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

doença metabólica hereditária bioquimicamente caracterizada pelo acúmulo de ornitina (Orn), homocitrulina (Hcit), amônia e ácido orótico (Oro) no sangue e outros tecidos dos pacientes afetados. Os sintomas neurológicos desse distúrbio são comuns, incluindo retardo mental, convulsões e ataxia, porém os mecanismos que levam ao dano cerebral são praticamente desconhecidos. O presente estudo teve o objetivo de avaliar o efeito dos metabólitos acumulados nesta doença sobre a homeostase energética e redox em cérebro de ratos, bem como sobre o desempenho de animais submetidos à hiperornitinemia em tarefas comportamentais. Inicialmente avaliamos o efeito in vitro da Orn, Hcit e Oro sobre parâmetros do metabolismo energético em cérebro de ratos jovens. Verificamos que a Orn e a Hcit inibem o ciclo dos ácidos tricarboxílicos, (inibição da produção de CO2 a partir de acetato e das enzimas aconitase e α-cetoglutarato desidrogenase), bem como a via glicolítica aeróbica (redução na síntese de CO2 a partir de glicose), além de comprometer o fluxo de elétrons pela cadeia respiratória (inibição do complexo I-III). A Hcit, mas não a Orn, também foi capaz de inibir a atividade da enzima creatina quinase, sendo que essa inibição foi prevenida por GSH, sugerindo um possível papel de espécies reativas oxidando grupamentos tióis, essenciais para a atividade desta enzima. Em contraste, a atividade das outras enzimas do ciclo dos ácidos tricarboxílicos e da cadeia respiratória, bem como a Na+,K+- ATPase não foram alteradas in vitro pela Orn e pela Hcit nas doses testadas (0,1 a 5 mM). Do mesmo modo, o Oro não interferiu em nenhum dos parâmetros testados. O próximo passo deste estudo foi avaliar o efeito in vivo da administração intracerebroventricular (ICV) de Orn e Hcit sobre parâmetros de estresse oxidativo e metabolismo energético em córtex cerebral de ratos jovens. A Orn e a Hcit aumentaram os níveis de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS) e a formação de grupamentos carbonilas, indicativos de peroxidação lipídica e dano oxidativo a proteínas, respectivamente. Além do mais, a N-acetilcisteína e a combinação de ácido ascórbico mais α-tocoferol atenuaram a oxidação lipídica e preveniram totalmente o dano oxidativo protéico provocado pela Orn e pela Hcit, sugerindo que espécies reativas estejam envolvidas nestes efeitos. A administração ICV de Hcit, mas não de Orn, também diminuiu os níveis de glutationa reduzida (GSH), bem como a atividade das enzimas catalase e glutationa peroxidase, indicando que a Hcit provoca uma redução nas defesas antioxidantes cerebrais. Quanto aos parâmetros de metabolismo energético avaliados após a administração ICV de Orn e Hcit, verificamos que a Orn e a Hcit inibem o funcionamento do ciclo dos ácidos tricarboxílicos (inibição da síntese de CO2 a partir de acetato), a via glicolítica (redução na produção de CO2 a partir de glicose) e a atividade do complexo I-III da cadeia respiratória. A Hcit in vivo também inibiu a atividade da aconitase, uma enzima muito susceptível ao ataque de radicais livres. Investigamos também os efeitos da administração ICV de Orn e Hcit na presença ou ausência de hiperamonemia, induzida pela administração intraperitoneal de urease, sobre parâmetros de estresse oxidativo em córtex cerebral de ratos jovens. A Orn aumentou os níveis de TBA-RS e a formação de carbonilas, sem alterar o conteúdo de grupamentos sulfidrilas e os níveis de GSH. Além disso, a combinação de hiperamonemia com Orn resultou em uma diminuição no conteúdo de sulfidrilas e GSH, indicando um efeito sinérgico da Orn com a amônia. Além disso, a Hcit causou um aumento nos valores de TBA-RS e da formação de carbonilas, bem como uma diminuição na concentração de GSH sem alterar o conteúdo de sulfidrilas. Em relação ao tratamento com urease, a indução de hiperamonemia pela urease foi capaz de aumentar os níveis de TBA-RS, indicando que hiperamonemia causa dano oxidativo a lipídeos. Finalmente, produzimos um modelo animal quimicamente induzido de hiperornitinemia através da administração subcutânea de Orn (2-5 μmol/g de peso corporal). Altas concentrações cerebrais de Orn foram alcançadas nesse modelo, indicando que a Orn é permeável a barreira hemato-encefálica. Investigamos, então, o efeito da administração crônica de Orn do 5° ao 28° dia pós-natal sobre o desenvolvimento físico, motor e sobre o desempenho dos ratos adultos nas tarefas de campo aberto e no labirinto aquático de Morris. A administração crônica de Orn não afetou o aparecimento de pelos, a abertura dos olhos, a erupção dos incisivos e o reflexo de queda livre, sugerindo que o desenvolvimento físico e neuromotor não foram comprometidos pela administração crônica de Orn. Similarmente, o desempenho dos ratos no labirinto aquático de Morris na idade adulta não foi alterado pelo tratamento crônico dos mesmos com Orn, indicando que a memória espacial não foi afetada. Entretanto, os animais tratados com Orn não apresentaram habituação ao campo aberto, sugerindo um déficit de aprendizado/memória nesta tarefa. A atividade motora, avaliada pelo número de cruzamentos na tarefa do campo aberto, e pela velocidade de natação no labirinto aquático de Morris foram similares para os animais injetados com Orn e salina, indicando que os animais com hiperornitinemia não apresentaram déficit na atividade locomotora que pudesse atrapalhar seu desempenho nos testes de comportamento. De maneira similar, o número de bolos fecais, o número de grooming e o tempo gasto na área central na tarefa de campo aberto foram iguais em ambos os grupos, indicando que não houve alteração na ansiedade dos animais com o tratamento com Orn. A presente investigação demonstrou pela primeira vez que a Orn e especialmente a Hcit comprometem a homeostase energética e redox celular e que hiperornitinemia crônica durante o período pós-natal prejudica o desempenho de animais adultos na tarefa de campo aberto. É provável, portanto, que as concentrações cerebrais aumentadas de Orn tenham provocado um dano cerebral, possivelmente através do comprometimento do metabolismo energético e da indução de dano oxidativo, alterando vias do metabolismo necessárias para um aprendizado/memória normais. Concluindo, postulamos que alterações na bioenergética e no estado redox cerebral induzido pelos metabólitos acumulados na síndrome HHH, como demonstrado in vitro e in vivo na presente investigação, possam representar mecanismos patogênicos, contribuindo, ao menos em parte, para os sintomas neurológicos dos pacientes afetados por este transtorno. / Tissue accumulation of ornithine (Orn), homocitrulline (Hcit), ammonia and orotic acid (Oro) is the biochemical hallmark of patients affected by hyperornithinemia–hyperammonemia– homocitrullinuria (HHH) syndrome, a disorder clinically characterized by neurological symptoms, whose pathophysiology is practically unknown. The aim of this study was to evaluate the effect of the accumulating metabolite in the HHH syndrome on energetic and redox homeostasis in brain of rats, as well as the rat performance in behavioural tasks when submitted to hiperornithinemia. We first investigated the in vitro effect of Orn, Hcit and Oro on parameters of energy metabolism in brain of young rats. We verified that Orn and Hcit inhibited the citric acid cycle (inhibition of CO2 synthesis from acetate, as well as aconitase and α- ketoglutarate dehydrogenase activities), the aerobic glycolytic pathway (reduced CO2 production from glucose) and moderately the electron transfer flow (inhibitory effect on complex I–III). Hcit, but not Orn, was also able to inhibit the mitochondrial creatine kinase activity. Furthermore, this inhibition was prevented by glutathione, suggesting a possible role of reactive species oxidizing critical thiol groups of the enzyme. In contrast, the other enzyme activities of the citric acid cycle and of the electron transfer chain, as well as synaptic Na+,K+-ATPase were not altered by either Orn or Hcit at concentrations as high as 5.0 mM. Similarly, Oro did not interfere with any of the tested parameters. The next step of this study was to investigate the in vivo effects of intracerebroventricular (ICV) administration of Orn and Hcit on parameters of oxidative stress and energy metabolism in cerebral cortex from young rats. Orn and Hcit increased thiobarbituric acid-reactive substances values and carbonyl formation, indicators of lipid and protein oxidative damage, respectively. Furthermore, N-acetylcysteine and the combination of ascorbic acid plus α- tocopherol attenuated the lipid oxidation and totally prevented the protein oxidative damage provoked by Orn and Hcit, suggesting that reactive species were involved in these effects. The ICV Hcit administration, but not Orn administration, also decreased reduced glutathione (GSH) concentrations, as well as the activity of catalase and glutathione peroxidase, indicating that Hcit provokes a reduction of brain antioxidant defenses. As regards to the parameters of energy metabolism, we verified that Orn and Hcit inhibited the citric acid cycle function (inhibition of CO2 synthesis from acetate), the aerobic glycolytic pathway (reduced CO2 production from glucose) and complex I–III activity of the respiratory chain. Hcit also inhibited the activity of aconitase, an enzyme very susceptible to free radical attack. We also investigated the in vivo effects of ICV administration of Orn and Hcit in the presence or absence of hyperammonemia induced by intraperitoneal urease treatment on important parameters of oxidative stress in cerebral cortex from young. Orn increased thiobarbituric acid-reactive substances levels and carbonyl formation, without altering sulfhydryl content and GSH levels. We also observed that the combination of hyperammonemia with Orn resulted in a decrease of sulfhydryl levels and GSH concentrations, highlighting a synergistic effect of ornithine and ammonia. Furthermore, homocitrulline caused increases of thiobarbituric acid-reactive substances values and carbonyl formation, as well as a decrease of GSH concentrations without altering sulfhydryl content. We also observed that urease treatment per se was able to enhance thiobarbituric acid-reactive substances levels indicating that hiperamonemia induce lipid peroxidation. Finally, we produced a chemical animal model of hiperornithinemia induced by a subcutaneous injection of saline-buffered Orn (2-5 μmol/g body weight) to rats. High brain Orn concentrations were achieved, indicating that Orn is permeable to the blood brain barrier. We then investigated the effect of early chronic postnatal administration of Orn (from the 5th to the 28th day of life) on physical and motor development and on the performance of adult rats in the open field and in the Morris water maze tasks. Chronic postnatal Orn treatment had no effect on the appearance of coat, eye opening or upper incisor eruption, nor on the free-fall righting task, suggesting that physical and motor development were not changed by Orn. However, Orn-treated rats did not habituate to the open field apparatus, implying a deficit of learning/memory. Motor activity was the same for Orn- and saline- injected animals. Motor activity, evaluated by the number of crossings in the open field and by the swimming speed in the Morris water maze, was the same for Orn- and saline- injected animals, indicating no deficit of locomotor activity in rats injected with Orn. Similarly, the number of fecal boli and grooming and the time spent in the central area in the open field task were the same in both groups, implying no alteration of emotionality. The current investigation shows for the first time that Orn and especially Hcit compromise energetic and redox homeostasis and that chronic hyperornithinemia during postnatal period impairs the adult rat performance in the open field task, where the animals did not habituate to the apparatus. It is possible, however, that high sustained cerebral Orn level could provoke a brain damage, possibly through induction of oxidative stress and/or compromising energy metabolism, altering some metabolic pathways essential for normal learning/memory. In conclusion, we postulate that alterations in the cerebral bioenergetic and redox state induced by metabolites accumulated in HHH syndrome, as demonstrated in vitro and in vivo in the present study, may represent pathogenic mechanisms contributing, at least in part, to the neurological symptoms of patients affected by this disorder.

Altas concentrações de β-alanina podem causar desordens metabólicas e aumento na produção de espécies reativas, alterações na homeostasia redox e energética, bem como depleção dos níveis de taurina e excreção aumentada de GABA. Essas alterações levam a distúrbios no desenvolvimento neurológico, contribuindo para as manifestações clínicas. O quadro de acúmulo de β-alanina no plasma é conhecido como β-alaninemia. Neste trabalho, investigamos os efeitos crônico da sobrecarga de β-alanina em córtex cerebral e cerebelo de ratos Wistar. Os animais receberam administração intraperitoneal de β-alanina (300 mg/kg) ou solução salina (NaCl 0,85%) no mesmo volume (10μl/kg de peso corporal) duas vezes ao dia com intervalo de 12 horas, durante 14 dias. Os resultados mostram que altas concentrações plasmáticas de β-alanina alteram o equilíbrio redox celular, observado no aumento de oxidação do diclorofluorescina em córtex cerebral e cerebelo de ratos Wistar. Observamos o mesmo resultado na determinação da atividade das enzimas antioxidantes glutationa peroxidase e superóxido dismutase, onde houve uma inibição das atividades Os níveis de tióis totais foram mensurados pela técnica de sulfidrilas, onde verificamos que cada tecido apresentou níveis diferenciados, elevação em córtex cerebral e diminuição em cerebelo. Investigamos também as atividades das enzimas da rede de fosforiltransferência. A atividade da hexoquinase foi aumentada em ambos os tecidos, diferentemente da enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase, que se elevou em córtex cerebral e se inibiu em cerebelo. A inibição de atividade enzimática foi observada também na piruvato-cinase e lactato desidrogenase. Os complexos II, II-III, IV e a succinato desidrogenase foram mensurados a fim de melhor esclarecer as alterações metabólicas identificadas. No entanto, observamos um aumento do complexo IV e succinato desidrogenase e uma inalteração do complexo II-III em ambos os tecidos. Portanto, nossos resultados sugerem uma suscetibilidade dos tecidos quanto à alta carga de β-alanina, apresentando distúrbios na homeostasia redox e energética. Sendo assim, os achados podem contribuir, em parte, com as alterações neurológicas encontradas em pacientes com β-alaninemia. / High concentrations of β-alanine may cause metabolic disorders and increase the production of reactive species in the region of redox and energetic homeostasis, as well as depletion of taurine levels and increased excretion of GABA. These changes lead to neurodevelopmental disorders, contributing to clinical manifestations. The accumulation of plasma β-alanine is known as β-alaninemia. In this work, we investigated the chronic effects of β-alanine overload in the cortex cerebral and cerebellum of Wistar rats. The animals were given intraperitoneal administration of β- alanine (300 mg/kg) or saline (0.85% NaCl) in the same volume (10 μl/kg body weight) twice a day at 12-hour intervals for 14 days. The results show that high plasma concentrations of β-alanine alters the cellular redox balance reflected by the increase of oxidation of dichlorofluorescine in cerebral cortex and cerebellum of Wistar rats. We observed the same result in the determination of the activity of the antioxidant enzymes glutathione peroxidase and superoxide dismutase, where there was an inhibition of the activities. The levels of total thiols were measured by the sulfhydryl determination technique, where we verified that each tissue presented differentiated levels, elevation in cerebral cortex and decrease in cerebellum. We also investigate the activities of phosphoryl transfer network enzymes. The activity of hexokinase was increased in both tissues, unlike the enzyme glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, which was elevated in the cerebral cortex and inhibited in the cerebellum. Inhibition of enzymatic activity was also observed in pyruvate kinase and lactate dehydrogenase. Activities complexes II, II-III, IV and succinate dehydrogenase were measured in order to better clarify the identified metabolic aberrations. However, we observed an increase of the activity complex IV and succinate dehydrogenase and an unchanged II-III complex in both tissues. Therefore, our results suggest a susceptibility of tissues to the high β-alanine load, presenting disorders in redox and energetic homeostasis. Thus, the findings may contribute, in part, to the neurological findings found in patients with β-alaninemia.

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

Nos seres humanos o triptofano é metabolizado por várias vias, produzindo compostos biologicamente importantes chamados quinureninas, serotonina, ácidos indólicos, compostos ácidos nicotínicos (niacina) e ácido quinolínico. Em condições normais, pouquíssimo triptofano aparece convertido em ácido nicotínico. Sabe-se que o acúmulo de triptofano e seus metabólitos está relacionado ao dano cerebral encontrado tanto na hipertriptofanemia quanto em doenças neurodegenerativas. Nesse trabalho, nós investigamos o efeito da administração de triptofano sobre vários parâmetros comportamentais no teste de campo aberto e de estresse oxidativo e o efeito de creatina e piruvato, sobre os efeitos do triptofano. Quarenta ratos Wistar, machos, de 60 dias, foram aleatoriamente divididos em 4 grupos: salina; triptofano; piruvato + creatina; triptofano + piruvato + creatina. Os animais receberam 3 injeções subcutâneas de triptofano (2 μmol/g peso corporal cada um em intervalos de 3 horas) e/ou piruvato (200 μg/g peso corporal 1 hora antes do triptofano) e/ou creatina (400 μg/g peso corporal 2 vezes por dia durante 5 dias antes do treino); os controles receberam solução salina (NaCl 0.85g%) nos mesmos volumes (30 μL/g peso corporal) das outras substâncias Uma vez que, a redução progressiva da atividade exploratória no campo aberto pode ser interpretada como um indicador de que os animais reconheceram e lembraram do ambiente nossos resultados mostram que o triptofano aumentou a atividade dos animais, sugerindo a redução da habilidade de habituação ao ambiente e um déficit de aprendizagem/memória causada por este aminoácido. O triptofano também induziu aumento de TBA-RS e a redução de sulfidrilas totais no hipocampo, indicando indução de estresse oxidativo. Os efeitos do triptofano no campo aberto e no estresse oxidativo, foram totalmente prevenidos pelo pré-tratamento com creatina mais piruvato, dois potentes antioxidantes, reforçando a hipótese de estresse oxidativo. Nossos achados, estão de acordo ao que pode ser observado em pacientes afetados pela hipertriptofanemia e doenças neurodegenerativas, ou em outras doenças em que ocorra o acúmulo de triptofano. É possível que o estresse oxidativo possa estar enolvido nos mecanismos que levar à lesão cerebral, sugerindo que a suplementação de creatina e piruvato poderia beneficiar os pacientes afetados por esses transtornos. Estudos adicionais serão necessários para compreensão de como o triptofano é causador de dano, se é pelo seu acúmulo ou pelo acúmulo de seus metabólitos. Além disso, também será necessária uma maior investigação para avaliar se a suplementação com creatina e piruvato é possível de ser recomendada à pacientes com hipertriptofanemia ou doenças degenerativas. / In human, tryptophan is metabolised by multiple pathways, producing several compounds, namely kynurenines, serotonin, indolic acids, nicotinic acid (niacin) compounds and quinolinic acid. Under normal conditions, very little tryptophan appears converted to nicotinic acid. It is known that the accumulation of tryptophan and its metabolites is related to brain damage associated with both hypertryptophanemia and neurodegenerative diseases. In this work, we investigated the effect of tryptophan administration on various parameters of behavior in the open field task and oxidative stress, and the effects of creatine and pyruvate, on the effect of tryptophan. Forty, sixty-day-old male Wistar rats, were randomly divided into 4 groups: saline; tryptophan; pyruvate + creatine; pyruvate + creatine. Animals received 3 subcutaneous injections of tryptophan (2 μmol/g body weight each one at 3 h of intervals) and/ or pyruvate (200 μg/g body weight 1 h before tryptophan) and/or 400 μg/g body weight twice a day for 5 days before tryptophan twice a day for 5 days before training; controls received saline solution (NaCl 0.85 g%) at the same volumes (30 μL/g body weight) than the other substances Since the progressive reduction of exploratory activity in open field ca be interpreted as an indicator that animals recognize and remember the environment ours results showed that tryptophan increased the activity of the animals, suggesting a reduction in the ability of habituation to the environment and a deficit in learning/memory caused by this amino acid. Tryptophan induced increase of TBA-RS and total sulfhydryls in the hippocampus, indicating induction of oxidative stress. The effects of tryptophan in the open field, and in oxidative stress were fully prevented by the combination of creatine plus pyruvate, two powerful antioxidants, reinforcing the idea of oxidative stress. In case these findings also occur in humans affected by hypertryptophanemia or other neurodegenerative disease in which tryptophan accumulates, it is feasible that oxidative stress may be involved in the mechanisms leading to the brain injury, suggesting that creatine and pyruvate supplementation could benefit patients affected by these disorders. Additional studies are needed to understand how tryptophan is causing damage if it is by is accumulation or accumulation of metabolites. In addition, further research is needed to assess whether supplementation with creatine and pyruvate can be recommended to patients with degenerative diseases or hipertriptophanemia.

A homocistinúria clássica é um erro inato do metabolismo, bioquimicamente caracterizado pela deficiência da enzima cistationina β-sintase, o que promove um bloqueio na via de transulfuração da homocisteína e, consequente acúmulo tecidual desse aminoácido. Clinicamente, os pacientes apresentam retardo mental, déficit cognitivo, crises convulsivas, alterações vasculares, esqueléticas, oculares, hepáticas, e pulmonares, cuja fisiopatologia não está totalmente elucidada. O objetivo geral da presente tese foi avaliar o efeito da hiper-homocisteinemia severa sobre parâmetros inflamatórios (citocinas, quimiocinas, óxido nítrico, proteínas de fase aguda e contagem diferencial de leucócitos) e outros parâmetros relacionados, tais como o sistema da coagulação, o estresse oxidativo e, as vias de sinalização da Akt e GSK-3β no cérebro e/ou sangue de ratos. Além disso, investigamos o efeito do estresse oxidativo em pulmão de ratos submetidos à hiper-homocisteinemia severa. A hiperhomocisteinemia aguda aumentou as citocinas pró-inflamatórias (TNF-α, IL-1β e IL-6), a quimiocina CCL2 (MCP-1) e os níveis de nitritos no hipocampo e no córtex cerebral de ratos. Os níveis de TNF-α e IL-6 também aumentaram no soro de ratos submetidos à administração aguda de homocísteina. A percentagem de neutrófilos e monócitos aumentou no sangue após a administração aguda de homocisteína; entretanto, não observamos alterações nos níveis das proteínas de fase aguda (PCR e α1- glicoproteína ácida). A hiper-homocisteinemia crônica severa também aumentou as citocinas pró-inflamatórias (TNF-α, IL-1β e IL-6), a quimiocina CCL2 (MCP-1) e os níveis de prostaglandina E2 no hipocampo e/ou soro de ratos. Os níveis de nitritos aumentaram no hipocampo, mas verificamos uma diminuição em seus níveis no soro após a hiper-homocisteinemia crônica. O imunoconteúdo citoplasmático e nuclear da subunidade p65 do NF-κB e a atividade da acetilcolinesterase aumentaram no hipocampo de ratos submetidos à hiper-homocisteinemia crônica. Demonstramos também que a hiper-homocisteinemia aguda severa aumentou a contagem de plaquetas no sangue e os níveis de fibrinogênio no plasma. O tempo de protrombina, tempo de tromboplastina parcial ativada e os níveis de nitritos no plasma diminuíram após a administração aguda de homocisteína. Mostramos que a hiperhomocisteinemia aguda severa aumentou as espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico, um índice de peroxidação lipídica e, diminuiu a atividade das enzimas antioxidantes, superóxido dismutase e glutationa peroxidase e aumentou a atividade da enzima catalase em eritrócitos de ratos. Em relação ao envolvimento das vias de sinalização, demonstramos que a hiper-homocisteinemia aguda severa aumentou a fosforilação da Akt, o imunoconteúdo citoplasmático e nuclear da subunidade p65 do NF-κB e a fosforilação da proteína Tau, mas reduziu a fosforilação da GSK-3β após a administração aguda de homocisteína. Por outro lado, a hiper-homocisteinemia crônica severa não alterou a fosforilação da Akt e GSK-3β após a administração crônica desse aminoácido. Além disso, demonstramos que a hiper-homocisteinemia crônica severa aumentou a peroxidação lipídica e, reduziu as defesas antioxidantes enzimáticas e não-enzimáticas em pulmão de ratos. Em resumo, nossos resultados demonstram que a inflamação, a hipercoagulabilidade e o estresse oxidativo podem ocorrer após a hiper-homocisteinemia severa, o que pode estar associado, pelo menos em parte, com as alterações cerebrais e cardiovasculares, bem como no tromboembolismo pulmonar que estão presentes em alguns pacientes homocistinúricos. / Classical homocystinuria, an inborn error of metabolism, is biochemically characterized by cystathionine -synthase deficiency and homocysteine tissue accumulation. Mental retardation, cognitive deficiency, seizures, vascular, skeletal, ocular, hepatic and pulmonary complications are common symptoms in homocystinuric patients. However, the mechanisms underlying these alterations are not fully understood. The main objective of this doctoral thesis was to investigate the effect of severe hyperhomocysteinemia on inflammatory parameters (cytokines, chemokines, nitric oxide, acute phase-proteins and a differential count of leukocytes) and other related parameters, such as the coagulation system, oxidative stress as well as the involvement of the Akt and GSK-3β pathway in the brain and/or blood of rats. In addition, we investigated the effect of oxidative stress in the lungs of rats submitted to severe hyperhomocysteinemia. Acute hyperhomocysteinemia increased proinflammatory cytokines (TNF-α, IL-1β and IL-6), chemokine CCL2 (MCP-1) and nitrite levels in hippocampus and cerebral cortex of rats. TNF-α and IL-6 levels also increased in serum of rats subjected to acute homocysteine administration. The percentage of neutrophils and monocytes increased in blood after acute homocysteine administration, but acute phase-proteins (CRP and α1-acid glycoprotein) were not altered by homocysteine administration. In addition, we showed that chronic hyperhomocysteinemia increased pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL-1β and IL-6), chemokine CCL2 (MCP-1) and prostaglandin E2 levels in the hippocampus and/or serum of rats. Nitrite levels increased in the hippocampus, but decreased in the serum after chronic homocysteine administration. The immunocontent of cytosolic and nuclear NF-κB/p65 subunit and the acetylcholinesterase activity were increased in the hippocampus of rats subjected to chronic hyperhomocysteinemia. Next, we demonstrated that acute hyperhomocysteinemia increased the platelet counts in the blood and plasma fibrinogen levels of rats. Prothrombin time, activated partial thromboplastin time, and nitrite levels decreased in plasma after acute hyperhomocysteinemia. Additionally, we showed that acute hyperhomocysteinemia increased thiobarbituric acid-reactive, an index of lipid peroxidation, and decreased the superoxide dismutase and gluthatione peroxidase activity and also increased the catalase activity in erythrocytes of rats. Moreover, acute hyperhomocysteinemia increases Akt phosphorylation, cytosolic and nuclear immunocontent of NF-κβ/p65 subunit and Tau protein phosphorylation, but reduces GSK-3β phosphorylation after acute homocysteine administration. On the other hand, chronic hyperhomocysteinemia did not alter Akt and GSK-3β phosphorylation after the chronic administration of this amino acid. We also showed that chronic hyperhomocysteinemia increased lipid peroxidation, and disrupted antioxidant defenses (enzymatic and non-enzymatic) in the lungs of rats. In summary, our findings showed that inflammation, hypercoagulability and oxidative stress can occur after severe hyperhomocysteinemia, possibly in association, at least in part, with cerebral and cardiovascular dysfunction, as well as pulmonary thromboembolism complications observed in some homocystinuric patients.

As Mucopolissacaridoses (MPSs) são Erros Inatos do Metabolismo e pertencem ao grupo de Doenças Lisossômicas de Depósito. São causadas pela deficiência na atividade de enzimas responsáveis pela degradação dos glicosaminoglicanos (GAGs). As MPSs são graves e com um amplo espectro de anormalidades esqueléticas, comprometimento do sistema nervoso, disfunções orgânicas e acúmulo de lipídios complexos nos tecidos. Atualmente, a triagem para estas doenças é realizada pela quantificação de GAGs em amostra de urina e pela medida da atividade enzimática total em sangue colhido em papel filtro (SPF). O diagnóstico confirmatório é baseado na atividade específica das enzimas em leucócitos e plasma. O uso da urina impregnada em papel filtro (UPF) para triagem de MPSs juntamente com amostras de SPF fazem parte do objetivo geral deste trabalho, aprimorando as técnicas de análise das MPS I e VI. Primeiramente, adaptamos a técnica de eletroforese de GAGs urinários para um gel de agarose comercial, melhorando a separação do perfil eletroforético, quantificando as bandas de GAGs e reduzindo o tempo total da técnica. Demonstramos a forte correlação dos resultados de dosagens de GAGs urinários entre amostras de urina e de UPF. As amostras de UPF foram estáveis nas temperaturas de -20, 4 e 25 °C até um mês e à 37 °C até 3 semanas. Além disso, estas amostras ainda obtiveram bom desempenho ao serem submetidas à técnica de eletroforese, demostrando bandas visíveis no perfil eletroforético. Usando SPF, estabelecemos os parâmetros bioquímicos de pH ótimo, constante de Michaelis-Menten e velocidade máxima, das enzimas α-L-iduronidase (IDUA) e arilsulfatase B (ASB), nestas amostras. Determinamos nossos valores de referência para triagem de MPS I e VI em SPF, através de técnica fluorimétrica. A atividade da IDUA em SPF foi estável até 21 dias e a da ASB até 45 dias à 4ºC. As amostras de UPF são, portanto, uma alternativa segura e prática para realização das análises bioquímicas de GAGs urinários, através da dosagem total e separação de GAGs por eletroforese, assim como, as amostras de SPF para medida da atividade enzimática. Através de nossos resultados, concluímos que as amostras biológicas de urina e sangue colhidas em papel filtro apresentam grande potencial para uso em triagens de MPS I e VI e acompanhamento de pacientes em tratamento. O uso do papel filtro tem diversas vantagens, tais como: fácil transporte e armazenamento, menor volume de reação e segurança de manipulação das amostras, e, através da metodologia proposta neste trabalho, resultados bioquímicos seguros. / Mucopolysaccharidoses (MPS) are Inborn Errors of Metabolism and belong to the group of Lysosomal Storage Diseases. They are caused by deficiency in the activity of enzymes responsible for the degradation of glycosaminoglycans (GAGs). The MPS are serious and with a broad spectrum of skeletal abnormalities, involvement of the nervous system, organ dysfunction and accumulation of lipids in complex tissues. Currently, screening for these diseases is performed by quantification of GAGs in the urine sample and the measurement of total enzyme activity in blood collected on filter paper (DBS). Confirmatory diagnosis is based on the specific enzyme activity in leukocytes and plasma. The use of urine impregnated on filter paper (UFP) and DBS samples for screening of MPS are part of the overall goal of this work, improving the techniques for detection of MPS I and VI. First, we adapted the technique of electrophoresis of urinary GAGs for commercial agarose gel, improving the separation of the electrophoretic profile, quantifying bands GAGs and reducing the total time of the technique. We demonstrated the strong correlation of measurements of urinary GAGs between urine and UFP. UFP samples were stable at temperatures of -20, 4 and 25 °C until 1 month and at 37 °C until 3 weeks. Moreover, these samples still had good performance when undergoing electrophoresis, showing visible bands in the electrophoretic profile. Using DBS samples, we established biochemical parameters of pH optimum, Michaelis-Menten constant and Vmax of the α-L-iduronidase enzyme (IDUA) and arylsulfatase B (ASB). We determine our reference values for screening of MPS I and VI in DBS, using fluorimetric technique. IDUA activity in DBS was stable up to 21 days and the ASB within 45 days at 4 °C. UFP samples are therefore a safe and practical alternative for achieving the biochemical analysis of urinary GAGs by total dosage and separation by electrophoresis of GAG as well as samples of DBS for the measurement of enzyme activity. Through our results, we conclude that the biological samples of urine and blood collected on filter paper have great potential for use in screening for MPS I and VI and monitoring of patients undergoing treatment. The use of filter paper has several advantages, such as easy transportation and storage, lower reaction volume and safety of sample manipulation, and, using the methodology proposed in this work, secure biochemical results.

A fenilcetonúria (PKU) é o erro inato do metabolismo dos aminoácidos mais comum. Ela é uma doença autossômica recessiva causada por mutações no gene da fenilalanina hidroxilase (Pah) que é responsável por converter a fenilalanina (Phe) em tirosina (Tyr), que acaba elevando os níveis de Phe e seus metabólitos no sangue e tecidos. Se não tratada, a PKU pode desenvolver problemas neurológicos como convulsões, distúrbios motores e retardo mental. O objetivo deste estudo é investigar os efeitos da Phe em alguns parâmetros do metabolismo, estresse oxidativo e viabilidade celular em cultura de astrócitos de ratos Wistar. Os astrócitos foram cultivados sob quatro condições: controle (com 0,4 mM de Phe no meio de cultura) e outros três grupos com concentrações finais de Phe de 0,5, 1,0 e 1,5 mM. Após 72 horas, os astrócitos foram coletados para análises bioquímicas. Nós observamos que os teste de brometo de tetrazolium (MTT) e lactato desidrogenase mostraram alterações na viabilidade celular em todas as doses testadas. Também foram notadas alterações em parâmetros de estresse oxidativo, indicando que a Phe pode induzir a produção de radicais livres, mas não encontramos diferenças significaticas nos parâmetros do metabolismo como a creatina-cinase, piruvato-cinase e adenilato-cinase. Estes resultados sugerem que a fenilalanina nas concentrações encontradas na PKU pode induzir estresse oxidativo e consequente morte celular em cultura de astrócitos. Considerando a importâncias dessas células para a manutenção da homeostase cerebral, é possível que estas alterações estejam relacionadas com os problemas neurológicos encontrados em pacientes com PKU. / Phenylketonuria (PKU) is the most common inborn error of amino acid metabolism. It is an autosomal recessive disease caused by mutations in the gene that expresses phenylalanine hydroxylase enzyme (Pah) that converts phenylalanine (Phe) into tyrosine (Tyr), that leads to high levels of Pheand its metabolites in blood and tissues. If left untreated, PKU can develop neurological problems as seizures, motor disturbances and severe mental retardation. The aim of this study is to investigate the effects of Phe on oxidative stress, some metabolic parameters and cell viability in astrocytes culture of Wistar rats.Astrocytes were cultures under four conditions: control (0.4 mMPhe in the medium), and other three groups with final Phe concentration of 0.5, 1.0 and 1.5 mM. After 72 hours, astrocytes were collected for biochemical measurements. We observed that tetrazolium bromide (MTT) and lactate dehydrogenase (LDH) assays indicated that Phedecreased cell viability at all tested doses. Alterations on oxidative stress parameters indicated that Phecould induce free radicals production, but we didn’t find significative differences on metabolic parameters as creatine, pyruvate and adenylate kinases. Those results suggest that phenylalanine at concentrations found in PKU can induce oxidative stress and consequently cell death in astrocytes cultures. Considering the importance of astrocytes in brain homeostasis, it is possible that these changes may be related to neurological problems seen in PKU patients.

A hiperglicinemia não-cetótica (HNC) é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência do sistema de clivagem da glicina (Gli), levando ao acúmulo tecidual e plasmático desse aminoácido. Apesar de a fisiopatologia do dano neurológico apresentado pelos pacientes afetados por HNC ainda não estar bem esclarecida, tem sido sugerido que o acúmulo de Gli é neurotóxico. O presente trabalho investigou inicialmente os efeitos ex vivo da administração intracerebroventricular (ICV) de Gli sobre o metabolismo energético e o imunoconteúdo das proteínas cinases dependentes de mitógenos (MAPK) p38, ERK1/2 e JNK, sinaptofisina e proteína Tau em córtex cerebral e estriado de ratos de 30 dias de vida. Verificamos que a injeção ICV de Gli reduziu a produção de CO2 a partir de glicose e inibiu as atividades das enzimas citrato sintase e isocitrato desidrogenase em estriado. A Gli também diminuiu as atividades dos complexos da cadeia transportadora de elétrons I-III em estriado e do IV em córtex cerebral. Além disso, a Gli diminuiu a atividade da enzima creatina cinase (CK) e de sua isoforma mitocondrial em córtex cerebral e estriado. O tratamento com os antioxidantes melatonina (MEL) e creatina e com o antagonista do receptor NMDA (MK-801) preveniu a diminuição das atividades da CK e dos complexos I-III e IV causado pela administração de Gli. Ainda verificamos que a Gli diminuiu o conteúdo de sinaptofisina, e a fosforilação da proteína Tau e das MAPK p38, ERK1/2 e JNK. O tratamento com MK-801 preveniu a diminuição da fosforilação da p38 causada pela Gli O próximo passo foi estudar o efeito ex vivo da injeção ICV de Gli sobre o metabolismo energético, a homeostase redox e parâmetros gliais em córtex cerebral de ratos neonatos. Foi demonstrado que a injeção de Gli em ratos de 1 dia de vida diminuiu a atividade do complexo IV da cadeia transportadora de elétrons e da CK, além de induzir aumento da geração de espécies reativas, diminuir as concentrações de glutationa reduzida (GSH), aumentar os níveis de malondialdeído (MDA) e modular a atividade das enzimas antioxidantes superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e glutationa peroxidase (GPx). A injeção de Gli ainda foi capaz de induzir reatividade glial demonstrada pelo aumento da marcação de S100B em córtex cerebral e estriado, e GFAP em corpo caloso. Além disso, o tratamento com MEL preveniu a inibição do complexo IV e da enzima CK, o aumento dos níveis de MDA, a diminuição de GSH e o aumento de S100B causada pela Gli. Na última parte de nossa investigação foi examinado o efeito in vitro da Gli sobre a homeostase energética e redox em cerebelo de ratos de 30 dias de idade A Gli aumentou a produção de espécies reativas, os níveis de MDA e diminuiu as concentrações de GSH, sem alterar o metabolismo energético no cerebelo. Além disso, a adição de MEL, trolox (análogo hidrossolúvel da vitamina E) e MK-801 preveniram os efeitos deletérios da Gli sobre os níveis de MDA e GSH em cerebelo. Como conclusão, o nosso estudo mostra que a Gli causa um prejuízo na homeostase energética e induz estresse oxidativo em cérebro de ratos jovens e neonatos, bem como provoca reatividade glial em cérebro de neonatos. A Gli também altera as vias de sinalização das MAPK e causa dano neuronal em córtex cerebral e estriado, além de induzir estresse oxidativo in vitro em cerebelo. Portanto, alterações na homeostase redox e energética e excitotoxicidade parecem contribuir, ao menos em parte, para a fisiopatologia do dano neurológico apresentado pelos portadores da HNC. / Nonketotic hyperglycinemia (NKH) is an inborn error of metabolism caused by a deficiency of the glycine (GLY) cleavage system, leading to tissue accumulation of this amino acid. Although the pathophysiology of neurological damage presented by patients affected by NKH is not yet well understood, it has been suggested that increased concentrations of GLY are toxic for the central nervous system. Therefore, we initially investigated the ex vivo effect of a single intracerebroventricular (ICV) administration of GLY on energy metabolism and immunocontent of the mitogen-activated protein kinases (MAPK) p38, ERK1/2 and JNK, synaptophysin, and Tau protein in cerebral cortex and striatum of thirty-days-old rats. We verified that the administration of GLY decreased CO2 production using glucose as substrate, and inhibited the activities of citrate synthase and isocitrate dehydrogenase in striatum. GLY also decreased the activities of the respiratory chain complexes I-III in striatum and IV in cerebral cortex. Furthermore, GLY decreased the activity of creatine kinase (CK) and of its mitochondrial isoform in cerebral cortex and striatum The antioxidants melatonin (MEL) and creatine, and the NMDA receptor antagonist MK-801 prevented the GLY-induced decrease of the activities of CK and of the complexes I-III and IV. It was further observed that GLY injection decreased synaptophysin immunocontent and the phosphorylation of Tau protein, p38, ERK1/2 e JNK in rat brain. MK-801 treatment prevented the decreased phosphorylation of p38 caused by GLY. Next, we evaluated the ex vivo effect of GLY ICV administration on energy and redox homeostasis and glial parameters in brain of neonatal rats. GLY injection decreased the activities of respiratory chain complex IV and CK, and also induced the generation of reactive species, decreased reduced glutathione (GSH) concentrations, increased malondialdehyde (MDA) levels and modulated the activities of the antioxidant enzymes superoxide dismutase, catalase and glutathione peroxidase. Moreover, GLY induced glial reactivity, as demonstrated by the increase in GFAP in corpus callosum and S100B in cerebral cortex and striatum MEL treatment prevented GLY-induced inhibition of complex IV and CK activities, decrease of GSH, and increase of MDA levels and S100B staining. In the last part of our study we assessed the in vitro effects of GLY on energy and redox homeostasis in cerebellum of thirty-day-old rats. We verified that GLY increased reactive species generation and MDA levels, and decreased GSH concentrations in rat cerebellum. Furthermore, the addition of MEL, trolox (hydrosoluble analogue of vitamin E) and MK-801 prevented MDA levels increase and GSH concentrations decrease caused by GLY. In conclusion, the present study demonstrated that GLY alters the energy metabolism and induces oxidative stress in brain of thirty-day-old and neonatal rats, and provokes glial reactivity in neonatal rat brain. GLY also alters MAPK signaling pathways and causes neuronal damage in rat cerebral cortex and striatum, besides inducing oxidative stress in cerebellum. Therefore, it may be presumed that bioenergetics dysfunction, oxidative stress and excitotoxicity contribute to the pathophysiology of brain damage observed in patients affected by NKH.

A síndrome hiperornitinemia-hiperamonemia-homocitrulinúria (HHH) é um erro inato do metabolismo do ciclo da ureia, de caráter autossômico recessivo e caracterizada por um defeito no transporte mitocondrial de ornitina (Orn), levando a um acúmulo citosólico desse aminoácido, além do acúmulo de homocitrulina (Hcit) e amônia. Os sinais e sintomas clínicos são variáveis, dentre eles podemos citar coagulopatia, coma, letargia, retardo mental, atrofia cortical e ataxia cerebelar. Embora os sintomas neurológicos sejam frequentes, a fisiopatogenia dessa doença ainda é desconhecida. Nesse trabalho investigamos os efeitos in vitro e ex vivo da Orn e Hcit sobre importantes parâmetros de homeostase redox e energética em cerebelo de ratos de 30 dias de vida. Além disso, também investigamos os efeitos desses metabólitos sobre alguns parâmetros em astrócitos cultivados de córtex cerebral. Primeiramente investigamos os efeitos in vitro da Orn e Hcit sobre importantes parâmetros de homeostase redox e energética em cerebelo de ratos jovens. Ambos metabólitos aumentaram significativamente os níveis de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS). Além disso, esses níveis foram totalmente prevenidos pela melatonina e pela glutationa reduzida (GSH). Observamos também que os níveis da produção de nitratos e nitritos não foi alterada por nenhum dos metabólitos utilizados, por outro lado, a Hcit aumentou a produção de peróxido de hidrogênio Ao investigarmos os níves de GSH observamos que tanto a Orn quanto a Hcit reduziram esse parâmetro e que a Orn reduziu o conteúdo de grupamentos sulfidrila, indicando uma dimunioção nas defeas antioxidantes não enzimáticas. Com relação ao metabolism energetic, a Orn e Hcit diminuíram a atividade da enzima aconitase, porém não alteraram outros parâmetros estudados. Além disso, a redução causada pela Orn foi prevenida pela GSH, indicando que essa enzima é suscetível a oxidação causada por exxe aminoácido. Também investigamos os efeitos ex vivo da injeção intracerebelar de Orn e Hcit sobre importantes parâmetros de estresse oxidativo e sobre a ativdade da Na+, K+ ATPase. A Orn aumentou significativamente os níveis de TBA-RS e atividade da superóxido dismutase, catalase, glutationa peroxidase, glutationa redutase e glucose 6-fosfato desidrogenase e diminuiu a ativdade da Na+,K+-ATPase. Por outro lado, as concentrações de GSH não foram alteradas pelo tratamento com ornitina. Por fim, a Hcit não foi capaz de alterar nenhum dos parâmetros avaliados. Os efeitos da Orn e Hcit foram também investigados em astrócitos cultivados a partir de córtex cerebral de ratos neonatos. Observamos que Orn e Hcit diminuíram a viabilidade celular, a função mitocondrial e os níveis de GSH, porém não alteraram a produção de citocinas. Nossos resultados demonstram um prejuízo moderado na homeostase energética, porém, quando observamos a homeostase redox, observamos um dano mais pronunciado. Dessa forma, concluímos que alterações na homeostase energética, mas principalmente na homeostase redox podem estar envolvidos na fisiopatogenia do dano neurológico observado nos pacientes com a síndrome HHH. / Hyperornithinemia-hyperammonemia-homocitrullinuria (HHH) syndrome is an autosomal recessive disorder of urea cycle characterized by a defect in the transport of ornithine (Orn) into mitochondrial matrix leading to accumulation of Orn, homocitrulline (Hcit) and ammonia. The clinical signs and symptoms are variable, ranging from coagulopathy, coma, lethargy, mental retardation, cortical atrophy and cerebellar ataxia. Although neurological symptoms are frequent, the pathophysyology of this disorder is poorly known. In the present study, we investigated the in vitro and ex vivo effects of Orn and Hcit on important parameters of redox and energy homeostasis in cerebellum of 30-day-old rats. Besides that, we also investigated the effects of these metabolites on some parameters in cultured cortical astrocytes. We first studied the in vitro effects of Orn and Hcit on important parameters of redox and energy homeostasis in cerebellum of young rats. Orn and Hcit significantly increased thiobarbituric acid reative species (TBA-RS) levels that was totally prevented by melatonin and reduced glutathione (GSH). We also found that nitrate and nitrite production was not altered by any of the metabolites, in contrast to hydrogen peroxide production, which was significantly enhanced by Hcit. These results suggest that probably reactive nitrogen species were not involved on the observed results Furthermore, GSH concentrations were significantly reduced by Orn and Hcit and sulfhydryl content by Orn, implying an impairment of antioxidant defenses. As regards to energy metabolism, Orn and Hcit provoked a significant reduction of aconitase activity, without altering other parameters of energy metabolism. Furthermore, Orn-elicited reduction of aconitase activity was totally prevented by GSH, indicating that critical groups of this enzyme were susceptible to oxidation caused by this amino acid. We also investigated the ex vivo effects of intracerebellar administration of Orn and Hcit on important parameters of oxidative stress and on Na+, K+ ATPase activity. Similarly with our in vitro results, Orn significantly increased TBA-RS levels and the activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx), glutathione reductase (GR) and glucose 6-phosphate dehydrogenase (G6PDH), and reduced Na+,K+-ATPase activity. In contrast, GSH concentrations were not changed by Orn treatment. Furthermore, intracerebellar administration of Hcit was not able to alter any of these parameters. The effects of Orn and Hcit were also investigated in cultured cortical astrocytes. We observed that Orn and Hcit diminished cellular viability, mitochondrial function, GSH levels, without altering cytokine production. Our results demonstrate a mild impairment in energy metabolism, but mostly in redox homeostasis in cerebellum and cortical cultured astrocytes. Therefore, we conclude that alterations of energy metabolism and especially redox homeostasis may be involved in the pathophysiology of the neurological damage observed in patients with HHH syndrome.