A triagem neonatal (TN) tornou-se uma importante intervenção de saúde pública para a detecção precoce e prevenção de doenças, ajudando a reduzir a morbidade e a mortalidade em crianças. As doenças lisossômicas de depósito (DLDs) são distúrbios genéticos, clinicamente heterogêneos, causados principalmente por defeitos em genes que codificam enzimas lisossômicas que degradam macromoléculas. As opções terapêuticas para essas doenças evoluíram bastante nos últimos anos e muitas das DLDs têm atualmente tratamento disponível que pode melhorar a evolução clínica, especialmente se forem introduzidos precocemente. Esse fato mostra claramente a necessidade de diagnóstico precoce e oportuno, de preferência durante a fase assintomática da doença, o que apoia o desenvolvimento de TN para alguns desses distúrbios. Embora vários estudos já tenham estabelecido métodos de triagem adequados para uso em programas de TN, pouco foi discutido sobre outros procedimentos, posteriores à triagem. Portanto, nesse estudo, avaliamos protocolos para o diagnóstico confirmatório de casos que resultarão alterados nos programas de TN para DLDs tratáveis, considerando sua potencial implementação no Brasil. Inicialmente, revisamos, coletamos e resumimos informações sobre protocolos e estratégias para confirmação diagnóstica de casos triados positivos para a doença de Fabry, doença de Gaucher, doença de Pompe e Mucopolissacaridose (MPS) tipo I, II e VI. Duas estratégias foram identificadas para o diagnóstico de quase todas essas doenças. Um baseado apenas na análise molecular e outro baseado principalmente na análise enzimática e na análise molecular. Depois, avaliamos as estratégias de diagnóstico confirmatório, previamente reportados, para investigar quatro casos que foram encaminhados a partir de um estudo de TN para DLDs realizado em mais de 10.000 recém-nascidos no Brasil. Dois casos de pseudodeficiência foram identificados, um para a doença de Pompe e um para MPS I. Além disso, dois portadores (heterozigotos) também foram identificados, um para MPS I e um para a doença de Gaucher. Esse estudo discute também as limitações das análises enzimáticas e moleculares na confirmação do diagnóstico, os desafios que podem ser encontrados durante a interpretação dos resultados e a necessidade de um protocolo abrangente para a investigação precisa de casos em suspeita, identificados por estudos de TN para DLDs. Por conseguinte, um protocolo foi desenvolvido com recomendações para o diagnóstico confirmatório de casos que resultarão alterados após o teste inicial para MPS I, proposto como modelo para a futura elaboração de protocolos para as demais doenças. Finalmente, o custo global de um programa de TN para DLDs foi estimado, na base do estudo piloto realizado no Brasil, considerando a fase da triagem e a estrutura do protocolo de confirmação diagnóstica. Esse estudo representa uma base para avaliações mais abrangentes destes programas, em vista de uma possível implementação em grande escala. / Newborn screening (NBS) has become an important public health intervention for early detection and prevention of diseases, helping to reduce the morbidity and mortality in children. Lysosomal storage diseases (LSD) are genetic disorders, clinically heterogeneous, caused mainly by defects in genes encoding lysosomal enzymes that degrade macromolecules. Therapeutic options for these disorders have substantially evolved in the last years and many of the LSDs currently have available treatment that may improve clinical outcomes, especially if early introduced. This fact clearly raises the need for early and timely diagnosis, preferably during the asymptomatic stage of the disease, which supports the development of NBS for some of these disorders. While several studies have already established screening methods suitable for use in NBS programs, little has been discussed on further procedures. In this study, we evaluated protocols for the confirmatory diagnosis of cases that will result altered in NBS programs for treatable LSDs, considering its potential implementation in Brazil. Initially, we reviewed, collected and summarized information on protocols and strategies for diagnosis confirmation of cases screened positive for Fabry disease, Gaucher disease, Pompe disease and Mucopolysaccharidosis (MPS) type I, II and VI. Two strategies were identified for the diagnosis of almost all these diseases. One based only in the molecular analysis and the other based mainly in both the enzyme analysis and molecular analysis. Then, we evaluated the previously reported confirmatory diagnostic strategies to investigate four cases that were referred from a NBS study for LSDs performed in over 10,000 newborns in Brazil. Two cases of pseudodeficiency were identified, one for Pompe disease and one for MPS I. In addition, two carriers (heterozygotes) were also identified, one for MPS I and one for Gaucher disease. This report discusses the limitations of enzymatic and molecular analyses in diagnosis confirmation, the challenges that may be found during result interpretation and the need for a comprehensive protocol for precise investigation of cases in suspicion identified by NBS studies for LSDs. Therefore, a protocol was developed that comprises recommendations for the confirmatory diagnosis of cases that will result abnormal after the initial testing for MPS I, proposed as a template for the future development of similar protocols for the other diseases. Finally, the overall cost of a NBS program for LSDs was estimated, based on the pilot study conducted in Brazil, considering the screening phase and the structure of the diagnosis confirmation protocol. This study provides a basis for more comprehensive assessments of these programs in view of potential large-scale implementation.

A Gangliosidose GM1 é um Erro Inato do Metabolismo (EIM) causado pela deficiência da enzima B-galactosidase ácida. Essa doença é caracterizada pelo acúmulo de metabólitos não degradados, principalmente gangliosídeo GM1, nos lisossomos de vários tipos celulares. Baseado na idade de início e na atividade residual da enzima, a Gangliosidose GM1 é classificada em três diferentes tipos: infantil, juvenil e adulto. O gene da B-galactosidase ácida (GLB1, GeneBank M27507) está situado no cromossomo 3 e possui mais de 60 kb, contendo 16 exons. Cerca de 50 mutações associadas à doença estão descritas na literatura. No sul do Brasil, há uma alta freqüência dessa doença (1:17.000 nascidos vivos). Neste trabalho, vinte pacientes diagnosticados no Hospital de Clínicas de Porto Alegre (Brasil) tiveram o gene GLB1 investigado por SSCP (Single Strand Conformational Polymorphism) usando DNA extraído de sangue periférico. Através desta triagem foram encontradas 52 alterações de mobilidade do DNA, indicando a presença de mutações. As amostras relativas aos exons 2 e 15 foram submetidas a sequenciamento direto com seqüenciador ABI31O(Applied Biosystens) utilizado kit BigDye 3.1. Cinco novas mutações no gene GLB1 (F63Y, R38G, Y36S, Y64F e R59C) e duas mutações já descritas (R59H e 1622-1627insG) foram encontradas. Este trabalho possibilitou a genotipagem completa de 6 pacientes e parcial de 5, e direcionou a investigação de mutações, contribuindo diretamente no diagnóstico da enfermidade e permitindo a realização de estudos de correlação genótipo/fenótipo destes pacientes. / GM1 Gangliosidosis is a Iysosomal storage disease caused by r3- galactosidase deficiency. As a result of this defect there is a huge accumulation of GM1 ganglioside in tissues of affected patients. Gangliosides are glycosphingolipids present in high concentration in neural tissues. The localization of these lipids explain in part the neurodegeneration present in patients. The r3-galactosidasegene (GLB1-Gene Bank M27507) is located on chromosome 3 and spands more than 60 kb and it is formed by 16 exons. Over than 45 mutations were found in this gene up to now. In southern Brazil the high frequency of GM1 Gangliosidosis (1:17.000 live born) justify the aim of this work, that is to genotype those patients with GM1 Gangliosidosis, by, fist screening they DNA by SSCP (Single Strand Conformational Polimorphism) and than, sequencing in automated apparatus. The screening of 16 exons from 20 patiens gave us the information that 52 mobility changes of DNA Single Strand were found, suggesting possibility of mutations. Samples from exons 2 and 15 were submitted to direct sequencing in ABI310 (Applied Biosystems) using Big Dye3.1 terminator Kit. Five new mutations were found in GLB1 gene (F63Y, R38G, Y36S, Y64F and R59C) and two mutations described previously (R59H and 1627insG). This investigation gave support to complete genotype 6 patients with GM1 Gangliosidosis, partial genotype 5 patients and gave a good support for future analysis in GLB1 gene to correlate genotype and phenotype easily.

A Doença do Xarope do Bordo (DXB) é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência na atividade do complexo desidrogenase dos cetoácidos de cadeia ramificada, levando ao acúmulo de concentrações milimolares dos seguintes α-cetoácidos de cadeia ramificada (CACR): ácidos α-cetoisocapróico (CIC), α-ceto-β-metilvalérico (CMV), α-cetoisovalérico (CIV) e dos seus aminoácidos precursores, leucina, isoleucina e valina em tecidos de pacientes afetados. Essa doença é caracterizada por severos sintomas neurológicos que incluem edema e atrofia cerebral, entretanto, os mecanismos envolvidos na neuropatologia da DXB ainda não são bem estabelecidos. Neste trabalho utilizamos um modelo experimental de DXB com o objetivo de verificar os efeitos dos CACR que se acumulam nessa desordem neurodegenerativa sobre o citoesqueleto de células neurais de ratos. Nesse modelo fatias de córtex cerebral de ratos de diferentes idades, ou culturas de células neurais foram incubados com concentrações variando de 0,1 a 10 mM de cada metabólito. Inicialmente demonstramos que o CIC, CMV e CIV inibiram a captação de glutamato em fatias de córtex cerebral de ratos durante o desenvolvimento. O CIC inibiu a captação de glutamato em ratos de 9, 21 e 60 dias de idade, enquanto o CMV e o CIV inibiram a captação de glutamato em animais de 21 e 60 dias. Observamos que o CIC alterou a fosforilação de proteínas do citoesqueleto de um modo dependente do desenvolvimento através de receptores glutamatérgicos ionotrópicos em fatias de córtex cerebral de ratos. O metabólito causou diminuição da fosforilação dos filamentos intermediários (FI) em ratos de 9 dias de idade e aumento dessa fosforilação em animais de 21 dias de vida. Também demonstramos que em animais de 9 dias de idade o efeito do CIC foi mediado pelas proteínas fosfatases PP2A e principalmente pela PP2B, uma proteína fosfatase dependente de cálcio, enquanto que em animais de 21 dias de idade o efeito deste metabólito foi mediado pela proteína quinase dependente de AMP cíclico (PKA) e pela proteína quinase dependente de cálcio e calmodulina (PKCaMII). Além disso, verificamos que o CIC promoveu um aumento nos níveis intracelulares dos segundos mensageiros AMPc e Ca2+. O aumento do Ca2+ intracelular provocado pelo CIC foi demonstrado pelo uso de bloqueadores específicos de canais de cálcio dependentes de voltagem tipo L, por exemplo, nifedipina, canais de cálcio dependentes de ligantes, por exemplo, NMDA e de quelantes de cálcio intracelular, por exemplo, BAPTA-AM. Por outro lado, o CMV aumentou a fosforilação de FI somente em ratos de 12 dias de idade, sendo esse efeito mediado por receptores GABAérgicos do tipo A e B, desencadeando a ativação das proteínas quinases PKA e PKCaMII. É importante salientar que o CIV não alterou a atividade do sistema fosforilante em nenhuma das idades estudadas. Além dos efeitos causados pelos CACR que se acumulam na DXB sobre a atividade do sistema fosforilante associado aos FI em fatias de córtex cerebral de ratos, demonstramos que esses metabólitos foram capazes de alterar a fosforilação da proteína glial fibrilar ácida (GFAP) na linhagem de glioma C6. Essa alteração de fosforilação causou uma reorganização do citoesqueleto de GFAP e um aumento no imunoconteúdo da GFAP na fração citoesquelética. Também verificamos que o CIC, o CMV e o CIV, em concentrações encontradas em pacientes portadores de DXB, levaram a uma reorganização dos filamentos de GFAP e do citoesqueleto de actina de astrócitos em cultura, causando uma importante alteração na morfologia destas células. As alterações do citoesqueleto levaram a morte celular progressiva quando os astrócitos foram expostos por várias horas aos metabólitos. Demonstramos também que os efeitos dos CACR sobre a morfologia dos astrócitos foram desencadeados por mecanismos de membrana que diminuíram a atividade da Rho GTPase. Esse mecanismo foi evidenciado utilizando-se ácido lisofosfatídico (LPA), um ativador específico da RhoA, o qual preveniu os efeitos causados pelos CACR em culturas de astrócitos. É importante salientar que as alterações morfológicas e a morte celular induzida pelos CACR em culturas de astrócitos foram totalmente evitadas com a suplementação de creatina às culturas. Também verificamos que a atividade da creatina quinase foi inibida pelos metabólitos, indicando que a homeostase energética provavelmente estaria envolvida nos efeitos causados pelos CACR. XI Sabe-se que as alterações do citoesqueleto estão relacionadas com inúmeras doenças neurodegenerativas. Portanto, é provável que as alterações causadas pelos CACR nos mecanismos de membrana que regulam níveis de segundos mensageiros intracelulares e cascatas de sinalização celular, na perda do equilíbrio fisiológico do sistema fosforilante associado ao citoesqueleto e conseqüentemente na sua reorganização, possam ter importantes conseqüências para a função neural. Com base nos presentes resultados demonstramos que os CACR que se acumulam na DXB levam à desorganização do citoesqueleto em um modelo experimental podendo ser uma contribuição importante para o estudo da patogênese do sistema nervoso central característica dos pacientes portadores de DXB.

A Doença de Gaucher (DG) é uma esfingolipidose causada por mutações no gene da -glicosidase, ocasionando depósito lisossomal de glicosilceramida (GliCer), principalmente, nas células do sistema mononuclear fagocitário. O diagnóstico da DG é, normalmente, confirmado pela determinação enzimática e/ou pela caracterização molecular. Neste trabalho nos propusemos a: (1) confirmar o diagnóstico de uma amostra de indivíduos com DG através da medida da atividade da -glicosidase e da quitotriosidase (QT); (2) extrair, purificar e quantificar a GliCer de plasma de pacientes com DG com e sem tratamento por reposição enzimática (TRE) e de indivíduos normais, comparando o conteúdo deste lipídio entre os grupos mencionados e (3) comparar a concentração plasmática da quemoquina CCL18/PARC entre os 3 grupos acima. Os leucócitos e o plasma de cada indivíduo foram separados por centrifugação. A atividade da -glicosidase em leucócitos dos pacientes com DG foi 5% daquela de indivíduos normais e a quitotriosidase estava 500 vezes aumentada nos pacientes com DG. O plasma de cada indivíduo foi tratado, seqüencialmente, com três sistemas de solventes: clorofórmio (C): metanol (M) em três proporções distintas. Os três extratos lipídicos totais de cada amostra foram reunidos (extrato lipídico total) e evaporados a seco (resíduo). Este resíduo de extrato lipídico total foi submetido, seqüencialmente, a uma coluna de ácido silícico, à metanólise alcalina e a uma coluna Sep-Pack. Desta coluna resultaram os eluatos C:M:água (3:48:47) e (60:30:4,5). Após ajustes necessários obtivemos a purificação de glicosilceramida numa única fração. A análise destes eluatos por cromatografia em camada delgada de alta resolução (HPTLC) e com revelação química (CuSO4/H3PO4) mostrou que ambos continham uma banda com velocidade de migração semelhante a do padrão de GliCer. A confirmação da identidade desta banda foi realizada por imunorevelação usando anticorpo primário anti-GliCer e secundário conjugado a peroxidase. Pacientes com DG sem tratamento por TRE apresentaram, aproximadamente, 20 vezes mais GliCer que indivíduos normais e 11 vezes mais que pacientes com tratamento. Com a dosagem plasmática da quemoquina CCL18/PARC, observamos que pacientes com DG possuíam uma concentração da mesma 28 vezes aumentada em relação aos indivíduos normais e 17 vezes mais elevada que a de pacientes com tratamento. Ou seja, podemos detectar uma redução de 90% da concentração de GliCer e de 40% na concentração de CCL18/PARC nos pacientes com DG com TRE em comparação com as respectivas concentrações nos paciente com DG sem tratamento. A metodologia estabelecida neste trabalho permitiu extrair, purificar, separar, detectar e quantificar GliCer no plasma de pacientes com DG com e sem tratamento por TRE, bem como, GliCer de indivíduos normais. Tanto a quantificação da GliCer quanto a dosagem de CCL18/PARC permitiram identificar, através dos respectivos valores obtidos de plasma, os grupos de indivíduos analisados. Portanto, estas duas avaliações podem ser associadas à determinação da atividade da quitotriosidase como biomarcadores da DG. / Gaucher’s disease (GD) is a sphingolipidosis caused by mutations in the β-glucosidase gene, causing lysosomal storage of glucosylceramide (GluCer) mainly in the mononuclear phagocyte system cells. As a rule, GD diagnosis is confirmed by enzyme determination and/or molecular characterization. The objectives of the present study were (1) to confirm GD diagnosis in a sample of subjects by measuring β-glucosidase activity and chitotriosidase activity, (2) to extract, purify and quantify GluCer in the plasma of patients with GD with and without enzyme replacement therapy (ERT) and of healthy individuals, comparing the content of the lipid between the groups, and (3) the compare the plasma concentration of chemokine CCL18/PARC between the three groups. Plasma of each individual was centrifuged to obtain leukocytes. β-glucosidase activity in leukocytes of patients with GD represented a 5% share of that of healthy individuals, while chitotriosidase activity was 500 times higher in GD patients. Plasma was treated sequentially with a chloroform:methanol solvent system as three sequential solution ratios. The three total lipid extracts of each sample were pooled (total lipid extract) and evaporated to dryness to obtain a residue. This residue was sequentially treated in a salicylic acid column and a Sep-Pak™ column for alkaline methanolysis, from which two chloroform:methanol:water eluates were obtained (3:48:47 and 60:30:4.5). After the required adjustments, GluCer was purified as a single fraction. High performance thin-layer chromatography (HPTLC) and chemical development using CuSO4 and H3PO4 showed that both eluates had a band whose migration speed was similar to the GluCer standard. Confirmation of this band’s identity was conducted by immune development using anti-GluCer primary antibody and peroxidase-conjugated secondary antibody. GluCer levels in DG patients without ERT treatment were approximately 20 times higher than in healthy individuals and 11 times higher than in patients under treatment. Plasma chemokine CCL18/PARC levels in DG patients without treatment were 28 and 17 times higher as compared to healthy and individuals DG patients under treatment, respectively. This accounts for a 90% decrease in GluCer levels and a 40% decrease in CCL18/PARC levels in GD patients with ERT in comparison to DG patients without treatment. The methodology described in this paper afforded to quantify GluCer in plasma of DG individuals with and without ERT as well as GluCer levels in healthy individuals. Quantification of GluCer and CCL18/PARC levels in plasma afforded to identify the groups of individuals analyzed. Therefore, these two parameters may be associated to the determination of chitotriosidase activity as GD biomarkers.

A homocistinúria é um erro inato do metabolismo dos aminoácidos causado na maioria dos casos pela deficiência na atividade da enzima cistationina-β-sintase. Como resultado da deficiência enzimática, ocorre acúmulo de homocisteína (Hcy) e metionina nos fluidos biológicos, o que leva a uma variedade de manifestações clínicas, envolvendo muitos órgãos e tecidos, mas principalmente os olhos, os ossos, o sistema cardiovascular e o sistema nervoso central. Como demonstrado por estudos em pacientes e em modelos animais, o estresse oxidativo pode estar envolvido na fisiopatologia de vários erros inatos do metabolismo. Essa condição pode ser causada por uma produção aumentada de espécies reativas, por uma falha nas defesas antioxidantes ou por ambos. Como consequência, o dano oxidativo às biomoléculas é gerado. Estudos em modelos animais demonstram que há uma relação entre Hcy e estresse oxidativo, mas poucos estudos existem avaliando o estresse oxidativo em pacientes portadores de homocistinúria. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi avaliar importantes parâmetros de estresse oxidativo em pacientes homocistinúricos no momento do diagnóstico, em pacientes homocistinúricos em tratamento e em indivíduos saudáveis. Nós verificamos um aumento significativo nos níveis de grupamentos carbonilas e nos níveis de malondialdeído, bem como uma diminuição significativa de grupamentos sulfidrilas e do status antioxidante total no plasma de pacientes homocistinúricos no momento do diagnóstico, em relação aos controles. Pacientes em tratamento apresentaram uma redução significativa do conteúdo de malondialdeído e das concentrações de Hcy e metionina em relação ao grupo diagnóstico. Além disso, foi demonstrada uma correlação significativa negativa entre os níveis de grupamentos sulfidrilas e as concentrações de Hcy e uma correlação significativa positiva entre os níveis de malondialdeído e as concentrações de Hcy. Posteriormente, foram verificados níveis aumentados de dano ao DNA em pacientes homocistinúricos tratados em relação aos controles. Adicionalmente, foi demonstrado pelo estudo in vitro, um efeito concentração dependente da Hcy sobre o dano ao DNA. Avaliados em conjunto, nossos resultados indicam que o estresse oxidativo pode exercer um papel importante na fisiopatologia da homocistinúria e que isso ocorre provavelmente devido às altas concentrações de Hcy encontradas nesses pacientes. Novas abordagens terapêuticas, como o uso de antioxidantes, poderia ser uma alternativa para atingir melhores resultados no tratamento de pacientes homocistinúricos. Além disso, um diagnóstico precoce e, consequentemente, um tratamento precoce, poderia evitar que os pacientes permanecessem por longo tempo submetidos à exposição de altas concentrações de Hcy. / Homocystinuria is an inherited error of metabolism of amino acids caused in most cases by deficiency of cystathionine β-synthase. As result of enzymatic deficiency, occur accumulation of homocysteine (Hcy) and methionine in biological fluids, which leads to a variety of clinical manifestations, involving many organs and tissues, but mainly the eyes, the bones, the cardiovascular system and the central nervous system. As demonstrated by studies involving patients and animal models, the oxidative stress may be involved in pathophysiology of various inherited errors of metabolism. This condition may be caused by an increased production of reactive species, by a fail in antioxidant defense, or both. Consequently, the oxidative damage to biomolecules is generated. Studies in animal models have been shown a relationship between Hcy and oxidative stress, but scarce studies exist evaluating the oxidative stress in homocystinuric patients. Therefore, the aim of this study was to evaluate important parameters of oxidative stress in homocystinuric patients at diagnosis, in homocystinuric patients under treatment and in healthy individuals. We found a significant increase of carbonyl groups and malondialdehyde levels, as well as a reduction of sulfhydryl groups and total antioxidant status in plasma of homocystinuric patients at diagnosis relative to controls. Patients under treatment presented a significant reduction of the content of malondialdehyde, Hcy and methionine concentrations relative to patients at diagnosis. Furthermore, it was demonstrated a significant negative correlation between sulfhydryl group content and Hcy levels and a significant positive correlation between malondialdehyde and Hcy levels. It was demonstrated also increased levels of DNA damage in homocystinuric patients under treatment relative to controls. Additionally, it was verified by in vitro study, a concentration-dependent effect of Hcy on the DNA damage. Taken together, our date indicate that the oxidative stress may play a important role in pathophysiology of homocystinuria, probably due to high Hcy concentrations found in these patients. New therapeutic approaches, as the use of antioxidants, could be an alternative in order to improve the results of therapy in homocystinuric patients. Furthermore, an early diagnosis and, consequently, an early treatment, could avoid that the patients remain for a long time subjected to exposure of high concentrations of Hcy.

A hiperargininemia é um erro inato do ciclo da uréia causado pela deficiência na atividade da arginase hepática, a qual catalisa a conversão de arginina (Arg) em uréia e ornitina. Esta doença é caracterizada bioquimicamente pelo acúmulo tecidual de Arg. Retardo mental e outras alterações neurológicas, cujos mecanismos são ainda desconhecidos, são sintomas comuns em pacientes hiperargininêmicos. Considerando que a disfunção neurológica característica da hiperargininemia é pouco conhecida e que o metabolismo energético está associado com a fisiopatologia de muitas doenças que afetam o sistema nervoso central, o objetivo geral do nosso estudo foi investigar o efeito da administração aguda de Arg sobre alguns parâmetros importantes de metabolismo energético, tais como a captação de glicose, liberação de lactato, produção de CO2 a partir de glicose, atividade de enzimas da cadeia respiratória (CR) e atividades da creatinaquinase (CK) e Na+,K+-ATPase em cérebro de ratos.Também verificamos o efeito da Arg sobre a hidrólise de nucleotídeos em sinaptossomas obtidos de hipocampo de ratos e em soro de ratos, bem como o efeito da administração intracerebroventricular de Arg sobre alguns parâmetros de estresse oxidativo. Em adição, também investigamos a influência dos antioxidantes, a-tocoferol e ácido ascórbico e do Nv-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME), um potente inibidor da enzima óxido nítrico sintase, sobre os efeitos causados pela Arg. Os resultados do presente trabalho mostraram que a Arg reduziu o metabolismo energético cerebral, uma vez que houve redução na captação de glicose, aumento da liberação de lactato, diminuição na atividade do complexo II e da succinatodesidrogenase (SDH) da CR, redução na produção de CO2 a partir de glicose e redução nas atividades das enzimas CK e Na+,K+-ATPase, provavelmente através da geração de óxido nítrico e/ou peroxinitrito e/ou outros radicais livres, visto que antioxidantes importantes como o a-tocoferol e ácido ascórbico e o L-NAME preveniram esses efeitos. Verificamos também que a Arg induziu o estresse oxidativo, visto que a infusão intracerebroventricular de Arg acarretou em aumento da formação de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS) e diminuição da capacidade antioxidante total não-enzimática (TRAP), corroborando assim, com nossos resultados prévios. Em adição, também mostramos que a administração aguda de Arg alterou a hidrólise de nucleotídeos adenínicos em sinaptossomas de hipocampo de ratos, bem como em soro de ratos.Esses resultados em conjunto, poderão auxiliar no entendimento dos sintomas e distúrbios neurológicos observados em pacientes hiperargininêmicos. Além disso, se confirmados em humanos, esses resultados podem sugerir que a suplementação com antioxidantes possa ser utilizada como uma estratégia no tratamento da hiperargininemia. / Hyperargininemia is an inherited metabolic disease caused by severe deficiency of liver arginase activity, an enzyme of the urea cycle which catalyses the conversion of arginine (Arg) to urea and ornithine. This disease is biochemically characterized by tissue accumulation of Arg. Mental retardation and other neurological features, whose mechanisms are still obscure, are common symptoms in hyperargininemic patients. Considering that the neurological disfunction characteristic of hyperargininemia is not yet well established and that energy metabolism is associated with the pathophysiology of several diseases that affect the central nervous system, the geral objective of the present study was to investigate the effect of acute Arg administration on some important parameters of energy metabolism, such as glucose uptake, lactate release, CO2 production from glucose, activities of enzymes of the respiratory chain and activities of creatine kinase (CK) and Na+,K+-ATPase in rat brain.We also tested the effect of Arg on the hydrolysis of nucleotides in synaptosomes from hippocampus of rats and in serum of rats, as well as the effect of intracerebroventricular injection of Arg on some parameters of oxidative stress. In addition, we also evaluated the influence of antioxidants, namely a-tocopherol plus ascorbic acid and Nv-nitro-Larginine methyl ester (L-NAME), a potent nitric oxide sinthase inhibitor, on the effects elicited by Arg. The results of the present study showed that Arg impairs brain energy metabolism, since decreased glucose uptake, increased lactate release, diminished the activities of complex II and succinate dehydrogenase (SDH) of the respiratorychain, inhibited CO2 production from glucose and decreased the activities of the enzymes CK and Na+,K+-ATPase, probably through the generation of nitric oxide and /or its derivates peroxynitrite and/or other free radicals, since important antioxidants such as a-tocopherol plus ascorbic acid and the L-NAME prevented these effects. We also verified that Arg induced oxidative stress, since intracerebroventricular infusion of Arg increased the production of thiobarbituric acid-reactive substances (TBA-RS) and reduced total radical-trapping parameter (TRAP). These results are in agreement with our previous findings. In addition, we also showed that acute Arg administration altered adenine nucleotide hydrolysis in synaptosomes from hippocampus of rats, as well as in serum of rats. This group´s results may be helpful in the understanding of the symptoms and brain disfunction showed by hyperargininemic patients. Besides, if these findings also occur in humans, we can suggest that the supplementation with antioxidants should be used as a strategy to the treatment of hyperargininemia.

Cistinose é uma doença genética sistêmica causada pelo transporte deficiente lisossomal acumulando cistina nos lisossomos de quase todos tecidos. Apesar do dano tecidual depender do acúmulo de cistina, os mecanismos moleculares deste ainda são obscuros. Adenilatoquinase, junto com a creatinaquinase, são responsáveis pela rede de transferência de fosfato, cruciais a homeostasia energética. Considerando que a cistina inibe a atividade da creatinaquinase, que as duas enzimas contem grupamentos tiólicos, e há uma forte interação entre as duas atividades, nosso principal objetivo foi investigar os efeitos da cistina na atividade da adenilatoquinase em córtex cerebral de ratos Wistar. Para os estudos in vivo, os animais foram injetados duas vezes ao dia com 1,6 mmol/g de peso corporal de cistina dimetil éster e/ou 0,46 mmol/g de peso corporal de cisteamina. Os animais foram tratados do vigésimo quinto dia ao vigésimo nono dia de vida e foram sacrificados 12 horas após a última injeção. Cistina inibiu a atividade da enzima in vitro de forma dose-dependente, ao passo que cisteamina preveniu a inibição. A atividade da adenilatoquinase diminuiu no córtex cerebral dos ratos com sobrecarga com cistina dimetiléster e a co-administração com cisteamina preveniu a diminuição da atividade de enzima. Considerando que a adenilatoquinase, juntamente com a creatinaquinase, é essencial para a homeostase energética, a liberação de cistina pelos lisossomos com consequente inibição enzimática, podem prejudicar a homeostasia energética, contribuindo para o dano tecidual em pacientes com cistinose. / Cystinosis is a systemic genetic disease caused by a lysosomal transport deficiency accumulating cystine in the lysosomes of almost all tissues. Although tissue damage might depend on cystine accumulation, the molecular mechanisms of tissue damage are still obscures. Adenylate kinase, along with creatine kinase, is responsible for the enzymatic phosphotransfer network, crucial for energy homeostasis. Taking into account that cystine is known to inhibit creatine kinase activity, the two enzymes have thiol groups, and the strong interaction between the two activities, our main objective was to investigate the effect of cystine on adenylate kinase activity in the brain cortex of Wistar rats. Cystine inhibited the enzyme activity in vitro in a concentration dependent way, whereas cysteamine prevented the inhibition. For the in vivo studies, the animals were injected twice a day with 1.6 mmol/g body weight of cystine dimethylester and/or 0.46 mmol/g body weight of cysteamine from the 25th to the 29th postpartum day and sacrificed after 12 hours. Adenylate kinase activity was found diminished in the brain cortex of rats loaded with cystine dimethylester and co-administration of cysteamine prevented the diminution of the enzyme activity. Considering that adenylate kinase together with creatine kinase is crucial for energy homeostasis, the release of cystine from lysosomes with consequent enzymes inhibition could impair energy homeostasis, contributing to tissue damage in patients with cystinosis.

A Doença de Depósito de Ésteres de Colesterol (DDEC) é uma Doença Lisossômica de Depósito, herdada de modo autossômico recessivo, causada pela deficiência da enzima Lipase Ácida (LA). Essa enzima, quando deficiente, resulta na redução da hidrólise de ésteres de colesterol e triglicerídios levando ao acúmulo progressivo de ésteres de colesterol nos lisossomos, apresentando-se como doença de depósito em diversos órgãos, particularmente o fígado, mas também no baço, glândulas adrenais, nódulos linfáticos da mucosa intestinal, endotélio vascular e músculo. Além disso, pode-se encontrar, como achados laboratoriais, hipercolesterolemia, hipertrigliceridemia e deficiência de HDL. Hepatomegalia, no entanto, pode apresentar-se como único e mais precoce sinal da doença. Há poucos relatos de casos no Brasil com o diagnóstico de DDEC e, o Serviço de Genética Médica do Hospital de Clínicas de Porto Alegre, um serviço de referência em diagnóstico de doenças lisossômicas, não possuía registro de casos com esse diagnóstico. Foi padronizada a técnica para medir a atividade da LA em leucócitos e sangue impregnado em papel filtro com o objetivo de encontrar casos suspeitos e diagnosticar DDEC. Foram analisadas 50 amostras de pacientes que preenchiam critérios de inclusão, tendo sido diagnosticado um caso positivo para deficiência de LA. Como os sinais e sintomas da DDEC são muitas vezes sutis e inespecíficos, um alto grau de suspeição é necessário para aumentarmos o diagnóstico desta doença pouco conhecida e possivelmente subdiagnosticada. / The Cholesterol Ester Storage Disease (CESD) is an autosomal recessive lysosomal storage disease, caused by the deficiency of the Acid Lipase enzyme (AL). This enzyme, when deficient, results in the reduced hydrolysis of cholesterol esters and triglycerides leading to a progressive accumulation of cholesterol esters in lysosomes, presenting as storage disease in many organs, particularly the liver, but also in spleen, adrenal glands, lymph nodes, intestinal mucosa, muscle and vascular endothelium. Furthermore, as laboratory findings, it can presents with hypercholesterolemia, hypertriglyceridemia, and HDL deficiency. Hepatomegaly, however, can present as single early sign of the disease. The Medical Genetics Service of the Hospital de Clínicas de Porto Alegre lacked the technique to diagnose CESD, and, therefore, had no reported cases with the diagnosis. A technique for measuring the activity of LA in leukocytes and in dried blood spots was standardized in order to screen and diagnose suspected cases of CESD. We analyzed 50 samples from patients who met inclusion criteria and diagnosed one positive case for AL deficiency. As the signs and symptoms of CESD are often subtle and nonspecific, a high index of suspicion is necessary for us to increase the diagnosis of this less known and potentially underdiagnosed disease.

A triagem neonatal (TN) tornou-se uma importante intervenção de saúde pública para a detecção precoce e prevenção de doenças, ajudando a reduzir a morbidade e a mortalidade em crianças. As doenças lisossômicas de depósito (DLDs) são distúrbios genéticos, clinicamente heterogêneos, causados principalmente por defeitos em genes que codificam enzimas lisossômicas que degradam macromoléculas. As opções terapêuticas para essas doenças evoluíram bastante nos últimos anos e muitas das DLDs têm atualmente tratamento disponível que pode melhorar a evolução clínica, especialmente se forem introduzidos precocemente. Esse fato mostra claramente a necessidade de diagnóstico precoce e oportuno, de preferência durante a fase assintomática da doença, o que apoia o desenvolvimento de TN para alguns desses distúrbios. Embora vários estudos já tenham estabelecido métodos de triagem adequados para uso em programas de TN, pouco foi discutido sobre outros procedimentos, posteriores à triagem. Portanto, nesse estudo, avaliamos protocolos para o diagnóstico confirmatório de casos que resultarão alterados nos programas de TN para DLDs tratáveis, considerando sua potencial implementação no Brasil. Inicialmente, revisamos, coletamos e resumimos informações sobre protocolos e estratégias para confirmação diagnóstica de casos triados positivos para a doença de Fabry, doença de Gaucher, doença de Pompe e Mucopolissacaridose (MPS) tipo I, II e VI. Duas estratégias foram identificadas para o diagnóstico de quase todas essas doenças. Um baseado apenas na análise molecular e outro baseado principalmente na análise enzimática e na análise molecular. Depois, avaliamos as estratégias de diagnóstico confirmatório, previamente reportados, para investigar quatro casos que foram encaminhados a partir de um estudo de TN para DLDs realizado em mais de 10.000 recém-nascidos no Brasil. Dois casos de pseudodeficiência foram identificados, um para a doença de Pompe e um para MPS I. Além disso, dois portadores (heterozigotos) também foram identificados, um para MPS I e um para a doença de Gaucher. Esse estudo discute também as limitações das análises enzimáticas e moleculares na confirmação do diagnóstico, os desafios que podem ser encontrados durante a interpretação dos resultados e a necessidade de um protocolo abrangente para a investigação precisa de casos em suspeita, identificados por estudos de TN para DLDs. Por conseguinte, um protocolo foi desenvolvido com recomendações para o diagnóstico confirmatório de casos que resultarão alterados após o teste inicial para MPS I, proposto como modelo para a futura elaboração de protocolos para as demais doenças. Finalmente, o custo global de um programa de TN para DLDs foi estimado, na base do estudo piloto realizado no Brasil, considerando a fase da triagem e a estrutura do protocolo de confirmação diagnóstica. Esse estudo representa uma base para avaliações mais abrangentes destes programas, em vista de uma possível implementação em grande escala. / Newborn screening (NBS) has become an important public health intervention for early detection and prevention of diseases, helping to reduce the morbidity and mortality in children. Lysosomal storage diseases (LSD) are genetic disorders, clinically heterogeneous, caused mainly by defects in genes encoding lysosomal enzymes that degrade macromolecules. Therapeutic options for these disorders have substantially evolved in the last years and many of the LSDs currently have available treatment that may improve clinical outcomes, especially if early introduced. This fact clearly raises the need for early and timely diagnosis, preferably during the asymptomatic stage of the disease, which supports the development of NBS for some of these disorders. While several studies have already established screening methods suitable for use in NBS programs, little has been discussed on further procedures. In this study, we evaluated protocols for the confirmatory diagnosis of cases that will result altered in NBS programs for treatable LSDs, considering its potential implementation in Brazil. Initially, we reviewed, collected and summarized information on protocols and strategies for diagnosis confirmation of cases screened positive for Fabry disease, Gaucher disease, Pompe disease and Mucopolysaccharidosis (MPS) type I, II and VI. Two strategies were identified for the diagnosis of almost all these diseases. One based only in the molecular analysis and the other based mainly in both the enzyme analysis and molecular analysis. Then, we evaluated the previously reported confirmatory diagnostic strategies to investigate four cases that were referred from a NBS study for LSDs performed in over 10,000 newborns in Brazil. Two cases of pseudodeficiency were identified, one for Pompe disease and one for MPS I. In addition, two carriers (heterozygotes) were also identified, one for MPS I and one for Gaucher disease. This report discusses the limitations of enzymatic and molecular analyses in diagnosis confirmation, the challenges that may be found during result interpretation and the need for a comprehensive protocol for precise investigation of cases in suspicion identified by NBS studies for LSDs. Therefore, a protocol was developed that comprises recommendations for the confirmatory diagnosis of cases that will result abnormal after the initial testing for MPS I, proposed as a template for the future development of similar protocols for the other diseases. Finally, the overall cost of a NBS program for LSDs was estimated, based on the pilot study conducted in Brazil, considering the screening phase and the structure of the diagnosis confirmation protocol. This study provides a basis for more comprehensive assessments of these programs in view of potential large-scale implementation.

A hiperargininemia é um erro inato do ciclo da uréia causado pela deficiência na atividade da arginase hepática, a qual catalisa a conversão de arginina (Arg) em uréia e ornitina. Esta doença é caracterizada bioquimicamente pelo acúmulo tecidual de Arg. Retardo mental e outras alterações neurológicas, cujos mecanismos são ainda desconhecidos, são sintomas comuns em pacientes hiperargininêmicos. Considerando que a disfunção neurológica característica da hiperargininemia é pouco conhecida e que o metabolismo energético está associado com a fisiopatologia de muitas doenças que afetam o sistema nervoso central, o objetivo geral do nosso estudo foi investigar o efeito da administração aguda de Arg sobre alguns parâmetros importantes de metabolismo energético, tais como a captação de glicose, liberação de lactato, produção de CO2 a partir de glicose, atividade de enzimas da cadeia respiratória (CR) e atividades da creatinaquinase (CK) e Na+,K+-ATPase em cérebro de ratos.Também verificamos o efeito da Arg sobre a hidrólise de nucleotídeos em sinaptossomas obtidos de hipocampo de ratos e em soro de ratos, bem como o efeito da administração intracerebroventricular de Arg sobre alguns parâmetros de estresse oxidativo. Em adição, também investigamos a influência dos antioxidantes, a-tocoferol e ácido ascórbico e do Nv-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME), um potente inibidor da enzima óxido nítrico sintase, sobre os efeitos causados pela Arg. Os resultados do presente trabalho mostraram que a Arg reduziu o metabolismo energético cerebral, uma vez que houve redução na captação de glicose, aumento da liberação de lactato, diminuição na atividade do complexo II e da succinatodesidrogenase (SDH) da CR, redução na produção de CO2 a partir de glicose e redução nas atividades das enzimas CK e Na+,K+-ATPase, provavelmente através da geração de óxido nítrico e/ou peroxinitrito e/ou outros radicais livres, visto que antioxidantes importantes como o a-tocoferol e ácido ascórbico e o L-NAME preveniram esses efeitos. Verificamos também que a Arg induziu o estresse oxidativo, visto que a infusão intracerebroventricular de Arg acarretou em aumento da formação de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS) e diminuição da capacidade antioxidante total não-enzimática (TRAP), corroborando assim, com nossos resultados prévios. Em adição, também mostramos que a administração aguda de Arg alterou a hidrólise de nucleotídeos adenínicos em sinaptossomas de hipocampo de ratos, bem como em soro de ratos.Esses resultados em conjunto, poderão auxiliar no entendimento dos sintomas e distúrbios neurológicos observados em pacientes hiperargininêmicos. Além disso, se confirmados em humanos, esses resultados podem sugerir que a suplementação com antioxidantes possa ser utilizada como uma estratégia no tratamento da hiperargininemia. / Hyperargininemia is an inherited metabolic disease caused by severe deficiency of liver arginase activity, an enzyme of the urea cycle which catalyses the conversion of arginine (Arg) to urea and ornithine. This disease is biochemically characterized by tissue accumulation of Arg. Mental retardation and other neurological features, whose mechanisms are still obscure, are common symptoms in hyperargininemic patients. Considering that the neurological disfunction characteristic of hyperargininemia is not yet well established and that energy metabolism is associated with the pathophysiology of several diseases that affect the central nervous system, the geral objective of the present study was to investigate the effect of acute Arg administration on some important parameters of energy metabolism, such as glucose uptake, lactate release, CO2 production from glucose, activities of enzymes of the respiratory chain and activities of creatine kinase (CK) and Na+,K+-ATPase in rat brain.We also tested the effect of Arg on the hydrolysis of nucleotides in synaptosomes from hippocampus of rats and in serum of rats, as well as the effect of intracerebroventricular injection of Arg on some parameters of oxidative stress. In addition, we also evaluated the influence of antioxidants, namely a-tocopherol plus ascorbic acid and Nv-nitro-Larginine methyl ester (L-NAME), a potent nitric oxide sinthase inhibitor, on the effects elicited by Arg. The results of the present study showed that Arg impairs brain energy metabolism, since decreased glucose uptake, increased lactate release, diminished the activities of complex II and succinate dehydrogenase (SDH) of the respiratorychain, inhibited CO2 production from glucose and decreased the activities of the enzymes CK and Na+,K+-ATPase, probably through the generation of nitric oxide and /or its derivates peroxynitrite and/or other free radicals, since important antioxidants such as a-tocopherol plus ascorbic acid and the L-NAME prevented these effects. We also verified that Arg induced oxidative stress, since intracerebroventricular infusion of Arg increased the production of thiobarbituric acid-reactive substances (TBA-RS) and reduced total radical-trapping parameter (TRAP). These results are in agreement with our previous findings. In addition, we also showed that acute Arg administration altered adenine nucleotide hydrolysis in synaptosomes from hippocampus of rats, as well as in serum of rats. This group´s results may be helpful in the understanding of the symptoms and brain disfunction showed by hyperargininemic patients. Besides, if these findings also occur in humans, we can suggest that the supplementation with antioxidants should be used as a strategy to the treatment of hyperargininemia.