em mitocôndrias quando Ca2+ estava presente no meio. Além disso, as alterações provocadas pelo sulfito foram prevenidas por rutênio vermelho, ciclosporina A e ADP, sugerindo que o sulfito induz transição da permeabilidade mitocondrial (MPT). Também foi verificado que dentre vários inibidores da MPT, incluindo antioxidantes, inibidores da fosfolipase A2 e o regente redutor ditiotreitol, apenas o agente alquilante de tióis N-etilmaleimida foi capaz de prevenir o inchamento mitocondrial causado por sulfito. O sulfito também diminuiu o conteúdo de grupamentos tiol de proteínas de membrana em preparações mitocondriais de cérebro, indicando que este composto age diretamente sobre grupamentos tiol contidos no poro de MPT. Assim, pode-se presumir que o prejuízo no metabolismo energético e na homeostase redox causados pelo sulfito e pelo tiossulfato e que a indução de MPT pelo sulfito podem estar envolvidos na disfunção neurológica observada nos portadores da deficiência da SO. / Sulfite and thiosulfate accumulate in tissues and biological fluids of patients affected by the deficiency of sulfite oxidase (SO), which is a mitochondrial enzyme that catalyzes the oxidation of sulfite derived from the metabolism of sulfur amino acids. SO deficiency is caused by the isolated deficiency of the enzyme SO itself or by a deficiency in the biosynthetic pathway of its molybdenum cofactor. Individuals affected by this disorder present progressive neurological dysfunction, severe neonatal seizures, lens subluxation, axial hypotonia, limb hypertonicity and failure to thrive, resulting often in early childhood death. Considering that the pathophysiology of the neurological damage found in SO deficient patients has not been totally established, the aim of the present work was to investigate the in vitro effect of sulfite and thiosulfate on parameters of energy metabolism, as well as redox and mitochondrial homeostasis in rat brain. First, we verified that sulfite inhibited the activity of complex IV of the respiratory chain in cerebral cortex supernatants, indicating that this compound impairs the electron transfer flow, whereas thiosulfate did not affect any of the activities of the respiratory chain complexes. It was also found that sulfite and thiosulfate markedly decreased the activity of total creatine kinase (tCK) and its mitochondrial and cytosolic isoforms, suggesting that these compounds impair brain cellular energy buffering and transfer. Moreover, melatonin, trolox (soluble analogue of α-tocopherol), glutathione and the nitric oxide synthase inhibitor Nω-nitro-L-arginine methyl ester attenuated or fully prevented the inhibition of tCK induced by sulfite and thiosulfate, suggesting the involvement of reactive oxygen and nitrogen species in these effects. Sulfite and thiosulfate also increased 2’,7’-dichlorofluorescin oxidation and inhibited the activity of aconitase, whereas only sulfite increased hydrogen peroxide production, reinforcing the involvement of oxidative damage in the effects elicited by these metabolites. In contrast, synaptic Na+,K+-ATPase activity was not altered by sulfite and thiosulfate. Next, we observed that sulfite dissipates mitochondria membrane potential in the presence of Ca2+, in a sulfite and Ca2+ dose-dependent manner. Sulfite also induced swelling and decreased Ca2+ retention capacity, matrix NAD(P)H pool and cytochrome c immunocontent in mitochondria when Ca2+ was present in the medium. Furthermore, the alterations elicited by sulfite were prevented by ruthenium red, cyclosporine A and ADP, supporting the involvement of mitochondrial permeability transition (MPT) in these effects. It was also verified that among various MPT inhibitors, including antioxidants, phospholipase A2 inhibitors and the reductant reagent dithiothreitol, only the thiol alkylating agent N-ethylmaleimide was able to prevent the sulfite-elicited mitochondrial swelling. Moreover, sulfite decreased membrane protein thiol group content in brain mitochondria, indicating that this compound acts directly on MPT pore containing thiol groups. Taken together, it may be presumed that the mitochondrial energy and redox homeostasis impairment caused by sulfite and thiosulfate and MPT induced by sulfite may be involved in the neurological dysfunction observed in patients affected by SO deficiency.

O ácido quinolínico (QUIN) é um metabólito implicado na patologia de diversas doenças neurodegenerativas, sendo que a injeção intraestriatal com QUIN é um modelo bastante utilizado para o estudo da doença de Huntington (DH). A DH envolve manifestações cognitivas, motoras e neuropsiquiátricas, sendo que a forma juvenil da doença (DHJ) tem uma progressão dos sintomas muito mais rápida e é bem menos estudada que a forma adulta. No presente trabalho desenvolvemos um modelo animal da DHJ, além de utilizarmos abordagens ex vivo e estudos in vitro com o objetivo de avaliar os efeitos do QUIN sobre a homeostase do citoesqueleto, as vias de sinalização direcionadas ao equilíbrio de fosforilação/desfosforilação dos filamentos intermediários (FI) de astrócitos e neurônios e a participação do citoesqueleto das células neurais sobre o dano celular no estriado, cortex cerebral e hipocampo de ratos jovens. Também foram avaliados parâmetros comportamentais no estudo in vivo. Para o estudo in vivo, os ratos foram submetidos a uma injeção intraestriatal de QUIN (150 nmol) ou solução salina (controles) e os parâmetros bioquímicos e comportamentais foram avaliados 1, 7, 14 e 21 dias após a injeção. Para o estudo ex vivo, foram utilizadas fatias de estriado tratadas com QUIN (100 μM) ou tampão fisiológico (controles) durante 50 min e ferramentas farmacológicas foram utilizadas para estudar as vias de sinalização envolvidas nos efeitos causados pela neurotoxina no citoesqueleto. Os estudos in vitro foram desenvolvidos utilizando astrócitos e neurônios estriatais em cultura primária, onde as células foram tratadas com QUIN (10-500 μM) ou apenas com veículo (controles) por 24 h. Os resultados mostraram que os ratos injetados com QUIN apresentaram uma diminuição da captação de glutamato e um aumento na captação de Ca2+ logo após a infusão. Estes efeitos causaram alteração na fosforilação dos FI, propagaram-se do estriado para o córtex cerebral e hipocampo e foram acompanhados de gliose reativa e neurodegeneração no estriado e córtex, mas não no hipocampo. Além disso, os animais apresentaram déficit cognitivo que precedeu as alterações motoras, o que é uma característica da DHJ. O estudo ex vivo mostrou que o QUIN causou hiperfosforilação das subunidades dos neurofilamentos (NF) e da proteína glial fibrilar ácida (GFAP), FI de neurônios e astrócitos, respectivamente. Esses efeitos foram dependentes da ativação de receptores glutamatérgicos ionotrópicos e metabotrópicos, do influxo de Ca2+ através de canais de Ca2+ dependentes de voltagem (VDCC) e da ativação de cinases dependentes e independentes de segundos mensageiros. Além disso, o estudo in vitro mostrou que a alteração da fosforilação dos FI neurais é acompanhada de reorganização do citoesqueleto neuronal e astroglial por mecanismos envolvendo Ca2+. Os efeitos sobre o citoesqueleto neuronal foram totalmente revertidos pelo meio condicionado de astrócitos tratados com QUIN. Ainda, o estudo em co-cultura astrócito/neurônio mostrou que há uma proteção recíproca contra os efeitos do QUIN. O conjunto dos nossos dados evidencia que o dano excitotóxico causado pelo QUIN, através do aumento do influxo de Ca2+ para o citoplasma, pode ser um dos principais responsáveis pela desregulação das cascatas de sinalização intracelulares direcionadas para o citoesqueleto, sendo então o citoesqueleto neural um importante alvo para as ações do QUIN no cérebro de ratos jovens. A formação de um quadro de excitotoxicidade, o rompimento da homeostase do citoesqueleto e a alteração tecidual e celular parecem ser etapas iniciais no dano causado pelo QUIN e podem estar relacionados com os déficits comportamentais observados nos animais. Acreditamos que esses resultados são relevantes para a compreensão dos mecanismos moleculares envolvidos na neurotoxicidade causada pelo QUIN em animais jovens e esperamos que a continuidade desse estudo possa contribuir ainda mais para o estudo das bases moleculares da DHJ. / Quinolinic acid (QUIN) is a neuroactive metabolite considered to be involved in neurodegenerative disorders, and the intrastriatal injection of QUIN is a commonly used model for the study of HD. The disease involves cognitive, motor and neuropsychiatric manifestations, and the juvenile form of the disease (JHD) has a more rapid progression of symptoms and is much less studied. In the present work we developed an animal model of JHD and ex vivo and in vitro approaches to evaluate the effects of QUIN on the homeostasis of the cytoskeleton, signaling pathways targeting the phosphorylation/dephosphorylation equilibrium of astrocyte and neuron intermediate filaments (IF) and the involvement of the cytoskeleton of neural cells on cell damage in the striatum, cerebral cortex and hippocampus of young rats. Behavioral parameters were also evaluated on in vivo study. For the in vivo study, rats were subjected to an instrastriatal injection of QUIN (150 nmol) or saline (controls) and the biochemical and behavioral parameters were evaluated 1, 7, 14 and 21 days after injection. For ex vivo study, striatal slices treated with QUIN (100 μM) or buffer (control) for 50 min and pharmacological approaches were used to study the signaling pathways involved in the effects caused by the neurotoxin on cytoskeleton. In vitro studies were developed using striatal neurons and astrocytes in primary culture, where cells were treated with QUIN (10-500 mM) or vehicle only (controls) for 24 h. The results showed that rats injected with QUIN showed a decrease in uptake of glutamate and increased uptake of Ca2 + after infusion. These effects caused alterations in the phosphorylation of IFs that propagated from striatum to cerebral cortex and hippocampus and were accompanied by reactive gliosis and neurodegeneration in cortex and striatum but not in hippocampus. Furthermore, the animals showed cognitive deficits that preceded motor changes, which is a characteristic of JHD. Ex vivo studies showed that QUIN caused hyperphosphorylation of neurofilament subunits (NF) and glial fibrillary acidic protein (GFAP), IF of neurons and astrocytes, respectively. These effects were dependent on the activation of ionotropic and metabotropic glutamate receptors, Ca2 + influx through voltage-dependent Ca2 + (VDCC) and the kinase-dependent and independent of activation of second messengers. Moreover, in vitro studies showed that the change in phosphorylation of neural IFs is accompanied by reorganization of the neuronal and astroglial cytoskeleton by mechanisms involving Ca2 +. The effects on the neuronal cytoskeleton were completely reversed by the conditioned medium of astrocytes treated with QUIN. Also, the study with co-cultured astrocyte-neuron showed that there is a mutual protection against the effects of QUIN. The set of our data shows that the excitotoxic damage caused by QUIN by increasing the influx of Ca2 + into the cytoplasm can be a major contributor to the misregulation of cascades of intracellular signaling directed to the cytoskeleton, making the cytoskeleton an important target for the actions of QUIN in brain of young rats. The formation of excitotoxicity, the disruption of cytoskeletal homeostasis and changes in cell tissue appear to be steps in the initial damage caused by QUIN and may be associated with behavioral deficits observed in the animals. We believe that these findings have contributed to a better understanding of the molecular mechanisms involved in the neurotoxicity caused by QUIN in young rats and we expect that the continuation of this study can contribute to the better understanding of the molecular basis of JHD.

A hipertirosinemia é uma doença autossômica recessiva do catabolismo da tirosina que se caracteriza pelo acúmulo de tirosina nos tecidos, no fluído cérebro-espinhal, no sangue e na urina de pacientes. Em humanos, três tipos foram identificados: tirosinemia tipo I, que é causada pela deficiência da enzima fumarilacetoacetato hidrolase (FAH); a tipo II, pela deficiência da tirosina aminotransferase (TAT) e a tipo III, devido à deficiência da 4-hidroxifenilpiruvato dioxigenase (4HPPD). A tirosinemia tipo I tem incidência de 1:200.000 nascimentos e é conhecida por ser a forma mais grave da doença, onde a concentração de tirosina varia de 50 a 120 μmol/L. O bloqueio desta enzima (FAH) resulta no acúmulo de metabólitos tóxicos como o maleilacetoacetato (MAA), fumarilacetoacetato (FAA) e succinilacetona (SA), os quais são responsáveis por problemas hepáticos e renais característicos da doença. A tirosinemia tipo II tem incidência de 1:250.000 nascidos vivos e se caracteriza por ter os níveis mais elevados de tirosina (370 a 3420 μmol/L). A deficiência da TAT leva a manifestações clínicas como distúrbios oculares, cutâneos e neurológicos. Estudos recentes mostram que o estresse oxidativo pode estar envolvido na fisiopatologia de doenças hereditárias do metabolismo, onde ocorre acúmulo de aminoácidos e ácidos orgânicos, os quais se supõem serem responsáveis pela produção excessiva de espécies reativas. Considerando que os mecanismos das disfunções neurológica e hepática são pouco conhecidos em pacientes hipertirosinêmicos, o presente estudo investigou o possível papel do estresse oxidativo na neuro e hepatotoxicidade da tirosina a fim de melhor compreender os mecanismos de danos observados no cérebro e no fígado desses pacientes. Para isso, o efeito da administração aguda e crônica da L-tirosina foi investigado sob os seguintes parâmetros de estresse oxidativo em cérebro e/ou fígado de ratos jovens: a atividade das enzimas superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa peroxidase (GPx) e glicose 6-fosfato desidrogenase (G6PD); o conteúdo de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS); o conteúdo de carbonilas protéicas; o conteúdo de 2’7’diclorofluoresceína formado (DCF). Foi observado que no modelo agudo a L-tirosina diminuiu apenas a atividade da CAT e da SOD, sem alterar os outros parâmetros analisados em fígado de ratos, e que no modelo crônico ela foi capaz de diminuir as defesas antioxidantes enzimáticas, alterar a lipoperoxidação e aumentar a produção de radicais em ambos os tecidos estudados. Esses resultados indicam que a hipertirosinemia é uma situação de risco para a célula e sugerem que o estresse oxidativo possa estar envolvido na fisiopatologia da doença, no entanto, mais estudos precisam ser realizados para melhor esclarecer os mecanismos responsáveis pelas disfunções características da hipertirosinemia. / Hypertyrosinemia is an autosomal recessive disease of tyrosine catabolism which is characterized by the accumulation of tyrosine in tissues, cerebrospinal fluid, blood and urine of patients. In humans, three types have been identified: tyrosinemia type I is caused by deficiency of the enzyme fumarylacetoacetate hydrolase (FAH), type II, by deficiency of tyrosine aminotransferase (TAT) and type III, due to the deficiency of 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase (4HPPD). Tyrosinemia type I has an incidence of 1:200,000 newborns and is known for being the gravest form of the disease, where the concentration of tyrosine varies from 50 to 120 μmol/L. The blockade of this enzyme (FAH) results in the accumulation of toxic metabolites such as maleylacetoacetate (MAA), fumarylacetoacetate (FAA) and succinylacetone (SA), which are responsible for liver and kidney problems characteristic of the disease. Tyrosinemia type II has an incidence of 1:250,000 newborns and is characterized by having the highest level of tyrosine (370 a 3420 μmol/L). The TAT deficiency leads to clinical manifestations such as eye, skin and neurological disturbances. Recent studies have shown that oxidative stress may be involved in the pathophysiology of inherited metabolic disorders where there is an accumulation of amino acids and organic acids, which are supposed to be responsible for the overproduction of reactive species. Whereas the mechanisms of neurological and hepatic dysfunctions are poorly understood in hypertyrosinemic patients, the present study investigated the possible role of oxidative stress in neuro- and hepatotoxicity tyrosine in order to better understand the mechanisms of damage observed in the brain and liver of these patients. For this, the effect of acute and chronic administration of L-tyrosine was investigated under the following oxidative stress parameters in brain and/or liver of young rats: the activity of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx) and glucose 6-phosphate dehydrogenase (G6PD); the content of thiobarbituric acid reactive substances (TBA-RS); the protein carbonyl content; the content of 2'7'diclorofluorescein formed (DCF). It was observed that in the acute model L-tyrosine decreased CAT and SOD activity only, without changing the other parameters analyzed in liver of rats and that in the chronic model it was able to decrease the enzymatic antioxidant defenses, alter lipid peroxidation and increases the radicals production in both analyzed tissues. These results indicate that hypertyrosinemia is a risk to the cell and suggest that oxidative stress may be involved in the pathophysiology of the disease, however, more studies are needed to better clarify the mechanisms responsible for the dysfunction of hipertirosinemia characteristics.

A fenilcetonúria é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência severa da atividade da enzima fenilalanina hidroxilase, a qual converte fenilalanina em tirosina. O bloqueio desta hidroxilação resulta em acúmulo tecidual de fenilalanina e seus metabólitos, ácidos fenilpirúvico, feniláctico e fenilacético. Cabe salientar que a concentração cerebral destes metabólitos está correlacionada positivamente aos níveis plasmáticos de fenilalanina. A doença caracteriza-se por sintomas neurológicos graves tais como retardo mental e convulsões. Apesar de ser uma das aminoacidopatias mais freqüentes e mais estudadas, a neuropatologia da fenilcetonúria ainda não é totalmente compreendida. No presente trabalho, foram investigados os efeitos in vitro dos ácidos fenilpirúvico, feniláctico e fenilacético sobre o estresse oxidativo em homogeneizado de cérebro de ratos jovens, a fim de melhor entender o envolvimento destes metabólitos na disfunção neurológica presente na doença. Foram estudados os seguintes parâmetros: quimiluminescência, substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS), potencial antioxidante total (TRAP), reatividade antioxidante total (TAR), conteúdo de tióis totais e de grupos carbonila, conteúdo de glutationa (GSH), conteúdo de 2’, 7’ diclorofluoresceína (DCF) e atividade das enzimas antioxidantes: catalase (CAT), superóxido dismutase (SOD) e glutationa peroxidase (GSH-Px). Observamos que o ácido fenilpirúvico aumentou a quimiluminescência, o TBA-RS e o conteúdo de grupos carbonila, de maneira dose-dependente, ainda, este ácido reduziu o TRAP, de maneira dose-dependente, e o conteúdo de GSH. O ácido feniláctico aumentou a quimiluminescência e o TBA-RS, diminuiu o TRAP e o conteúdo de GSH. Já, na presença do ácido fenilacético, houve um aumento significativo do TBA-RS e do conteúdo de DCF. Os três metabólitos testados não alteraram a atividade da enzima antioxidante SOD, porém reduziram a atividade da GSH-Px, de maneira dosedependente, e da CAT. Os resultados obtidos mostram que os metabólitos da fenilalanina alteram parâmetros de estresse oxidativo em cérebro de ratos. Aliados a diversos estudos anteriores em modelo animal e em pacientes com fenilcetonúria, que demonstram que a fenilalanina altera parâmetros de estresse oxidativo, nossos resultados indicam que os metabólitos deste aminoácido também podem estar envolvidos na fisiopatologia dos danos cerebrais observados na fenilcetonúria, sugerindo que o benefício de uma suplementação com antioxidantes à dieta dos pacientes seja estudado a fim de prevenir possíveis danos causados por radicais livres. / Phenylketonuria is an inborn error of metabolism caused by severe deficiency of phenylalanine hydroxylase activity, which converts phenylalanine to tyrosine, leading to tissue accumulation of phenylalanine and its metabolites (phenylpyruvic acid, phenyllactic acid and phenylacetic acid). The concentrations of these metabolites into the brain correlate positively with plasma phenylalanine levels. This disease is characterized by serious neurological features, such as mental retardation and seizures. Although phenylketonuria is one of the most frequent and studied aminoacidopatias, the neuropathology of this disease is poorly understood. In the present work, the in vitro effect of the phenylpyruvic acid, phenyllactic acid and phenylacetic acid on oxidative stress were investigated in brain homogenates of young rats, in order to be better understand the involvement of these metabolites in the neurological dysfunction present in this disease. The following parameters were studied: chemiluminescence, thiobarbituric acid reactive substances (TBA-RS), total radical-trapping antioxidant potential (TRAP), total antioxidant reactivity (TAR), total thiol and carbonyl groups, glutathione (GSH), 2’, 7’ dichlorofluorescein (DCF) and the activities of antioxidants enzymes catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD), and glutathione peroxidase (GSH-Px). We observed that phenylpyruvic acid increased chemiluminescence, TBA-RS and the content of carbonyl groups (in a dosedependent way) and that this acid reduced TRAP (in a dose-dependent way) and GSH levels. Phenyllactic acid increased chemiluminescence and TBA-RS, and reduced TRAP and GSH levels. Phenylacetic acid increased TBA-RS and the measurement of DCF. Any of the metabolites altered the activity of SOD, whereas all of them reduced the activities of GSH-Px (in a dose-dependent way) and CAT. The results show that phenylalanine metabolites alter many parameters of oxidative stress in brain homogenates of young rats. Other studies have been demonstrated that oxidative stress seems to be involved in phenylketonuric animal models and patients. Taking together, these studies and our results suggest that the benefit of an antioxidant supplementation to the diet of these patients might be studied in order to prevent possible damage produced by free radicals.

DRC é a condição que descreve alteração irreversível da função renal, desencadeando o desenvolvimento de vários sintomas neurológicos. Dentre as hipóteses estão o estresse oxidativo, a resposta inflamatória e a Klotho envolvidos na patogênese tanto da DRC quanto das lesões relacionadas à Demência Vascular. O objetivo deste trabalho é o de avaliar a ausência e presença de déficit cognitivo (CI) em pacientes com DRC em hemodiálise, bem como em modelo animal de 5/6 de ablação renal (Nx), relacionando a concentração de citocinas e klotho em soro, líquor de rato e homogenato de tecido cerebral e renal de rato. Observamos que os mediadores séricos pró- e antinflamatórios, nos indivíduos DRC e DRC-CI, não apresentaram diferença em relação aos indivíduos do grupo controle. Nos animais Nx, não encontramos correlação entre as alterações séricas de citocinas pró- e antiinflamatórias com CI. Finalmente, observamos redução dos níveis séricos da Klotho nos indivíduos do grupo DRC-CI, assim como nos animais Nx-CI quando comparados com os respectivos grupos Controle e DRC sem CI. / CKD is a condition that describes irreversible alteration of renal function and development of various neurological symptoms. Several hypotheses are described as triggering factors of cognitive impairment (CI) related to CKD, including the linked of oxidative stress, inflammation and Klotho in the pathogenesis of CKD and of injuries related to vascular dementia. The objective of this thesis is to evaluate the presence and absence of CI in patients with CKD on hemodialysis, as well as in a 5/6 renal ablation animal model, linking to citokynes and Klotho levels in plasma, brain and kidney samples and cerebrospinal fluid. Our data showed no differences in serum pro-inflammatory and anti-inflammatory mediators in CKD and CKD-CI groups when compared to the control group as well in the animal model of CKD. Our data also showed a reduction in serum levels of Klotho among individuals with CKD-CI, as well as in animals with CI associated with the animal model of CKD when compared with the respective control groups and CKD without deficit.

Técnicas cirúrgicas para realização de craniotomias são descritas na literatura há mais de cinqüenta anos. Contudo, a sua realização ainda é limitada, muitas vezes pela ausência de diagnóstico conclusivo. Com o advento de métodos não invasivos como a tomografia computadorizada, a especificidade quanto ao tipo e localização da lesão tornou-se possível. As principais abordagens cranianas são as técnicas de craniotomia transfrontal que promovem acesso ao cérebro. Os principais pontos de referência para a realização da técnica são os seios venosos da dura mater. Este estudo visou analisar o acesso cirúrgico em relação ao seio venoso sagital dorsal, bem como compará-lo nos diferentes tipos de crânio: braquicefálico e mesaticefálico. Foram utilizados 16 crânios provenientes de 8 cães da raça boxer, 5 cães sem raça definida, 1 rotweiller, 1 labrador e 1 pinscher. O trajeto do seio venoso sagital superior foi estudado pelo método de injeção de solução de látex com pigmento colorido e sulfato de bário. A relação do SVSD foi estudada através de análise das imagens obtidas pela tomografia computadorizada. Os crânios braquicefálicos apresentaram índice cefálico médio igual à 91,24 e índice crânio fácil igual à 2,89; enquanto nos crânio mesaticefálicos obtivemos os valores médios de 79,77 e 1,92 para os índices cefálico e crânio facial respectivamente. O trajeto do seio venoso sagital dorsal foi delimitado, tendo início na porção média do arco zigomático e término ao nível do osso occipital nos dois grupos de crânios. Em relação às mensurações do seio venoso relativas à calota craniana obtivemos os valores médios da área = 7,35+-2,51; D1 = 6,65+-2,27; D2 = 16,17+-4,08; D3 = 15,75-+5,09; D4 = 18,33+-5,25 e D5 = 18,04+-5,87 no grupo mesaticefálico e os valores médios da área = 10,18+-4,69; D1 = 11,84+-2,35; D2 = 19,57+-2,61; D3 = 17,88+-2,31; D4 = 25,32+-5,68 e D5 = 24,84=-4,40 no grupo braquicefálico. Os valores referentes á área, D4 e D5 apresentaram diferença estatística (P<0,05), que denota diferença no formato da calota craniana entre os dois grupos, assim consequentemente diferença na medida citada como margem de segurança para a realização da abordagem cirúrgica do cérebro. / The surgical approaches for craniotomy are describe since the fifties. However, this realization is limited, many times for the absence conclusive diagnosis. The non invasive methods like computed tomography, the lesion locatization and type are easily made. The most important surgical approach is transfrontal craniotomy which promoves brain access. The principal landmarks to the surgery are the dura mater venous sinus. The objetive of this study was to analise the surgical access relation to the dorsal sagittal sinus and to compare with the different skull type: mesaticephalic and braquicephalic. Sixteen skulls from 8 Boxer dogs, 5 Mongrel dogs, 1 Rottweiler, 1 Labrador and 1 Pinscher. The sinus path was studied by solution of bario and látex whith coloured pigment injection. The dorsal sagittal sinus relation was studied by CT image analysis. The braquicephalic skulls showed cephalic index = 91,24 and cranio facial index = 2,89, and the mesaticephalic skulls presents 79,77 and 1,92 for cephalic and crânio facial index. The dorsal sagittal sinus path was delimited, and the medium of the zigomatic arc is this begging and the occipital bone the final, in both skull types. The venous sinus mensurations interface to the skull are: area = 7,35+/-2,51; D1 = 6,65+-2,27; D2 = 16,17+-4,08; D3 = 15,75-+5,09; D4 = 18,33+-5,25 e D5 = 18,04+-5,87 in mesaticephalic dogs and the medium mensurations da area = 10,18+-4,69; D1 = 11,84+-2,35; D2 = 19,57+-2,61; D3 = 17,88+-2,31; D4 = 25,32+-5,68 e D5 = 24,84=-4,40 in braquicephalic group. The área, D4 and D5 mensurations presents statistic difference (P<0,05), which show the skull form difference betwen the two groups, and the edge for the surgical approach to the brain.

As acidúrias metilmalônica e propiônica são doenças que afetam o catabolismo de aminoácidos de cadeia ramificada e ácidos graxos de cadeia ímpar causadas pela deficiência das enzimas metilmalonil-CoA mutase (EC 5.4.99.2) e propionil-CoA carboxilase (EC 6.4.1.3), respectivamente. Esses distúrbios são bioquimicamente caracterizados pelo acúmulo tecidual e elevada excreção urinária predominante dos ácidos metilmalônico (MMA) e propiônico (PA). Tendo em vista que os mecanismos responsáveis pelo dano neurológico encontrado nesses distúrbios ainda não estão bem estabelecidos, especialmente no que se refere ao tipo de células neurais vulneráveis à ação tóxica, o presente trabalho investigou os efeitos in vitro do MMA e do PA sobre importantes parâmetros de dano oxidativo lipídico e protéico e sobre a produção de espécies reativas em preparações sinaptossomais de cérebro de ratos jovens que são utilizadas para o estudo de efeitos neurotóxicos de compostos em neurônios. Também foi avaliado os efeitos da administração intraestriatal in vivo de MMA ou PA sobre os mesmos parâmetros, bem como sobre as atividades de enzimas antioxidantes em estriado de ratos jovens. Nossos resultados demonstraram que o MMA aumentou in vitro e in vivo a formação de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS) em preparações sinaptossomais e no estriado, respectivamente, indicando que o metabólito induz peroxidação lipídica. Verificamos ainda que a adição de MK-801 (antagonista glutamatérgico do tipo NMDA) e dos antioxidantes melatonina e trolox preveniu o aumento nos níveis de TBA-RS causado pelo MMA em sinaptossomas, indicando o envolvimento de receptores de glutamato e de espécies reativas neste efeito. Além disso, o MMA aumentou significativamente a oxidação da 2’,7’-diclorofluoresceína diacetato em sinaptossomas, refletindo um aumento na produção de espécies reativas induzido por esse ácido orgânico. Observamos também que o MMA aumentou a formação de carbonilas in vitro em sinaptossomas e a oxidação de grupamentos sulfidrilas in vivo em estriado, evidenciando dano oxidativo protéico. A administração intraestriatal de MMA inibiu significativamente a atividade da glutationa peroxidase, ao passo que as atividades das enzimas superóxido dismutase e catalase não foram alteradas. Por sua vez, o PA não alterou in vitro e in vivo qualquer dos parâmetros avaliados. O presente estudo indica que o MMA induz estresse oxidativo em sinaptossomas e em estriado, através do aumento da produção de espécies reativas e redução das defesas antioxidantes. Presumimos que o dano oxidativo provavelmente neuronal causado por esse metabólito possa representar um importante mecanismo fisiopatogênico envolvido na disfunção neurológica encontrada nos pacientes afetados pela acidúria metilmalônica. / Propionic acidemia and methylmalonic acidemia are disorders that affect the catabolism of branched-chain amino acids and odd-chain fatty acids caused by deficiency of methylmalonyl-CoA mutase (EC 5.4.99.2) and propionyl-CoA carboxylase (EC 6.4.1.3) activities, respectively. These disorders are biochemically characterized by tissue accumulation and high urinary excretion of methylmalonic (MMA) and propionic (PA) acids. Considering that the pathomechanisms of brain damage found in propionic and methylmalonic acidemias are not well established, specially regarding the type of neural cells vulnerable to the toxicity, the present study investigated the in vitro effects of MMA and PA on important parameters of lipid and protein oxidative damage and on the production of reactive species in synaptosomal preparations from brain of young rats used to study the neurotoxic effects of compounds on neurons. The in vivo effects of intrastriatal administration of MMA or PA on the same parameters, as well as on enzymatic antioxidant defenses, were also evaluated in striatum of young rats. It was observed in vitro and in vivo that MMA increased thiobarbituric acid-reactive substances (TBA-RS) levels in synaptosomal preparations and in striatum, respectively, indicating that this organic acid induces lipid peroxidation. Furthermore, the lipid oxidative damage was attenuated by the free radical scavengers α-tocopherol and melatonin and by the NMDA glutamate receptor antagonist MK-801, implying the involvement of reactive species and glutamate receptor activation in these effects. In addition, 2’,7’-dichlorofluorescein diacetate oxidation was significantly increased in synaptosomes by MMA in vitro, reinforcing the observation that reactive species generation is elicited by MMA. We also found that MMA increased carbonyl formation in vitro and sulfhydryl oxidation in vivo, suggesting that this metabolite induces protein oxidative damage. Moreover, intrastriatal administration of MMA significantly inhibited glutathione peroxidase activity, whereas it did not alter the activities of superoxide dismutase and catalase. PA did not modify these parameters in vivo and in vitro. Our data showed that MMA induces lipid and protein oxidative damage in synaptosomes and in striatum mediated by increased production of reactive species and the reduction of antioxidant defenses. Therefore, it is presumed that the cellular oxidative damage caused by MMA may represent an important pathophysiological mechanism involved in the neurological dysfunction found in patients affected by methylmalonic acidemia.

O ácido glutárico (AG) é o principal metabólito acumulado nos tecidos e fluidos corporais de pacientes afetados por acidemia glutárica tipo I (AG I), um erro inato do metabolismo da via catabólica dos aminoácidos lisina, hidroxilisina e triptofano causado pela deficiência severa da atividade da enzima glutaril-CoA desidrogenase. Clinicamente, os pacientes apresentam macrocefalia ao nascimento e uma hipomielinização ou desmielinização progressiva do córtex cerebral. Crises de descompensação metabólica com encefalopatia aguda ocorrem nestes pacientes principalmente entre 3 e 36 meses de vida, levando a uma marcada degeneração estriatal, que é a principal manifestação neurológica da doença. Depois de sofrer essas crises, os pacientes apresentam distonia e discinesia que progridem rapidamente e os incapacita para as atividades normais. Apesar dos sintomas neurológicos severos e achados neuropatológicos com atrofia cerebral, os mecanismos que levam ao dano cerebral na AG I são pouco conhecidos. O objetivo inicial do presente trabalho foi desenvolver um modelo animal por indução química de AG I através da injeção subcutânea do AG em ratos Wistar de forma que os níveis cerebrais deste composto atinjam concentrações similares aos encontrados em pacientes (~0,5 mM) para estudos neuroquímicos e comportamentais. Observamos que o AG atingiu concentrações no cérebro aproximadamente 10 vezes menores do que no plasma e 5 vezes menores do que nos músculos cardíaco e esquelético. O próximo passo foi investigar o efeito desse modelo sobre parâmetros do metabolismo energético no cérebro médio, bem como nos tecidos periféricos (músculo cardíaco e músculo esquelético) de ratos de 21 dias de vida Verificamos que a produção de CO2 a partir de glicose não foi alterada no cérebro médio dos ratos, bem como a atividade da creatina quinase no cérebro médio, músculo cardíaco e músculo esquelético. A atividade do complexo I-III da cadeia respiratória estava inibida em cérebro médio de ratos (25%), enquanto no músculo esquelético estavam inibidas as atividades dos complexos I-III (25%) e II-III (15%) e no músculo cardíaco não foi encontrada nenhuma inibição dos complexos da cadeia respiratória. Em seguida, testamos o efeito in vitro do AG sobre os mesmos parâmetros do metabolismo energético e observamos uma inibição das atividades do complexo I-III (20%) e da sucinato desidrogenase (30%) no cérebro médio na concentração de 5 mM do ácido. A produção de CO2, a partir de glicose e acetato, e a atividade da creatina quinase não foram alteradas pelo AG no cérebro médio dos animais. Assim, concluímos que o AG interfere no metabolismo energético celular, o que poderia explicar, ao menos em parte, a fisiopatogenia da AG I.