L’AMP cyclique (AMPc) et le GMP cyclique (GMPc) sont des seconds messagers essentiels pour la régulation de la fonction cardiaque. La concentration de l’AMPc intracellulaire est régulée par les activités d'au moins deux familles d'enzymes: les cyclases et guanylyl cyclases, responsable de la synthèse de l'AMPc et du GMPc, et les phosphodiestérases (PDE) qui interviennent dans l’hydrolyse de l'AMPc et du GMPc.Parmi la superfamille des PDEs, la PDE2 est une enzyme à double substrat qui hydrolyse à la fois l'AMPc et le GMPc et a la propriété unique d'être stimulée par le GMPc. Il a été récemment montré que la PDE2 du myocarde est augmentée dans l'insuffisance cardiaque humaine et expérimentale (IC), tandis que d'autres (par exemple PDE3 et PDE4) sont réduites. Cependant, les conséquences physiopathologiques de l'activité PDE2 renforcée dans le cœur sont inconnues.Dans ce contexte, nous avons généré des souris transgénique (TG) avec une surexpression spécifique cardiaque de l’isoforme PDE2A3 (souris PDE2 TG).Grace à l’utilisation de Western blot et de dosage radioenzymatique nous avons montré que l'AMPc cardiaque et l'activité PDE cGMP et l'activité spécifique de PDE2 sont fortement augmentées dans les PDE2 TG par rapport à des souris de type sauvage (WT).Le raccourcissement cellulaire, les transitoires calciques et le courant calcique de type L (ICa, L) ont été enregistrés dans les myocytes ventriculaires adultes de souris WT et PDE2 TG et l'isoprénaline (ISO) a été utilisée pour examiner et comparer la réponse β-adrénergique (β-AR) de ces paramètres. Nous avons montré que lors de la stimulation β-AR, la contractilité cellulaire, la transitoire Ca2+ et l’amplitude du courant ICa,L sont fortement diminués. En conséquence, la surexpression de la PDE2 dans les cardiomyocytes a réduit les taux d'AMPc et abolit l'effet inotrope après une stimulation β-AR aiguë. L'ECG mesuré par télémétrie chez la souris PDE2 TG a montré une réduction marquée de la fréquence cardiaque au repos ainsi que de la fréquence cardiaque maximale, tandis que le débit cardiaque a est entièrement préservé en raison d'une contractilité plus forte. Fait important, les souris TG PDE2 sont résistantes à des arythmies ventriculaires déclenchées et à des arythmies induites par isoprénaline.En conclusion, ce travail montre que PDE2 joue un rôle essentiel dans la régulation du couplage excitation-contraction cardiaque. La surexpression de PDE2 semble protéger les cardiomyocytes contre une stimulation excessive β-AR et réduit le risque d'arythmie lors de l'activation sympathique.L’activation de la PDE2 peut donc représenter une nouvelle stratégie thérapeutique anti-adrénergique et anti-arythmique subcellulaire dans l’insuffisance cardiaque. / Cyclic AMP (cAMP) and cyclic GMP (cGMP) are critical second messengers for the regulation of cardiac function. Intracellular cAMP concentration is regulated by the activities of at least two families of enzymes: adenylyl and guanylyl cyclases, responsible for cAMP and cGMP synthesis and cyclic nucleotide phosphodiesterases (PDEs) that mediate cAMP and cGMP hydrolysis.Among the PDE superfamily, PDE2 is a dual substrate enzyme that hydrolyzes both cAMP and cGMP and has the unique property to be stimulated by cGMP. It was recently showed that myocardial PDE2 is increased in human and experimental heart failure (HF), while other PDEs (e.g. PDE3 and PDE4) are reduced. However, the pathophysiological consequences of enhanced PDE2 activity in the heart are unknown.In this context, we generated a transgenic (TG) mouse with a heart specific overexpression of the PDE2A3 isoform (PDE2 TG mouse). Using immunoblotting and radioenzymatic assay we showed that total cardiac cAMP and cGMP PDE activity and specific PDE2 activity was strongly increased in PDE2 TG compared to wild type (WT) mice. Sarcomere shortening, Ca2+ transients and the whole L-type Ca2+ current (ICa,L) were recorded in adult ventricular myocytes from WT and PDE2 TG mice and isoprenaline (ISO) was used to examine and compare the β-adrenergic (β-AR) response of these parameters. We showed that upon β-AR stimulation, cell contractility, Ca2+ transient and ICa,L were severely blunted. Accordingly, PDE2 overexpression in cardiomyocytes reduced the cAMP levels and abolished the inotropic effect following acute β-AR stimulation. ECG telemetry in PDE2 TG mice showed a marked reduction in resting as well as in maximal heart rate, while cardiac output was completely preserved due to greater contractility. Importantly, PDE2 TG mice were resistant to triggered ventricular arrhythmias and to isoprenaline-induced arrhythmias.In conclusion, this work demonstrates that PDE2 plays a critical role in the regulation of cardiac excitation-contraction coupling. PDE2 overexpression appears to protect the cardiomyocytes against excessive β-AR drive and reduces the risk of arrhythmias during sympathetic activation. PDE2 activation may thus represent a new subcellular anti-adrenergic and anti-arrhythmic therapeutic strategy in HF.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

O óxido nítrico (NO) é um mensageiro químico gerado pela atividade da enzima óxido nítrico sintase (NOS) a qual foi detectada em vários órgãos incluídos os do sistema reprodutor e parece estar envolvido na maturação oocitária. No entanto, há poucos estudos sobre o papel desse sistema em oócitos da espécie bovina. Sabe-se que o NO atua pela via da guanilato ciclase (GC) estimulando a produção do nucleotídeo GMPc, que por sua vez é capaz de influenciar nos níveis de outro nucleotídeo (AMPc) via fosfodiesterases (PDE). O AMPc é um importante elemento da via de sinalização do FSH nos complexos cumulus-oócitos e no controle da maturação oocitária. O objetivo do presente projeto foi investigar a influência do FSH na via do NOS/NO e seus componentes em oócitos bovinos maturados in vitro e o envolvimento das células do cumulus (CC) na via de sinalização. Para tanto, complexos cumulus-oócito (CCO) e oócitos desnudos (OD - maturados sem células do cumulus) foram maturados in vitro por 24h na presença ou ausência de FSH. As amostras foram avaliadas quanto a: 1) taxa da maturação nuclear; 2) níveis de produção de NO; 3) níveis de AMPc e GMPc; 4) abundância relativa de RNAm de NOS2, PDE5A, PDE6C, PKG1, PKG2, ADCY6, ADCY9, PDE3A e PKA1. O FSH, na concentração de 0,05UI/mL, estimulou positivamente a maturação nuclear em CCO e OD, com 80,6 e 89% de oócitos maturados, respectivamente. Quando comparados diretamente os grupos CCO e OD, o FSH não influenciou as taxas de maturação (71 e 71,3%, p>0,05), nem os níveis de produção de NO (12,8 e 7,4 µM/mL, p>0,05). Os níveis de GMPc em CCO aumentaram após 1 e 3 h de MIV na presença de FSH (266,3 e 187,2 pmol/pool com FSH e 240,5 e 168,5 pmol/pool sem FSH, respectivamente, p<0,05). Após 6 h os níveis de GMPc declinaram de forma mais acentuada no grupo sem FSH (46,3 e 106,9 pmol/pool, com e sem FSH, respectivamente, p<0,05). Os níveis de AMPc em CCO também foram mais elevados na presença de FSH à 1 e 3 h de MIV (7,60 e 7,81 pmol/pool, respectivamente) em comparação com CCO maturados sem FSH (0.30 e 0,76 pmol/pool, respectivamente, p<0,05). Após 6h, os níveis declinaram e foram similares para ambos os grupos (0,43 pmol/pool, p>0,05). Em relação à expressão dos genes selecionados, todos foram detectados nos oócitos (CCO e OD), porém, em células do cumulus, foram detectados apenas PDE5A, ADCY6, ADCY9 e PKA1. Quando observados os resultados do grupo CCO, apenas os genes PKG1, ADCY6 e PDE3A sofreram influência do FSH (p<0,05), apresentando um aumento destes transcritos. No grupo OD, apenas o gene PKG1 sofreu influência do FSH, também apresentando um aumento destes transcritos (p<0,05). Em células do cumulus, os genes ADCY6 e ADCY9 sofreram influência do FSH, sendo que para a ADCY6 provocou um aumentos destes transcritos, e para a ADCY9 provocou uma queda dos mesmos (p<0,05). Em conclusão, o FSH pode exercer influência positiva na maturação nuclear de oócitos bovinos, agindo sobre os níveis de GMPc e AMPc, mas não sobre o NO. O FSH pode influenciar a expressão gênica em oócitos e em células do cumulus de bovinos. / Nitric oxide (NO) is a chemical messenger generated by the nitric oxide synthase (NOS) enzyme, which was detected in several organs including the reproductive system and appears too involved in oocyte maturation. However, there are few studies on the role of this system in bovine oocytes. NO is known to act via guanylate cyclase (GC) stimulating the production of the nucleotide cGMP, which in turn is capable of influencing the levels of another nucleotide, cAMP via phosphodiesterases (PDE). cAMP is an important factor in FSH signaling in cumulus-oocyte complexes (COC) for the control of maturation. The aim of the present work was to investigate the influence of FSH on the NOS/NO pathway and its components in bovine oocytes matured in vitro and the involvement of cumulus cells (CC) in the signaling pathway. COC and denuded oocytes (DO - matured without cumulus cells) were matured in vitro for 24 h with or without FSH. Samples were assessed for: 1) maturation rate; 2) levels of NO production; 3) levels of cGMP and cAMP; 4) relative abundance for mRNA of NOS2, PDE5A, PDE6C, PKG1, PKG2, ADCY6, ADCY9, PDE3A and PKA1. FSH positively stimulated oocyte maturation at 0.05UI/mL concentration for both COC and OD (80.6 and 89% maturation rates, respectively). When COC and OD were compared directly, FSH did not affect maturation rates (71 and 71.3%, p>0.05) nor NO production levels (12,8 and 7,4 µM/mL), p>0.05). cGMP levels increased after 1 and 3 h in vitro maturation (IVM) with FSH (266.3 and 187.2 pmol/pool with FSH and 240.5 and 168.5 pmol/pool without FSH, respectively, p<0.05). After 6 h IVM, cGMP levels in COC declined more in the group cultured with FSH (46.3 and 106.9 pmol/pool, with and without FSH, respectively, p<0.05). cAMP levels in COC were also increased in the presence of FSH at 1 and 3 h IVM (7.60 and 7.81 pmol/pool, respectively) in comparison to COC cultured without the hormone (0.30 and 0.76 pmol/pool, respectively, p<0.05). After 6 h, the levels declined and were similar for both groups (0.43 and 0.02 pmol/pool, p>0.05). Regarding mRNA expression for the selected genes, all of them were detected in oocytes, but only four of them were detected in cumulus cells: PDE5A, ADCY6, ADCY9 and PKA1. For COC only PKG1, ADCY6 and PDE3A were influenced by FSH (p<0.05), with an increase in transcript relative abundance, For DO, only PKG1 was influenced by FSH and also showed an increase in these transcripts (p<0.05). In cumulus cells, ADCY6 and ADCY9 were affected by FSH, with an increase for ADCY6 and a decrease in ADCY9 transcripts (p<0.05). In conclusion, FSH may positively influence nuclear maturation, acting on cGMP and cAMP levels, but not on NO. FSH may also influence gene expression in bovine oocytes and cumulus cells.

O gás composto monóxido de carbono (CO), está envolvido na modulação de diferentes funções orgânicas, tais como a regulação cardiovascular, a temperatura corporal e a nocicepção. A participação do CO nos processos fisiológicos ocorre por meio da atividade da enzima heme-oxigenase (HO), e seu produto CO, o qual por sua vez aumenta a produção de guanosina monofosfato ciclíco intracelular (GMPc). De particular interesse, o locus coeruleus possui elevada expressão da enzima HO-2 sugerindo o envolvimento do gasotransmissor CO na modulação das funções executadas por esta estrutura encefálica. O objetivo deste trabalho foi avaliar o envolvimento da via HO-CO do LC na modulação da ansiedade, avaliada pelo teste de labirinto em cruz elevado e teste claro-escuro; nocicepção aguda, avaliada pelo teste de retirada de cauda e a nocicepção inflamatória, avaliada pelo teste de formalina em ratos. Para atingir estes objetivos, ratos (± 250grs; Wistar) foram anestesiados (ketamina 75 mg/kg e xilasina 10 mg/kg i.m.) e submetidos à cirurgia estereotáxica para implante unilateral de cânulas-guias direcionadas para o LC, e para o ventrículo lateral. Após o período de recuperação, os ratos foram divididos em distintos grupos experimentais para administração intra-LC do ZnDPBG (inibidor inespecífico da enzima HO, nas doses 5,50 ou 200 nmol/0,1 µl) ou seu veículo, Na2CO3 (50 mmol/0,1 µl); do Heme-lisinato (150, 300 ou 600 nmol/0,1 µl) ou seu veículo, L-lisina (14,2 µmol/0,1 µl); do ODQ i.c.v. (inibidor específico da enzima guanilase ciclase solúvel, 1,3 nmol/1,0 µl) ou seu veículo (DMSO 1%, 1,0 µl) e após 15 min o Heme-lisinato (600 nmol/0,1 µl) ou seu veículo (L-lisina, 14,2 µmol/0,1 µl), intra-LC. Após o tempo de 15 min, os ratos foram avaliados no teste de LCE ou no TCE por 5 minutos, no teste de retirada de cauda por 120 minutos e no teste de formalina intra-podal por 45 minutos. Os resultados obtidos mostram que o aumento da produção do neuromodulador gasoso CO no LC, pela ativação da via HO-CO-GMPc com Heme-lisinato, promove efeito ansiolítico avaliado no teste do LCE e no TCE, evidenciado pelo aumento do tempo de permanência e pelo aumento do número de entradas nos braços abertos do LCE, e pelo aumento tempo de permanência no compartimento claro do TCE. Este efeito ansiolítico é dependente da atividade de GMPc intracelular, desde que o tratamento i.c.v. com inibidor específico da enzima GCs bloqueou os efeitos do Heme-lisinato no LCE e no TCE. Ainda, a ativação da via HO-CO-GMPc por meio da administração intra-LC do Heme-lisinato promoveu efeito antinociceptivo frente estímulo térmico agudo (teste de retirada de cauda em ratos), sendo este efeito dependente da atividade do GMPc, desde que o pré-tratamento com o inibidor da enzima guanilase ciclase solúvel, ODQ, bloqueou o aumento do IARC. O bloqueio da via HO-CO promove efeito hipernociceptivo em modelo de dor inflamatória, desde que o tratamento intra-LC com inibidor inespecífico da HO, ZnDPBG aumenta o número de sacudidas no teste de formalina intra-podal. Assim, este estudo é pioneiro em demonstrar que o neuromodulador CO do LC modula a ansiedade e a nocicepção aguda térmica e inflamatória. / The gas composed carbon monoxide (CO) is involved in the modulation of various physiological functions such as cardiovascular regulation, nociception and body temperature. CO participation in physiological processes occurs through the activity of the enzyme heme oxygenase (HO), and its product CO, which in turn increases the production of intracellular cyclic guanosine monophosphate (cGMP). In particular interest, the locus coeruleus (LC) has a high HO-2 enzyme expression suggesting the involvement of CO in the modulation of the functions performed by this brain structure. The aim of this study was to evaluate the involvement of HO-CO pathway of LC in modulating anxiety, assessed by elevated plus maze test and light-dark box test. Additionally, acute nociception, as assessed by the tail flick test and inflammatory nociception, as assessed by formalin test in rats were analyzed after HO-CO pathway activation. Rats (±250 grs; Wistar) were anesthetized (ketamine 75 mg/kg and xylazine 10 mg/kg im) and underwent stereotactic surgery for cannulas guides unilateral implantation directed to the LC, and to the lateral ventricle. After the recovery period, rats were divided into distinct experimental groups for intra-LC ZnDPBG (nonspecific enzyme inhibitor HO doses 5, 50 or 200 nmol/0.l µl) or its vehicle, Na2CO3 (50 mmol/0.l µl); Heme-lysinate (150, 300 or 600 nmol/0.l µl) or its vehicle, L-lysine (14.2 nmol/0.1 µl), the ODQ i.c.v. (specific inhibitor of the enzyme guanilase soluble cyclase, 1.3 nmol/1.0 µl) or its vehicle (1% DMSO, 1.0 µl) and after 15 min the Heme-lysinate (600 nmol/0.1 µl), or its vehicle (L-lysine, 14.2 mmol/0.1 µl), intra-LC. After time 15 min, rats were evaluated in the EPM test or LDB for 5 minutes and in the tail flick test for 120 minutes and in the formalin test for 45 minutes. The results show that CO increased production in LC, by HO-CO-cGMP pathway activation, promotes anxiolytic effect evaluated in the EPM test and LDB. The anxiolytic effect is dependent on the activity of intracellular cGMP, since treatment i.c.v. with enzyme sGC inhibitor blocked the effects of Heme-lysinate. Moreover, the activation of the HO-CO-cGMP pathway into the LC promoted antinociceptive effect in the tail flick test, this effect being dependent on the activity of cGMP, since pre-treatment with the guanilase cyclase soluble inhibitor, ODQ, blocked the increase in analgesic index. Furthermore, the block of the HO-CO pathway intra-LC promoted hypernociception in a model of inflammatory pain, since treatment with nonspecific inhibitor HO, ZnDPBG, increases the nociceptive behavior in the formalin test. Thus, this study is the first to demonstrate that the CO neuromodulator into LC modulates anxiety and acute thermal and inflammatory nociception.

L'AMP cyclique (AMPc) et le GMP cyclique (GMPc) sont des seconds messagers essentiels pour la régulation de la fonction cardiaque. Leurs niveaux sont régulés par l’adénylate cyclase et la guanylate cyclase, respectivement, et par les phosphodiestérases (PDEs). Cependant, une telle régulation est altérée dans l'insuffisance cardiaque (IC). En effet, la diminution de la signalisation de l’AMPc et l’augmentation de celle du GMPc est caractéristique des cœurs défaillants.Parmi la superfamille des PDEs, la PDE2 a la particularité d'être stimulée par le GMPc, conduisant ainsi à une augmentation remarquable de l'hydrolyse de l'AMPc. Ceci semble induire une interaction entre les voies de signalisation de l’AMPc et du GMPc. Cependant, le rôle de la PDE2 dans le cœur défaillant est très peu connu.Dans ce contexte, nous avons examiné si la PDE2 cardiaque est modifiée dans l’IC chez l’Homme et chez les modèles animaux d’IC, et déterminé le rôle de la PDE2 dans la signalisation β-adrénergique dans les cardiomyocytes. Grâce à l’utilisation de Western blot, de technique radioenzymatique, d’imagerie basée sur le FRET, de la planimétrie, de la microscopie à épifluorescence et des mesures du courant calcique de type L, réalisés sur les tissus myocardiques humains et/ou dans des cardiomyocytes isolés de cœurs des modèles animaux d’IC, respectivement, nous avons montré que l’expression et l’activité de la PDE2 sont augmentées dans les cœurs défaillants. Cette augmentation réduit l’effet d’une stimulation β-adrénergique aiguë, contribuant à la désensibilisation β-adrénergique observée dans l’IC. En accord avec ces résultats, la surexpression de la PDE2 dans des cardiomyocytes sains, réduit l’augmentation des taux d'AMPc et l’amplitude du courant ICa,L et abolit l'effet inotrope positif suite à une stimulation β-adrénergique aiguë, sans affecter la contractilité basale. Plus important, les cardiomyocytes surexprimant la PDE2, montrent une protection contre les réponses hypertrophiques induites par la noradrénaline et contre les arythmies induites par l'isoprotérénol.En conclusion, ce travail met en évidence l'altération de la PDE2 dans l’IC et nous laisse suggérer que l’augmentation de la PDE2 dans l’IC peut constituer un mécanisme de défense important dans des conditions de stress cardiaque, notamment en antagonisant la suractivation de la voie β-adrénergique. Ainsi, l'activation de PDE2 myocardique peut représenter une nouvelle stratégie thérapeutique anti-adrénergique intracellulaire dans l’IC. / Cyclic AMP (cAMP) and cyclic GMP (cGMP) are critical second messengers for the regulation of cardiac function. Their levels are regulated by adenylyl and guanylyl cyclases, respectively, and by cyclic nucleotides phosphodiesterases (PDEs). However, such regulation is altered in heart failure (HF). Indeed diminished cAMP- and augmented cGMP-signaling is characteristic of failing hearts.Among the PDE superfamily, PDE2 has the unique property to be stimulated by cGMP, thus leading to a remarkable increase in cAMP hydrolysis. This appears to mediate a negative cross-talk between cAMP- and cGMP signaling pathways. However, the role of PDE2 in the failing heart is only poorly understood.In this context, we investigated whether myocardial PDE2 is altered in human and experimental HF and determined PDE2 mediated effects on β-adrenoceptor (β-AR) signaling in cardiomyocytes. Using immunoblotting, radioenzymatic- and FRET-based assays, video-edge-detection, epifluorescent microscopy and L-type Ca2+ current measurements, performed in myocardial tissues and/or isolated cardiomyocytes from human and/or experimental HF, respectively, we showed that PDE2 is markedly upregulated in failing hearts. This reduces the effect of an acute β-adrenergic stimulation, and contributes to the β-adrenergic desensitization which is a characteristic feature in HF. Accordingly, PDE2 overexpression in healthy cardiomyocytes reduced the rise in cAMP levels and ICa,L amplitude and abolished the inotropic effect following acute β-AR stimulation, without affecting basal contractility. Importantly, PDE2-overexpressing cardiomyocytes showed marked protection from norepinephrine-induced hypertrophic responses and from isoproterenol-induced arrhythmias.In conclusion, this work highlights the alteration of PDE2 in HF and lets us assume that PDE2 upregulation in HF may constitute an important defence mechanism during cardiac stress, e.g. by antagonizing excessive β-AR drive. Thus, activating myocardial PDE2 may represent a novel intracellular anti-adrenergic therapeutic strategy in HF.

L'AMP cyclique (AMPc) et le GMP cyclique (GMPc) sont des seconds messagers essentiels pour la régulation de la fonction cardiaque. Leurs niveaux sont régulés par l'adénylate cyclase et la guanylate cyclase, respectivement, et par les phosphodiestérases (PDEs). Cependant, une telle régulation est altérée dans l'insuffisance cardiaque (IC). En effet, la diminution de la signalisation de l'AMPc et l'augmentation de celle du GMPc est caractéristique des cœurs défaillants.Parmi la superfamille des PDEs, la PDE2 a la particularité d'être stimulée par le GMPc, conduisant ainsi à une augmentation remarquable de l'hydrolyse de l'AMPc. Ceci semble induire une interaction entre les voies de signalisation de l'AMPc et du GMPc. Cependant, le rôle de la PDE2 dans le cœur défaillant est très peu connu.Dans ce contexte, nous avons examiné si la PDE2 cardiaque est modifiée dans l'IC chez l'Homme et chez les modèles animaux d'IC, et déterminé le rôle de la PDE2 dans la signalisation β-adrénergique dans les cardiomyocytes. Grâce à l'utilisation de Western blot, de technique radioenzymatique, d'imagerie basée sur le FRET, de la planimétrie, de la microscopie à épifluorescence et des mesures du courant calcique de type L, réalisés sur les tissus myocardiques humains et/ou dans des cardiomyocytes isolés de cœurs des modèles animaux d'IC, respectivement, nous avons montré que l'expression et l'activité de la PDE2 sont augmentées dans les cœurs défaillants. Cette augmentation réduit l'effet d'une stimulation β-adrénergique aiguë, contribuant à la désensibilisation β-adrénergique observée dans l'IC. En accord avec ces résultats, la surexpression de la PDE2 dans des cardiomyocytes sains, réduit l'augmentation des taux d'AMPc et l'amplitude du courant ICa,L et abolit l'effet inotrope positif suite à une stimulation β-adrénergique aiguë, sans affecter la contractilité basale. Plus important, les cardiomyocytes surexprimant la PDE2, montrent une protection contre les réponses hypertrophiques induites par la noradrénaline et contre les arythmies induites par l'isoprotérénol.En conclusion, ce travail met en évidence l'altération de la PDE2 dans l'IC et nous laisse suggérer que l'augmentation de la PDE2 dans l'IC peut constituer un mécanisme de défense important dans des conditions de stress cardiaque, notamment en antagonisant la suractivation de la voie β-adrénergique. Ainsi, l'activation de PDE2 myocardique peut représenter une nouvelle stratégie thérapeutique anti-adrénergique intracellulaire dans l'IC.

Universidade do Estado do Rio de Janeiro / Estudos publicados nas duas últimas décadas sugerem um aumento do risco de doença cardiovascular (DCV) em pacientes com periodontite, mas os mecanismos fisiopatológicos dessa associação ainda não estão completamente esclarecidos. Uma vez que foi demonstrado aumento da ativação plaquetária e do estresse oxidativo na periodontite, o objetivo do presente estudo foi investigar a via L-arginina-óxido nítrico (NO)- guanosina monofosfato cíclica (GMPc) e parâmetros de estresse oxidativo em plaquetas de pacientes com periodontite, bem como avaliar o efeito do tratamento periodontal não-cirúrgico nessas variáveis. Um total de 10 pacientes sem periodontite (periodontalmente saudáveis ou com gengivite) e 10 pacientes com periodontite participaram do estudo. A avaliação clínica, laboratorial e experimental foi realizada no início do estudo e 90 dias após realização da terapia periodontal básica (grupo periodontite). A avaliação clínica periodontal incluiu registros de: profundidade de bolsa à sondagem (PBS), nível de inserção (NIC), percentual de placa e percentual de sangramento à sondagem. Os seguintes experimentos foram realizados: influxo de L-arginina; atividade e expressão das enzimas óxido nítrico sintase e da arginase; expressão das enzimas guanilato ciclase solúvel e fosfodiesterase 5; determinação dos níveis intraplaquetários de GMPc; agregação plaquetária; avaliação do estresse oxidativo (atividade oxidante total, atividade das enzimas antioxidantes catalase e da superóxido dismutase - SOD); medição dos níveis de proteína C reativa (CRP) e de fibrinogênio. Os resultados obtidos no início do estudo demonstraram ativação do influxo de L-arginina em plaquetas via sistema y+L nos pacientes com periodontite, bem como concentrações intraplaquetárias de GMPc diminuídas e aumento sistêmico da CRP. Após o tratamento periodontal, observou-se redução do percentual de sítios com PBS &#8805; 6 mm, NIC 4-5 mm e NIC &#8805; 6 mm, aumento nos níveis de GMPc, para níveis comparáveis aos dos pacientes sem periodontite, acompanhado por uma maior atividade das enzimas antioxidantes SOD e catalase. Os demais parâmetros avaliados não apresentaram alterações significativas tanto pré- quanto pós-tratamento. Esses resultados considerados em conjunto sugerem uma menor biodisponibilidade de NO em plaquetas na periodontite e que o tratamento periodontal não-cirúrgico foi capaz de reverter este quadro por um aumento das defesas antioxidantes. Portanto, alterações na via L-arginina-NO-GMPc e no estresse oxidativo podem levar à disfunção plaquetária, que poderia contribuir para um maior risco de DCV nos pacientes com periodontite. / Studies published over the last two decades have suggested an increase of cardiovascular disease (CVD) risk on periodontitis patients, but the physiopathological mechanisms involved in this association are not yet clear. Since it has been demonstrated an enhancement on both platelet activation and oxidative stress on periodontitis patients, the aim of this study was to investigate the L-arginine-nitric oxide (NO)-cyclic guanosine monophosphate (cGMP) pathway on platelets from periodontitis patients, and the effect of non-surgical periodontal treatment in these variables. A total of 10 patients without periodontitis (periodontal healthy controls or gingivitis patients) and 10 periodontitis patients were included in this study. The clinical, laboratorial, and experimental evaluations were performed at the beginning of the study and 90 days after the basic periodontal therapy (periodontitis group). The clinical periodontal evaluation included the measurements of probing pocket depth (PPD), clinical attachment level (CAL), plaque percentage, and percentage of bleeding on probing. The following experiments were performed: L-arginine influx; nitric oxide synthase and arginase enzymes activity and expression; expression of guanylate cyclase and phosphodiesterase-5 enzymes; measurement of intraplatelet cGMP levels; platelet aggregation; oxidative stress evaluation (total oxidant activity and activity of both antioxidant enzymes catalase and superoxide dismutase SOD); measurement of C reactive protein (CRP) and fibrinogen. The initial results demonstrated an activation of L-arginine influx in platelets from periodontitis patients via y+L system, reduced intraplatelet cGMP levels and increased CRP. After periodontal treatment, it was observed reduction on percentage of sites with PPD &#8805; 6 mm, CAL 4-5 mm and CAL &#8805; 6 mm, enhancement on cGMP levels, to levels comparables to patients without periodontitis, accompanied by a higher activity of both antioxidant enzymes SOD and catalase. The other evaluated parameters did not showed significant alterations before and after periodontal treatment. The present results suggested a decreased NO biodisponibility in platelets from periodontitis patients and that the non-surgical periodontal treatment was effective to revert this condition, due to an enhancement on antioxidant defence. Therefore, alterations on L-arginine-NO-cGMP pathway and oxidative stress may lead to platelet dysfunction, which could contribute to a higher risk of CVD in periodontitis patients.

O gás composto monóxido de carbono (CO), está envolvido na modulação de diferentes funções orgânicas, tais como a regulação cardiovascular, a temperatura corporal e a nocicepção. A participação do CO nos processos fisiológicos ocorre por meio da atividade da enzima heme-oxigenase (HO), e seu produto CO, o qual por sua vez aumenta a produção de guanosina monofosfato ciclíco intracelular (GMPc). De particular interesse, o locus coeruleus possui elevada expressão da enzima HO-2 sugerindo o envolvimento do gasotransmissor CO na modulação das funções executadas por esta estrutura encefálica. O objetivo deste trabalho foi avaliar o envolvimento da via HO-CO do LC na modulação da ansiedade, avaliada pelo teste de labirinto em cruz elevado e teste claro-escuro; nocicepção aguda, avaliada pelo teste de retirada de cauda e a nocicepção inflamatória, avaliada pelo teste de formalina em ratos. Para atingir estes objetivos, ratos (± 250grs; Wistar) foram anestesiados (ketamina 75 mg/kg e xilasina 10 mg/kg i.m.) e submetidos à cirurgia estereotáxica para implante unilateral de cânulas-guias direcionadas para o LC, e para o ventrículo lateral. Após o período de recuperação, os ratos foram divididos em distintos grupos experimentais para administração intra-LC do ZnDPBG (inibidor inespecífico da enzima HO, nas doses 5,50 ou 200 nmol/0,1 µl) ou seu veículo, Na2CO3 (50 mmol/0,1 µl); do Heme-lisinato (150, 300 ou 600 nmol/0,1 µl) ou seu veículo, L-lisina (14,2 µmol/0,1 µl); do ODQ i.c.v. (inibidor específico da enzima guanilase ciclase solúvel, 1,3 nmol/1,0 µl) ou seu veículo (DMSO 1%, 1,0 µl) e após 15 min o Heme-lisinato (600 nmol/0,1 µl) ou seu veículo (L-lisina, 14,2 µmol/0,1 µl), intra-LC. Após o tempo de 15 min, os ratos foram avaliados no teste de LCE ou no TCE por 5 minutos, no teste de retirada de cauda por 120 minutos e no teste de formalina intra-podal por 45 minutos. Os resultados obtidos mostram que o aumento da produção do neuromodulador gasoso CO no LC, pela ativação da via HO-CO-GMPc com Heme-lisinato, promove efeito ansiolítico avaliado no teste do LCE e no TCE, evidenciado pelo aumento do tempo de permanência e pelo aumento do número de entradas nos braços abertos do LCE, e pelo aumento tempo de permanência no compartimento claro do TCE. Este efeito ansiolítico é dependente da atividade de GMPc intracelular, desde que o tratamento i.c.v. com inibidor específico da enzima GCs bloqueou os efeitos do Heme-lisinato no LCE e no TCE. Ainda, a ativação da via HO-CO-GMPc por meio da administração intra-LC do Heme-lisinato promoveu efeito antinociceptivo frente estímulo térmico agudo (teste de retirada de cauda em ratos), sendo este efeito dependente da atividade do GMPc, desde que o pré-tratamento com o inibidor da enzima guanilase ciclase solúvel, ODQ, bloqueou o aumento do IARC. O bloqueio da via HO-CO promove efeito hipernociceptivo em modelo de dor inflamatória, desde que o tratamento intra-LC com inibidor inespecífico da HO, ZnDPBG aumenta o número de sacudidas no teste de formalina intra-podal. Assim, este estudo é pioneiro em demonstrar que o neuromodulador CO do LC modula a ansiedade e a nocicepção aguda térmica e inflamatória. / The gas composed carbon monoxide (CO) is involved in the modulation of various physiological functions such as cardiovascular regulation, nociception and body temperature. CO participation in physiological processes occurs through the activity of the enzyme heme oxygenase (HO), and its product CO, which in turn increases the production of intracellular cyclic guanosine monophosphate (cGMP). In particular interest, the locus coeruleus (LC) has a high HO-2 enzyme expression suggesting the involvement of CO in the modulation of the functions performed by this brain structure. The aim of this study was to evaluate the involvement of HO-CO pathway of LC in modulating anxiety, assessed by elevated plus maze test and light-dark box test. Additionally, acute nociception, as assessed by the tail flick test and inflammatory nociception, as assessed by formalin test in rats were analyzed after HO-CO pathway activation. Rats (±250 grs; Wistar) were anesthetized (ketamine 75 mg/kg and xylazine 10 mg/kg im) and underwent stereotactic surgery for cannulas guides unilateral implantation directed to the LC, and to the lateral ventricle. After the recovery period, rats were divided into distinct experimental groups for intra-LC ZnDPBG (nonspecific enzyme inhibitor HO doses 5, 50 or 200 nmol/0.l µl) or its vehicle, Na2CO3 (50 mmol/0.l µl); Heme-lysinate (150, 300 or 600 nmol/0.l µl) or its vehicle, L-lysine (14.2 nmol/0.1 µl), the ODQ i.c.v. (specific inhibitor of the enzyme guanilase soluble cyclase, 1.3 nmol/1.0 µl) or its vehicle (1% DMSO, 1.0 µl) and after 15 min the Heme-lysinate (600 nmol/0.1 µl), or its vehicle (L-lysine, 14.2 mmol/0.1 µl), intra-LC. After time 15 min, rats were evaluated in the EPM test or LDB for 5 minutes and in the tail flick test for 120 minutes and in the formalin test for 45 minutes. The results show that CO increased production in LC, by HO-CO-cGMP pathway activation, promotes anxiolytic effect evaluated in the EPM test and LDB. The anxiolytic effect is dependent on the activity of intracellular cGMP, since treatment i.c.v. with enzyme sGC inhibitor blocked the effects of Heme-lysinate. Moreover, the activation of the HO-CO-cGMP pathway into the LC promoted antinociceptive effect in the tail flick test, this effect being dependent on the activity of cGMP, since pre-treatment with the guanilase cyclase soluble inhibitor, ODQ, blocked the increase in analgesic index. Furthermore, the block of the HO-CO pathway intra-LC promoted hypernociception in a model of inflammatory pain, since treatment with nonspecific inhibitor HO, ZnDPBG, increases the nociceptive behavior in the formalin test. Thus, this study is the first to demonstrate that the CO neuromodulator into LC modulates anxiety and acute thermal and inflammatory nociception.

Universidade do Estado do Rio de Janeiro / Estudos publicados nas duas últimas décadas sugerem um aumento do risco de doença cardiovascular (DCV) em pacientes com periodontite, mas os mecanismos fisiopatológicos dessa associação ainda não estão completamente esclarecidos. Uma vez que foi demonstrado aumento da ativação plaquetária e do estresse oxidativo na periodontite, o objetivo do presente estudo foi investigar a via L-arginina-óxido nítrico (NO)- guanosina monofosfato cíclica (GMPc) e parâmetros de estresse oxidativo em plaquetas de pacientes com periodontite, bem como avaliar o efeito do tratamento periodontal não-cirúrgico nessas variáveis. Um total de 10 pacientes sem periodontite (periodontalmente saudáveis ou com gengivite) e 10 pacientes com periodontite participaram do estudo. A avaliação clínica, laboratorial e experimental foi realizada no início do estudo e 90 dias após realização da terapia periodontal básica (grupo periodontite). A avaliação clínica periodontal incluiu registros de: profundidade de bolsa à sondagem (PBS), nível de inserção (NIC), percentual de placa e percentual de sangramento à sondagem. Os seguintes experimentos foram realizados: influxo de L-arginina; atividade e expressão das enzimas óxido nítrico sintase e da arginase; expressão das enzimas guanilato ciclase solúvel e fosfodiesterase 5; determinação dos níveis intraplaquetários de GMPc; agregação plaquetária; avaliação do estresse oxidativo (atividade oxidante total, atividade das enzimas antioxidantes catalase e da superóxido dismutase - SOD); medição dos níveis de proteína C reativa (CRP) e de fibrinogênio. Os resultados obtidos no início do estudo demonstraram ativação do influxo de L-arginina em plaquetas via sistema y+L nos pacientes com periodontite, bem como concentrações intraplaquetárias de GMPc diminuídas e aumento sistêmico da CRP. Após o tratamento periodontal, observou-se redução do percentual de sítios com PBS &#8805; 6 mm, NIC 4-5 mm e NIC &#8805; 6 mm, aumento nos níveis de GMPc, para níveis comparáveis aos dos pacientes sem periodontite, acompanhado por uma maior atividade das enzimas antioxidantes SOD e catalase. Os demais parâmetros avaliados não apresentaram alterações significativas tanto pré- quanto pós-tratamento. Esses resultados considerados em conjunto sugerem uma menor biodisponibilidade de NO em plaquetas na periodontite e que o tratamento periodontal não-cirúrgico foi capaz de reverter este quadro por um aumento das defesas antioxidantes. Portanto, alterações na via L-arginina-NO-GMPc e no estresse oxidativo podem levar à disfunção plaquetária, que poderia contribuir para um maior risco de DCV nos pacientes com periodontite. / Studies published over the last two decades have suggested an increase of cardiovascular disease (CVD) risk on periodontitis patients, but the physiopathological mechanisms involved in this association are not yet clear. Since it has been demonstrated an enhancement on both platelet activation and oxidative stress on periodontitis patients, the aim of this study was to investigate the L-arginine-nitric oxide (NO)-cyclic guanosine monophosphate (cGMP) pathway on platelets from periodontitis patients, and the effect of non-surgical periodontal treatment in these variables. A total of 10 patients without periodontitis (periodontal healthy controls or gingivitis patients) and 10 periodontitis patients were included in this study. The clinical, laboratorial, and experimental evaluations were performed at the beginning of the study and 90 days after the basic periodontal therapy (periodontitis group). The clinical periodontal evaluation included the measurements of probing pocket depth (PPD), clinical attachment level (CAL), plaque percentage, and percentage of bleeding on probing. The following experiments were performed: L-arginine influx; nitric oxide synthase and arginase enzymes activity and expression; expression of guanylate cyclase and phosphodiesterase-5 enzymes; measurement of intraplatelet cGMP levels; platelet aggregation; oxidative stress evaluation (total oxidant activity and activity of both antioxidant enzymes catalase and superoxide dismutase SOD); measurement of C reactive protein (CRP) and fibrinogen. The initial results demonstrated an activation of L-arginine influx in platelets from periodontitis patients via y+L system, reduced intraplatelet cGMP levels and increased CRP. After periodontal treatment, it was observed reduction on percentage of sites with PPD &#8805; 6 mm, CAL 4-5 mm and CAL &#8805; 6 mm, enhancement on cGMP levels, to levels comparables to patients without periodontitis, accompanied by a higher activity of both antioxidant enzymes SOD and catalase. The other evaluated parameters did not showed significant alterations before and after periodontal treatment. The present results suggested a decreased NO biodisponibility in platelets from periodontitis patients and that the non-surgical periodontal treatment was effective to revert this condition, due to an enhancement on antioxidant defence. Therefore, alterations on L-arginine-NO-cGMP pathway and oxidative stress may lead to platelet dysfunction, which could contribute to a higher risk of CVD in periodontitis patients.

O óxido nítrico (NO) é um mensageiro químico gerado pela atividade da enzima óxido nítrico sintase (NOS) a qual foi detectada em vários órgãos incluídos os do sistema reprodutor e parece estar envolvido na maturação oocitária. No entanto, há poucos estudos sobre o papel desse sistema em oócitos da espécie bovina. Sabe-se que o NO atua pela via da guanilato ciclase (GC) estimulando a produção do nucleotídeo GMPc, que por sua vez é capaz de influenciar nos níveis de outro nucleotídeo (AMPc) via fosfodiesterases (PDE). O AMPc é um importante elemento da via de sinalização do FSH nos complexos cumulus-oócitos e no controle da maturação oocitária. O objetivo do presente projeto foi investigar a influência do FSH na via do NOS/NO e seus componentes em oócitos bovinos maturados in vitro e o envolvimento das células do cumulus (CC) na via de sinalização. Para tanto, complexos cumulus-oócito (CCO) e oócitos desnudos (OD - maturados sem células do cumulus) foram maturados in vitro por 24h na presença ou ausência de FSH. As amostras foram avaliadas quanto a: 1) taxa da maturação nuclear; 2) níveis de produção de NO; 3) níveis de AMPc e GMPc; 4) abundância relativa de RNAm de NOS2, PDE5A, PDE6C, PKG1, PKG2, ADCY6, ADCY9, PDE3A e PKA1. O FSH, na concentração de 0,05UI/mL, estimulou positivamente a maturação nuclear em CCO e OD, com 80,6 e 89% de oócitos maturados, respectivamente. Quando comparados diretamente os grupos CCO e OD, o FSH não influenciou as taxas de maturação (71 e 71,3%, p>0,05), nem os níveis de produção de NO (12,8 e 7,4 µM/mL, p>0,05). Os níveis de GMPc em CCO aumentaram após 1 e 3 h de MIV na presença de FSH (266,3 e 187,2 pmol/pool com FSH e 240,5 e 168,5 pmol/pool sem FSH, respectivamente, p<0,05). Após 6 h os níveis de GMPc declinaram de forma mais acentuada no grupo sem FSH (46,3 e 106,9 pmol/pool, com e sem FSH, respectivamente, p<0,05). Os níveis de AMPc em CCO também foram mais elevados na presença de FSH à 1 e 3 h de MIV (7,60 e 7,81 pmol/pool, respectivamente) em comparação com CCO maturados sem FSH (0.30 e 0,76 pmol/pool, respectivamente, p<0,05). Após 6h, os níveis declinaram e foram similares para ambos os grupos (0,43 pmol/pool, p>0,05). Em relação à expressão dos genes selecionados, todos foram detectados nos oócitos (CCO e OD), porém, em células do cumulus, foram detectados apenas PDE5A, ADCY6, ADCY9 e PKA1. Quando observados os resultados do grupo CCO, apenas os genes PKG1, ADCY6 e PDE3A sofreram influência do FSH (p<0,05), apresentando um aumento destes transcritos. No grupo OD, apenas o gene PKG1 sofreu influência do FSH, também apresentando um aumento destes transcritos (p<0,05). Em células do cumulus, os genes ADCY6 e ADCY9 sofreram influência do FSH, sendo que para a ADCY6 provocou um aumentos destes transcritos, e para a ADCY9 provocou uma queda dos mesmos (p<0,05). Em conclusão, o FSH pode exercer influência positiva na maturação nuclear de oócitos bovinos, agindo sobre os níveis de GMPc e AMPc, mas não sobre o NO. O FSH pode influenciar a expressão gênica em oócitos e em células do cumulus de bovinos. / Nitric oxide (NO) is a chemical messenger generated by the nitric oxide synthase (NOS) enzyme, which was detected in several organs including the reproductive system and appears too involved in oocyte maturation. However, there are few studies on the role of this system in bovine oocytes. NO is known to act via guanylate cyclase (GC) stimulating the production of the nucleotide cGMP, which in turn is capable of influencing the levels of another nucleotide, cAMP via phosphodiesterases (PDE). cAMP is an important factor in FSH signaling in cumulus-oocyte complexes (COC) for the control of maturation. The aim of the present work was to investigate the influence of FSH on the NOS/NO pathway and its components in bovine oocytes matured in vitro and the involvement of cumulus cells (CC) in the signaling pathway. COC and denuded oocytes (DO - matured without cumulus cells) were matured in vitro for 24 h with or without FSH. Samples were assessed for: 1) maturation rate; 2) levels of NO production; 3) levels of cGMP and cAMP; 4) relative abundance for mRNA of NOS2, PDE5A, PDE6C, PKG1, PKG2, ADCY6, ADCY9, PDE3A and PKA1. FSH positively stimulated oocyte maturation at 0.05UI/mL concentration for both COC and OD (80.6 and 89% maturation rates, respectively). When COC and OD were compared directly, FSH did not affect maturation rates (71 and 71.3%, p>0.05) nor NO production levels (12,8 and 7,4 µM/mL), p>0.05). cGMP levels increased after 1 and 3 h in vitro maturation (IVM) with FSH (266.3 and 187.2 pmol/pool with FSH and 240.5 and 168.5 pmol/pool without FSH, respectively, p<0.05). After 6 h IVM, cGMP levels in COC declined more in the group cultured with FSH (46.3 and 106.9 pmol/pool, with and without FSH, respectively, p<0.05). cAMP levels in COC were also increased in the presence of FSH at 1 and 3 h IVM (7.60 and 7.81 pmol/pool, respectively) in comparison to COC cultured without the hormone (0.30 and 0.76 pmol/pool, respectively, p<0.05). After 6 h, the levels declined and were similar for both groups (0.43 and 0.02 pmol/pool, p>0.05). Regarding mRNA expression for the selected genes, all of them were detected in oocytes, but only four of them were detected in cumulus cells: PDE5A, ADCY6, ADCY9 and PKA1. For COC only PKG1, ADCY6 and PDE3A were influenced by FSH (p<0.05), with an increase in transcript relative abundance, For DO, only PKG1 was influenced by FSH and also showed an increase in these transcripts (p<0.05). In cumulus cells, ADCY6 and ADCY9 were affected by FSH, with an increase for ADCY6 and a decrease in ADCY9 transcripts (p<0.05). In conclusion, FSH may positively influence nuclear maturation, acting on cGMP and cAMP levels, but not on NO. FSH may also influence gene expression in bovine oocytes and cumulus cells.