A Doença do Xarope do Bordo (DXB) é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência na atividade do complexo da desidrogenase dos α- cetoácidos de cadeia ramificada. Como conseqüência deste bloqueio ocorre o acúmulo dos aminoácidos de cadeia ramificada leucina, isoleucina e valina, bem como de seus respectivos α-cetoácidos e α-hidroxiácidos de cadeia ramificada. A manifestação clínica da DXB varia da forma clássica severa a formas variantes moderadas. Os principais sinais clínicos laboratoriais apresentados pelos pacientes com DXB incluem cetoacidose, hipoglicemia, recusa alimentar, opistótono, apnéia, ataxia, convulsões, coma, atraso no desenvolvimento psicomotor e retardo mental. No entanto, os mecanismos responsáveis pelos sintomas neurológicos apresentados pelos pacientes com DXB ainda são pouco conhecidos. O tratamento para DXB consiste na restrição da ingestão de proteínas, bem como dos aminoácidos leucina isoleucina e valina, suplementada com uma fórmula semi-sintética contendo aminoácidos essenciais, minerais e vitaminas. Estudos in vitro têm demonstrado que os aminoácidos de cadeia ramificada e seus respectivos α- cetoácidos acumulados na DXB estimulam a lipoperoxidação e reduzem as defesas antioxidantes em córtex cerebral de ratos. O objetivo deste estudo foi investigar se o estresse oxidativo ocorre em pacientes com DXB em tratamento ou ainda não tratados. Inicialmente, foram analisados parâmetros de estresse oxidativo em amostras de plasma de pacientes com DXB obtidas antes do início do tratamento (no diagnóstico). Foi observado um aumento significativo das espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) e uma diminuição significativa da reatividade antioxidante total (TAR). Em seguida foram avaliados parâmetros de estresse oxidativo em plasma de dois grupos de pacientes com DXB em tratamento dietético com níveis plasmáticos baixos e altos de leucina. Verificou-se um marcado aumento do TBARS e uma diminuição significativa do TAR em ambos os grupos de pacientes tratados, porém a redução do TAR foi mais pronunciada nos pacientes com baixos níveis sanguíneos de leucina. Além disso, não foi observada correlação entre os níveis de leucina, isoleucina ou valina com os parâmetros de estresse oxidativo. Em continuidade ao trabalho, foram estudados os níveis de selênio no plasma de pacientes com DXB antes e durante o tratamento dietético, bem como a atividade de enzimas antioxidantes em eritrócitos de pacientes em tratamento. Foi verificado que os pacientes com DXB apresentam uma deficiência moderada de selênio no momento do diagnóstico (antes do tratamento) da doença e que essa deficiência se agrava com o tratamento dietético. Ainda, verificou-se que a atividade da enzima glutationa peroxidase está diminuída em eritrócitos de pacientes em tratamento. Posteriormente, foram medidos vários parâmetros bioquímicos em plasma de pacientes com DXB tratados, com o objetivo de verificar se havia correlação destes com parâmetros de estresse oxidativo. Foi demonstrado que os pacientes com DXB em tratamento apresentam redução nos níveis séricos de glicose, colesterol total, creatinina sérica e albumina e aumento na atividade enzimática da aspartato aminotransferase e da lactato desidrogenase. (Continua). Entretanto, não foram observadas alterações nos níveis de colesterol HDL, colesterol LDL, triglicerídeos, alanina aminotransferase, creatina quinase, uréia e ácido úrico. Foi ainda verificado um aumento significativo de TBARS e uma diminuição significativa de TAR, bem como uma correlação positiva entre a medida de 3 TBARS e os níveis de triglicerídeos. Concluindo, nossos resultados indicam que existe um desequilíbrio entre a produção de radicais livres (aumento) e as defesas antioxidantes (diminuição) gerando estresse oxidativo em pacientes com DXB não tratados e em tratamento e que esse processo não está correlacionado com os níveis plasmáticos dos aminoácidos leucina, isoleucina e valina acumulados nesta doença. Além disso, verificamos que a deficiência de selênio e a concomitante diminuição da atividade da glutationa peroxidase podem estar associados ao desenvolvimento do estresse oxidativo nesta doença. É, portanto, possível inferir que o dano oxidativo contribua, pelo menos em parte, para a fisiopatologia desta doença, explicando o dano neurológico que ocorre nos pacientes afetados. Portanto, é possível que a administração de antioxidantes possa ser útil na DXB. / Maple Syrup Urine Disease (MSUD) is an inborn error of metabolism caused by a deficiency of the branched-chain α-keto acid dehydrogenase complex activity. This blockage leads to accumulation of the branched-chain amino acids leucine, isoleucine and valine, as well as their corresponding α- keto acids and α-hydroxy acids. Clinical manifestations are variable, pending on the variants classical severe form to milder variants. The major clinical features presented by MSUD patients include ketoacidosis, hypoglycemia, poor feeding, opisthotonos, apnea, ataxia, convulsions, coma, psychomotor delay and mental retardation. However, the mechanisms of the neurological symptoms presented by MSUD patients are still poorly understood. MSUD treatment consists of a low protein diet and a semi-synthetic formula poor in leucine, isoleucine, and valina and supplemented by essential amino acids minerals and vitamins. Studies have been showed that the branched-chain amino acids and their corresponding brached-chain α-keto acids accumulating in MSUD stimulate in vitro lipid peroxidation and reduce antioxidant defences in cerebral cortex of rats. The objective of the present study was to investigate oxidative stress parameters in MSUD patients treated and non-treated. First, it was analyzed parameters of oxidative stress in plasma from non-treated MSUD patients. It was observed a significant increase of thiobarbituric acid-reactive species (TBARS) and a marked reduction in total antioxidant reactivity (TAR). Parameters of oxidative stress in plasma from two groups of MSUD patients under dietetic treatment with low and high blood leucine levels were also evaluated. It was verified an increase of TBARS and a significant decrease of TAR in both groups of MSUD patients. However, TAR reduction was higher in the group presenting low leucine levels. On the other hand, it was not found a correlation between leucine, valine and isoleucine levels and oxidative stress parameters. Selenium levels in plasma from MSUD patients at diagnosis (nontreated) and under treatment, as well as the activities of antioxidant enzymes in erythrocytes from treated patients were also determined. MSUD patients presented a significant selenium deficiency at diagnosis which becomes more pronounced during treatment and a decrease of erythrocyte glutathione peroxidase activity during treatment. Subsequently, it was evaluated various biochemical parameters in plasma from MSUD patients during treatment in order to verify if there was correlation between these parameters and oxidative stress. It was demonstrated that MSUD patients under treatment present a reduction of glucose, total cholesterol, albumin and creatinine levels and an increased activity of aspartate aminotransferase and lactate dehydrogenase. However, HDL cholesterol, LDL cholesterol, triglycerides, alanine aminotransferase, creatine kinase, urea and uric acid measurements were not altered. Besides, it was verified a significant increase of TBARS and a significant decrease of TAR, as well as a positive correlation between TBARS and triglycerides levels. In summary, our results suggest an imbalance between the production of free radicals and the antioxidant defenses in MSUD patients leading to oxidative stress at diagnosis and during treatment and that this is not correlated with the amino acids leucine, isoleucine and valine accumulating in this disease. Besides, the selenium deficiency and the decrease of erythrocyte glutathione peroxidase activity could be associated to the development of oxidative stress. Finally, it is possible that oxidative damage may contribute, at least in part, to the pathophysiology of this disorder. If that is the case, antioxidants may serve as an adjuvant therapy in MSUD.

A Doença do Xarope do Bordo (DXB) é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência na atividade do complexo da desidrogenase dos α- cetoácidos de cadeia ramificada. Como conseqüência deste bloqueio ocorre o acúmulo dos aminoácidos de cadeia ramificada leucina, isoleucina e valina, bem como de seus respectivos α-cetoácidos e α-hidroxiácidos de cadeia ramificada. A manifestação clínica da DXB varia da forma clássica severa a formas variantes moderadas. Os principais sinais clínicos laboratoriais apresentados pelos pacientes com DXB incluem cetoacidose, hipoglicemia, recusa alimentar, opistótono, apnéia, ataxia, convulsões, coma, atraso no desenvolvimento psicomotor e retardo mental. No entanto, os mecanismos responsáveis pelos sintomas neurológicos apresentados pelos pacientes com DXB ainda são pouco conhecidos. O tratamento para DXB consiste na restrição da ingestão de proteínas, bem como dos aminoácidos leucina isoleucina e valina, suplementada com uma fórmula semi-sintética contendo aminoácidos essenciais, minerais e vitaminas. Estudos in vitro têm demonstrado que os aminoácidos de cadeia ramificada e seus respectivos α- cetoácidos acumulados na DXB estimulam a lipoperoxidação e reduzem as defesas antioxidantes em córtex cerebral de ratos. O objetivo deste estudo foi investigar se o estresse oxidativo ocorre em pacientes com DXB em tratamento ou ainda não tratados. Inicialmente, foram analisados parâmetros de estresse oxidativo em amostras de plasma de pacientes com DXB obtidas antes do início do tratamento (no diagnóstico). Foi observado um aumento significativo das espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) e uma diminuição significativa da reatividade antioxidante total (TAR). Em seguida foram avaliados parâmetros de estresse oxidativo em plasma de dois grupos de pacientes com DXB em tratamento dietético com níveis plasmáticos baixos e altos de leucina. Verificou-se um marcado aumento do TBARS e uma diminuição significativa do TAR em ambos os grupos de pacientes tratados, porém a redução do TAR foi mais pronunciada nos pacientes com baixos níveis sanguíneos de leucina. Além disso, não foi observada correlação entre os níveis de leucina, isoleucina ou valina com os parâmetros de estresse oxidativo. Em continuidade ao trabalho, foram estudados os níveis de selênio no plasma de pacientes com DXB antes e durante o tratamento dietético, bem como a atividade de enzimas antioxidantes em eritrócitos de pacientes em tratamento. Foi verificado que os pacientes com DXB apresentam uma deficiência moderada de selênio no momento do diagnóstico (antes do tratamento) da doença e que essa deficiência se agrava com o tratamento dietético. Ainda, verificou-se que a atividade da enzima glutationa peroxidase está diminuída em eritrócitos de pacientes em tratamento. Posteriormente, foram medidos vários parâmetros bioquímicos em plasma de pacientes com DXB tratados, com o objetivo de verificar se havia correlação destes com parâmetros de estresse oxidativo. Foi demonstrado que os pacientes com DXB em tratamento apresentam redução nos níveis séricos de glicose, colesterol total, creatinina sérica e albumina e aumento na atividade enzimática da aspartato aminotransferase e da lactato desidrogenase. (Continua). Entretanto, não foram observadas alterações nos níveis de colesterol HDL, colesterol LDL, triglicerídeos, alanina aminotransferase, creatina quinase, uréia e ácido úrico. Foi ainda verificado um aumento significativo de TBARS e uma diminuição significativa de TAR, bem como uma correlação positiva entre a medida de 3 TBARS e os níveis de triglicerídeos. Concluindo, nossos resultados indicam que existe um desequilíbrio entre a produção de radicais livres (aumento) e as defesas antioxidantes (diminuição) gerando estresse oxidativo em pacientes com DXB não tratados e em tratamento e que esse processo não está correlacionado com os níveis plasmáticos dos aminoácidos leucina, isoleucina e valina acumulados nesta doença. Além disso, verificamos que a deficiência de selênio e a concomitante diminuição da atividade da glutationa peroxidase podem estar associados ao desenvolvimento do estresse oxidativo nesta doença. É, portanto, possível inferir que o dano oxidativo contribua, pelo menos em parte, para a fisiopatologia desta doença, explicando o dano neurológico que ocorre nos pacientes afetados. Portanto, é possível que a administração de antioxidantes possa ser útil na DXB. / Maple Syrup Urine Disease (MSUD) is an inborn error of metabolism caused by a deficiency of the branched-chain α-keto acid dehydrogenase complex activity. This blockage leads to accumulation of the branched-chain amino acids leucine, isoleucine and valine, as well as their corresponding α- keto acids and α-hydroxy acids. Clinical manifestations are variable, pending on the variants classical severe form to milder variants. The major clinical features presented by MSUD patients include ketoacidosis, hypoglycemia, poor feeding, opisthotonos, apnea, ataxia, convulsions, coma, psychomotor delay and mental retardation. However, the mechanisms of the neurological symptoms presented by MSUD patients are still poorly understood. MSUD treatment consists of a low protein diet and a semi-synthetic formula poor in leucine, isoleucine, and valina and supplemented by essential amino acids minerals and vitamins. Studies have been showed that the branched-chain amino acids and their corresponding brached-chain α-keto acids accumulating in MSUD stimulate in vitro lipid peroxidation and reduce antioxidant defences in cerebral cortex of rats. The objective of the present study was to investigate oxidative stress parameters in MSUD patients treated and non-treated. First, it was analyzed parameters of oxidative stress in plasma from non-treated MSUD patients. It was observed a significant increase of thiobarbituric acid-reactive species (TBARS) and a marked reduction in total antioxidant reactivity (TAR). Parameters of oxidative stress in plasma from two groups of MSUD patients under dietetic treatment with low and high blood leucine levels were also evaluated. It was verified an increase of TBARS and a significant decrease of TAR in both groups of MSUD patients. However, TAR reduction was higher in the group presenting low leucine levels. On the other hand, it was not found a correlation between leucine, valine and isoleucine levels and oxidative stress parameters. Selenium levels in plasma from MSUD patients at diagnosis (nontreated) and under treatment, as well as the activities of antioxidant enzymes in erythrocytes from treated patients were also determined. MSUD patients presented a significant selenium deficiency at diagnosis which becomes more pronounced during treatment and a decrease of erythrocyte glutathione peroxidase activity during treatment. Subsequently, it was evaluated various biochemical parameters in plasma from MSUD patients during treatment in order to verify if there was correlation between these parameters and oxidative stress. It was demonstrated that MSUD patients under treatment present a reduction of glucose, total cholesterol, albumin and creatinine levels and an increased activity of aspartate aminotransferase and lactate dehydrogenase. However, HDL cholesterol, LDL cholesterol, triglycerides, alanine aminotransferase, creatine kinase, urea and uric acid measurements were not altered. Besides, it was verified a significant increase of TBARS and a significant decrease of TAR, as well as a positive correlation between TBARS and triglycerides levels. In summary, our results suggest an imbalance between the production of free radicals and the antioxidant defenses in MSUD patients leading to oxidative stress at diagnosis and during treatment and that this is not correlated with the amino acids leucine, isoleucine and valine accumulating in this disease. Besides, the selenium deficiency and the decrease of erythrocyte glutathione peroxidase activity could be associated to the development of oxidative stress. Finally, it is possible that oxidative damage may contribute, at least in part, to the pathophysiology of this disorder. If that is the case, antioxidants may serve as an adjuvant therapy in MSUD.

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Ciências da Saúde / A doença da urina do xarope do bordo (DXB) constitui em um distúrbio de herança autossômica recessiva, causada pela deficiência na atividade do complexo α-cetoácido desidrogenase de cadeia ramificada, resultando no acúmulo dos aminoácidos de cadeia ramificada (AACR) leucina, isoleucina e valina e de seus respectivos α-cetoácidos de cadeia ramificada e hidroxiácidos correspondentes. Estudos demonstram um grau variável de retardo mental e outros sintomas neurológicos estando relacionados com alterações no estado redox, sugerindo dessa forma, que os danos estejam associados ao estresse oxidativo. Em vista que o Danio rerio, conhecido como peixe-zebra, vem sendo amplamente utilizado como modelo experimental em diversas áreas do conhecimento por apresentar características favoráveis que complementam os modelos experimentais existentes, esse projeto teve como objetivo geral desenvolver um modelo, quimicamente induzido, da Doença da Urina do Xarope do Bordo (DXB) em peixes-zebra, avaliando as concentrações de aminoácidos de cadeia ramificada e possíveis alterações no estresse oxidativo em tecido cerebral. Para isso, utilizou-se peixe-zebra jovens, expostos às concentrações de 1,58 μL/g, 15,80 μL/g e 158,0μL/g, além do grupo controle, por períodos de 1 hora e 24 horas. Ao fim da indução, os animais passaram por um protocolo de eutanásia com tricaína dissolvida em água, tendo seu conteúdo cerebral dissecado e armazenado adequadamente para as análises. Posteriormente, determinaram-se as concentrações de aminoácidos de cadeia ramificada por cromatografia líquida de alta eficiência, e avaliaram-se os parâmetros de estresse oxidativo: dosagem de sulfidrila, medida de oxidação de 2’,7’-diclorofluoresceína, medida de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico, atividades de superóxido dismutase e catalase. Identificaram-se acúmulos significativos de aminoácidos de cadeira ramificada, na exposição de 24 horas, na dose 158,0μL/g, em tecido cerebral de peixe-zebra. Ademais, observou-se que a mesma dose, no mesmo período, foi capaz de ocasionar aumento de espécies reativas e dano lípidico. Assim, sugere-se que o modelo animal para a Doença da Urina do Xarope do Bordo, utilizando peixe-zebra, auxilie na melhor compreensão do perfil de toxicidade da exposição a aminoácidos de cadeia ramificada, além de contribuir para um melhor entendimento da utilização do mesmo em futuras investigações e estratégias relacionadas a estudos fisiopatológicos envolvidos nessas condições.

A Doença do Xarope do Bordo (DXB) é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência na atividade do complexo da desidrogenase dos α- cetoácidos de cadeia ramificada. Como conseqüência deste bloqueio ocorre o acúmulo dos aminoácidos de cadeia ramificada leucina, isoleucina e valina, bem como de seus respectivos α-cetoácidos e α-hidroxiácidos de cadeia ramificada. A manifestação clínica da DXB varia da forma clássica severa a formas variantes moderadas. Os principais sinais clínicos laboratoriais apresentados pelos pacientes com DXB incluem cetoacidose, hipoglicemia, recusa alimentar, opistótono, apnéia, ataxia, convulsões, coma, atraso no desenvolvimento psicomotor e retardo mental. No entanto, os mecanismos responsáveis pelos sintomas neurológicos apresentados pelos pacientes com DXB ainda são pouco conhecidos. O tratamento para DXB consiste na restrição da ingestão de proteínas, bem como dos aminoácidos leucina isoleucina e valina, suplementada com uma fórmula semi-sintética contendo aminoácidos essenciais, minerais e vitaminas. Estudos in vitro têm demonstrado que os aminoácidos de cadeia ramificada e seus respectivos α- cetoácidos acumulados na DXB estimulam a lipoperoxidação e reduzem as defesas antioxidantes em córtex cerebral de ratos. O objetivo deste estudo foi investigar se o estresse oxidativo ocorre em pacientes com DXB em tratamento ou ainda não tratados. Inicialmente, foram analisados parâmetros de estresse oxidativo em amostras de plasma de pacientes com DXB obtidas antes do início do tratamento (no diagnóstico). Foi observado um aumento significativo das espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) e uma diminuição significativa da reatividade antioxidante total (TAR). Em seguida foram avaliados parâmetros de estresse oxidativo em plasma de dois grupos de pacientes com DXB em tratamento dietético com níveis plasmáticos baixos e altos de leucina. Verificou-se um marcado aumento do TBARS e uma diminuição significativa do TAR em ambos os grupos de pacientes tratados, porém a redução do TAR foi mais pronunciada nos pacientes com baixos níveis sanguíneos de leucina. Além disso, não foi observada correlação entre os níveis de leucina, isoleucina ou valina com os parâmetros de estresse oxidativo. Em continuidade ao trabalho, foram estudados os níveis de selênio no plasma de pacientes com DXB antes e durante o tratamento dietético, bem como a atividade de enzimas antioxidantes em eritrócitos de pacientes em tratamento. Foi verificado que os pacientes com DXB apresentam uma deficiência moderada de selênio no momento do diagnóstico (antes do tratamento) da doença e que essa deficiência se agrava com o tratamento dietético. Ainda, verificou-se que a atividade da enzima glutationa peroxidase está diminuída em eritrócitos de pacientes em tratamento. Posteriormente, foram medidos vários parâmetros bioquímicos em plasma de pacientes com DXB tratados, com o objetivo de verificar se havia correlação destes com parâmetros de estresse oxidativo. Foi demonstrado que os pacientes com DXB em tratamento apresentam redução nos níveis séricos de glicose, colesterol total, creatinina sérica e albumina e aumento na atividade enzimática da aspartato aminotransferase e da lactato desidrogenase. (Continua). Entretanto, não foram observadas alterações nos níveis de colesterol HDL, colesterol LDL, triglicerídeos, alanina aminotransferase, creatina quinase, uréia e ácido úrico. Foi ainda verificado um aumento significativo de TBARS e uma diminuição significativa de TAR, bem como uma correlação positiva entre a medida de 3 TBARS e os níveis de triglicerídeos. Concluindo, nossos resultados indicam que existe um desequilíbrio entre a produção de radicais livres (aumento) e as defesas antioxidantes (diminuição) gerando estresse oxidativo em pacientes com DXB não tratados e em tratamento e que esse processo não está correlacionado com os níveis plasmáticos dos aminoácidos leucina, isoleucina e valina acumulados nesta doença. Além disso, verificamos que a deficiência de selênio e a concomitante diminuição da atividade da glutationa peroxidase podem estar associados ao desenvolvimento do estresse oxidativo nesta doença. É, portanto, possível inferir que o dano oxidativo contribua, pelo menos em parte, para a fisiopatologia desta doença, explicando o dano neurológico que ocorre nos pacientes afetados. Portanto, é possível que a administração de antioxidantes possa ser útil na DXB. / Maple Syrup Urine Disease (MSUD) is an inborn error of metabolism caused by a deficiency of the branched-chain α-keto acid dehydrogenase complex activity. This blockage leads to accumulation of the branched-chain amino acids leucine, isoleucine and valine, as well as their corresponding α- keto acids and α-hydroxy acids. Clinical manifestations are variable, pending on the variants classical severe form to milder variants. The major clinical features presented by MSUD patients include ketoacidosis, hypoglycemia, poor feeding, opisthotonos, apnea, ataxia, convulsions, coma, psychomotor delay and mental retardation. However, the mechanisms of the neurological symptoms presented by MSUD patients are still poorly understood. MSUD treatment consists of a low protein diet and a semi-synthetic formula poor in leucine, isoleucine, and valina and supplemented by essential amino acids minerals and vitamins. Studies have been showed that the branched-chain amino acids and their corresponding brached-chain α-keto acids accumulating in MSUD stimulate in vitro lipid peroxidation and reduce antioxidant defences in cerebral cortex of rats. The objective of the present study was to investigate oxidative stress parameters in MSUD patients treated and non-treated. First, it was analyzed parameters of oxidative stress in plasma from non-treated MSUD patients. It was observed a significant increase of thiobarbituric acid-reactive species (TBARS) and a marked reduction in total antioxidant reactivity (TAR). Parameters of oxidative stress in plasma from two groups of MSUD patients under dietetic treatment with low and high blood leucine levels were also evaluated. It was verified an increase of TBARS and a significant decrease of TAR in both groups of MSUD patients. However, TAR reduction was higher in the group presenting low leucine levels. On the other hand, it was not found a correlation between leucine, valine and isoleucine levels and oxidative stress parameters. Selenium levels in plasma from MSUD patients at diagnosis (nontreated) and under treatment, as well as the activities of antioxidant enzymes in erythrocytes from treated patients were also determined. MSUD patients presented a significant selenium deficiency at diagnosis which becomes more pronounced during treatment and a decrease of erythrocyte glutathione peroxidase activity during treatment. Subsequently, it was evaluated various biochemical parameters in plasma from MSUD patients during treatment in order to verify if there was correlation between these parameters and oxidative stress. It was demonstrated that MSUD patients under treatment present a reduction of glucose, total cholesterol, albumin and creatinine levels and an increased activity of aspartate aminotransferase and lactate dehydrogenase. However, HDL cholesterol, LDL cholesterol, triglycerides, alanine aminotransferase, creatine kinase, urea and uric acid measurements were not altered. Besides, it was verified a significant increase of TBARS and a significant decrease of TAR, as well as a positive correlation between TBARS and triglycerides levels. In summary, our results suggest an imbalance between the production of free radicals and the antioxidant defenses in MSUD patients leading to oxidative stress at diagnosis and during treatment and that this is not correlated with the amino acids leucine, isoleucine and valine accumulating in this disease. Besides, the selenium deficiency and the decrease of erythrocyte glutathione peroxidase activity could be associated to the development of oxidative stress. Finally, it is possible that oxidative damage may contribute, at least in part, to the pathophysiology of this disorder. If that is the case, antioxidants may serve as an adjuvant therapy in MSUD.

A doença do xarope do bordo é causada pela deficiência na atividade do complexo desidrogenase dos α-cetoácidos de cadeia ramificada, levando ao acúmulo dos aminoácidos de cadeia ramificada leucina, isoleucina e valina e de seus α- cetoácidos correspondentes nos tecidos e fluidos corporais. Os pacientes podem apresentar atraso no desenvolvimento psicomotor e retardo mental. A patofisiologia da doença não é bem compreendida, contudo, o acúmulo do metabólito tóxico leucina induz alterações metabólicas associadas aos sintomas clínicos. Além disso, a capacidade antioxidante está reduzida nestes pacientes. Creatina, piruvato e taurina são potentes antioxidantes em sistemas biológicos e protegem a célula contra os danos causados pelo estresse oxidativo. Portanto, neste estudo, investigamos os efeitos da administração de leucina e da coadministração de creatina mais piruvato e de taurina em alguns parâmetros da rede de fosforiltransferência e de estresse oxidativo em córtex e hipocampo de ratos. A administração de leucina induziu estresse oxidativo com o aumento de radicais livres, e diminuiu a atividade das enzimas piruvato cinase, adenilato cinase, hexocinase, gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase, creatina cinase citosólica e creatina cinase mitocondrial. A coadministração de creatina mais piruvato e de taurina foi capaz de prevenir as alterações causadas pela administração de leucina sobre o estresse oxidativo e as enzimas tiólicas da rede de fosforiltransferência. As correlações significativas entre alguns parâmetros de estresse oxidativo e as enzimas da rede de fosforiltranferência sugerem que a diminuição na atividade das enzimas ocorre devido ao aumento das espécies reativas. Portanto, é possível sugerir que os efeitos nocivos que a leucina causa no cérebro possa contribuir para a disfunção neurológica observada em pacientes com a doença do xarope do bordo, e é possível que a suplementação com creatina, piruvato e taurina possa ser benéfica a estes pacientes. / Maple Syrup Urine Disease is caused by the deficiency of branched-chain α-keto acid dehydrogenase complex activity leading to accumulation of the branched-chain amino acids leucine, isoleucine and valine and their corresponding branched-chain α-keto acids in tissues and body fluids. The affected patients may present psychomotor development delay and mental retardation. The pathophysiology of this disease is not entirely understood. However, the accumulation of toxic metabolite leucine induces profound metabolic alterations and impairment of energy homeostasis associated with clinical symptoms. Moreover, the antioxidant capacity is decreased in these patients. Creatine, pyruvate, and taurine plays a critical role in brain function and are potent antioxidants in biological systems, contributing to cellular protection against oxidative stress. In this study, we investigated the effects of leucine administration and coadministration of creatine plus pyruvate and taurine on some parameters of phosphoryl transfer network and oxidative stress in cerebral cortex and hippocampus of rats. Leucine-induced oxidative stress and diminished the activities of pyruvate kinase, adenylate kinase, hexokinase, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, cytosolic creatine kinase, and mitochondrial creatine kinase. Coadministration of creatine plus pyruvate and taurine prevented the alterations provoked by leucine administration on the oxidative stress and the thiol-containing enzymes of phosphoryl transfer network. Significant correlations between some parameters of oxidative stress and the enzymes of the phosphoryl transfer network suggest that the diminution of the enzymes activities is possible due to increase in free radicals. It is possible that these effects of leucine may contribute to the neurological dysfunction observed in patients affected by Maple Syrup Urine Disease. In this case, it is possible that creatine plus pyruvate and taurine supplementation could benefit to the patients.

A doença do xarope do bordo (DXB) é um distúrbio neurometabólico causada pela deficiência na atividade do complexo da desidrogenase dos α-cetoácidos de cadeia ramificada. Os pacientes afetados apresentam sintomas neurológicos severos, tais como coma e convulsões, bem como edema e atrofia cerebral. Os compostos que se acumulam em maiores concentrações na DXB são o ácido α-cetoisocapróico (CIC), o ácido α- hidroxiisovalérico (HIV) e a leucina (Leu). Considerando que os mecanismos neurotóxicos na DXB não estão completamente esclarecidos, o objetivo do presente estudo foi investigar o efeito in vitro do CIC, HIV e Leu sobre diferentes parâmetros da função em cérebro de ratos jovens, no intuito de verificar alterações que possam esclarecer os mecanismos responsáveis pelo dano cerebral apresentados pelos pacientes. Foram analisados os parâmetros respiratórios estados 3 e 4, a razão de controle respiratório (RCR) e a razão ADP/O medidos pelo consumo do oxigênio, o potencial de membrana mitocondrial (ΔΨm), o conteúdo de NAD(P)H na matriz mitocondrial, o inchamento mitocondrial, além da atividade das enzimas do ciclo do ácido cítrico α-cetoglutarato desidrogenase, citrato sintase, isocitrato desidrogenase, malato desidrogenase e succinato desidrogenase. Os experimentos realizaram-se na presença de 1 mM e 5 mM de CIC, HIV ou Leu e os substratos respiratórios utilizados foram glutamato/malato (2,5 mM cada), succinato (5 mM) e α-cetoglutarato (5 mM). Observamos que o CIC aumentou o estado 4 da respiração mitocondrial e diminuiu o RCR com todos os substratos utilizados. Foi também observado que o CIC e a Leu diminuíram o estado 3 da respiração mitocondrial quando foi utilizado α-cetoglutarato como substrato, enquanto que o HIV não modificou nenhum parâmetro respiratório testado. Além disso, o CIC provocou uma redução na razão ADP/O e uma diminuição nos níveis de NAD(P)H mitocondrial utilizando os substratos ligados ao NADH glutamato/malato e α-cetoglutarato. O CIC e a Leu também causaram uma leve redução no ΔΨm quando α-cetoglutarato foi o substrato. Foi também observada uma inibição da atividade da α-cetoglutarato desidrogenase provocada pelo CIC, enquanto que o HIV e a Leu não alteraram a atividade de nenhuma das enzimas estudadas. Por último, os metabólitos testados não foram capazes de induzir o inchamento mitocondrial. Nossos resultados indicam que o CIC, seguido da Leu, sendo estes os compostos que mais se acumulam na DXB, atingindo concentrações plasmáticas de 5 mM, prejudicam a homeostase mitocondrial em cérebro de ratos. Caso os presentes resultados possam ser extrapolados para a condição humana, presume-se que a disfunção mitocondrial pode estar envolvida no dano cerebral observado em pacientes portadores da DXB. / Maple syrup urine disease (MSUD) is a neurometabolic disorder caused by a deficiency of the mitochondrial enzyme complex branched-chain L-2-keto acid dehydrogenase activity. The affected patients present severe neurological symptoms, such as coma and seizures, as well as edema and cerebral atrophy. The compounds that accumulate in higher concentrations in MSUD are α-ketoisocaproic (KIC), α- hydroxyisovaleric (HIV) e leucine (Leu). Considering that the neurotoxic mechanisms in MSUD are not well established, the purpose of the present study was to investigate the in vitro effect of KIC, HIV and Leu on various parameters of the mitochondrial bioenergetics in brain of young rats, in order to verify alterations that could explain the responsible mechanisms by the brain damage found in MSUD patients. It was analysed the respiratory parameters states 3 and 4, the respiratory control ratio (RCR) and the ADP/O ratio measured by oxygen consumption, the mitochondrial membrane potential (ΔΨm), the mitochondrial matrix content of NAD(P)H, the mitochondrial swelling, besides the citric acid cycle enzymes activity α-ketoglutarate dehydrogenase, citrate sinthase, isocitrate dehydrogenase, malate dehydrogenase e succinate dehydrogenase. The experiments were performed in the presence of 1 mM and 5 mM of CIC, HIV and Leu and the respiratory substrates used were glutamate/malate (2,5 mM each), succinate (5 mM) e α-ketoglutarate (5 mM). We observed that KIC increased state 4 respiration and decreased RCR with all the substrates used. It was also observed that KIC and Leu decreased state 3 respiration using α-ketoglutarate as substrate, whereas HIV did not modify any respiratory parameter tested. Furthermore, KIC provoked a reduction in the ADP/O ratio and a decrease in NAD(P)H mitochondrial levels using the NADH-linked substrates glutamate/malate and α- ketoglutarate. KIC and Leu also caused a mild reduction in the ΔΨm when α-ketoglutarate was the substrate. It was also observed an inhibition of α-ketoglutarate dehydrogenase activity provoked by KIC, whereas HIV and Leu did not alter any enzymatic activities studied. Finally, the metabolites tested were not able to inducing mitochondrial swelling. Our results indicate that KIC, followed by Leu, the compounds that most accumulate in DXB, reaching plasma concentrations of 5 mM, impaired the mitochondrial homeostasis in brain of rats. In the case of the present data be extrapolated to human conditions, it may be presumed that the mitochondrial dysfunction might be involved in the brain damage observed in MSUD patients.

A doença da urina do xarope do bordo é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência severa na atividade do complexo enzimático da desidrogenase de α- cetoácidos de cadeia ramificada. Distúrbios neurológicos são comuns em pacientes com esta doença. Apesar de a leucina ser considerada o principal metabolito tóxico, os mecanismos envolvidos na neuropatologia das lesões cerebrais não são bem entendidos. No presente estudo, avaliou-se o possível efeito preventivo da coadministração de creatina e piruvato sobre os efeitos provocados pela administração de leucina a ratas Wistar durante a gestação e lactação sobre alguns parâmetros de estresse oxidativo, bem como sobre as atividades de certas enzimas envolvidas na rede de fosforiltransferência no córtex cerebral e no hipocampo da prole aos 21 dias de idade. A administração de leucina induziu o estresse oxidativo e alterou as atividades das enzimas piruvatocinase, adenilatocinase, creatinacinase citosólica e mitocondrial. A coadministração de creatina e piruvato foi parcialmente eficaz na prevenção de algumas alterações provocadas pela administração de leucina sobre o estresse oxidativo, mas não nas enzimas da rede de fosforiltransferência. Estes resultados sugerem que a hiperleucinemia materna não tratada pode ser tóxica para o cérebro da prole. / Maple Syrup Urine Disease is an inborn error of metabolism caused by severe deficiency in the activity of branched-chain α-keto acid dehydrogenase complex. Neurological disorders are common in patients with this disease. Although leucine is considered the main toxic metabolite, the mechanisms underlying the neuropathology of brain injury are poorly understood. In the present study, we evaluated the possible preventive effect of the co-administration of creatine plus pyruvate on the effects elicited by leucine administration to female Wistar rats during pregnancy and lactation on some oxidative stress parameters as well as the activities of some enzymes involved in the phosphoryltransfer network in the cerebral cortex and hippocampus of the offspring at 21 days of age. Leucine administration induced oxidative stress and altered the enzymes activities of pyruvate kinase, adenylate kinase, mitochondrial and cytosolic creatine kinase. Co-administration of creatine plus pyruvate was partially effective in the prevention of some alterations provoked by leucine administration on the oxidative stress but not in the enzymes of phosphoryltransfer network. These results suggest that non-treated maternal hyperleucinemia may be toxic to the brain of the offspring.

A disfunção neurológica é um sintoma comum em pacientes com Doença do Xarope do Bordo. Entretanto, os mecanismos que levam à neuropatologia dessa doença são pouco conhecidos. Neste trabalho, nós investigamos os efeitos do ácido α-cetoisocapróico (CIC) na incorporação in vitro de proteínas do tipo filamento intermediário de córtex cerebral de ratos durante o desenvolvimento. Fatias de tecido de ratos de 09, 12, 15, 17, 21 e 60 dias foram incubadas com 32P-ortofosfato na presença ou na ausência de CIC. A fração citoesquelética foi isolada e a radioatividade incorporada nas proteínas de filamento intermediário foi medida. Nós observamos que o CIC diminui a incorporação in vitro de 32P nas proteínas estudadas até 12 dias, entretanto, a fosforilação aumentou nas fatias de tecido de ratos de 17, 21 e 60 dias e nenhuma alteração ocorreu nas fatias cerebrais dos animais de 15 dias. Nós também testamos a influência do sistema glutamatérgico na incorporação in vitro de 32P nas proteínas estudadas, incubando fatias de córtex cerebral na presença de glutamato, agonistas e antagonistas glutamatérgicos. O glutamato apresentou um efeito similar ao observado para o CIC na fosforilação das proteínas de filamento intermediário durante o desenvolvimento, mas não afetou a incorporação in vitro de 32P nas proteínas estudadas nos ratos de 60 dias, sugerindo que nos animais adultos o CIC aumenta a incorporação in vitro nas proteínas estudadas por outros mecanismos. Além disso, nós observamos que os agonistas glutamatérgicos ionotrópicos NMDA, AMPA e cainato mimetizam o efeito inibitório do CIC, enquanto os agonistas metabotrópicos 1S, 3R ACPD e L-AP4 não induziram alterações na incorporação in vitro de 32P nas proteínas de filamento intermediário estudadas nos animais de 09 dias. Nos ratos de 21 dias, somente os agonistas ionotrópicos NMDA e AMPA mimetizaram o efeito estimulatório do CIC. Também observamos que quando fatias de córtex cerebral de ratos de 09 e 21 dias foram incubadas com 1mM CIC seguidas de incubação com o DL-AP5, um antagonista específico para receptores NMDA, ou com CNQX, antagonista de receptores ionotrópicos AMPA e cainato, o efeito inibitório ou estimulatório do ácido na fosforilação in vitro de ratos de 09 e 21 dias foi revertido. Estes resultados demonstram que o CIC, nas mesmas concentrações encontradas no sangue de crianças afetadas por DXB, altera o sistema de fosforilação associado com as proteínas do citoesqueleto, via sistema glutamatérgico, de maneira regulada pelo desenvolvimento. Portanto, é provável que a alteração de fosforilação das proteínas de citoesqueleto cerebral seja importante para o entendimento da patofisiologia da disfunção neuronal e das alterações estruturais observadas do SNC dos pacientes com DXB.

A doença do xarope do bordo (DXB) é um distúrbio neurometabólico causada pela deficiência na atividade do complexo da desidrogenase dos α-cetoácidos de cadeia ramificada. Os pacientes afetados apresentam sintomas neurológicos severos, tais como coma e convulsões, bem como edema e atrofia cerebral. Os compostos que se acumulam em maiores concentrações na DXB são o ácido α-cetoisocapróico (CIC), o ácido α- hidroxiisovalérico (HIV) e a leucina (Leu). Considerando que os mecanismos neurotóxicos na DXB não estão completamente esclarecidos, o objetivo do presente estudo foi investigar o efeito in vitro do CIC, HIV e Leu sobre diferentes parâmetros da função em cérebro de ratos jovens, no intuito de verificar alterações que possam esclarecer os mecanismos responsáveis pelo dano cerebral apresentados pelos pacientes. Foram analisados os parâmetros respiratórios estados 3 e 4, a razão de controle respiratório (RCR) e a razão ADP/O medidos pelo consumo do oxigênio, o potencial de membrana mitocondrial (ΔΨm), o conteúdo de NAD(P)H na matriz mitocondrial, o inchamento mitocondrial, além da atividade das enzimas do ciclo do ácido cítrico α-cetoglutarato desidrogenase, citrato sintase, isocitrato desidrogenase, malato desidrogenase e succinato desidrogenase. Os experimentos realizaram-se na presença de 1 mM e 5 mM de CIC, HIV ou Leu e os substratos respiratórios utilizados foram glutamato/malato (2,5 mM cada), succinato (5 mM) e α-cetoglutarato (5 mM). Observamos que o CIC aumentou o estado 4 da respiração mitocondrial e diminuiu o RCR com todos os substratos utilizados. Foi também observado que o CIC e a Leu diminuíram o estado 3 da respiração mitocondrial quando foi utilizado α-cetoglutarato como substrato, enquanto que o HIV não modificou nenhum parâmetro respiratório testado. Além disso, o CIC provocou uma redução na razão ADP/O e uma diminuição nos níveis de NAD(P)H mitocondrial utilizando os substratos ligados ao NADH glutamato/malato e α-cetoglutarato. O CIC e a Leu também causaram uma leve redução no ΔΨm quando α-cetoglutarato foi o substrato. Foi também observada uma inibição da atividade da α-cetoglutarato desidrogenase provocada pelo CIC, enquanto que o HIV e a Leu não alteraram a atividade de nenhuma das enzimas estudadas. Por último, os metabólitos testados não foram capazes de induzir o inchamento mitocondrial. Nossos resultados indicam que o CIC, seguido da Leu, sendo estes os compostos que mais se acumulam na DXB, atingindo concentrações plasmáticas de 5 mM, prejudicam a homeostase mitocondrial em cérebro de ratos. Caso os presentes resultados possam ser extrapolados para a condição humana, presume-se que a disfunção mitocondrial pode estar envolvida no dano cerebral observado em pacientes portadores da DXB. / Maple syrup urine disease (MSUD) is a neurometabolic disorder caused by a deficiency of the mitochondrial enzyme complex branched-chain L-2-keto acid dehydrogenase activity. The affected patients present severe neurological symptoms, such as coma and seizures, as well as edema and cerebral atrophy. The compounds that accumulate in higher concentrations in MSUD are α-ketoisocaproic (KIC), α- hydroxyisovaleric (HIV) e leucine (Leu). Considering that the neurotoxic mechanisms in MSUD are not well established, the purpose of the present study was to investigate the in vitro effect of KIC, HIV and Leu on various parameters of the mitochondrial bioenergetics in brain of young rats, in order to verify alterations that could explain the responsible mechanisms by the brain damage found in MSUD patients. It was analysed the respiratory parameters states 3 and 4, the respiratory control ratio (RCR) and the ADP/O ratio measured by oxygen consumption, the mitochondrial membrane potential (ΔΨm), the mitochondrial matrix content of NAD(P)H, the mitochondrial swelling, besides the citric acid cycle enzymes activity α-ketoglutarate dehydrogenase, citrate sinthase, isocitrate dehydrogenase, malate dehydrogenase e succinate dehydrogenase. The experiments were performed in the presence of 1 mM and 5 mM of CIC, HIV and Leu and the respiratory substrates used were glutamate/malate (2,5 mM each), succinate (5 mM) e α-ketoglutarate (5 mM). We observed that KIC increased state 4 respiration and decreased RCR with all the substrates used. It was also observed that KIC and Leu decreased state 3 respiration using α-ketoglutarate as substrate, whereas HIV did not modify any respiratory parameter tested. Furthermore, KIC provoked a reduction in the ADP/O ratio and a decrease in NAD(P)H mitochondrial levels using the NADH-linked substrates glutamate/malate and α- ketoglutarate. KIC and Leu also caused a mild reduction in the ΔΨm when α-ketoglutarate was the substrate. It was also observed an inhibition of α-ketoglutarate dehydrogenase activity provoked by KIC, whereas HIV and Leu did not alter any enzymatic activities studied. Finally, the metabolites tested were not able to inducing mitochondrial swelling. Our results indicate that KIC, followed by Leu, the compounds that most accumulate in DXB, reaching plasma concentrations of 5 mM, impaired the mitochondrial homeostasis in brain of rats. In the case of the present data be extrapolated to human conditions, it may be presumed that the mitochondrial dysfunction might be involved in the brain damage observed in MSUD patients.

A doença da urina do xarope do bordo é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência severa na atividade do complexo enzimático da desidrogenase de α- cetoácidos de cadeia ramificada. Distúrbios neurológicos são comuns em pacientes com esta doença. Apesar de a leucina ser considerada o principal metabolito tóxico, os mecanismos envolvidos na neuropatologia das lesões cerebrais não são bem entendidos. No presente estudo, avaliou-se o possível efeito preventivo da coadministração de creatina e piruvato sobre os efeitos provocados pela administração de leucina a ratas Wistar durante a gestação e lactação sobre alguns parâmetros de estresse oxidativo, bem como sobre as atividades de certas enzimas envolvidas na rede de fosforiltransferência no córtex cerebral e no hipocampo da prole aos 21 dias de idade. A administração de leucina induziu o estresse oxidativo e alterou as atividades das enzimas piruvatocinase, adenilatocinase, creatinacinase citosólica e mitocondrial. A coadministração de creatina e piruvato foi parcialmente eficaz na prevenção de algumas alterações provocadas pela administração de leucina sobre o estresse oxidativo, mas não nas enzimas da rede de fosforiltransferência. Estes resultados sugerem que a hiperleucinemia materna não tratada pode ser tóxica para o cérebro da prole. / Maple Syrup Urine Disease is an inborn error of metabolism caused by severe deficiency in the activity of branched-chain α-keto acid dehydrogenase complex. Neurological disorders are common in patients with this disease. Although leucine is considered the main toxic metabolite, the mechanisms underlying the neuropathology of brain injury are poorly understood. In the present study, we evaluated the possible preventive effect of the co-administration of creatine plus pyruvate on the effects elicited by leucine administration to female Wistar rats during pregnancy and lactation on some oxidative stress parameters as well as the activities of some enzymes involved in the phosphoryltransfer network in the cerebral cortex and hippocampus of the offspring at 21 days of age. Leucine administration induced oxidative stress and altered the enzymes activities of pyruvate kinase, adenylate kinase, mitochondrial and cytosolic creatine kinase. Co-administration of creatine plus pyruvate was partially effective in the prevention of some alterations provoked by leucine administration on the oxidative stress but not in the enzymes of phosphoryltransfer network. These results suggest that non-treated maternal hyperleucinemia may be toxic to the brain of the offspring.