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 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.

Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde da Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC, para obtenção do título de Doutora em Ciências da Saúde.

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde da Universidade do Extremo Sul Catarinense para obtenção do título de Mestre em Ciências da Saúde. / A doença da urina do xarope do bordo (DXB) é um distúrbio metabólico hereditário em que ocorre o acúmulo dos aminoácidos de cadeia ramificada (AACR) leucina, isoleucina e valina, e de seus α-cetoácidos de cadeia ramificada (CACR) α-cetoisocaproico, α-cetometilvalérico e α-cetoisovalérico. Pacientes com DXB podem apresentar, entre outros sintomas, prejuízo neurológico. No entanto, a fisiopatologia subjacente a este dano cerebral permanece pouco esclarecida. Muitas estratégias terapêuticas, incluindo antioxidantes, são estudadas na tentativa de contribuir para o tratamento destes pacientes. Neste contexto, os ácidos graxos (AG) da família ômega-3, conhecidos por atuarem na estrutura e manutenção do sistema nervoso central, estão sendo amplamente estudados e recomendados para gestantes. Adicionalmente ao seu papel estrutural, estes AG são utilizados por atuarem como anti-inflamatórios e antioxidantes. O objetivo do presente estudo foi investigar, mediante dois protocolos de administração, os efeitos do ômega-3 sobre o dano ao DNA, através do ensaio cometa, em hipocampo, estriado e córtex cerebral da prole de ratos com DXB. No primeiro protocolo, investigou-se a suplementação materna com ômega-3 (0,8 g/kg peso corporal) durante o período pré-natal e seus efeitos sobre a prole. No segundo protocolo, investigou-se o tratamento de ratos infantes com ômega-3 (0,1 g/kg peso corporal) no período pós-natal. O modelo crônico de DXB aplicado à prole foi induzido quimicamente pelo pool de AACR (15,8 μL/g peso corporal). Os resultados mostraram que a suplementação materna com ômega-3 durante o período pré-natal não preveniu os danos causados ao DNA no cérebro da prole com DXB. Por outro lado, quando o ômega-3 foi utilizado como tratamento pós-natal, esse reverteu os danos ao DNA nas estruturas cerebrais hipocampo, estriado e córtex dos ratos com DXB. De acordo com estes resultados, pode-se concluir que os metabólitos acumulados na DXB causam dano ao DNA e que o ômega-3 apresentou efeito protetor quando administrado no período pós-natal. Assim, sugere-se que o ômega-3 possa ser utilizado como um possível adjuvante ao tratamento da DXB.

Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde da Universidade do Extremo Sul Catarinense, UNESC, para obtenção do título de Doutora em Ciências da Saúde. / A doença da urina do xarope do bordo (DXB) é um distúrbio neurometabólico de herança autossômica recessiva, causado por uma deficiência da atividade do complexo desidrogenase dos α-cetoácidos de cadeia ramificada. Esta deficiência leva ao acúmulo dos aminoácidos de cadeia ramificada (AACR) leucina, isoleucina e valina, bem como de seus α-cetoácidos correspondentes em tecidos e líquidos corporais de pacientes. O acúmulo destes interfere no metabolismo astrocítico e neuronal, sendo que concentrações elevadas de leucina e do ácido α-cetoisocaproico (CIC) são consideradas particularmente tóxicas ao cérebro. Acredita-se que o CIC seja o mais tóxico dos cetoácidos, visto que esse inibiu o consumo de oxigênio cerebral, induziu estresse oxidativo, provocou deficiência na formação de mielina em cerebelo de ratos e está associado ao aparecimento de sintomas neurológicos. No entanto, até o momento, os mecanismos fisiopatológicos não estão completamente estabelecidos. Considerando que a viabilidade neuronal pode ser afetada pela redução dos fatores neurotróficos e pelo estresse oxidativo, o propósito deste estudo foi avaliar os efeitos neuroquímicos da administração intracerebroventricular (ICV) de CIC sobre estruturas cerebrais de ratos com 30 dias de vida. Analisaram-se os níveis proteicos do fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF), do pró-BDNF e do fator de crescimento neural (NGF). Também foram avaliados os níveis de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS), proteínas carboniladas, atividade das enzimas superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT), bem como o dano ao DNA em hipocampo, estriado e córtex cerebral uma hora após a administração ICV de CIC. Os resultados demonstraram que a administração de CIC reduziu os níveis proteicos do BDNF em hipocampo, estriado e córtex cerebral, sem alterar os níveis proteicos de pró-BDNF. Adicionalmente os níveis proteicos de NGF mostraram-se reduzidos em hipocampo, observou-se aumento significativo da concentração do marcador de peroxidação lipídica TBA-RS, bem como da quantidade de proteínas carboniladas em todas as estruturas cerebrais estudadas. A enzima CAT teve sua atividade reduzida no estriado, enquanto que a atividade da SOD se mostrou aumentada em hipocampo e estriado dos animais que receberam CIC. Por fim, a administração ICV de CIC ocasionou aumento significativo do índice e da frequência de danos ao DNA em todas as estruturas estudadas. Em conclusão, esses resultados sugerem que o CIC causa um desequilíbrio nos níveis de neurotrofinas, bem como induz estresse oxidativo. Baseando-se em dados da literatura que demonstram que os metabólitos acumulados na DXB causam desmielinização e prejuízos na memória, especula-se que os efeitos do CIC encontrados neste trabalho possam colaborar para tais achados por causar redução do suporte trófico de BDNF e NGF, pelo estresse oxidativo e dano ao DNA. Além disso, os baixos níveis de BDNF e NGF são consistentes com a hipótese que um déficit nestes fatores neurotróficos pode contribuir para alterações estruturais e funcionais do cérebro subjacentes à fisiopatologia da DXB, apoiando a hipótese do processo neurodegenerativo na DXB.

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde da Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC, para obtenção do título de Mestre em Ciências da Saúde. / 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 consequência desse bloqueio ocorre o acúmulo dos aminoácidos de cadeia ramificada (AACR) leucina, isoleucina e valina, bem como seus αcetoácidos e α hidroxiácidos correspondentes. As principais características clínicas apresentadas pelos pacientes com DXB incluem cetoacidose convulsões, apnéia, hipoglicemia, coma, ataxia, retardo psicomotor e retardo mental, bem como edema generalizado e hipomielinização/desmielinização, como evidenciado por estudos de ressonância magnética do sistema nervoso central (SNC). No entanto, os mecanismos fisiopatológicos responsáveis pelos sintomas neurológicos apresentados pelos pacientes com DXB ainda são pouco conhecidos. No presente estudo investigou-se os efeitos da administração aguda de um pool de AACR sobre o imunoconteúdo de alguns marcadores envolvidos na morte celular por apoptose (Bax, Bcl-2, Bcl-xL, caspase 3 e caspase 8), para melhor compreender a fisiopatologia da disfunção neurológica presente nos pacientes com DXB. Ratos Wistar de 10 e 30 dias de vida receberam três administrações de um pool de AACR (15,8 µL/g de peso corporal), com intervalo de 1 hora entre as administrações, por via subcutânea (grupo teste). Os animais do grupo controle receberam três administrações de salina, com intervalo de 1 hora entre as administrações, por via subcutânea. Uma hora após a última administração, os ratos foram mortos por decapitação, o cérebro foi removido e o hipocampo e córtex cerebral foram isolados. A quantificação das proteínas Bax, Bcl-2, Bcl-xL e as caspases 3 e 8 foram mensuradas por Western blotting. Em ratos de 30 dias foi observado um aumento no imunoconteúdo do fator pró-apoptótico Bax e das caspases 3 e 8 no córtex cerebral, por outro lado, houve diminuição das caspases 3 e 8 concomitantemente com aumento dos fatores anti-apoptóticos Bcl-2 e Bcl-xL no hipocampo. Estes resultados sugerem que os AACR induzem apoptose, ativada pela via extrínseca, seguida da ativação da via intrínseca, no córtex cerebral, porém no hipocampo os parâmetros analisados não demonstram alterações. Os presentes resultados contribuem para explicar, pelo menos em parte, as sequelas neurológicas associadas às altas concentrações plasmáticas dos metabólitos acumulados na doença do xarope do bordo. / 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 consequência desse bloqueio ocorre o acúmulo dos aminoácidos de cadeia ramificada (AACR) leucina, isoleucina e valina, bem como seus αcetoácidos e α hidroxiácidos correspondentes. As principais características clínicas apresentadas pelos pacientes com DXB incluem cetoacidose convulsões, apnéia, hipoglicemia, coma, ataxia, retardo psicomotor e retardo mental, bem como edema generalizado e hipomielinização/desmielinização, como evidenciado por estudos de ressonância magnética do sistema nervoso central (SNC). No entanto, os mecanismos fisiopatológicos responsáveis pelos sintomas neurológicos apresentados pelos pacientes com DXB ainda são pouco conhecidos. No presente estudo investigou-se os efeitos da administração aguda de um pool de AACR sobre o imunoconteúdo de alguns marcadores envolvidos na morte celular por apoptose (Bax, Bcl-2, Bcl-xL, caspase 3 e caspase 8), para melhor compreender a fisiopatologia da disfunção neurológica presente nos pacientes com DXB. Ratos Wistar de 10 e 30 dias de vida receberam três administrações de um pool de AACR (15,8 µL/g de peso corporal), com intervalo de 1 hora entre as administrações, por via subcutânea (grupo teste). Os animais do grupo controle receberam três administrações de salina, com intervalo de 1 hora entre as administrações, por via subcutânea. Uma hora após a última administração, os ratos foram mortos por decapitação, o cérebro foi removido e o hipocampo e córtex cerebral foram isolados. A quantificação das proteínas Bax, Bcl-2, Bcl-xL e as caspases 3 e 8 foram mensuradas por Western blotting. Em ratos de 30 dias foi observado um aumento no imunoconteúdo do fator pró-apoptótico Bax e das caspases 3 e 8 no córtex cerebral, por outro lado, houve diminuição das caspases 3 e 8 concomitantemente com aumento dos fatores anti-apoptóticos Bcl-2 e Bcl-xL no hipocampo. Estes resultados sugerem que os AACR induzem apoptose, ativada pela via extrínseca, seguida da ativação da via intrínseca, no córtex cerebral, porém no hipocampo os parâmetros analisados não demonstram alterações. Os presentes resultados contribuem para explicar, pelo menos em parte, as sequelas neurológicas associadas às altas concentrações plasmáticas dos metabólitos acumulados na doença do xarope do bordo.

Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde da Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC, para obtenção do título de Doutora em Ciências da Saúde. / The urine disease maple syrup (MSUD) is a metabolic disorder of autosomal recessive pattern and, if untreated, causes severe neurological impairments. The pathophysiology of neurological deterioration in DXB is poorly understood; however radiological changes are well characterized. The aim of this study was to investigate whether the branched chain amino acids (BCAA) interfere in the regulation of immune and inflammatory processes in the central nervous system and cause brain swelling and effects of responsible mechanisms, and to evaluate the effects of dexamethasone administration on changes caused by the BCAA. The results demonstrate that acute administration of BCAA in infants rats decreased IL-10 levels and increased IL-6 levels in the hippocampus, cerebral cortex, while there was increase in IL-1β levels of IL-6 and TNF-α. The BCAA administration in young rats did not alter cytokine levels in analyzed brain structures. On the other hand, after chronic administration there was decrease in IL-1β and IL-6 in the cerebral cortex, the hippocampus while there was a decrease in the levels of IL-6, IL-10 and IFN-γ. Therefore, we evaluated the effect of acute administration of BCAA on the water content, the activity of the Na +, K + -ATPase and the permeability of the blood-brain barrier (BBB) in the hippocampus and cerebral cortex of rats infants, and the influence of dexamethasone administration. The results demonstrate that acute administration of cerebral edema caused BCAA, with the increase of water content in the brain. It was also observed a decrease in activity of the Na +, K + -ATPase and an increase in the content of sodium fluorescein, suggesting increased BBB permeability to small molecules, in the hippocampus and cerebral cortex. The dexamethasone administration is capable of preventing cerebral edema, inhibition activity of the Na +, K + -ATPase and was able to maintain the sodium fluorescein content similar to the control group in these structures. Finally, we evaluated the effects of treatment with dexamethasone on the levels of pro inflammatory cytokines and anti-rat infants undergoing acute administration of BCAA. The results demonstrated that treatment with dexamethasone was able to prevent the increase in IL-1β and TNF-α levels in the cerebral cortex and increased IL-6 levels in the hippocampus and cerebral cortex. However, treatment with dexamethasone was unable to prevent a decrease in IL-10 levels caused by administration of BCAA. In conclusion, the results showed that the BCAA induce changes in the immune system in the brain of rats subjected to the experimental model. Coupled with inflammation installed on animals it has been demonstrated that the BCAA cause cerebral edema in rats infants, and these effects may be directly related to inhibition of Na+, K+-ATPase and with increasing BBB permeability, furthermore, it was observed that administration of dexamethasone reversed these effects. / A doença da urina do xarope do bordo (DXB) é um distúrbio metabólico de caráter autossômico recessivo e, quando não tratada, ocasiona graves sequelas neurológicas. A fisiopatologia da deterioração neurológica na DXB é pouco compreendida; porem as alterações radiológicas estão bem caracterizadas. O objetivo deste trabalho foi investigar se os aminoácidos de cadeia ramificada (AACR) interferem na regulação de processos imunológicos e inflamatórios no sistema nervoso central e causam edema cerebral bem como avaliar os mecanismos responsáveis por esse efeito e efeitos da administração de dexametasona sobre as alterações provocadas pelos AACR. Os resultados demonstraram que a administração aguda de AACR em ratos infantes diminuiu os níveis de IL-10 e aumentou os níveis de IL-6 no hipocampo, enquanto que no córtex cerebral houve aumento nos níveis de IL-1β, IL-6 e TNF-α. A administração de AACR em ratos jovens não alterou os níveis de citocinas nas estruturas cerebrais analisadas. Por outro lado, após a administração crônica houve diminuição nos níveis de IL-1β e IL-6 no córtex cerebral, enquanto que no hipocampo observou-se diminuição nos níveis de IL-6, IL-10 e IFN-γ. Logo, foi avaliado o efeito da administração aguda de AACR sobre o conteúdo de água, atividade da Na+,K+-ATPase e a permeabilidade da barreira hematoencefálica (BHE) no hipocampo e córtex cerebral de ratos infantes, e a influência da administração de dexametasona. Os resultados demonstraram que a administração aguda de AACR causou edema cerebral observado pelo aumento do teor de água no cérebro. Observou-se também uma diminuição na atividade da Na+,K+-ATPase e um aumento no conteúdo de fluoresceína de sódio, sugerindo aumento da permeabilidade da BHE a moléculas pequenas, no hipocampo e córtex cerebral. A administração de dexametrasona foi capaz de prevenir o edema cerebral, a inibição da atividade da Na+,K+-ATPase e foi capaz de manter o conteúdo de fluoresceína de sódio similar ao grupo controle nessas estruturas. Por fim, avaliou-se os efeitos do tratamento com dexametasona sobre os níveis de citocinas pró e anti-inflamatórias em ratos infantes submetidos à administração aguda de AACR. Os resultados demonstraram que o tratamento com dexametasona foi capaz de impedir o aumento nos níveis de IL-1β e TNF-α no córtex cerebral e aumentar os níveis de IL-6 no hipocampo e córtex cerebral. Entretanto, o tratamento com dexametasona não foi capaz de impedir a diminuição nos níveis de IL-10 causada pela administração de AACR. Em conclusão, os resultados demonstraram que os AACR induzem alterações no sistema imune no cérebro de ratos submetidos ao modelo experimental. Aliado ao processo inflamatório instalado nos animais demonstrou-se que os AACR causam edema cerebral em ratos infantes, e esses efeitos podem estar diretamente relacionados com a inibição da atividade da Na+,K+-ATPase e com o aumento da permeabilidade da BHE, além disso, foi observado que a administração de dexametasona reverteu estes efeitos.

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 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.