Septinas constituem uma família de proteínas de ligação a GTP que foram inicialmente identificadas em levedura Saccharomyces cerevisiae, mas também estão presentes em outros eucariotos com exceção de plantas. Septinas são purificadas de leveduras, Drosophila e cérebros de mamíferos na forma de filamentos, porém o mecanismo através do qual acorre a formação destes filamentos ainda não é muito bem compreendido. Septinas são constituídas de três regiões principais: um N-terminal variável, um domínio central GTPase altamente conservado e um domínio coiled-coil C-terminal. O gene SEPT4 foi identificado por M. Tanaka e colaboradores a partir do cDNA de cérebro humano e apresentou duas distintas transcrições: Bradeiona ? e ?. Interessantemente, além de cérebro e coração, as proteínas Bradeiona Α e Β. são detectadas somente em câncer do cólon, reto, próstata e melanoma maligno. Neste trabalho, o gene da proteína Bradeiona Β foi subclonado em um vetor de expressão bacteriano, produzido em E. coli e purificado com sucesso. O espectro de dicroísmo circular (CD) mostrou o perfil característico de proteínas com hélices a na estrutura secundária. Resultados de cromatografia de exclusão molecular (SEC) e espalhamento dinâmico de luz (DLS) indicam que a septina Bradeina foi produzida na forma de um estável oligômero com características monodispersivas, que foi subseqüentemente cristalizado em PEG6000. A atividade GTPase da Bradeiona Β foi comprovada através da técnica de eletroforese capilar (CE), mostrando-se absolutamente dependente de íons Mg2+. Inibição da atividade GTPase foi verificada em altas concentrações de Mg2+ (maiores que 5 mM). Com a finalidade de caracterizar os domínios preditos da Bradeiona Β (Fragmento Conservado e domínio GTPase), essas regiões foram previamente definidas, expressas em E. cozi e purificadas com sucesso. Resultados de CD, SEC, espectroscopia de fluorescência e NMR-600MHz indicam que o FC foi produzido na forma de um estável monômero com pouca estrutura secundária regular. Resultados de DLS e CD indicam que a fusão 6xHis-DGTPase foi produzida na forma de um oligômero com a presença de hélices a na estrutura secundária. A fusão 6xHis-DGTPase mostrou-se instável a altas concentrações na ausência de imidazol. A atividade GTPase da fusão GST+DGTPase foi comprovada, similarmente a Bradeiona , através da técnica de CE. Novamente, verificou-se dependência de íons Mg2+ (para a atividade catalítica) e inibição em altas concentrações de Mg2+. A fusão GST+DGTPase também foi capaz de hidrolisar ATP. Espera-se que as informações relatadas neste estudo proporcionem um alicerce para estudos estruturais/funcionais futuros das proteínas Bradeiona Α e Βoutras septinas. / Septins form a class of eukaryoyic guanine nucleotide-binding proteins that were first identified in budding yeast. Septins purified from yeast, Drosophila and mammalian brain form filaments, however the mechanism by which the filaments assemble is unclear. Septins have a highly conserved structure, which includes a central GTP-binding domain, a variable N-terminal region, and most septins also contain a coiled coil domain at the Cterminus. Bradeion p is one of the splice variants of the human septin gene, SEPT4, recently isolated by expression screening of an adult human brain cDNA library. The Bradeion gene resides at 17q23, and has been shown to present specific expression in both human colorectal cancer, urologic cancers and malignant melanoma. In order to characterize the GTPase activity of Bradeion Β , the protein was successfully expressed in E. coli and purified. The recombinant protein was characterized by circular dichroism (CD), dynamic light scattering (DLS) and a novel non-radioactive enzyme assay, which utilizes capillary electrophoresis (EC) to monitor GTP hydrolysis. The CD spectrum exhibited the typical shape characteristic of the presence of helical elements of secondary structure and the DLS pattern was indicative of a monodisperse solution, which was readily crystallized in the presence of PEG6000. GTP hydrolysis was shown to be Mg2+ dependent within the low millimolar range but at 5 mM was inhibitory. In order to characterize the predicted domains of Bradeion Β, these defined regions were successfully expressed in E. cozi and purified. The CD spectrum of CF exhibited the shape typically found for non-regular structure. The results of fluorescence spectroscopy, gel filtration (SEC) and NMR-600MHz also corroborate with the CD results indicating an irregular structure. The fusion protein 6xHis-DGTPase exhibited a CD spectrum with the typical shape characteristic of the presence of helical elements but was show to be instable at high concentrations in the absence of imidazole. To characterize the GTPase activity of the fusion protein GST+DGTPase, the CE technique was used to monitor GTP hydrolysis. Analysis by CE showed that GST+DGTPase was functional, since both GTP and ATP hydrolysis was observed in a Mg2+ dependent manner. This work provides novel approaches, which should aid in the fbture study of the structure and fùnction of Bradeion Α e Β, others septins and related GTPases.

A neurodegeneração é um processo onde ocorre morte celular progressiva. O tráfego neuronal anterógrado e retrógado, e entre os compartimentos é essencial para a viabilidade celular. As proteínas Rabs pertencem à família de pequenas GTPases, com funções de tráfego de vesículas e organelas, para realizarem sua função as proteínas Rab podem recrutar proteínas motoras como as KIF 1B e KIF 5, responsáveis pelo transporte anterógrado mitocondrial. A associação do distúrbio do tráfego intracelular com doenças neurodegenerativas tem sido tema de estudos recentes. Com isso o objetivo do presente trabalho é analisar a expressão das proteínas Rab, bem como estudar as proteínas motoras que podem contribuir para o esclarecimento sobre os distúrbios no tráfego intracelular que antecedem a formação de agregados proteicos envolvidos em neurodegeneração. Para tanto, utilizou-se o modelo de tratamento com rotenona para indução de agregados em Ratos Lewis idosos que foram expostos a rotenona durante 4 semanas, em seguida foram avaliados os níveis de expressão das proteínas Rab no hipocampo, substância negra e locus coeruleus, por western blotting. Foram analisados também os níveis de expressão das proteínas motoras KIF1B e KIF5 antes e durante a formação de agregados proteicos, em culturas de células, de ratos Lewis neonatos, do hipocampo, substância negra e locus coeruleus tratadas com rotenona por 24 horas ou 48 horas nas concentrações de 0,1nM, 0, 3nM e 0,5nM. Foi observado diminuição dos níveis de expressão das proteínas Rab 1 nas regiões do hipocampo e locus coeruleus. Houve aumento de expressão das Rab 4,5 e 6 no hipocampo, porém na substância negra a expressão da Rab 1 aumentou e da Rab 6 diminuiu. Já no locus coeruleus in vivo a Rab 6 aumentou, mas as Rab 1, 5 e 11 diminuíram sua expressão. Já a expressão da KIF 5 aumentou com o tratamento de 0,1nM de rotenona e diminuiu após 0,5nM do xenobiótico por 48 horas in vitro, na mesma região. Na substância negra aumentaram as KIFs 1B e 5 após o tratamento com 0,5nM por 48 horas in vitro, mas diminuíram as KIF 1B e 5 após o tratamento com 0,3nM por 24 horas e KIF 5 após o tratamento com 0,1nM por 48 horas. Esses resultados permitem concluir que a expressão de proteínas importantes para o tráfego mitocondrial e de vesículas encontram-se alteradas e fazem parte dos eventos intracelulares que antecedem a neurodegeneração / Neurodegeneration is a process that leads to progressive cell death. The anterograde and retrograde neuronal traffic as well as the traffic between compartments are essential for cell viability. The Rab proteins belong to the small GTPases family with function of vesicles and organelle trafficking. Rab proteins can recruit motor proteins such as KIF 1B and KIF 5 that are responsible for anterograde mitochondrial transport. The association of intracellular traffic disturb with neurodegenerative diseases have been theme of recent studies. Thereat the objective of this study is analyze the expression of Rab and motor proteins that can contribute for the understanding about the disturb of the intracellular traffic that precedes protein aggregation involved in neurodegeneration. For this purpose it was employed the model of rotenone treatment for induction of aggregation in aged Lewis rats that were exposed to rotenone during 4 weeks in order to evaluate Rabs expression. The levels of motor proteins KIF 1B and KIF 5 expression were evaluated before and during the formation of protein aggregates in hippocampus, substantia nigra and locus coeruleus cell cultures of neonates Lewis rats, exposed to rotenone for 24 hours or 48 hours in the concentrations of 0.1nM, 0.3nM or 0.5nM. It was observed decreased levels of Rab 1 expression in hippocampus and locus coeruleus. Rabs 4,5 and 6 were increased in the hippocampus, but in the substantia nigra the expression of Rab 1 increased and Rab 6 decreased. In the locus coeruleus the Rab 6 increased, but Rabs 1, 5 and 11 decreased. The expression of KIF 5 increased after 0.1nM of rotenone and decreased after the exposure to 0.5nM of for 48 hours in cultured cell from the locus coeruleus. In the substantia nigra the KIF1B and KIF 5 increased after treatment with 0.5nM for 48 hours in vitro, but these protein decreased after treatment with 0.3nM for 24 hours in vitro, and KIF 5 after treatment with 0.1nM for 48 hours. These results allow us conclude that the expression of important proteins for the mitochondrial and vesicles traffic are altered and participate of intracellular events that precede the neurodegeneration

A doença de Alzheimer (DA) é uma patologia neurodegenerativa progressiva e a forma de demência mais prevalente no mundo. As alterações fisiopatológicas da DA têm sido associadas a dois marcadores neuropatológicos clássicos: a deposição de placas de β- amilóide e a formação de emaranhados neurofibrilares da proteína tau hiperfosforilada. Porém, devido a complexidade da DA, outros mecanismos têm sido propostos como coadjuvantes no processo neurodegenerativo, entre eles eventos neuroinflamatórios, a quebra da homeostasia de sistemas de neurotransmissão e disfunção sináptica. Esta pletora de eventos patológicos parece preceder a fase de demência por um longo período onde a doença age de forma silenciosa, ou seja, onde não existem evidências sintomatológicas. Na presente tese, avançamos no entendimento de vias de sinalização associadas com a hipersforforilação da proteína tau envolvendo a disfunção da proteína fosfatase 2A e neurotoxicidade do sistema glutamatérgico. Além disso, avaliamos os radiofármacos de tomografia de emissão de pósitrons (PET) disponíveis para visualização in vivo e não invasiva da fisiopatologia da DA. Finalmente, avaliamos um novo biomarcador de PET, o [11C]ABP688, para visualizar flutuações no sistema glutamatérgico e avançamos no entendimento do impacto das células gliais no sinal do PET [18F]FDG, o radiofármaco mais utilizado na clínica atualmente para visualizar metabolismo de glicose cerebral. O [11C]ABP688 pode ser diretamente incluído em estudos clínicos e a reconceptualização do [18F]FDG proposta nesta tese pode alterar a maneira atual como vemos o metabolismo de glicose na DA e em outras doenças neurodegenerativas. Finalmente, nesta tese, avançamos em termos de mecanismos, e no contexto da busca por um diagnóstico precoce e acurado da DA. / Alzheimer's disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder and the most prevalent cause of dementia worldwide. The AD pathophysiological features have been associated to two main classic neuropathological markers: depositon of β-amyloid plaques and formation of neurofibrillary tangles of hyperphosphorylated tau. Due to AD complexity, however, additional mechanisms have been proposed as contributors to the neurodegenerative process, such as neuroinflammatory changes, altered neurotransmission, and synaptic dysfunction. These pathological events seem to precede the dementia phase by many years, resulting in a long silent period, i.e., a preclinical phase. In this thesis, we advanced in the understanding of signaling pathways associated with tau hyperphosphorylation, which includes dysfunction of protein phosphatase 2A (PP2A) and glutamatergic neurotoxicity. Furthermore, we underscored radiopharmaceuticals currently available for imaging AD pathophysiology in vivo and non-invasively with positron emission tomography (PET). Finally, we evaluated a new PET biomarker, [11C]ABP688, for visualizing glutamatergic fluctuations and advanced in the understating of how glial cells contribute to the [18F]FDG signal, the widely used radiopharmaceutical in clinical settings for visualizing cerebral glucose metabolism. Our findings have high translational value and direct impact in clinical settings, which can potentially alter the way we interpret glucose metabolism in AD and other neurodegenerative disorders. In summary, in this thesis, we have advanced in terms of molecular mechanisms, and in the use of PET biomarkers toward an early and accurate diagnosis of AD.

O aumento da expectativa de vida da população mundial tem se associado com uma maior prevalência de doenças neurodegenerativas. A Doença de Alzheimer (DA) é a doença neurodegenerativa mais comum e a principal causa de demência em indivíduos com mais de 60 anos, sendo caracterizada por um declínio progressivo na memória e função mental dos pacientes. Esses sintomas são acompanhados por alterações histopatológicas no cérebro desses indivíduos, incluindo a presença de uma grande quantidade de placas senis, formadas pela deposição do peptídeo beta-amiloide (Aβ), e de emaranhados neurofibrilares formados pela hiperfosforilação da proteína Tau. Estudos indicam que a deposição do Aβ é uma das principais responsáveis pelo desenvolvimento da DA, causando dano neuronal através da ativação de várias vias pró-apoptóticas e dando origem aos sintomas de demência típicos dessa doença. Até o momento, não existem tratamentos eficazes para o combate à DA, de forma que a maior parte das intervenções farmacológicas é destinada apenas ao tratamento de alguns de seus sintomas. A proteína translocadora (TSPO) se localiza em pontos de contato entre as membranas mitocondriais interna e externa e está relacionada com o transporte de colesterol para o interior da mitocôndria e com a regulação da esteroidogênese e da apoptose. Estudos mostram que ligantes da TSPO apresentam efeitos neuroprotetores em diferentes modelos experimentais de lesão cerebral e doenças neurodegenerativas. Especificamente em relação à DA, um estudo indicou que o 4’-clorodiazepam (4’-CD), um ligante da TSPO, apresenta efeitos neuroprotetores em um modelo animal dessa doença, sendo um possível candidato para o seu tratamento. Dessa forma, o objetivo desse estudo foi verificar o efeito neuroprotetor do 4’-CD em diferentes modelos in vitro de toxicidade induzida pelo Aβ, além de seus efeitos sobre o desenvolvimento de neurônios hipocampais. Inicialmente, demonstramos que o 4’-CD reduziu a morte celular de células SH-SY5Y expostas a um modelo de toxicidade induzida pela administração de Aβ. Esses efeitos estiveram associados com a redução da expressão da proteína pró-apoptótica Bax e com um aumento da expressão da survivina, uma proteína anti-apoptótica. A expressão das proteínas Bcl-xl e procaspase-3, por outro lado, não foi alterada pelos tratamentos. Posteriormente, estudamos os efeitos neuroprotetores do 4’-CD contra a toxicidade induzida pela administração do Aβ em culturas organotípicas de hipocampo. Nesses experimentos, foi demonstrado que o 4’-CD reduz a morte celular de culturas organotípicas de hipocampo expostas ao Aβ através de um aumento na expressão da enzima SOD, sem alterar, no entanto, a expressão das proteínas Akt e procaspase-3. Por fim, foi avaliado o efeito do 4’-CD sobre o desenvolvimento de culturas primárias de neurônios hipocampais de camundongos machos e fêmeas. Foi observado que as culturas de neurônios hipocampais das fêmeas apresentaram um desenvolvimento mais rápido do que as dos machos. O 4’-CD acelerou a maturação e aumentou a ramificação neurítica dos neurônios hipocampais dos machos, mas não exerceu qualquer efeito sobre os neurônios das fêmeas. Em suma, foi observado que o 4’-CD apresenta efeitos neuroprotetores contra o Aβ em células SH-SY5Y e em culturas organotípicas do hipocampo, apresentando-se como um fármaco em potencial para o tratamento da DA. Além disso, foi observado que o 4’-CD exerceu um efeito dependente do sexo sobre o desenvolvimento de culturas primárias de neurônios hipocampais, estimulando o desenvolvimento e a ramificação neurítica de neurônios hipocampais de machos, mas não de fêmeas. / The increase in life expectancy of the world population has been associated with a higher prevalence of neurodegenerative diseases. The Alzheimer’s Disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder and the main cause of dementia among people over 60 years, being characterized by a progressive decline in the memory and mental function of the patients. These symptoms are associated with histopathological changes in the brain of these patients, including the presence of senile plaques, formed by the deposition of amyloid-beta (Aβ), and neurofibrillary tangles, which are related to the hyperphosphorylation of Tau protein. Studies indicate that Aβ deposition is a major contributor to AD progression, promoting neuronal damage through the activation of different pro-apoptotic pathways and giving rise to the typical dementia symptoms of this disease. To date, there are no effective treatments for AD, so that most of the pharmacological intervention is intended for the treatment of some of its symptoms. The translocator protein (TSPO) is located in contact sites between the outer and the inner mitochondrial membranes and is involved in the cholesterol transport into the mitochondria and in the regulation of steroidogenesis and apoptosis. Studies show that TSPO ligands present neuroprotective effects in different experimental models of brain injury and neurodegenerative diseases. Specifically regarding AD, a study indicated that 4’-chlorodiazepam (4’-CD), a TSPO ligand, is neuroprotective in an animal model of this disease, being a possible candidate for its treatment. Therefore, the aim of this study was to evaluate the neuroprotective effect of 4’-CD in different experimental models of Aβ- induced neurotoxicity in vitro, as well as its effects on the development of hipocampal neurons. First, it was demonstrated that 4’-CD decreased the cell death of SH-SY5Y cells exposed to the Aβ. This effect was associated with the inhibition of the Aβ-induced upregulation of Bax, a pro-apoptotic protein, and downregulation of survivin, a prosurvival protein. On the other hand, the expression of Bcl-xl and procaspase-3 was not change by the treatments. After, it was studied the neuroprotective effects of 4’-CD against Aβ in organotypic hipocampal cultures. In these experiments, it was shown that 4’-CD decreases the cell death of organotypic hippocampal slices exposed to the Aβ by increasing the protein expression of SOD, but without changing the expression of Akt and procaspase-3. Finally, due to the importance of the processes of neuronal development and maturation in the regeneration of CNS after injury, it was evaluated the effect of 4’-CD on the development of primary hippocampal neurons of male and female mice. It was observed that female primary hippocampal neurons presented an increased rate of development than male neurons. 4’-CD stimulated the development and increased the neuritic branching of male but not from female neurons. In summary, it was observed that 4’-CD presented a neuroprotective effect against Aβ in SH-SY5Y cells and in rat organotypical hippocampal slices, presenting itself as a promising agent for the treatment of AD. Also, it was observed that 4’-CD modulates the development of hippocampal neurons in a sex-dependent manner, stimulating the development of male but not from female cells.

Submitted by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2011-11-25T16:36:20Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Aline Passos.pdf: 2029406 bytes, checksum: 57c1553170cf7072c31ad2a1b7c4fceb (MD5) / Made available in DSpace on 2011-11-25T16:36:20Z (GMT). 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A doença de Alzheimer (DA) é a quarta doença que mais compromete a qualidade de vida dos idosos. Este trabalho pretende sugerir novas metodologias de avaliação de pacientes com declínio cognitivo e doença de Alzheimer, apresentando uma versão brasileira a partir da versão original em língua inglesa intitulada “Test Your Memory” TYM (“teste sua memória- TSM), bem como mostrar os resultados do desempenho dos idosos na bateria de testes neuropsicológicos de Cambridge (CANTAB). Trata-se de estudo analítico, transversal retrospectivo do tipo caso-controle, realizado em pacientes do ambulatório de Geriatria do Hospital Universitário João de Barros Barreto, e em voluntários da comunidade no período de janeiro de 2009 a janeiro de 2011. Participaram 95 indivíduos com 65 ou mais anos de idade, divididos em 3 grupos: Alzheimer (DA, n=21), declínio cognitivo (DCL, n=31) e controle (n=43). Foram excluídos pacientes com história de acidente vascular encefálico (AVE), depressão primária, trauma cranioencefálico, outras demências, outras patologias neuropsiquiátricas e déficits visuo-auditivos limitantes. Os participantes foram submetidos à avaliação inicial, triagem com GDS-5 e DSM-IV, ao Questionário Internacional de Atividades Físicas (IPAQ), testes neuropsicológicos da bateria CERAD, teste do relógio, TSM (versão adaptada para o Português) e a bateria de Alzheimer do CANTAB. A análise estatística foi realizada empregando-se ANOVA, um critério, definindo-se o valor p<0,05 como significante. Houve predomínio em todos os grupos de indivíduos do gênero feminino, de cor parda, na faixa etária de 70 a 79 anos. A média de pontuação do MEEM entre os três grupos foi diferente (controle: 26,6±2,2; DCL: 25,1±2,6; DA: 17,3±4,9; p<0,05), entretanto o TSM mostrou ser uma ferramenta de triagem mais confiável para distinguir os pacientes DCL dos DA (controle: 42,4±5; DCL: 35,5±7,7; DA: 25,7±8; p<0,01). Na lista de palavras do CERAD, teste do relógio, TNBR e na fluência verbal fonológica os três grupos apresentaram diferenças significantes na média de pontos obtidos. A média da pontuação total no TSM foi significativamente menor nos grupos DCL e DA do que no grupo controle, e no grupo DA em relação ao DCL. Os testes e medidas do CANTAB que separam os três grupos pelo desempenho obtido são: RVP A‟, número de tentativas para o sucesso e total de erros na fase de 6 figuras do PAL. Foram encontradas boas correlações entre o TSM e outros testes, principalmente com o MEEM (Coeficiente de Pearson, r = 0,79; p<0,0001) e teste do relógio (r = 0,76; p<0,0001), bem como boa correlação entre as medidas do PAL e a pontuação do TSM e o MEEM. O nível de atividade física no grupo controle foi maior do que em todos os outros grupos. Ao ser correlacionado o nível de atividade física e o desempenho nos testes cognitivos, não foram observadas diferenças significativas nos diferentes grupos, exceto pela evocação de palavras no grupo DCL. Tomados em conjunto os resultados sugerem que a aplicação de testes neuropsicológicos automatizados associados aos testes da rotina clínica e ao TSM aumentam a resolução e a confiabilidade das análises particularmente no estágio inicial das síndromes demenciais onde a precocidade e a precisão diagnóstica são fundamentais para orientar as ações terapêuticas, sejam elas medicamentosas e/ou comportamentais. / By 2025, the number of elderly people in the world will double and by 2050 will reach around two billion individuals, with the majority of them in developing countries. Alzheimer's disease (AD) is the fourth disease that most compromises the quality of life in elderly. This work aims to suggest new methodologies for evaluating elderly people with mild cognitive impairment and Alzheimer‟s disease, introducing a Brazilian version of the TSM-"Test Your Memory" and showing the performance fo this people in tests from CANTAB. It is an analytical, retrospective, longitudinal case-control study, performed at the Laboratory of Neurodegeneration and Infection, University Hospital João de Barros Barreto, from January 2009 to January 2011. Ninety five individuals 65 years old or older were divided in three groups: Alzheimer's disease (AD, n = 21), mild cognitive impairment (DCL, n = 31) and control (n = 43). Patients with previous stroke, primary depression, head injury, other dementias and other neuropsychiatric disorders, and serious visuo-auditory deficits were excluded. The participants were submitted to an initial assessment, screening with GDS-5 and DSM-IV, the International Physical Activity Questionnaire (IPAQ), CERAD neuropsychological test battery and the TSM - Test Your Memory (Brazilian version).Statistical analysis was performed using one-way ANOVA, defining the p-value<0.05 to detect significant differences. Female individuals of mixed ethnicity, aged 70 to 79 years predominated in all groups. The average MMSE score between the three groups was significantly different (control: 26.6± 2.2; DCL: 25.1 ± 2.6, DA: 17.3 ± 4.9, p <0.05), however, the TSM proved to be a more sensitive test to distinguish DCL patients from AD (control: 42.4± 5; DCL: 35.5 ± 7.7, DA: 25.7 ± 8, p <0.01 ). The three groups had different mean scores. In the CERAD word list, clock test, TNBr and phonological verbal fluency. The performance in TSM was significantly lower in DCL and AD groups than in the control group. And DA group was worse in this test than the DCL group too. The tests and measurements of CANTAB that best separate the three groups from the performance obtained were RVP A‟, PAL-trials to success and PAL-total errors in 6 patterns phase. Good correlations were found between the TSM and other tests, especially with the MMSE (Pearson‟s coefficient r = 0.79, p <0.0001) and clock test (r = 0.76, p <0.0001), as well as good correlations between the measures of PAL and TSM and MMSE. Physical activity level, in the control group was higher than in all other groups. When the level of physical activity and performance on cognitive tests were correlated, there were no significant differences in the different groups, except by a better performance in word recall test from CERAD, and word list in DCL group (DCL "active":4.7 ± 1.8; DCL"not active": 3 ± 1.5,p <0.01). Taken as a Whole, these results suggest that the application of automated automated neuropsychological tests associated with routine clinical tests and TYM, improve the clinical assessment´s sensitivity and reliability, especially in the early stages of dementia where the precoceous and accurate diagnosis are essential to guide therapeutic actions, drugs or behavioral modifications.

Submitted by Nathalya Silva (nathyjf033@gmail.com) on 2017-05-30T15:38:57Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ModeloDoencaParkinson.pdf: 8166697 bytes, checksum: 35469df57a1bffa01c87643c4e5ca57f (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-06-06T22:08:11Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ModeloDoencaParkinson.pdf: 8166697 bytes, checksum: 35469df57a1bffa01c87643c4e5ca57f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-06T22:08:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ModeloDoencaParkinson.pdf: 8166697 bytes, checksum: 35469df57a1bffa01c87643c4e5ca57f (MD5) Previous issue date: 2008-07-03 / A Doença de Parkinson (DP) é uma doença neurodegenerativa comum, que afeta principalmente pessoas idosas. Caracteriza-se pela morte progressiva de neurônios dopaminérgicos do sistema nigroestriatal, levando ao aparecimento de sintomas que caracterizam a tétrade clássica da doença: tremor em repouso, rigidez muscular, bradicinesia e instabilidade postural. Há evidências de que tanto fatores genéticos como ambientais contribuam para o desenvolvimento da doença. A fim de se melhor entender os mecanismos subjacentes à doença vários modelos animais foram desenvolvidos que mimetizam algum aspecto da degeneração dopaminérgica envolvida na DP. A injeção intracerebral de 6-OHDA é um dos modelos mais utilizados. Esta toxina é preferencialmente injetada no estriado ou na substância negra, onde promove destruição seletiva de neurônios catecolaminérgicos da via nigroestriatal. Quando a injeção é unilateral, os animais apresentam um comportamento rotatório estereotipado após indução farmacológica e tal comportamento tem sido muito usado pra medir o grau de degeneração nigroestriatal. Este modelo está bem caracterizado em ratos e tem sido uma ferramenta útil para testar terapias celulares ou farmacológicas com potencial neuroprotetor. Camundongos, assim como ratos, também são largamente utilizados em diversos estudos relacionados à DP. O presente trabalho teve como objetivo melhorar a caracterização do modelo de hemiparkinsonismo baseado em uma injeção única intraestriatal unilateral de 6- OHDA em camundongos C57BL6, visando avaliar o curso temporal da degeneração dos neurônios dopaminérgicos na substância negra e o grau de correlação entre a degeneração neuronal e alterações comportamentais. Os nossos resultados mostraram que, após uma única injeção de 10 μg de 6-OHDA no estriado, ocorre degeneração progressiva dos neurônios nigrais em função do tempo de sobrevida, e que existe uma correlação alta entre a taxa de degeneração e o comportamento rotatório induzido por apomorfina. Comportamentos motores espontâneos de ambulação e bipedestação tiveram correlação menor com a degeneração. Portanto, sugerimos que o comportamento rotatório induzido por apomorfina é um bom indicativo do grau de assimetria na via nigroestriatal de camundongos com hemiparkinsonismo induzidos por 6-OHDA e que pode ser uma ferramenta muito útil em experimentos que visem testar terapias com potencial neuroprotetor para a doença de Parkinson. / Parkinson‘s disease (PD) is a common neurodegenerative disease that affects mainly elderly people. It is characterized by the progressive cell death of dopaminergic neurons in the nigrostriatal system, which causes the development of the classic tetrad of symptoms: resting tremor, muscular rigidity, bradikynesia and postural instability. There is evidence that both genetic and environmental factors play a role in the development of the disease. In order to better understand the mechanisms undelying this disease, several animal models have been used to mimic some aspect of the dopaminergic degeneration. The intracerebral injection of 6-OHDA has been one of the most used PD model. This toxin is preferentially injected into the striatum or in the substantia nigra to provoke a selective degeneration of dopaminergic neurons from the nigrostriatal pathway. When a unilateral injection is used, the animals display a stereotypical rotational behavior after pharmacological induction, and such behavior has been largely used as a measure of the degree of nigroestriatal degeneration. This model is well characterized in rats and has been an useful tool to test neuroprotective therapies. Mice, as much as rats, are also largely used in studies of DP, but the 6-OHDA model has not been well described. The objective of the present work was to improve the characterization of the hemiparkinsonism model based on a single unilateral intraestriatal injection of 6-OHDA in C57BL6 mice, to provide a more detailed evaluation of the temporal course of the neuronal dopaminergic degeneration in the substantia nigra and to establish the degree of correlation between the degeneration and behavioral changes. Our results showed that a single injection of 10 μg of 6-OHDA into the striatum causes progressive degeneration of nigral dopaminergic neurons dependent of survival time, and that there is a high correlation between the rate of degeneration and the rotational behavior induced by apomorphine. Spontaneous motor behaviors such as ambulation and rearing had a lower correlation with the degeneration. Therefore, we suggest that the rotational behavior induced by apomorphine provides a good measure of the degree of asymmetry in the nigrostriatal pathway of mice with 6- OHDA-induced hemiparkinsonism and that it can indeed be an useful tool in experiments to test therapies with neuroprotective potential for Parkinson’s disease.

O aumento da expectativa de vida da população mundial tem se associado com uma maior prevalência de doenças neurodegenerativas. A Doença de Alzheimer (DA) é a doença neurodegenerativa mais comum e a principal causa de demência em indivíduos com mais de 60 anos, sendo caracterizada por um declínio progressivo na memória e função mental dos pacientes. Esses sintomas são acompanhados por alterações histopatológicas no cérebro desses indivíduos, incluindo a presença de uma grande quantidade de placas senis, formadas pela deposição do peptídeo beta-amiloide (Aβ), e de emaranhados neurofibrilares formados pela hiperfosforilação da proteína Tau. Estudos indicam que a deposição do Aβ é uma das principais responsáveis pelo desenvolvimento da DA, causando dano neuronal através da ativação de várias vias pró-apoptóticas e dando origem aos sintomas de demência típicos dessa doença. Até o momento, não existem tratamentos eficazes para o combate à DA, de forma que a maior parte das intervenções farmacológicas é destinada apenas ao tratamento de alguns de seus sintomas. A proteína translocadora (TSPO) se localiza em pontos de contato entre as membranas mitocondriais interna e externa e está relacionada com o transporte de colesterol para o interior da mitocôndria e com a regulação da esteroidogênese e da apoptose. Estudos mostram que ligantes da TSPO apresentam efeitos neuroprotetores em diferentes modelos experimentais de lesão cerebral e doenças neurodegenerativas. Especificamente em relação à DA, um estudo indicou que o 4’-clorodiazepam (4’-CD), um ligante da TSPO, apresenta efeitos neuroprotetores em um modelo animal dessa doença, sendo um possível candidato para o seu tratamento. Dessa forma, o objetivo desse estudo foi verificar o efeito neuroprotetor do 4’-CD em diferentes modelos in vitro de toxicidade induzida pelo Aβ, além de seus efeitos sobre o desenvolvimento de neurônios hipocampais. Inicialmente, demonstramos que o 4’-CD reduziu a morte celular de células SH-SY5Y expostas a um modelo de toxicidade induzida pela administração de Aβ. Esses efeitos estiveram associados com a redução da expressão da proteína pró-apoptótica Bax e com um aumento da expressão da survivina, uma proteína anti-apoptótica. A expressão das proteínas Bcl-xl e procaspase-3, por outro lado, não foi alterada pelos tratamentos. Posteriormente, estudamos os efeitos neuroprotetores do 4’-CD contra a toxicidade induzida pela administração do Aβ em culturas organotípicas de hipocampo. Nesses experimentos, foi demonstrado que o 4’-CD reduz a morte celular de culturas organotípicas de hipocampo expostas ao Aβ através de um aumento na expressão da enzima SOD, sem alterar, no entanto, a expressão das proteínas Akt e procaspase-3. Por fim, foi avaliado o efeito do 4’-CD sobre o desenvolvimento de culturas primárias de neurônios hipocampais de camundongos machos e fêmeas. Foi observado que as culturas de neurônios hipocampais das fêmeas apresentaram um desenvolvimento mais rápido do que as dos machos. O 4’-CD acelerou a maturação e aumentou a ramificação neurítica dos neurônios hipocampais dos machos, mas não exerceu qualquer efeito sobre os neurônios das fêmeas. Em suma, foi observado que o 4’-CD apresenta efeitos neuroprotetores contra o Aβ em células SH-SY5Y e em culturas organotípicas do hipocampo, apresentando-se como um fármaco em potencial para o tratamento da DA. Além disso, foi observado que o 4’-CD exerceu um efeito dependente do sexo sobre o desenvolvimento de culturas primárias de neurônios hipocampais, estimulando o desenvolvimento e a ramificação neurítica de neurônios hipocampais de machos, mas não de fêmeas. / The increase in life expectancy of the world population has been associated with a higher prevalence of neurodegenerative diseases. The Alzheimer’s Disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder and the main cause of dementia among people over 60 years, being characterized by a progressive decline in the memory and mental function of the patients. These symptoms are associated with histopathological changes in the brain of these patients, including the presence of senile plaques, formed by the deposition of amyloid-beta (Aβ), and neurofibrillary tangles, which are related to the hyperphosphorylation of Tau protein. Studies indicate that Aβ deposition is a major contributor to AD progression, promoting neuronal damage through the activation of different pro-apoptotic pathways and giving rise to the typical dementia symptoms of this disease. To date, there are no effective treatments for AD, so that most of the pharmacological intervention is intended for the treatment of some of its symptoms. The translocator protein (TSPO) is located in contact sites between the outer and the inner mitochondrial membranes and is involved in the cholesterol transport into the mitochondria and in the regulation of steroidogenesis and apoptosis. Studies show that TSPO ligands present neuroprotective effects in different experimental models of brain injury and neurodegenerative diseases. Specifically regarding AD, a study indicated that 4’-chlorodiazepam (4’-CD), a TSPO ligand, is neuroprotective in an animal model of this disease, being a possible candidate for its treatment. Therefore, the aim of this study was to evaluate the neuroprotective effect of 4’-CD in different experimental models of Aβ- induced neurotoxicity in vitro, as well as its effects on the development of hipocampal neurons. First, it was demonstrated that 4’-CD decreased the cell death of SH-SY5Y cells exposed to the Aβ. This effect was associated with the inhibition of the Aβ-induced upregulation of Bax, a pro-apoptotic protein, and downregulation of survivin, a prosurvival protein. On the other hand, the expression of Bcl-xl and procaspase-3 was not change by the treatments. After, it was studied the neuroprotective effects of 4’-CD against Aβ in organotypic hipocampal cultures. In these experiments, it was shown that 4’-CD decreases the cell death of organotypic hippocampal slices exposed to the Aβ by increasing the protein expression of SOD, but without changing the expression of Akt and procaspase-3. Finally, due to the importance of the processes of neuronal development and maturation in the regeneration of CNS after injury, it was evaluated the effect of 4’-CD on the development of primary hippocampal neurons of male and female mice. It was observed that female primary hippocampal neurons presented an increased rate of development than male neurons. 4’-CD stimulated the development and increased the neuritic branching of male but not from female neurons. In summary, it was observed that 4’-CD presented a neuroprotective effect against Aβ in SH-SY5Y cells and in rat organotypical hippocampal slices, presenting itself as a promising agent for the treatment of AD. Also, it was observed that 4’-CD modulates the development of hippocampal neurons in a sex-dependent manner, stimulating the development of male but not from female cells.

A doença de Alzheimer (DA) é uma patologia neurodegenerativa progressiva e a forma de demência mais prevalente no mundo. As alterações fisiopatológicas da DA têm sido associadas a dois marcadores neuropatológicos clássicos: a deposição de placas de β- amilóide e a formação de emaranhados neurofibrilares da proteína tau hiperfosforilada. Porém, devido a complexidade da DA, outros mecanismos têm sido propostos como coadjuvantes no processo neurodegenerativo, entre eles eventos neuroinflamatórios, a quebra da homeostasia de sistemas de neurotransmissão e disfunção sináptica. Esta pletora de eventos patológicos parece preceder a fase de demência por um longo período onde a doença age de forma silenciosa, ou seja, onde não existem evidências sintomatológicas. Na presente tese, avançamos no entendimento de vias de sinalização associadas com a hipersforforilação da proteína tau envolvendo a disfunção da proteína fosfatase 2A e neurotoxicidade do sistema glutamatérgico. Além disso, avaliamos os radiofármacos de tomografia de emissão de pósitrons (PET) disponíveis para visualização in vivo e não invasiva da fisiopatologia da DA. Finalmente, avaliamos um novo biomarcador de PET, o [11C]ABP688, para visualizar flutuações no sistema glutamatérgico e avançamos no entendimento do impacto das células gliais no sinal do PET [18F]FDG, o radiofármaco mais utilizado na clínica atualmente para visualizar metabolismo de glicose cerebral. O [11C]ABP688 pode ser diretamente incluído em estudos clínicos e a reconceptualização do [18F]FDG proposta nesta tese pode alterar a maneira atual como vemos o metabolismo de glicose na DA e em outras doenças neurodegenerativas. Finalmente, nesta tese, avançamos em termos de mecanismos, e no contexto da busca por um diagnóstico precoce e acurado da DA. / Alzheimer's disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder and the most prevalent cause of dementia worldwide. The AD pathophysiological features have been associated to two main classic neuropathological markers: depositon of β-amyloid plaques and formation of neurofibrillary tangles of hyperphosphorylated tau. Due to AD complexity, however, additional mechanisms have been proposed as contributors to the neurodegenerative process, such as neuroinflammatory changes, altered neurotransmission, and synaptic dysfunction. These pathological events seem to precede the dementia phase by many years, resulting in a long silent period, i.e., a preclinical phase. In this thesis, we advanced in the understanding of signaling pathways associated with tau hyperphosphorylation, which includes dysfunction of protein phosphatase 2A (PP2A) and glutamatergic neurotoxicity. Furthermore, we underscored radiopharmaceuticals currently available for imaging AD pathophysiology in vivo and non-invasively with positron emission tomography (PET). Finally, we evaluated a new PET biomarker, [11C]ABP688, for visualizing glutamatergic fluctuations and advanced in the understating of how glial cells contribute to the [18F]FDG signal, the widely used radiopharmaceutical in clinical settings for visualizing cerebral glucose metabolism. Our findings have high translational value and direct impact in clinical settings, which can potentially alter the way we interpret glucose metabolism in AD and other neurodegenerative disorders. In summary, in this thesis, we have advanced in terms of molecular mechanisms, and in the use of PET biomarkers toward an early and accurate diagnosis of AD.

O aumento da expectativa de vida da população mundial tem se associado com uma maior prevalência de doenças neurodegenerativas. A Doença de Alzheimer (DA) é a doença neurodegenerativa mais comum e a principal causa de demência em indivíduos com mais de 60 anos, sendo caracterizada por um declínio progressivo na memória e função mental dos pacientes. Esses sintomas são acompanhados por alterações histopatológicas no cérebro desses indivíduos, incluindo a presença de uma grande quantidade de placas senis, formadas pela deposição do peptídeo beta-amiloide (Aβ), e de emaranhados neurofibrilares formados pela hiperfosforilação da proteína Tau. Estudos indicam que a deposição do Aβ é uma das principais responsáveis pelo desenvolvimento da DA, causando dano neuronal através da ativação de várias vias pró-apoptóticas e dando origem aos sintomas de demência típicos dessa doença. Até o momento, não existem tratamentos eficazes para o combate à DA, de forma que a maior parte das intervenções farmacológicas é destinada apenas ao tratamento de alguns de seus sintomas. A proteína translocadora (TSPO) se localiza em pontos de contato entre as membranas mitocondriais interna e externa e está relacionada com o transporte de colesterol para o interior da mitocôndria e com a regulação da esteroidogênese e da apoptose. Estudos mostram que ligantes da TSPO apresentam efeitos neuroprotetores em diferentes modelos experimentais de lesão cerebral e doenças neurodegenerativas. Especificamente em relação à DA, um estudo indicou que o 4’-clorodiazepam (4’-CD), um ligante da TSPO, apresenta efeitos neuroprotetores em um modelo animal dessa doença, sendo um possível candidato para o seu tratamento. Dessa forma, o objetivo desse estudo foi verificar o efeito neuroprotetor do 4’-CD em diferentes modelos in vitro de toxicidade induzida pelo Aβ, além de seus efeitos sobre o desenvolvimento de neurônios hipocampais. Inicialmente, demonstramos que o 4’-CD reduziu a morte celular de células SH-SY5Y expostas a um modelo de toxicidade induzida pela administração de Aβ. Esses efeitos estiveram associados com a redução da expressão da proteína pró-apoptótica Bax e com um aumento da expressão da survivina, uma proteína anti-apoptótica. A expressão das proteínas Bcl-xl e procaspase-3, por outro lado, não foi alterada pelos tratamentos. Posteriormente, estudamos os efeitos neuroprotetores do 4’-CD contra a toxicidade induzida pela administração do Aβ em culturas organotípicas de hipocampo. Nesses experimentos, foi demonstrado que o 4’-CD reduz a morte celular de culturas organotípicas de hipocampo expostas ao Aβ através de um aumento na expressão da enzima SOD, sem alterar, no entanto, a expressão das proteínas Akt e procaspase-3. Por fim, foi avaliado o efeito do 4’-CD sobre o desenvolvimento de culturas primárias de neurônios hipocampais de camundongos machos e fêmeas. Foi observado que as culturas de neurônios hipocampais das fêmeas apresentaram um desenvolvimento mais rápido do que as dos machos. O 4’-CD acelerou a maturação e aumentou a ramificação neurítica dos neurônios hipocampais dos machos, mas não exerceu qualquer efeito sobre os neurônios das fêmeas. Em suma, foi observado que o 4’-CD apresenta efeitos neuroprotetores contra o Aβ em células SH-SY5Y e em culturas organotípicas do hipocampo, apresentando-se como um fármaco em potencial para o tratamento da DA. Além disso, foi observado que o 4’-CD exerceu um efeito dependente do sexo sobre o desenvolvimento de culturas primárias de neurônios hipocampais, estimulando o desenvolvimento e a ramificação neurítica de neurônios hipocampais de machos, mas não de fêmeas. / The increase in life expectancy of the world population has been associated with a higher prevalence of neurodegenerative diseases. The Alzheimer’s Disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder and the main cause of dementia among people over 60 years, being characterized by a progressive decline in the memory and mental function of the patients. These symptoms are associated with histopathological changes in the brain of these patients, including the presence of senile plaques, formed by the deposition of amyloid-beta (Aβ), and neurofibrillary tangles, which are related to the hyperphosphorylation of Tau protein. Studies indicate that Aβ deposition is a major contributor to AD progression, promoting neuronal damage through the activation of different pro-apoptotic pathways and giving rise to the typical dementia symptoms of this disease. To date, there are no effective treatments for AD, so that most of the pharmacological intervention is intended for the treatment of some of its symptoms. The translocator protein (TSPO) is located in contact sites between the outer and the inner mitochondrial membranes and is involved in the cholesterol transport into the mitochondria and in the regulation of steroidogenesis and apoptosis. Studies show that TSPO ligands present neuroprotective effects in different experimental models of brain injury and neurodegenerative diseases. Specifically regarding AD, a study indicated that 4’-chlorodiazepam (4’-CD), a TSPO ligand, is neuroprotective in an animal model of this disease, being a possible candidate for its treatment. Therefore, the aim of this study was to evaluate the neuroprotective effect of 4’-CD in different experimental models of Aβ- induced neurotoxicity in vitro, as well as its effects on the development of hipocampal neurons. First, it was demonstrated that 4’-CD decreased the cell death of SH-SY5Y cells exposed to the Aβ. This effect was associated with the inhibition of the Aβ-induced upregulation of Bax, a pro-apoptotic protein, and downregulation of survivin, a prosurvival protein. On the other hand, the expression of Bcl-xl and procaspase-3 was not change by the treatments. After, it was studied the neuroprotective effects of 4’-CD against Aβ in organotypic hipocampal cultures. In these experiments, it was shown that 4’-CD decreases the cell death of organotypic hippocampal slices exposed to the Aβ by increasing the protein expression of SOD, but without changing the expression of Akt and procaspase-3. Finally, due to the importance of the processes of neuronal development and maturation in the regeneration of CNS after injury, it was evaluated the effect of 4’-CD on the development of primary hippocampal neurons of male and female mice. It was observed that female primary hippocampal neurons presented an increased rate of development than male neurons. 4’-CD stimulated the development and increased the neuritic branching of male but not from female neurons. In summary, it was observed that 4’-CD presented a neuroprotective effect against Aβ in SH-SY5Y cells and in rat organotypical hippocampal slices, presenting itself as a promising agent for the treatment of AD. Also, it was observed that 4’-CD modulates the development of hippocampal neurons in a sex-dependent manner, stimulating the development of male but not from female cells.

Alzheimer s (DA) is a neurodegenerative disease evidenced by cognitive disorders and attention deficit and learning, and is the main cause of dementia in the elderly. The amyloid hypothesis posits that extracellular amyloid-β (Aβ) deposits are the fundamental etiological factor of the disease. However, the AD etiology has yet to be fully understood and common treatments remain largely non-efficacious. Caernorhabditis elegans transgenic strains expressing toxic Aβ has been employed as AD in vivo model in order to elucidate mechanisms and verifying the effectiveness of pharmacological compounds. The organoselenium compound tested in this study, Diphenyl-diselenide (PhSe)2, has shown efficacy in ameliorate several parametres in neurodegenerative disease models. In the present study, we analyzed the effects of (PhSe)2 chronic treatment on Aβ peptide-induced toxicity in C. elegans. This data shows that chronic exposure to (PhSe)2 attenuated oxidative stress induced by Aβ with concomitant recovery of associative learning memory in worms. In addition, (PhSe)2 decreased Aβ transgene expression, suppressing the Aβ peptide and down-regulating hsp-16.2 by reducing the need of this chaperone under Aβ toxicity. This observations suggest that (PhSe)2 plays an important role in protection against oxidative stress-induced toxicity, this representing a promising potential pharmaceutical modality by attenuating Aβ expression. / A Doença de Alzheimer (DA) é uma doença neurodegenerativa evidenciada por distúrbios cognitivos e déficit de atenção e aprendizagem, sendo a principal causa de demência em idosos. A Hipótese Amilóide postula o acúmulo de depósitos extracelulares do peptídio β-amilóide (Aβ) no cérebro como o principal fator da doença. Entretanto, sua etiologia ainda não está completamente elucidada e seu tratamento visa apenas a melhora dos sintomas. Cepas transgênicas do nematódeo Caernorhabditis elegans que expressam as espécies tóxicas Aβ, têm sido utilizadas como modelos in vivo de DA para elucidar mecanismos e verificar a eficácia de novas moleculas. O disseleneto de difenila ((PhSe)2), composto orgânico de selênio utilizado nesse estudo, tem demonstrado eficácia em melhorar diversos parâmetros em modelos de doenças neurodegenerativas. No presente estudo foram analisados os efeitos do tratamento crônico com (PhSe)2 na toxicidade induzida pela Aβ em C. elegans. Os resultados mostraram que a exposição crônica ao (PhSe)2 atenuou o estresse oxidativo induzido pela Aβ, além de recuperar a memória associativa no nematódeo. Além disso, o (PhSe)2 diminuiu a expressão do gene Aβ, levando a supressão do peptídio Aβ e reduzindo a expressão do gene hsp-16.2, por diminuir a necessidade desta chaperona frente a toxicidade Aβ. Estes dados sugerem que o (PhSe)2 desempenha um importante papel na proteção contra a toxicidade induzida por estresse oxidativo, além de representar um promissor agente farmacológico por atenuar a expressão do Aβ.