O zebrafish (Danio rerio) é um modelo experimental consolidado em diversas áreas da ciência, como a neurociências e toxicologia. O genoma desta espécie já está quase todo seqüenciado e estudos demonstraram que muitos genes deste peixe são similares ao de mamíferos, incluindo a espécie humana. Evidências demonstram que nucleotídeos e nucleosídeos, principalmente o ATP e a adenosina exercem diversos efeitos sinalizadores no espaço extracelular. No sistema nervoso, o neurotransmissor ATP é armazenado de forma vesicular e liberado na fenda sináptica, onde pode agir em receptores específicos localizados na membrana celular denominados receptores purinérgicos do tipo P2. Estes receptores são subdivididos em receptores ionotrópicos P2X e receptores metabotrópicos P2Y. A inativação do sinal mediado pelo ATP extracelular é realizada por uma família de enzimas denominadas ecto-nucleotidases. Dentre este grupo de enzimas, destacam-se as NTPDases (nucleosídeo trifosfato difosfoidrolases) e a ecto-5’-nucleotidase. Após sofrer catabolismo pelas ectonucleotidases, o neurotransmissor ATP é hidrolisado ao neuromodulador adenosina. Este nucleosídeo exerce seus efeitos através dos receptores metabotrópicos denominados purinoceptores P1. Estudos do nosso laboratório demonstraram a presença de ectonucleotidases como as NTPDases e a ecto-5’-nucleotidase no SNC de zebrafish. Além disso, já foi descrito na literatura que esta espécie apresenta purinoceptores do tipo P2X e P2Y. A acetilcolina é um neurotransmissor secretado pelos nervos colinérgicos terminais, juntamente com o ATP. Após exercido seu sinal nos receptores nicotínicos e muscarínicos, a acetilcolina é inativada pela ação de uma enzima denominada acetilcolinesterase (AChE), que hidrolisa a acetilcolina até colina e acetato. O gene da AChE já foi clonado e seqüenciado e esta atividade enzimática foi detectada em cérebro de zebrafish. O metanol é um composto neurotóxico responsável por sérios danos ao SNC. Além de ser encontrado como um contaminante ambiental, este álcool é também empregado como componente de soluções crioprotetoras para embriões de zebrafish. Os efeitos do consumo agudo de etanol exercem uma variedade de modificações como coordenação motora, percepção sensorial e cognição. O etanol promove diversas alterações bioquímicas e fisiológicas em células do sistema nervoso central. Portanto, nós investigamos o efeito in vitro e in vivo dos álcoois metanol e etanol sobre as ectonucleotidases e acetilcolinesterase em SNC de zebrafish. Após o tratamento agudo com metanol a 0,5 e 1,0% houve uma redução significativa na hidrólise de ATP e ADP. Entretanto, não foram verificadas alterações na atividade da ecto-5´-nucleotidase em cérebro de zebrafish. Uma inibição significativa na atividade da AChE foi observada na faixa de 0,25 a 1,0% de exposição ao metanol. Quatro seqüências de NTPDase foram identificadas através de uma análise filogenética, na qual uma é similar a NTPDase1 e as outras a NTPDase2. O metanol foi capaz de inibir os transcritos para a NTPDase1, duas isoformas da NTPDase2 e AChE. Metanol a 1,5 e 3,0% inibiu in vitro a hidrólise de ATP, e a hidrólise de ADP somente a 3,0%. No entanto, a hidrólise de AMP e a atividade da AChE não foram alteradas. A exposição ao etanol a 0,5 e 1,0% diminuiu a hidrólise de ATP e ADP, enquanto que a atividade da AChE apresentou um aumento significativo a 1,0%. Nenhuma alteração foi observada na atividade da ecto-5’- nucleotidase. Etanol in vitro a 0,5 e 1,0% não alterou a hidrólise de ATP, ADP e a atividade da AChE, mas a hidrólise de AMP foi inibida. Acetaldeído in vitro, na faixa de 0,5-1,0%, inibiu a hidrólise de ATP e ADP, mas a hidrólise de AMP e acetiltiocolina foi reduzida a 0,25, 0,5 e 1,0%. Acetato in vitro não alterou a atividade destas enzimas. O tratamento com etanol reduziu os níveis de mRNA para AChE, NTPDase1 as três isoformas de NTPDase2. Estes resultados demonstram que a intoxicação aguda por metanol e etanol pode influenciar as enzimas envolvidas na degradação dos neurotransmissores ATP e acetilcolina, sugerindo que os sistemas purinérgico e colinérgico podem ser alvos para os efeitos neurotóxicos destes álcoois. / Zebrafish (Danio rerio) is a consolidated model system in many research areas, including neuroscience and toxicology. The genome of this specie is almost sequenced and studies have shown that many genes of this specie are similar to mammals, including the human specie. Evidence has shown that nucleotides and nucleosides, mainly ATP and adenosine, exert extracellular signaling effects. In the nervous system, the neurotransmitter ATP is stored in vesicles and released in the synaptic cleft, where can act on specific cellular membrane receptors named purinergic P2 receptors. These receptors are subdivided on ionotropic P2X receptors and metabotropic P2Y receptors. The inactivation of ATP extracellular signaling is mediated by a family of enzymes named ectonucleotidases. This group of enzymes includes NTPDases (nucleoside triphosphate diphosphohydrolases) and ecto-5’-nucleotidase. After the catabolism promoted by ectonucleotidases, the neurotransmitter ATP is hydrolyzed to the neuromodulator adenosine. This nucleoside exerts its effects by the activation of P1 metabotropic receptors. Studies from our laboratory have demonstrated the presence of NTPDases and ecto-5’-nucleotidase in CNS of zebrafish. Furthermore, P2X and P2Y purinoceptors already are described in this specie. Acetylcholine (ACh) is a neurotransmitter secreted by the cholinergic nerve endings and ATP is co-released with ACh. After exerts its signaling on nicotinic e muscarinic receptors, ACh is inactivated through an enzyme named acetylcholinesterase (AChE), that can hydrolyze ACh into choline and acetate. The AChE gene is already cloned and sequenced and this enzyme activity was detected in zebrafish brain. Methanol is a neurotoxic compound responsible for serious damage on CNS. Besides it can be found as an environmental contaminant, this alcohol is also employed as a component of cryoprotector solutions for zebrafish embryos. The effects of acute ethanol consumption promote several changes related to motor coordination, sensory perception and cognition. Ethanol promotes many biochemical and physiological alterations on nervous cells. Therefore, we investigated the in vitro and in vivo effect of alcohols methanol and ethanol on ectonucleotidases and acetilcholinesterase in CNS of zebrafish. After acute treatment, there was a significant decrease of ATP and ADP hydrolysis at 0.5 and 1.0%. However, no significant alteration on ecto-5´-nucleotidase activity was verified in zebrafish brain. A significant inhibition on AChE activity was observed in the range of 0.25 to 1.0% methanol exposure. Four NTPDase sequences were identified from phylogenetic analyses, which one is similar to NTPDase1 and the others to NTPDase2. Methanol was able to inhibit NTPDase1, two isoforms of NTPDase2 and AChE transcripts. Methanol inhibited in vitro ATP hydrolysis at 1.5 and 3.0% and ADP hydrolysis only at 3.0%. Nevertheless, AMP hydrolysis and AChE activity were not changed. Ethanol exposure decreased ATP and ADP hydrolysis at 0.5 and 1.0%, while the AChE activity presented a significant increased at 1.0%. No changes on ecto-5’-nucleotidase activity were observed in zebrafish brain membranes. Ethanol in vitro did not alter ATP, ADP hydrolysis and AChE activity, but AMP hydrolysis was inhibited at 0.5 and 1.0%. Acetaldehyde in vitro, in the range 0.5-1.0%, inhibited ATP and ADP hydrolysis, but AMP and acetylthiocholine hydrolysis were reduced at 0.25, 0.5 and 1.0%. Acetate in vitro did not alter these enzyme activities. Semi-quantitative expression analysis of NTPDase and ecto-5´- nucleotidase was performed. Ethanol treatment reduced AChE, NTPDase1 and three isoforms of NTPDase2 mRNA levels. These results demonstrate that acute methanol and ethanol intoxication may influence the enzymes involved in the degradation of neurotransmitters ATP and ACh, suggesting that the purinergic and colinergic system can be a target to the neurotoxic effects of these alcohols.

Tumor de bexiga é o tipo de tumor mais comum que ocorre no trato urinário, originado a partir do epitélio estratificado da bexiga. A incidência em homens é maior do que em mulheres, está associado com a industrialização e relacionado com a origem ocupacional do paciente. Mais de 90% dos tumores de bexiga são devidos a alterações neste epitélio, sendo o principal tipo, o tumor nas células transicionais. A linhagem T24 de tumor de bexiga humana tem sido usada como modelo de tumor invasivo de bexiga. Nucleotídeos são uma importante classe de moléculas sinalizadoras, conhecidos por regular muitas funções pato-fisiológicas no espaço extracelular. O ATP extracelular é conhecido por mediar uma variedade de respostas biológicas no sistema nervoso central e periférico, principalmente pela ligação aos receptores acoplados à proteína G, P2Y ou pelos receptores ligados aos canais iônicos, P2X. A sinalização mediada pelos nucleotídeos é controlada por uma eficiente cascata enzimática que inclui os membros das ecto-nucleotidases ENTPDases, E-NPPs e ecto-fosfatases alcalinas as quais de formas diferenciadas podem gerar AMP que pode ser hidrolisado pela ecto-5’-nucleotidase (ecto-5’-NT, CD73) gerando adenosina. Muitos estudos têm indicado que o ATP extracelular exerce um efeito primordial no trato urinário e que suas ações são mediadas por receptores P2. Baseado na ampla distribuição das ecto-nucleotidases em vários tipos de tecidos e considerando a potencial participação destas enzimas na regulação da sinalização purinérgica em tecido de bexiga normal e tumoral, o objetivo do presente estudo foi avaliar a atividade das ectoenzimas e a presença dos receptores purinérgicos nas células T24 de tumor de bexiga humano. Muitos estudos vêm demonstrando evidências da relação entre o sistema purinérgico e o crescimento tumoral. Nossos resultados mostraram que as células T24 apresentam uma extrema diminuição da capacidade de hidrólise dos nucleotídeos tri- e difosfatados quando comparada com os nucleotídeos monofosfatados, que apresentam uma alta capacidade de hidrólise. Os resultados obtidos pela hidrólise mostram uma baixa expressão das E-NTPDases, contrastando com uma significante atividade da ecto-5’- nucleotidase, e pelo menos um membro da família das E-NPPs. Muitos papéis fisiológicos para a família das E-NPPs têm sido descritos incluindo reciclagem de nucleotídeos e modulação da sinalização purinérgica. No presente estudo nós analisamos a atividade desta enzima na linhagem celular T24 em pH ótimo para as E-NPPs e em pH fisiológico para cultura de células. Curvas de tempo e substrato mostraram atividade das E-NPPs apenas no pH ótimo da enzima. A análise por RT-PCR mostrou a presença apenas da E-NPP1. Quanto à expressão das ecto-enzimas, nosso estudo mostrou que a linhagem T24 expressa apenas a E-NTPDase 5 (CD39L4) e não expressa as demais E-NTPDases. Nós identificamos todos os receptores P2Y nas células, dando suporte a idéia de que alterações no número de células tumorais pode ser devido a modulação da proliferação celular via receptores P2. Em nosso estudo também investigamos o efeito do ATP extracelular nas células T24, em diferentes concentrações e tempos de tratamento, mostrando que o ATP extracelular diminui significativamente o número de células. Estes dados indicam que as vias de sinalização purinérgica podem ter um importante papel na regulação das funções da bexiga urinária. Outros estudos são necessários para confirmar as funções do sistema purinérgico nos tumores de bexiga e as possíveis terapias antitumorais. / Bladder cancer is the most commonly tumor occurring in urinary tract, originating from normal stratified transitional epithelium of the bladder. The incidence in men is bigger than in women and is associated with industrialization and related to occupational origin. More than 90% of histological cell type of bladder cancer is transitional cell carcinoma. The T24 cell is a lineage of human bladder transitional cell carcinoma, and it has been used as model of invasive bladder cancer. Nucleotides, an important class of signaling molecules, are known to regulate many pathophysiological functions in the extracellular space. Extracellular ATP is recognized as an agonist that mediates a wide variety of biological responses in the central and peripheral nervous systems, largely by binding to either G protein-coupled receptors P2Y or ligand- gated P2X receptors. The nucleotide-mediated signaling is controlled by a highly efficient enzymatic cascade which includes the members of E-NTPDase (ectonucleoside triphosphate diphosphohydrolase) family, E-NPP (ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase) family and ecto-alkaline phosphatases. The AMP formed by the action of these enzymes is hydrolyzed to adenosine by the action of an ecto-5’-nucleotidase (ecto-5’-NT, CD73). Although several lines of evidence have indicated that extracellular ATP plays primordial role in the urinary tract and these actions are mediated by P2 receptors. Based on the wide distribution of ecto-nucleotidases in various tissues and considering the potential participation of these enzymes in the regulation of purinergic signaling in normal and tumoral bladder tissues, the objective of the present study was to examine the activity of ecto-enzymes and the presence of the purinergic receptors in T24 human bladder tumor cell line. Several studies have demonstrated evidence for the relation between the purinergic signaling and tumor growth. Our results show that T24 cell line presents an extremely decreased capacity to hydrolyze all tri- and di-phosphate nucleosides when compared to the nucleoside monophosphates, which have a higher capacity to hydrolyze. The results obtained show a low expression of E- NTPDases, contrasting to a significant activity of ecto-5’-nucleotidase, and at least one of the enzymes family of E-NPPs. Multiple physiological roles for E-NPPs have been related, including nucleotide recycling and modulation of purinergic receptor signaling. In the present study, we describe an enzyme activity in T24 cell line in the optimum pH for ENPP and in physiological pH to the culture cells. Time and substrate curve have shown an E-NPP activity only in the enzyme optimal pH. The RT-PCR analysis showed the presence of only the E-NPP1. Regarding the expression of the ecto-enzymes, our study has showed that the T24 cell line expresses only the E-NTPDase 5 (CD39L4) and does not express the other E-NTPDases. We have identified all P2Y receptors in the cell line studied supporting the idea that the alteration of cancer cell number might be due to modulation of cell proliferation via P2 receptors. In this study we also investigated the effects of extracellular ATP in T24 cell line in different concentrations and times of treatment. As shown, the extracellular ATP decreases significantly the cell number. These data could indicate that the purinergic signaling pathways may play an important role in regulating urinary bladder function. Further studies to provide functions for the purinergic system in bladder tumor will be necessary to improve the possibilities of antitumor therapies.

Nucleotídeos da adenina e adenosina estão envolvidos em uma variedade de processos patofisiológicos em diferentes células. O metabolismo extracelular destes nucleotídeos gerando nucleosídeos tem uma importante função regulatória no controle da homeostase, principalmente por regularem a agregação plaquetária, via receptores purinérgicos P2. Além disso, uma associação destes nucletídeos e nucleosídeo em processos neoplásicos tem sido sugerida. Enquanto ATP tem demonstrado exibir atividade anticâncer em uma grande variedade de células animais e humanas, estudos sugerem que adenosina possui ações promotoras de tumor. Muitos estudos também demonstram que antiinflamatórios não esteroidais, como o ácido acetil salicílico (AAS), podem proteger contra o desenvolvimento do câncer. As ações induzidas pela sinalização purinérgica são reguladas pelas ectonucleotidases, que incluem membros da família das ectonucleosídeo trifosfato difosfoidrolase (E-NTPDase) e ecto-nucleotídeo pirofosfatases/fosfodiesterases (E-NPPs), e ecto-5’-nucleotidase (ecto-5’N). Assim, no presente estudo nós investigamos o efeito do AAS na hidrólise do ATP até adenosina, bem como estudamos as características bioquímicas e expressão das ectonucleotidases no tumor de W256. A hidrólise dos nucleotídeos da adenina por plaquetas de ratos foi significativamente inibida por AAS, tanto para ATP quanto para ADP, mas não houve alteração na hidrólise do AMP. Em ratos submetidos ao tumor de W256, a hidrólise dos nucleotídeos da adenina em plaquetas e soro, obtidos 6, 10 e 15 dias após a indução subcutânea do tumor, foi significativamente reduzida. Em células tumorais de W256 (forma ascítica do tumor), a análise cinética indicou que várias ectonucleotidases estão envolvidas nessa cascata enzimática. Quanto às propriedades bioquímicas das E-NTPDases e ecto-5'-nucleotidase, para a hidrólise de ATP, ADP e AMP, o pH ótimo ficou entre 6,5-8,0 e também foi observado um requerimento de cátions divalentes (Mg2+ > Ca2+). Uma significativa inibição na hidrólise do ATP e ADP foi observada em presença de altas concentrações de azida sódica e de 0,5 mM de cloreto de gadolínio. Ainda, a análise de mRNA por PCR identificou a presença das NTPDases 2 e 5, e também da ecto-5'-nucleotidase nas células tumorais de W256. Com o objetivo de investigar as enzimas envolvidas no catabolismo dos nucleotídeos da adenina durante o crescimento do tumor, nós avaliamos a expressão destas enzimas bem como o padrão de degradação dos nucleotídeos extracelulares no tumor de W256, 6, 10 e 15 dias após a indução subcutânea. Os mRNAs de todas as ectonucleotidases estudadas (NTPDase 1, 2, 3 5 e 6 e ecto- 5’-nucleotidase), foram identificados por RT-PCR. A análise quantitativa, realizada por real-time PCR, apresentou como genes dominantes expressos durante o crescimento do tumor, as NTPDases 1 e 2 e ecto-5’-nucleotidase. O padrão de hidrólise do ATP extracelular determinado por HPLC, embora com alguma diferença entre os tempos estudados, se manteve similar. As células do tumor de W256 rapidamente hidrolisaram ATP levando à formação transitória de ADP, que foi completamente hidrolisado a AMP. A participação das NPPS 1, 2 e 3 na forma ascítica do tumor e VI durante o desenvolvimento do tumor subcutâneo de W256 também foi investigada. Nas duas formas do tumor o gene dominante foi o da enzima NPP3. Considerando que o ATP é reconhecido como um composto citotóxico em células tumorais, e que adenosina tem sido considerada promotora de tumor, é possível sugerir que, na circulação, a substancial redução na hidrólise dos nucleotídeos da adenina em plaquetas e soro após a indução do tumor pode representar um mecanismo de proteção contra o desenvolvimento tumoral. Por outro lado, nas células tumorais de W256, a elevada expressão de enzimas potencialmente envolvidas na hidrólise do ATP e do AMP, bem como a rápida hidrólise do ATP, pode representar um mecanismo que facilita a proliferação e invasão do tumor. / Adenine and adenosine nucleotides are involved in a variety of pathophysiological process in different cells. The extracellular metabolism of these nucleotides creating nucleosides has an important regulatory function in controlling the homeostasis, mainly for regulate the platelets aggregation, via purinergic P2 receptors. Besides this, an association of these nucleotides and nucleoside in neoplasics process has been suggested. While ATP has shown to exhibit anticancer activity in a great variety of animals and human cells, studies suggest that adenosine presents tumor-promoting actions. Many studies have also demonstrated that nonsteroidal anti-inflamatory, such as acetylsalicylic acid (ASA) can protect against the cancer development. The induced actions from purinergic signalization are ruled by the ectonucleotidases, that include members of the ectonucleoside triphosphate diphosphohydrolases (E-NTPDases) and ecto-nucleotide pyrophosphatases/phosphodiesterases (E-NPPs) families, and ecto-5’-nucleotidase (ecto-5’N). Then, in the present study we have investigated the effect of the ASA on the ATP hydrolysis to adenosine, such as studied the biochemical characteristics and expression of the ectonucleotidases in W256 tumor. The hydrolysis of the adenine nucleotides by rat platelets was significantly inhibited by ASA, both for ATP and ADP, but there was no alteration on AMP hydrolysis. In rats submitted to W256 tumor, hydrolysis of the adenine nucleotides by platelets and serum, obtained 6, 10 and 15 days after tumor’s subcutaneous induction, was significantly reduced. In W256 tumor cells (ascitic form of tumor), the kinetic analysis indicated that various ectonucleotidases are involved in this enzymatic cascade. Regarding the biochemistry properties of E-NTPDases and ecto-5'-nucleotidase, for the ATP, ADP e AMP hydrolysis, the optimum pH was reached among 6,5-8,0 and it was also observed a requirement of divalent cations (Mg2+ > Ca2+). A significant inhibition on ATP and ADP hydrolysis was observed in the presence of high concentrations of sodium azide and 0.5 mM of gadolinium chloride. Also, the mRNA by PCR analysis identified the presence of NTPDases 2 and 5, and also the ecto-5'-nucleotidase in W256 tumor cells. With the purpose of investigating the enzymes involved in the catabolism of adenine nucleotides during the tumor’s growth, we evaluated the expression of these enzymes as well as the pattern degradation of extracellular nucleotides in W256 tumor, 6, 10 and 15 days after the tumor’s subcutaneous induction. The mRNAs of all ectonucleotidases studied (NTPDase 1, 2, 3 5 e 6 and ecto-5’-nucleotidase) were identified by RT-PCR. The quantitative analysis, done by real-time PCR, presented as dominant genes expressed during the tumor’s growth, the NTPDases 1 and 2 and ecto-5’-nucleotidase. The pattern of ATP extracellular hydrolysis determined by HPLC, despite a small difference between the times studied, kept similar. The W256 tumor’s cells quickly hydrolyzed ATP, leading to the transitory formation of ADP, which was completely hydrolyzed to AMP. Considering that ATP is recognized as a citotoxic compound in tumor cells, and that adenosine has been considered tumor’s promoter, it is possible to suggest that, in the circulation, the substantial VIII reduction on adenine nucleotides hydrolysis in platelets and serum after tumor’s induction may represent a mechanism of protection against the tumor’s development. The participation of NPPs 1, 2 and 3 in the ascitic form of tumor and during the subcutaneous W256 tumor’s growth was also investigated. In the two forms of the tumor, the dominant gene expressed was the NPP3 enzyme. On the other hand, in W256 tumor cells, the high expression of enzymes potentially involved in ATP and ADP hydrolysis, as well as the fast ATP hydrolysis, may represent a mechanism that facilitate the proliferation and invasion of tumor.

Os nucleotídeos extracelulares modulam uma variedade de ações biológicas via ativação de receptores purinérgicos. Esses efeitos são controlados pela ação de ectonucleotidases, tais como as E-NTPDases e a ecto-5´-NT/CD73, as quais hidrolisam o ATP até adenosina no meio extracelular. Alterações no sistema purinérgico podem estar envolvidas na progressão dos gliomas. O ATP induz a proliferação celular dos gliomas e, ao contrário dos astrócitos, gliomas apresentam baixa expressão das E-NTPDases, particularmente da NTPDase2. Assim, a restauração da atividade ATPásica nesses tumores poderia ser uma estratégia para prevenir as ações mediadas pelo ATP. De acordo com essa idéia, a coinjeção de apirase/NTPDase1, uma enzima depletora de ATP, e gliomas diminuiu a progressão tumoral in vivo. O objetivo desse estudo foi aprofundar a participação dos receptores purinérgicos e das E-NTPDases na progressão dos gliomas. A análise das culturas de linhagem de glioma C6 e de C6 ex vivo revelou similaridade na expressão de receptores purinérgicos e das E-NTPDases, sugerindo que alterações nessa via estariam presentes em culturas primárias de gliomas. Ao contrário do esperado, o restabelecimento da expressão da NTPDase2 nos gliomas resultou em aumento da malignidade tumoral. A superexpressão da NTPDase2 aumentou a adesão das células C6 em cultura e em experimentos in vivo promoveu dramático aumento do crescimento tumoral e presença de alterações histológicas nos pulmões sugestivas de metástase. Esses eventos foram relacionados ao acúmulo de ADP extracelular, recrutamento de plaquetas para a área tumoral e pulmonar, aumento de angiogênese e da resposta inflamatória, denotado pela presença de infiltrado leucocitário nos gliomas e aumento sérico das citocinas IL-1 , TNF-a e IL-6. Além disso, os receptores purinérgicos modularam a secreção espontânea e estimulada por TLR de IL-8 e MCP-1, bem como a proliferação celular induzida por LPS em linhagem de glioma humano. Finalmente, a análise da expressão das ectonucleotidases em gliomas de ratos e de humanos revelou ausência das NTPDase1 e 2, baixa expressão da NTPDase3 e expressão elevada da ecto-5´-NT/CD73, indicando que a alteração no padrão de expressão das ectonucleotidases também é uma característica de tumores humanos. Os resultados dessa tese reforçam a hipótese do envolvimento do sistema purinérgico na progressão dos gliomas e sugerem esse sistema como um alvo interessante no combate dos tumores cerebrais. / Extracellular nucleotides modulate a variety of biological actions via purinergic receptor activation. These effects are modulated by ectonucleotidases, such as ENTPDases and ecto-5´-NT/CD73, which hydrolyze ATP to adenosine in the extracellular milieu. Disruption on purinergic signaling has been involved in glioma progression. ATP induces glioma cell proliferation and, in opposite to astrocytes, gliomas have low expression of all NTPDases, particularly NTPDase2. Therefore, the restoration of the ATPase activity to gliomas could be a strategy to overcome the ATP mediated effects. Accordingly, the co-injection of apyrase/NTPDase1, an ATP scavenger, with gliomas decreases the glioma progression in vivo. The objective of this study was to better evaluate the purinergic receptor and E-NTPDase participation on glioma progression. The analysis of C6 cell line and C6 ex vivo cultures revealed similarity in the purinergic receptor and E-NTPDase expression, suggesting that disruption in the purinergic pathway is a characteristic exhibited by primary glioma cell cultures. Surprisingly, the NTPDase2 restoration to C6 gliomas resulted in increased tumor malignity. The NTPDase2 overexpression increased the C6 cell adhesion in culture and in in vivo experiments it promoted dramatic glioma growth and induced histological alterations in lung tissue suggestive of metastasis. These events were related to extracellular ADP accumulation, platelets recruitment to glioma and lung tissues, increase of angiogenesis and inflammation. Additionally, it was observed an increase of leukocyte infiltration in the implanted tumors and in IL-1 , TNF-a e IL-6 serum levels. Moreover, the purinergic receptors modulated the basal and TLR stimulated IL-8 and MCP-1 release and the LPS induced cell proliferation in a human glioma cell line. Finally, the analysis of ectonucleotidases expression in rat and human gliomas showed the absence of NTPDase1 and 2, low expression of NTPDase3 and high expression of ecto-5´-NT/CD73, indicating that alterations in the ectonucleotidase expression pattern is a characteristic also exhibited by human tumors. In conclusion, these results reinforce the hypothesis of purinergic signaling involvement in glioma progression and point to this pathway as an interesting target for glioma treatment.

Os nucleotídeos extracelulares modulam uma variedade de ações biológicas via ativação de receptores purinérgicos. Esses efeitos são controlados pela ação de ectonucleotidases, tais como as E-NTPDases e a ecto-5´-NT/CD73, as quais hidrolisam o ATP até adenosina no meio extracelular. Alterações no sistema purinérgico podem estar envolvidas na progressão dos gliomas. O ATP induz a proliferação celular dos gliomas e, ao contrário dos astrócitos, gliomas apresentam baixa expressão das E-NTPDases, particularmente da NTPDase2. Assim, a restauração da atividade ATPásica nesses tumores poderia ser uma estratégia para prevenir as ações mediadas pelo ATP. De acordo com essa idéia, a coinjeção de apirase/NTPDase1, uma enzima depletora de ATP, e gliomas diminuiu a progressão tumoral in vivo. O objetivo desse estudo foi aprofundar a participação dos receptores purinérgicos e das E-NTPDases na progressão dos gliomas. A análise das culturas de linhagem de glioma C6 e de C6 ex vivo revelou similaridade na expressão de receptores purinérgicos e das E-NTPDases, sugerindo que alterações nessa via estariam presentes em culturas primárias de gliomas. Ao contrário do esperado, o restabelecimento da expressão da NTPDase2 nos gliomas resultou em aumento da malignidade tumoral. A superexpressão da NTPDase2 aumentou a adesão das células C6 em cultura e em experimentos in vivo promoveu dramático aumento do crescimento tumoral e presença de alterações histológicas nos pulmões sugestivas de metástase. Esses eventos foram relacionados ao acúmulo de ADP extracelular, recrutamento de plaquetas para a área tumoral e pulmonar, aumento de angiogênese e da resposta inflamatória, denotado pela presença de infiltrado leucocitário nos gliomas e aumento sérico das citocinas IL-1 , TNF-a e IL-6. Além disso, os receptores purinérgicos modularam a secreção espontânea e estimulada por TLR de IL-8 e MCP-1, bem como a proliferação celular induzida por LPS em linhagem de glioma humano. Finalmente, a análise da expressão das ectonucleotidases em gliomas de ratos e de humanos revelou ausência das NTPDase1 e 2, baixa expressão da NTPDase3 e expressão elevada da ecto-5´-NT/CD73, indicando que a alteração no padrão de expressão das ectonucleotidases também é uma característica de tumores humanos. Os resultados dessa tese reforçam a hipótese do envolvimento do sistema purinérgico na progressão dos gliomas e sugerem esse sistema como um alvo interessante no combate dos tumores cerebrais. / Extracellular nucleotides modulate a variety of biological actions via purinergic receptor activation. These effects are modulated by ectonucleotidases, such as ENTPDases and ecto-5´-NT/CD73, which hydrolyze ATP to adenosine in the extracellular milieu. Disruption on purinergic signaling has been involved in glioma progression. ATP induces glioma cell proliferation and, in opposite to astrocytes, gliomas have low expression of all NTPDases, particularly NTPDase2. Therefore, the restoration of the ATPase activity to gliomas could be a strategy to overcome the ATP mediated effects. Accordingly, the co-injection of apyrase/NTPDase1, an ATP scavenger, with gliomas decreases the glioma progression in vivo. The objective of this study was to better evaluate the purinergic receptor and E-NTPDase participation on glioma progression. The analysis of C6 cell line and C6 ex vivo cultures revealed similarity in the purinergic receptor and E-NTPDase expression, suggesting that disruption in the purinergic pathway is a characteristic exhibited by primary glioma cell cultures. Surprisingly, the NTPDase2 restoration to C6 gliomas resulted in increased tumor malignity. The NTPDase2 overexpression increased the C6 cell adhesion in culture and in in vivo experiments it promoted dramatic glioma growth and induced histological alterations in lung tissue suggestive of metastasis. These events were related to extracellular ADP accumulation, platelets recruitment to glioma and lung tissues, increase of angiogenesis and inflammation. Additionally, it was observed an increase of leukocyte infiltration in the implanted tumors and in IL-1 , TNF-a e IL-6 serum levels. Moreover, the purinergic receptors modulated the basal and TLR stimulated IL-8 and MCP-1 release and the LPS induced cell proliferation in a human glioma cell line. Finally, the analysis of ectonucleotidases expression in rat and human gliomas showed the absence of NTPDase1 and 2, low expression of NTPDase3 and high expression of ecto-5´-NT/CD73, indicating that alterations in the ectonucleotidase expression pattern is a characteristic also exhibited by human tumors. In conclusion, these results reinforce the hypothesis of purinergic signaling involvement in glioma progression and point to this pathway as an interesting target for glioma treatment.

O zebrafish (Danio rerio) é um modelo experimental consolidado em diversas áreas da ciência, como a neurociências e toxicologia. O genoma desta espécie já está quase todo seqüenciado e estudos demonstraram que muitos genes deste peixe são similares ao de mamíferos, incluindo a espécie humana. Evidências demonstram que nucleotídeos e nucleosídeos, principalmente o ATP e a adenosina exercem diversos efeitos sinalizadores no espaço extracelular. No sistema nervoso, o neurotransmissor ATP é armazenado de forma vesicular e liberado na fenda sináptica, onde pode agir em receptores específicos localizados na membrana celular denominados receptores purinérgicos do tipo P2. Estes receptores são subdivididos em receptores ionotrópicos P2X e receptores metabotrópicos P2Y. A inativação do sinal mediado pelo ATP extracelular é realizada por uma família de enzimas denominadas ecto-nucleotidases. Dentre este grupo de enzimas, destacam-se as NTPDases (nucleosídeo trifosfato difosfoidrolases) e a ecto-5’-nucleotidase. Após sofrer catabolismo pelas ectonucleotidases, o neurotransmissor ATP é hidrolisado ao neuromodulador adenosina. Este nucleosídeo exerce seus efeitos através dos receptores metabotrópicos denominados purinoceptores P1. Estudos do nosso laboratório demonstraram a presença de ectonucleotidases como as NTPDases e a ecto-5’-nucleotidase no SNC de zebrafish. Além disso, já foi descrito na literatura que esta espécie apresenta purinoceptores do tipo P2X e P2Y. A acetilcolina é um neurotransmissor secretado pelos nervos colinérgicos terminais, juntamente com o ATP. Após exercido seu sinal nos receptores nicotínicos e muscarínicos, a acetilcolina é inativada pela ação de uma enzima denominada acetilcolinesterase (AChE), que hidrolisa a acetilcolina até colina e acetato. O gene da AChE já foi clonado e seqüenciado e esta atividade enzimática foi detectada em cérebro de zebrafish. O metanol é um composto neurotóxico responsável por sérios danos ao SNC. Além de ser encontrado como um contaminante ambiental, este álcool é também empregado como componente de soluções crioprotetoras para embriões de zebrafish. Os efeitos do consumo agudo de etanol exercem uma variedade de modificações como coordenação motora, percepção sensorial e cognição. O etanol promove diversas alterações bioquímicas e fisiológicas em células do sistema nervoso central. Portanto, nós investigamos o efeito in vitro e in vivo dos álcoois metanol e etanol sobre as ectonucleotidases e acetilcolinesterase em SNC de zebrafish. Após o tratamento agudo com metanol a 0,5 e 1,0% houve uma redução significativa na hidrólise de ATP e ADP. Entretanto, não foram verificadas alterações na atividade da ecto-5´-nucleotidase em cérebro de zebrafish. Uma inibição significativa na atividade da AChE foi observada na faixa de 0,25 a 1,0% de exposição ao metanol. Quatro seqüências de NTPDase foram identificadas através de uma análise filogenética, na qual uma é similar a NTPDase1 e as outras a NTPDase2. O metanol foi capaz de inibir os transcritos para a NTPDase1, duas isoformas da NTPDase2 e AChE. Metanol a 1,5 e 3,0% inibiu in vitro a hidrólise de ATP, e a hidrólise de ADP somente a 3,0%. No entanto, a hidrólise de AMP e a atividade da AChE não foram alteradas. A exposição ao etanol a 0,5 e 1,0% diminuiu a hidrólise de ATP e ADP, enquanto que a atividade da AChE apresentou um aumento significativo a 1,0%. Nenhuma alteração foi observada na atividade da ecto-5’- nucleotidase. Etanol in vitro a 0,5 e 1,0% não alterou a hidrólise de ATP, ADP e a atividade da AChE, mas a hidrólise de AMP foi inibida. Acetaldeído in vitro, na faixa de 0,5-1,0%, inibiu a hidrólise de ATP e ADP, mas a hidrólise de AMP e acetiltiocolina foi reduzida a 0,25, 0,5 e 1,0%. Acetato in vitro não alterou a atividade destas enzimas. O tratamento com etanol reduziu os níveis de mRNA para AChE, NTPDase1 as três isoformas de NTPDase2. Estes resultados demonstram que a intoxicação aguda por metanol e etanol pode influenciar as enzimas envolvidas na degradação dos neurotransmissores ATP e acetilcolina, sugerindo que os sistemas purinérgico e colinérgico podem ser alvos para os efeitos neurotóxicos destes álcoois. / Zebrafish (Danio rerio) is a consolidated model system in many research areas, including neuroscience and toxicology. The genome of this specie is almost sequenced and studies have shown that many genes of this specie are similar to mammals, including the human specie. Evidence has shown that nucleotides and nucleosides, mainly ATP and adenosine, exert extracellular signaling effects. In the nervous system, the neurotransmitter ATP is stored in vesicles and released in the synaptic cleft, where can act on specific cellular membrane receptors named purinergic P2 receptors. These receptors are subdivided on ionotropic P2X receptors and metabotropic P2Y receptors. The inactivation of ATP extracellular signaling is mediated by a family of enzymes named ectonucleotidases. This group of enzymes includes NTPDases (nucleoside triphosphate diphosphohydrolases) and ecto-5’-nucleotidase. After the catabolism promoted by ectonucleotidases, the neurotransmitter ATP is hydrolyzed to the neuromodulator adenosine. This nucleoside exerts its effects by the activation of P1 metabotropic receptors. Studies from our laboratory have demonstrated the presence of NTPDases and ecto-5’-nucleotidase in CNS of zebrafish. Furthermore, P2X and P2Y purinoceptors already are described in this specie. Acetylcholine (ACh) is a neurotransmitter secreted by the cholinergic nerve endings and ATP is co-released with ACh. After exerts its signaling on nicotinic e muscarinic receptors, ACh is inactivated through an enzyme named acetylcholinesterase (AChE), that can hydrolyze ACh into choline and acetate. The AChE gene is already cloned and sequenced and this enzyme activity was detected in zebrafish brain. Methanol is a neurotoxic compound responsible for serious damage on CNS. Besides it can be found as an environmental contaminant, this alcohol is also employed as a component of cryoprotector solutions for zebrafish embryos. The effects of acute ethanol consumption promote several changes related to motor coordination, sensory perception and cognition. Ethanol promotes many biochemical and physiological alterations on nervous cells. Therefore, we investigated the in vitro and in vivo effect of alcohols methanol and ethanol on ectonucleotidases and acetilcholinesterase in CNS of zebrafish. After acute treatment, there was a significant decrease of ATP and ADP hydrolysis at 0.5 and 1.0%. However, no significant alteration on ecto-5´-nucleotidase activity was verified in zebrafish brain. A significant inhibition on AChE activity was observed in the range of 0.25 to 1.0% methanol exposure. Four NTPDase sequences were identified from phylogenetic analyses, which one is similar to NTPDase1 and the others to NTPDase2. Methanol was able to inhibit NTPDase1, two isoforms of NTPDase2 and AChE transcripts. Methanol inhibited in vitro ATP hydrolysis at 1.5 and 3.0% and ADP hydrolysis only at 3.0%. Nevertheless, AMP hydrolysis and AChE activity were not changed. Ethanol exposure decreased ATP and ADP hydrolysis at 0.5 and 1.0%, while the AChE activity presented a significant increased at 1.0%. No changes on ecto-5’-nucleotidase activity were observed in zebrafish brain membranes. Ethanol in vitro did not alter ATP, ADP hydrolysis and AChE activity, but AMP hydrolysis was inhibited at 0.5 and 1.0%. Acetaldehyde in vitro, in the range 0.5-1.0%, inhibited ATP and ADP hydrolysis, but AMP and acetylthiocholine hydrolysis were reduced at 0.25, 0.5 and 1.0%. Acetate in vitro did not alter these enzyme activities. Semi-quantitative expression analysis of NTPDase and ecto-5´- nucleotidase was performed. Ethanol treatment reduced AChE, NTPDase1 and three isoforms of NTPDase2 mRNA levels. These results demonstrate that acute methanol and ethanol intoxication may influence the enzymes involved in the degradation of neurotransmitters ATP and ACh, suggesting that the purinergic and colinergic system can be a target to the neurotoxic effects of these alcohols.

Tumor de bexiga é o tipo de tumor mais comum que ocorre no trato urinário, originado a partir do epitélio estratificado da bexiga. A incidência em homens é maior do que em mulheres, está associado com a industrialização e relacionado com a origem ocupacional do paciente. Mais de 90% dos tumores de bexiga são devidos a alterações neste epitélio, sendo o principal tipo, o tumor nas células transicionais. A linhagem T24 de tumor de bexiga humana tem sido usada como modelo de tumor invasivo de bexiga. Nucleotídeos são uma importante classe de moléculas sinalizadoras, conhecidos por regular muitas funções pato-fisiológicas no espaço extracelular. O ATP extracelular é conhecido por mediar uma variedade de respostas biológicas no sistema nervoso central e periférico, principalmente pela ligação aos receptores acoplados à proteína G, P2Y ou pelos receptores ligados aos canais iônicos, P2X. A sinalização mediada pelos nucleotídeos é controlada por uma eficiente cascata enzimática que inclui os membros das ecto-nucleotidases ENTPDases, E-NPPs e ecto-fosfatases alcalinas as quais de formas diferenciadas podem gerar AMP que pode ser hidrolisado pela ecto-5’-nucleotidase (ecto-5’-NT, CD73) gerando adenosina. Muitos estudos têm indicado que o ATP extracelular exerce um efeito primordial no trato urinário e que suas ações são mediadas por receptores P2. Baseado na ampla distribuição das ecto-nucleotidases em vários tipos de tecidos e considerando a potencial participação destas enzimas na regulação da sinalização purinérgica em tecido de bexiga normal e tumoral, o objetivo do presente estudo foi avaliar a atividade das ectoenzimas e a presença dos receptores purinérgicos nas células T24 de tumor de bexiga humano. Muitos estudos vêm demonstrando evidências da relação entre o sistema purinérgico e o crescimento tumoral. Nossos resultados mostraram que as células T24 apresentam uma extrema diminuição da capacidade de hidrólise dos nucleotídeos tri- e difosfatados quando comparada com os nucleotídeos monofosfatados, que apresentam uma alta capacidade de hidrólise. Os resultados obtidos pela hidrólise mostram uma baixa expressão das E-NTPDases, contrastando com uma significante atividade da ecto-5’- nucleotidase, e pelo menos um membro da família das E-NPPs. Muitos papéis fisiológicos para a família das E-NPPs têm sido descritos incluindo reciclagem de nucleotídeos e modulação da sinalização purinérgica. No presente estudo nós analisamos a atividade desta enzima na linhagem celular T24 em pH ótimo para as E-NPPs e em pH fisiológico para cultura de células. Curvas de tempo e substrato mostraram atividade das E-NPPs apenas no pH ótimo da enzima. A análise por RT-PCR mostrou a presença apenas da E-NPP1. Quanto à expressão das ecto-enzimas, nosso estudo mostrou que a linhagem T24 expressa apenas a E-NTPDase 5 (CD39L4) e não expressa as demais E-NTPDases. Nós identificamos todos os receptores P2Y nas células, dando suporte a idéia de que alterações no número de células tumorais pode ser devido a modulação da proliferação celular via receptores P2. Em nosso estudo também investigamos o efeito do ATP extracelular nas células T24, em diferentes concentrações e tempos de tratamento, mostrando que o ATP extracelular diminui significativamente o número de células. Estes dados indicam que as vias de sinalização purinérgica podem ter um importante papel na regulação das funções da bexiga urinária. Outros estudos são necessários para confirmar as funções do sistema purinérgico nos tumores de bexiga e as possíveis terapias antitumorais. / Bladder cancer is the most commonly tumor occurring in urinary tract, originating from normal stratified transitional epithelium of the bladder. The incidence in men is bigger than in women and is associated with industrialization and related to occupational origin. More than 90% of histological cell type of bladder cancer is transitional cell carcinoma. The T24 cell is a lineage of human bladder transitional cell carcinoma, and it has been used as model of invasive bladder cancer. Nucleotides, an important class of signaling molecules, are known to regulate many pathophysiological functions in the extracellular space. Extracellular ATP is recognized as an agonist that mediates a wide variety of biological responses in the central and peripheral nervous systems, largely by binding to either G protein-coupled receptors P2Y or ligand- gated P2X receptors. The nucleotide-mediated signaling is controlled by a highly efficient enzymatic cascade which includes the members of E-NTPDase (ectonucleoside triphosphate diphosphohydrolase) family, E-NPP (ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase) family and ecto-alkaline phosphatases. The AMP formed by the action of these enzymes is hydrolyzed to adenosine by the action of an ecto-5’-nucleotidase (ecto-5’-NT, CD73). Although several lines of evidence have indicated that extracellular ATP plays primordial role in the urinary tract and these actions are mediated by P2 receptors. Based on the wide distribution of ecto-nucleotidases in various tissues and considering the potential participation of these enzymes in the regulation of purinergic signaling in normal and tumoral bladder tissues, the objective of the present study was to examine the activity of ecto-enzymes and the presence of the purinergic receptors in T24 human bladder tumor cell line. Several studies have demonstrated evidence for the relation between the purinergic signaling and tumor growth. Our results show that T24 cell line presents an extremely decreased capacity to hydrolyze all tri- and di-phosphate nucleosides when compared to the nucleoside monophosphates, which have a higher capacity to hydrolyze. The results obtained show a low expression of E- NTPDases, contrasting to a significant activity of ecto-5’-nucleotidase, and at least one of the enzymes family of E-NPPs. Multiple physiological roles for E-NPPs have been related, including nucleotide recycling and modulation of purinergic receptor signaling. In the present study, we describe an enzyme activity in T24 cell line in the optimum pH for ENPP and in physiological pH to the culture cells. Time and substrate curve have shown an E-NPP activity only in the enzyme optimal pH. The RT-PCR analysis showed the presence of only the E-NPP1. Regarding the expression of the ecto-enzymes, our study has showed that the T24 cell line expresses only the E-NTPDase 5 (CD39L4) and does not express the other E-NTPDases. We have identified all P2Y receptors in the cell line studied supporting the idea that the alteration of cancer cell number might be due to modulation of cell proliferation via P2 receptors. In this study we also investigated the effects of extracellular ATP in T24 cell line in different concentrations and times of treatment. As shown, the extracellular ATP decreases significantly the cell number. These data could indicate that the purinergic signaling pathways may play an important role in regulating urinary bladder function. Further studies to provide functions for the purinergic system in bladder tumor will be necessary to improve the possibilities of antitumor therapies.

Nucleotídeos da adenina e adenosina estão envolvidos em uma variedade de processos patofisiológicos em diferentes células. O metabolismo extracelular destes nucleotídeos gerando nucleosídeos tem uma importante função regulatória no controle da homeostase, principalmente por regularem a agregação plaquetária, via receptores purinérgicos P2. Além disso, uma associação destes nucletídeos e nucleosídeo em processos neoplásicos tem sido sugerida. Enquanto ATP tem demonstrado exibir atividade anticâncer em uma grande variedade de células animais e humanas, estudos sugerem que adenosina possui ações promotoras de tumor. Muitos estudos também demonstram que antiinflamatórios não esteroidais, como o ácido acetil salicílico (AAS), podem proteger contra o desenvolvimento do câncer. As ações induzidas pela sinalização purinérgica são reguladas pelas ectonucleotidases, que incluem membros da família das ectonucleosídeo trifosfato difosfoidrolase (E-NTPDase) e ecto-nucleotídeo pirofosfatases/fosfodiesterases (E-NPPs), e ecto-5’-nucleotidase (ecto-5’N). Assim, no presente estudo nós investigamos o efeito do AAS na hidrólise do ATP até adenosina, bem como estudamos as características bioquímicas e expressão das ectonucleotidases no tumor de W256. A hidrólise dos nucleotídeos da adenina por plaquetas de ratos foi significativamente inibida por AAS, tanto para ATP quanto para ADP, mas não houve alteração na hidrólise do AMP. Em ratos submetidos ao tumor de W256, a hidrólise dos nucleotídeos da adenina em plaquetas e soro, obtidos 6, 10 e 15 dias após a indução subcutânea do tumor, foi significativamente reduzida. Em células tumorais de W256 (forma ascítica do tumor), a análise cinética indicou que várias ectonucleotidases estão envolvidas nessa cascata enzimática. Quanto às propriedades bioquímicas das E-NTPDases e ecto-5'-nucleotidase, para a hidrólise de ATP, ADP e AMP, o pH ótimo ficou entre 6,5-8,0 e também foi observado um requerimento de cátions divalentes (Mg2+ > Ca2+). Uma significativa inibição na hidrólise do ATP e ADP foi observada em presença de altas concentrações de azida sódica e de 0,5 mM de cloreto de gadolínio. Ainda, a análise de mRNA por PCR identificou a presença das NTPDases 2 e 5, e também da ecto-5'-nucleotidase nas células tumorais de W256. Com o objetivo de investigar as enzimas envolvidas no catabolismo dos nucleotídeos da adenina durante o crescimento do tumor, nós avaliamos a expressão destas enzimas bem como o padrão de degradação dos nucleotídeos extracelulares no tumor de W256, 6, 10 e 15 dias após a indução subcutânea. Os mRNAs de todas as ectonucleotidases estudadas (NTPDase 1, 2, 3 5 e 6 e ecto- 5’-nucleotidase), foram identificados por RT-PCR. A análise quantitativa, realizada por real-time PCR, apresentou como genes dominantes expressos durante o crescimento do tumor, as NTPDases 1 e 2 e ecto-5’-nucleotidase. O padrão de hidrólise do ATP extracelular determinado por HPLC, embora com alguma diferença entre os tempos estudados, se manteve similar. As células do tumor de W256 rapidamente hidrolisaram ATP levando à formação transitória de ADP, que foi completamente hidrolisado a AMP. A participação das NPPS 1, 2 e 3 na forma ascítica do tumor e VI durante o desenvolvimento do tumor subcutâneo de W256 também foi investigada. Nas duas formas do tumor o gene dominante foi o da enzima NPP3. Considerando que o ATP é reconhecido como um composto citotóxico em células tumorais, e que adenosina tem sido considerada promotora de tumor, é possível sugerir que, na circulação, a substancial redução na hidrólise dos nucleotídeos da adenina em plaquetas e soro após a indução do tumor pode representar um mecanismo de proteção contra o desenvolvimento tumoral. Por outro lado, nas células tumorais de W256, a elevada expressão de enzimas potencialmente envolvidas na hidrólise do ATP e do AMP, bem como a rápida hidrólise do ATP, pode representar um mecanismo que facilita a proliferação e invasão do tumor. / Adenine and adenosine nucleotides are involved in a variety of pathophysiological process in different cells. The extracellular metabolism of these nucleotides creating nucleosides has an important regulatory function in controlling the homeostasis, mainly for regulate the platelets aggregation, via purinergic P2 receptors. Besides this, an association of these nucleotides and nucleoside in neoplasics process has been suggested. While ATP has shown to exhibit anticancer activity in a great variety of animals and human cells, studies suggest that adenosine presents tumor-promoting actions. Many studies have also demonstrated that nonsteroidal anti-inflamatory, such as acetylsalicylic acid (ASA) can protect against the cancer development. The induced actions from purinergic signalization are ruled by the ectonucleotidases, that include members of the ectonucleoside triphosphate diphosphohydrolases (E-NTPDases) and ecto-nucleotide pyrophosphatases/phosphodiesterases (E-NPPs) families, and ecto-5’-nucleotidase (ecto-5’N). Then, in the present study we have investigated the effect of the ASA on the ATP hydrolysis to adenosine, such as studied the biochemical characteristics and expression of the ectonucleotidases in W256 tumor. The hydrolysis of the adenine nucleotides by rat platelets was significantly inhibited by ASA, both for ATP and ADP, but there was no alteration on AMP hydrolysis. In rats submitted to W256 tumor, hydrolysis of the adenine nucleotides by platelets and serum, obtained 6, 10 and 15 days after tumor’s subcutaneous induction, was significantly reduced. In W256 tumor cells (ascitic form of tumor), the kinetic analysis indicated that various ectonucleotidases are involved in this enzymatic cascade. Regarding the biochemistry properties of E-NTPDases and ecto-5'-nucleotidase, for the ATP, ADP e AMP hydrolysis, the optimum pH was reached among 6,5-8,0 and it was also observed a requirement of divalent cations (Mg2+ > Ca2+). A significant inhibition on ATP and ADP hydrolysis was observed in the presence of high concentrations of sodium azide and 0.5 mM of gadolinium chloride. Also, the mRNA by PCR analysis identified the presence of NTPDases 2 and 5, and also the ecto-5'-nucleotidase in W256 tumor cells. With the purpose of investigating the enzymes involved in the catabolism of adenine nucleotides during the tumor’s growth, we evaluated the expression of these enzymes as well as the pattern degradation of extracellular nucleotides in W256 tumor, 6, 10 and 15 days after the tumor’s subcutaneous induction. The mRNAs of all ectonucleotidases studied (NTPDase 1, 2, 3 5 e 6 and ecto-5’-nucleotidase) were identified by RT-PCR. The quantitative analysis, done by real-time PCR, presented as dominant genes expressed during the tumor’s growth, the NTPDases 1 and 2 and ecto-5’-nucleotidase. The pattern of ATP extracellular hydrolysis determined by HPLC, despite a small difference between the times studied, kept similar. The W256 tumor’s cells quickly hydrolyzed ATP, leading to the transitory formation of ADP, which was completely hydrolyzed to AMP. Considering that ATP is recognized as a citotoxic compound in tumor cells, and that adenosine has been considered tumor’s promoter, it is possible to suggest that, in the circulation, the substantial VIII reduction on adenine nucleotides hydrolysis in platelets and serum after tumor’s induction may represent a mechanism of protection against the tumor’s development. The participation of NPPs 1, 2 and 3 in the ascitic form of tumor and during the subcutaneous W256 tumor’s growth was also investigated. In the two forms of the tumor, the dominant gene expressed was the NPP3 enzyme. On the other hand, in W256 tumor cells, the high expression of enzymes potentially involved in ATP and ADP hydrolysis, as well as the fast ATP hydrolysis, may represent a mechanism that facilitate the proliferation and invasion of tumor.

Os nucleotídeos extracelulares modulam uma variedade de ações biológicas via ativação de receptores purinérgicos. Esses efeitos são controlados pela ação de ectonucleotidases, tais como as E-NTPDases e a ecto-5´-NT/CD73, as quais hidrolisam o ATP até adenosina no meio extracelular. Alterações no sistema purinérgico podem estar envolvidas na progressão dos gliomas. O ATP induz a proliferação celular dos gliomas e, ao contrário dos astrócitos, gliomas apresentam baixa expressão das E-NTPDases, particularmente da NTPDase2. Assim, a restauração da atividade ATPásica nesses tumores poderia ser uma estratégia para prevenir as ações mediadas pelo ATP. De acordo com essa idéia, a coinjeção de apirase/NTPDase1, uma enzima depletora de ATP, e gliomas diminuiu a progressão tumoral in vivo. O objetivo desse estudo foi aprofundar a participação dos receptores purinérgicos e das E-NTPDases na progressão dos gliomas. A análise das culturas de linhagem de glioma C6 e de C6 ex vivo revelou similaridade na expressão de receptores purinérgicos e das E-NTPDases, sugerindo que alterações nessa via estariam presentes em culturas primárias de gliomas. Ao contrário do esperado, o restabelecimento da expressão da NTPDase2 nos gliomas resultou em aumento da malignidade tumoral. A superexpressão da NTPDase2 aumentou a adesão das células C6 em cultura e em experimentos in vivo promoveu dramático aumento do crescimento tumoral e presença de alterações histológicas nos pulmões sugestivas de metástase. Esses eventos foram relacionados ao acúmulo de ADP extracelular, recrutamento de plaquetas para a área tumoral e pulmonar, aumento de angiogênese e da resposta inflamatória, denotado pela presença de infiltrado leucocitário nos gliomas e aumento sérico das citocinas IL-1 , TNF-a e IL-6. Além disso, os receptores purinérgicos modularam a secreção espontânea e estimulada por TLR de IL-8 e MCP-1, bem como a proliferação celular induzida por LPS em linhagem de glioma humano. Finalmente, a análise da expressão das ectonucleotidases em gliomas de ratos e de humanos revelou ausência das NTPDase1 e 2, baixa expressão da NTPDase3 e expressão elevada da ecto-5´-NT/CD73, indicando que a alteração no padrão de expressão das ectonucleotidases também é uma característica de tumores humanos. Os resultados dessa tese reforçam a hipótese do envolvimento do sistema purinérgico na progressão dos gliomas e sugerem esse sistema como um alvo interessante no combate dos tumores cerebrais. / Extracellular nucleotides modulate a variety of biological actions via purinergic receptor activation. These effects are modulated by ectonucleotidases, such as ENTPDases and ecto-5´-NT/CD73, which hydrolyze ATP to adenosine in the extracellular milieu. Disruption on purinergic signaling has been involved in glioma progression. ATP induces glioma cell proliferation and, in opposite to astrocytes, gliomas have low expression of all NTPDases, particularly NTPDase2. Therefore, the restoration of the ATPase activity to gliomas could be a strategy to overcome the ATP mediated effects. Accordingly, the co-injection of apyrase/NTPDase1, an ATP scavenger, with gliomas decreases the glioma progression in vivo. The objective of this study was to better evaluate the purinergic receptor and E-NTPDase participation on glioma progression. The analysis of C6 cell line and C6 ex vivo cultures revealed similarity in the purinergic receptor and E-NTPDase expression, suggesting that disruption in the purinergic pathway is a characteristic exhibited by primary glioma cell cultures. Surprisingly, the NTPDase2 restoration to C6 gliomas resulted in increased tumor malignity. The NTPDase2 overexpression increased the C6 cell adhesion in culture and in in vivo experiments it promoted dramatic glioma growth and induced histological alterations in lung tissue suggestive of metastasis. These events were related to extracellular ADP accumulation, platelets recruitment to glioma and lung tissues, increase of angiogenesis and inflammation. Additionally, it was observed an increase of leukocyte infiltration in the implanted tumors and in IL-1 , TNF-a e IL-6 serum levels. Moreover, the purinergic receptors modulated the basal and TLR stimulated IL-8 and MCP-1 release and the LPS induced cell proliferation in a human glioma cell line. Finally, the analysis of ectonucleotidases expression in rat and human gliomas showed the absence of NTPDase1 and 2, low expression of NTPDase3 and high expression of ecto-5´-NT/CD73, indicating that alterations in the ectonucleotidase expression pattern is a characteristic also exhibited by human tumors. In conclusion, these results reinforce the hypothesis of purinergic signaling involvement in glioma progression and point to this pathway as an interesting target for glioma treatment.

O zebrafish (Danio rerio) é um modelo experimental consolidado em diversas áreas da ciência, como a neurociências e toxicologia. O genoma desta espécie já está quase todo seqüenciado e estudos demonstraram que muitos genes deste peixe são similares ao de mamíferos, incluindo a espécie humana. Evidências demonstram que nucleotídeos e nucleosídeos, principalmente o ATP e a adenosina exercem diversos efeitos sinalizadores no espaço extracelular. No sistema nervoso, o neurotransmissor ATP é armazenado de forma vesicular e liberado na fenda sináptica, onde pode agir em receptores específicos localizados na membrana celular denominados receptores purinérgicos do tipo P2. Estes receptores são subdivididos em receptores ionotrópicos P2X e receptores metabotrópicos P2Y. A inativação do sinal mediado pelo ATP extracelular é realizada por uma família de enzimas denominadas ecto-nucleotidases. Dentre este grupo de enzimas, destacam-se as NTPDases (nucleosídeo trifosfato difosfoidrolases) e a ecto-5’-nucleotidase. Após sofrer catabolismo pelas ectonucleotidases, o neurotransmissor ATP é hidrolisado ao neuromodulador adenosina. Este nucleosídeo exerce seus efeitos através dos receptores metabotrópicos denominados purinoceptores P1. Estudos do nosso laboratório demonstraram a presença de ectonucleotidases como as NTPDases e a ecto-5’-nucleotidase no SNC de zebrafish. Além disso, já foi descrito na literatura que esta espécie apresenta purinoceptores do tipo P2X e P2Y. A acetilcolina é um neurotransmissor secretado pelos nervos colinérgicos terminais, juntamente com o ATP. Após exercido seu sinal nos receptores nicotínicos e muscarínicos, a acetilcolina é inativada pela ação de uma enzima denominada acetilcolinesterase (AChE), que hidrolisa a acetilcolina até colina e acetato. O gene da AChE já foi clonado e seqüenciado e esta atividade enzimática foi detectada em cérebro de zebrafish. O metanol é um composto neurotóxico responsável por sérios danos ao SNC. Além de ser encontrado como um contaminante ambiental, este álcool é também empregado como componente de soluções crioprotetoras para embriões de zebrafish. Os efeitos do consumo agudo de etanol exercem uma variedade de modificações como coordenação motora, percepção sensorial e cognição. O etanol promove diversas alterações bioquímicas e fisiológicas em células do sistema nervoso central. Portanto, nós investigamos o efeito in vitro e in vivo dos álcoois metanol e etanol sobre as ectonucleotidases e acetilcolinesterase em SNC de zebrafish. Após o tratamento agudo com metanol a 0,5 e 1,0% houve uma redução significativa na hidrólise de ATP e ADP. Entretanto, não foram verificadas alterações na atividade da ecto-5´-nucleotidase em cérebro de zebrafish. Uma inibição significativa na atividade da AChE foi observada na faixa de 0,25 a 1,0% de exposição ao metanol. Quatro seqüências de NTPDase foram identificadas através de uma análise filogenética, na qual uma é similar a NTPDase1 e as outras a NTPDase2. O metanol foi capaz de inibir os transcritos para a NTPDase1, duas isoformas da NTPDase2 e AChE. Metanol a 1,5 e 3,0% inibiu in vitro a hidrólise de ATP, e a hidrólise de ADP somente a 3,0%. No entanto, a hidrólise de AMP e a atividade da AChE não foram alteradas. A exposição ao etanol a 0,5 e 1,0% diminuiu a hidrólise de ATP e ADP, enquanto que a atividade da AChE apresentou um aumento significativo a 1,0%. Nenhuma alteração foi observada na atividade da ecto-5’- nucleotidase. Etanol in vitro a 0,5 e 1,0% não alterou a hidrólise de ATP, ADP e a atividade da AChE, mas a hidrólise de AMP foi inibida. Acetaldeído in vitro, na faixa de 0,5-1,0%, inibiu a hidrólise de ATP e ADP, mas a hidrólise de AMP e acetiltiocolina foi reduzida a 0,25, 0,5 e 1,0%. Acetato in vitro não alterou a atividade destas enzimas. O tratamento com etanol reduziu os níveis de mRNA para AChE, NTPDase1 as três isoformas de NTPDase2. Estes resultados demonstram que a intoxicação aguda por metanol e etanol pode influenciar as enzimas envolvidas na degradação dos neurotransmissores ATP e acetilcolina, sugerindo que os sistemas purinérgico e colinérgico podem ser alvos para os efeitos neurotóxicos destes álcoois. / Zebrafish (Danio rerio) is a consolidated model system in many research areas, including neuroscience and toxicology. The genome of this specie is almost sequenced and studies have shown that many genes of this specie are similar to mammals, including the human specie. Evidence has shown that nucleotides and nucleosides, mainly ATP and adenosine, exert extracellular signaling effects. In the nervous system, the neurotransmitter ATP is stored in vesicles and released in the synaptic cleft, where can act on specific cellular membrane receptors named purinergic P2 receptors. These receptors are subdivided on ionotropic P2X receptors and metabotropic P2Y receptors. The inactivation of ATP extracellular signaling is mediated by a family of enzymes named ectonucleotidases. This group of enzymes includes NTPDases (nucleoside triphosphate diphosphohydrolases) and ecto-5’-nucleotidase. After the catabolism promoted by ectonucleotidases, the neurotransmitter ATP is hydrolyzed to the neuromodulator adenosine. This nucleoside exerts its effects by the activation of P1 metabotropic receptors. Studies from our laboratory have demonstrated the presence of NTPDases and ecto-5’-nucleotidase in CNS of zebrafish. Furthermore, P2X and P2Y purinoceptors already are described in this specie. Acetylcholine (ACh) is a neurotransmitter secreted by the cholinergic nerve endings and ATP is co-released with ACh. After exerts its signaling on nicotinic e muscarinic receptors, ACh is inactivated through an enzyme named acetylcholinesterase (AChE), that can hydrolyze ACh into choline and acetate. The AChE gene is already cloned and sequenced and this enzyme activity was detected in zebrafish brain. Methanol is a neurotoxic compound responsible for serious damage on CNS. Besides it can be found as an environmental contaminant, this alcohol is also employed as a component of cryoprotector solutions for zebrafish embryos. The effects of acute ethanol consumption promote several changes related to motor coordination, sensory perception and cognition. Ethanol promotes many biochemical and physiological alterations on nervous cells. Therefore, we investigated the in vitro and in vivo effect of alcohols methanol and ethanol on ectonucleotidases and acetilcholinesterase in CNS of zebrafish. After acute treatment, there was a significant decrease of ATP and ADP hydrolysis at 0.5 and 1.0%. However, no significant alteration on ecto-5´-nucleotidase activity was verified in zebrafish brain. A significant inhibition on AChE activity was observed in the range of 0.25 to 1.0% methanol exposure. Four NTPDase sequences were identified from phylogenetic analyses, which one is similar to NTPDase1 and the others to NTPDase2. Methanol was able to inhibit NTPDase1, two isoforms of NTPDase2 and AChE transcripts. Methanol inhibited in vitro ATP hydrolysis at 1.5 and 3.0% and ADP hydrolysis only at 3.0%. Nevertheless, AMP hydrolysis and AChE activity were not changed. Ethanol exposure decreased ATP and ADP hydrolysis at 0.5 and 1.0%, while the AChE activity presented a significant increased at 1.0%. No changes on ecto-5’-nucleotidase activity were observed in zebrafish brain membranes. Ethanol in vitro did not alter ATP, ADP hydrolysis and AChE activity, but AMP hydrolysis was inhibited at 0.5 and 1.0%. Acetaldehyde in vitro, in the range 0.5-1.0%, inhibited ATP and ADP hydrolysis, but AMP and acetylthiocholine hydrolysis were reduced at 0.25, 0.5 and 1.0%. Acetate in vitro did not alter these enzyme activities. Semi-quantitative expression analysis of NTPDase and ecto-5´- nucleotidase was performed. Ethanol treatment reduced AChE, NTPDase1 and three isoforms of NTPDase2 mRNA levels. These results demonstrate that acute methanol and ethanol intoxication may influence the enzymes involved in the degradation of neurotransmitters ATP and ACh, suggesting that the purinergic and colinergic system can be a target to the neurotoxic effects of these alcohols.