Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Farmacologia, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-05-05T04:08:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 333147.pdf: 3865469 bytes, checksum: 7ab0050a5343cfafb18f8a89da83458a (MD5) Previous issue date: 2015 / O sistema noradrenérgico é implicado tradicionalmente no processamento das memórias emocionais por meio da ativação de receptores a1- e ß-adrenérgicos. Embora a hiperativação noradrenérgica possa induzir a formação de memórias inapropriadas que levam ao desenvolvimento do transtorno do estresse pós-traumático, a maior parte dos estudos se limita à investigação do papel dessa via sobre as memórias de medo ?fisiológicas?. Esse trabalho teve como proposta investigar possíveis divergências quanto ao recrutamento de receptores adrenérgicos durante as fases de estabilização de memórias de medo, se estendendo do espectro normal ao disfuncional, que poderiam ser modeladas em roedores frente à hiperativação noradrenérgica em diferentes condições. O aumento do tônus noradrenérgico induzido pela ioimbina potencializou tanto a consolidação quanto a reconsolidação de uma memória de medo contextual fraca. Embora ambos os processos recrutem receptores ß-adrenérgicos centrais, a participação do subtipo a1 só foi evidente durante a reconsolidação, destacando a natureza distinta entre as duas fases de estabilização em memórias normais. Frente ao condicionamento contextual mais intenso, a ioimbina gerou uma memória disfuncional acompanhada de generalização do medo, sendo que a indução desse perfil dependeu exclusivamente da ativação de receptores ß-adrenérgicos centrais. Como a generalização do medo é uma característica evidente do transtorno do estresse pós-traumático, a possibilidade de modelar memórias disfuncionais e outras características inapropriadas que teriam mais relevância para esse transtorno psiquiátrico foi avaliada. A hiperativação noradrenérgica após o condicionamento de medo contextual intenso induziu não só a generalização do medo persistente (28 dias), mas também sensibilização de respostas defensivas, aumento na pressão arterial, resistência à extinção, ao efeito antiaversivo de benzodiazepínicos e ao efeito amnéstico da clonidina e do canabidiol sobre a reconsolidação, efeitos relacionados à superconsolidação da memória de medo. O efeito de agentes amnésticos sobre a reconsolidação foi recuperado frente à facilitação da labilização da memória, revertendo a expressão de medo generalizada. A indução dessa característica disfuncional depende da ativação de receptores ß2- e ß3-adrenérgicos presentes no hipocampo dorsal, embora somente a ativação dos receptores ß3-adrenérgicos induza a generalização do medo pelo recrutamento subsequente da via do óxido nítrico. Além de expandir o conhecimento acerca da modulação noradrenérgica sobre o processamento de memórias de medonormais, esses resultados implicam o envolvimento noradrenérgico, com consequente recrutamento de diferentes subtipos desses receptores no cérebro, no estabelecimento de memórias disfuncionais, com maior relevância translacional no entendimento das memórias traumáticas que levariam ao surgimento de transtornos psiquiátricos.<br> / Abstract : The noradrenergic system is classicaly implicated in emotional memory processing through the activation of a1- and ß-adrenoceptors. Even though noradrenergic hyperactivation may lead to the formation of inappropriate memories that might underlie posttraumatic stress disorder, most studies investigate the role of this transmission system on "physiological" fear memories only. The purpose of this study was to investigate possible divergences related to the recruitment of adrenergic receptors during stabilization steps of fear memory, extending from normal to dysfunctional spectrum, which might be modeled in rodents by noradrenergic hyperactivation under different experimental conditions. Increased noradrenergic tonus induced by yohimbine potentiated the consolidation and reconsolidation of a weak contextual fear memory. Although both processes recruit central ß-adrenoceptors, the involvement of the a1 subtype was only detected during reconsolidation, highlighting the distinct nature of both stabilization phases of adaptive memories. Under stronger contextual fear conditioning, yohimbine induced a dysfunctional memory with fear generalization, a condition that depended exclusively on the activation of central ß-adrenoceptors. As fear generalization is a typical feature of posttraumatic stress disorder, the possibility of modelling dysfunctional memories and other inappropriate related features that would be relevant to this psychiatric condition was evaluated. The noradrenergic hyperactivation induced after a strong contextual fear conditioning not only induced persistent fear generalization (28 days), but also caused sensitization of defensive responses, increased blood pressure and resistance to extinction, to the antiaversive effect of benzodiazepines and to the amnesic effect of clonidine and cannabidiol on reconsolidation, effects that may be linked to fear memory overconsolidation. The effect of amnesic drugs on reconsolidation was rescued after the facilitation of memory labilization, reverting the fear generalization profile. The induction of this dysfunctional feature relies on the activation of ß2- and ß3-adrenoceptors in the dorsal hippocampus, even though only ß3-adrenoceptors induced fear generalization by the recruitment of the nitric oxide pathway. Besides expanding the knowledge related to noradrenergic modulation during the processing of adaptive fear memories, such results implicate the involvement of the noradrenergic system with consequent recruitment of different adrenoceptor subtypes in the brain in the establishment of dysfunctional memories, which present higher translational relevance for theunderstanding of traumatic memories that might lead to the development of psychiatric disorders.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Farmácia, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-09-29T04:06:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334763.pdf: 1795571 bytes, checksum: fcecc09bb90667e21fac35932b9ce201 (MD5) Previous issue date: 2015 / O abuso de álcool durante a gravidez leva à deficiência intelectual e defeitos morfológicos após o nascimento. O objetivo deste estudo foi demonstrar que o consumo materno crônico de etanol durante os períodos de gestação e lactação provoca a síndrome alcoólica fetal (SAF), associada com alteração na transmissão glutamatérgica, déficit energético e estresse oxidativo no hipocampo da prole. A SAF foi induzida com doses crescentes de etanol (de 2% a 20%) em água potável a partir do 5º dia de gestação até o dia 21 da lactação. O consumo de água e etanol foi mensurado diariamente, bem como a ingestão de ração. A exposição materna ao etanol diminuiu o peso corporal da prole, demonstrando a toxicidade do mesmo aos filhotes. O hipocampo de filhotes de 21 dias de idade foi removido para determinar o influxo de glicose, glutamato e cálcio. Os resultados mostraram que o etanol induziu aumento no influxo de glutamato, diminuindo, consequentemente, a transmissão glutamatérgica e o influxo de cálcio. Além disso, a exposição materna ao etanol afetou o metabolismo energético e do glutamato através da diminuição do influxo de glicose, inibição da glutamina sintetase (GS), indução da lactato desidrogenase (LDH) e aspartato aminotransferase (AST), sem alterar a atividade da alanina aminotransferase (ALT). Também foi investigada a possível indução de estresse oxidativo pela exposição ao etanol através da determinação da concentração de GSH, TBARS e proteína carbonilada (PC), bem como a atividade das seguintes enzimas antioxidantes: glutationa-redutase enzimas (GR), glutationa-peroxidase (GPx), glutationa-S-transferase (GST), catalase (CAT) e ?-glutamil transferase (GGT). Os resultados mostraram que o consumo materno de etanol não altera as concentrações de GSH, TBARS e de PC, bem como não afeta a atividade da GPx e da GST no hipocampo de filhotes de 21 dias de idade. Por outro lado, a atividade de GR foi aumentada, ao passo que as atividades da CAT e da GGT foram inibidas pela exposição ao etanol. Estes resultados demonstram claramente modificações no sistema de defesa antioxidante enzimático associado com abuso de etanol durante a gravidez e lactação. Em conjunto, os resultados demonstram que a exposição materna ao etanol diminui a transmissão glutamatérgica, induz déficit energético e estresse oxidativo em hipocampo de ratos imaturos.<br> / Abstract : Alcohol abuse during pregnancy leads to intellectual disability and morphological defects after birth. The objective of this study was to demonstrate that chronic maternal ethanol consumption during gestational and lactational periods causes fetal alcohol syndrome (FAS), associated with changes in glutamatergic transmission, energy deficit and oxidative stress in the hippocampus of the offspring. The SAF was induced with increasing doses of ethanol (2% to 20%) in drinking water from the 5th day of gestation to lactation day 21. The ethanol and water consumption was measured daily, as well as the feed intake. The toxicity of maternal exposure to ethanol was demonstrated by decreased offspring body weight. The hippocampus of 21-day-old pups was removed to determine the uptake of glucose, glutamate and calcium. The results showed that ethanol induced increase in glutamate uptake, reducing therefore the glutamatergic transmission and calcium influx. Furthermore, maternal exposure to ethanol affected the metabolism of glutamate as demonstrated by decreased glucose uptake, inhibition of glutamine synthetase (GS), induction of lactate dehydrogenase (LDH) and aspartate aminotransferase (AST) activities, without altering the activity of alanine aminotransferase (ALT). We also observed the induction of oxidative stress due to ethanol exposure by measuring the levels of GSH, TBARS and protein carbonyl (PC), as well as the antioxidant activity of the following enzymes: glutathione reductase enzymes (GR), glutathione peroxidase (GPx), glutathione-S-transferase (GST), catalase (CAT) and gamma-glutamyl transferase (GGT). The results showed that maternal exposure to ethanol does not alter the GSH, TBARS and PC levels. Also, etanol exposure does not affect the activity of GPx and GST in the hippocampus of 21-day-old pups. On the other hand, the GR activity was increased, whereas the activities of CAT and GGT were inhibited by maternal ethanol exposure. These results clearly demonstrate that ethanol abuse during pregnancy and lactation might be associated with changes in the enzymatic antioxidant defense system. Taken together, the results demonstrate that maternal exposure to ethanol decreases the glutamatergic transmission, induces oxidative stress and energy deficit in immature rat hippocampus.

O alto consumo de dietas hiperpalatéveis (HP) ricas em lipídios e carboidratos simples associado a hábitos sedentários são fatores que contribuem para o desenvolvimento de sobrepeso e obesidade. Estas alterações, promovem um estado proinflamatório, causam resistência periférica à insulina e ainda prejudicam o metabolismo cerebral. A glicose é considerada o principal substrato energético para o cérebro. No entanto, em condições de alta demanda energética outros substratos como corpos cetônicos e lactato, por exemplo, podem servir como alternativa energética. A teoria da lançadeira de lactato astrócito-neurônio (do inglês ANLS) propõe que o aumento da captação da glutamato pelos astrócitos aumenta a atividade glicolitica e a produção de lactato, que por sua vez é exportado dos astrócitos para o espaço extracelular via transportadores de monocarboxilados (MCTs) do tipo 1 e 4. Os transportadores MCT do tipo 2 presentes nos neurônios internalizam o lactato para que ele seja convertido em piruvato. A enzima piruvato desidrogenase (PDH) converte o piruvato em acetil-CoA dentro da matriz mitocondrial. Sendo assim, o lactato e outras substâncias em equilíbrio com o piruvato são direcionados para o metabolismo oxidativo. Assim, a PDH conecta o metabolismo citosólico e mitocondrial. Por outro lado, o aumento do metabolismo oxidativo é associado com o aumento de vazamento de prótons e com a produção de peróxido de hidrogênio pela mitocôndria. Consequentemente, pode haver uma menor produção de ATP pela mitocôndria. Neste estudo, os efeitos de uma dieta hiperpalatável (HP) e do exercício físico em parâmetros metabólicos no hipocampo e na memória foram investigados. Foram avaliados: os níveis de lactato, o imunoconteúdo dos MCTs e da PDH e atividade mitocondrial no hipocampo de camundongos. Camundongos C57BJ machos com 30 dias receberam uma dieta HP durante cinco meses e, praticaram atividade física voluntária durante o último mês. Os grupos foram: CDS (dieta controle sedentário), CDE (dieta controle exercício), HPS (dieta HP sedentário) e HPE (dieta HP exercício), (n=15 animais/grupo). Os resultados mostraram um aumento no imunoconteúdo de MCT 1 e 4 causados pela dieta e pelo exercício físico. O exercício físico causou um aumento na expressão de PDH. A expressão do MCT2 não apresentou diferença significativa entre os grupos. Não foram observadas alterações na memória no teste do Y-maze. No entanto, houve um aumento no nível de lactato em microdialisado de hipocampo no grupo HPE após a exposição ao teste. Não foi observada diferença significativa no metabolismo mitocondrial basal, e nem no potencial de membrana mitocondrial. A ativação do complexo II mitocondrial pelo succinato aumentou a produção de H2O2 no grupo HPS. Esse efeito foi revertido pelo exercício físico. Os resultados demonstram que o exercício e a dieta HP aumentaram a expressão dos MCTs 1 e 4, enquanto que a expressão de PDH apenas aumentou pelo exercício. Isto sugere uma adaptação da maquinaria metabólica hipocampal em resposta a estes estímulos ambientais. / The high consumption of saturated fats and simple sugar diets associated with sedentary habits are factors that contribute to the development of overweight and obesity. These consequences produce a pro-inflammatory state, resulting in periphery insulin resistance and damage the cerebral metabolism. The glucose is considered to be the main energetic substrate to the brain, other particular substrates, like ketonic bodies and lactate, may work as alternative energy sources during moments of high energetic demand. The theory of Astrocyte-Neuron Lactate Shuttle suggests that the increased uptake of glutamate by the astrocyte enhance the glycolytic activity and the production of lactate, which is exported from the astrocyte to the extracellular space via monocarboxylate transporters (MCTs) type 1 and 4. The MCTs type 2 residing inside the neurons accumulates lactate, which is converted into pyruvate. Furthermore, the dehydrogenase pyruvate enzyme (PDH) convert the pyruvate to Acetyl-CoA inside the mitochondrial matrix. Thus, the lactate and other substances in equilibrium are directed to the oxidative metabolism. This way, the PDH connects the cytosolic and mitochondrial metabolism. On the other hand, the increased oxidative metabolism is associated with the leakage of protons and with the hydrogen peroxide production by the mitochondria. Consequently, the ATP production might be reduced. In this study, the effects of a palatable diet and physical exercise in metabolic parameters in the hippocampus and memory were investigated. Were evaluated: lactate levels, the expression of MCTs and PDH and mitochondrial activity in the hippocampus. Male C57BJ mice with 30 days received a HP diet for five months and practiced voluntary physical activity during the last month. The groups were: CDS (control diet sedentary), CDE (control diet exercise), HPS (HP diet sedentary) and HPE (HP diet exercise), (n = 15 animals / group). The results showed an increase in immunocontent of MCT 1 and 4 caused by diet and exercise. The physical exercise caused an increase in PDH expression. The expression of MCT2 had no relevant impact among the groups. No changes were observed in memory in the Y-maze test even though it was observed an increase in lactate levels in hippocampal microdialysate of the HPE group after the exposure to test. There was no significant difference in basal mitochondrial metabolism nor in the mitochondrial membrane potential. The activation of the mitochondrial complex II by succinate increased H2O2 production in the HPS group. This effect was reversed by exercise. The results show that the exercise and the HP diet increased the expression of MCTs 1 and 4, while the PDH expression only increased by exercise. This suggests an adaptation of the hippocampal metabolic machinery in response to these environmental stimuli.

Emaranhados neurofibrilares intraneuronais, juntamente com as placas beta-amilóide e astrogliose são importantes marcadores neuropatológicos da doença de Alzheimer (DA). Apesar dos mecanismos envolvidos na DA do tipo esporádica ainda não estarem bem esclarecidos, a hiperfosforilação da proteína tau é sugerida como grande fator para o desenvolvimento dos emaranhados neurofibrilares, que podem gerar disfunção neuronal e morte. A toxina ácido ocadáico (AO) é considerada um efetivo inibidor das fosfatases 1 e 2A, as quais podem gerar a hiperfosforilação da tau. Dessa forma, este trabalho tem como objetivo, avaliar alterações neurogliais em hipocampo e líquido cerebroespinhal (LCE) de ratos expostos ao AO intracerebroventricular após 3 e 12 semanas da infusão. E ainda, verificar alterações neurogliais de fatias hipocampais expostas de forma aguda ao AO (in vitro). Como resultados encontramos no modelo in vivo, declínio cognitivo, hiperfosforilação da tau (Ser 396) e alteração astroglial hipocampal principalmente devido a redução da captação de glicose e aumento da expressão da GFAP e ainda, redução da S100B no LCE, a qual pode atuar na sinalização neurônio-astrócito, em condições fisiológicas ou patológicas, como na DA. Ao observar as alterações neurogliais 12 semanas após a infusão, verificamos que o modelo é parcialmente reversível, uma vez que a fosforilação da proteína tau não mostrou alteração, mas foi observado declínio cognitivo em um dos comportamentos realizados e hipometabolismo da glicose. E ainda, in vitro, o AO foi capaz de hiperfosforilar a proteína tau (Ser 396), mas não alterou parâmetros astrogliais. Portanto, o modelo animal se mostra adequado para avaliação de alterações neuroquímicas. Mas nossos resultados também apontam para uma reversibilidade parcial do modelo a longo prazo, indicando a necessidade de cautela na avaliação de estratégias terapêuticas com este modelo. E ainda, nossos dados reforçam a importância de investigar alterações do metabolismo cerebral da glicose em indivíduos com déficit cognitivo. / Intraneuronal aggregates of neurofibrillary tangles (NFTs), together with beta-amyloid plaques and astrogliosis, are important markers of Alzheimer’s disease (AD). The underlying mechanism of sporadic AD remains poorly understood, but abnormal hyperphosphorylation of tau protein is suggested to have a role in NFTs genesis, which leads to neuronal dysfunction and death. The okadaic acid (OKA) toxin is a protein phosphatase 1 e 2A inhibitor and can lead to tau protein hyperphosphorylation. We have investigated the effects of intracerebroventricular (ICV) OKA on neuroglial alterations 3 and 12 weeks after OKA infusion. We have also researched the effects on neuroglial parameters on hippocampal slices treated with OKA in vivo. Our results have shown cognitive impairment, hippocampal astrogliosis, based on GFAP increment, decreased glucose uptake and increase on tau phosphorylation (at Ser396) in hipocamppus and decrease in S100B protein on cerebrospinal fluid 3 weeks after ICV OKA-infusion. Moreover, 12 weeks after ICV OKA infusion we also observed a cognitive impairment and decreased on glucose uptake. In vitro, exposure of hippocampal slices to OKA altered tau phosphorylation at Ser396 without any associated change in astroglial function. In conclusion, the OKA-animal model proved to be a suitable model for neurochemical parameters assessment. Our results also indicate a partial reversibility of long-term animal model, suggesting that therapeutics strategies evaluations must be caution on this model; and reinforce how important is to investigate on brain glucose metabolism alterations on cognitive impairment.

Mais de 90% dos indivíduos alcoolistas são fumantes e fumantes consomem duas vezes mais álcool que não fumantes. Uma justificativa para a elevada frequência do uso concomitante dessas duas drogas de abuso seria reduzir os efeitos indesejáveis e prolongar os efeitos prazerosos de ambos. Embora muitos estudos avaliem o efeito isolado dessas duas drogas sobre funções do sistema nervoso central, poucos avaliam o efeito da associação. Portanto, foi nosso objetivoavaliar o efeito da associação entre álcool e cigarro sobre a proliferação celular hipocampal e a memória, em ratos adultos.Ratos Wistar, machos, adultos (280 a 300g) foram divididos em grupos(n = 10/grupo): a) TAB: expostos diariamente à fumaça da queima de 6 cigarros, por 2 h, em câmara hermética com circulação de ar controlada; b) ALC: administrados com etanol, 2g/kg (20% w/v), via gavagem (VO), mantidos por 2 h em câmara com circulação de ar ambiental; c) ALCTAB: administrados com etanol (2g/kg),VO, e imediatamente após expostos à fumaça de 6 cigarros e d) CTR: administrados com salina, VO, mantidos por 2 h em câmara com circulação de ar ambiental. O tratamento se repetiu 2 vezes ao dia (9 e 14h), por 33 dias. No 25º dia do início do experimento foram avaliados para memória de trabalho no teste de reconhecimento espontâneo de objetos e no 28º (treino) e 29º (teste) para memória de longa duração no teste da esquiva inibitória. No 34º dia do início do experimento os ratos foram anestesiados com cetamina (50 mg/kg) e xilazina (10 mg/kg) após duas administrações de 100 mg/kg de 5-bromo-2-deoxyuridine, via intraperitoneal, 24 e 2 h antes da eutanásia. Após perfusão transcardíaca para fixação do encéfalo os cérebros foram removidos para posterior inclusão em parafina. Células imunorreativas foram quantificadas na camada granulare zona subgranular do giro denteado do hipocampo dos ratos. Os resultados foram analisados por análise de variância (ANOVA) de uma via, seguida do teste de Bonferroni para detecção de diferença entre os grupos (P< 0,05). O sangue troncular de alguns ratos foi coletado para determinação de parâmetros bioquímicos. Nossos resultados mostraram queálcool,cigarroou sua associação não afetaram a memória de trabalho ou a memória de longa duração. No entanto, a associação ALCTAB reduziu em cerca de 60% a proliferação celular hipocampal. Adicionalmente, observamos que o uso de álcool, isoladamente,reduziu a proliferação hipocampalem 40% e a exposição ao cigarro, em 20%. O consumo hídrico aumentou de modo significativo para o grupo ALCTAB, do mesmo modo que a glicemia. Portanto, nossos resultados indicam que a associação entre álcool e tabaco afeta negativamente a proliferação celular hipocampal de ratos. A redução observada nos animais ALCTAB resulta da soma dos efeitos observados nos grupos ALC e TAB isoladamente, sugerindo um efeito aditivo. Todavia, não observamos efeitos na memória de trabalho ou na de longo prazo, possivelmente relacionados à exposição de doses moderadas de álcool ou exposição à fumaça de pouco cigarros ao dia. Não descartamos, contudo, que um tempo maior de exposição possa afetar esses parâmetros. / More than 90% of alcoholics are smokers and smokersdrink twice than nonsmokers. One possible reason for the high frequency of concomitant use of these two drugs of abuse could be related to decreasing on undesirable effects and prolong the pleasurable effects of both. Although there are many studies evaluating the effect of these two drugs in the central nervous system, few studies evaluate the effect of the combination between alcohol and tobacco. Therefore, our objective was to evaluate the effect of the association between alcohol and cigarette smoking on hippocampal cell proliferation and memory in adult rats. Male Wistar rats, adult (280 to 300g) were divided into groups (n = 10/group): a) TAB: daily exposed to the smoke from burning of 6cigarettes for 2 h in hermetic chamber with controlled air circulation; b) ALC: administrated with ethanol 2g/kg (20% w / v), by gavage (PO), kept for 2 h in a chamber with air circulation environmental c) ALCTAB: administrated with ethanol (2g/kg) PO, and immediately after exposure to 6cigarette smoke and d) CTR: administered with glucose solution (5%0 , PO, kept for 2 h in a chamber with air circulation environment. The treatment was repeated twice a day (9 a.m. and 2 p.m.) for 33 days. On the 25th day of the beginning of the experiment rats were assessed for working memory the in the novel spontaneous objects recognition task and 28th (training) and 29th(test) to long-term memory in inhibitory avoidance test. After 34 days from the beginning of the experiment, rats were anesthetized with ketamine (50 mg / kg) and xylazine (10 mg / kg) after two administrations of 100 mg/kg of 5-bromo-2-deoxyuridine, intraperitoneally, 2 h before the euthanasia. After transcardiac perfusion the brain were fixed and included in paraffin. Immunoreactive cells were quantified in the granular layer and subgranular zone of the dentate gyrus(GD) of the hippocampus of rats. Results were analyzed by analysis of variance (ANOVA)-one way followed by the Bonferroni test for detecting difference between groups (P <0.05). Biochemical parameters were analyzed from the trunk blood of some rats. Our results showed that alcohol, cigarettes or their association did not affect working memory or long term memory. However, the association ALCTAB reduced the hippocampal cell proliferation by about 60%. Additionally, we observed that the use of alcohol alone reduced hippocampal proliferation by 40% and exposure to smoking in 20%. The water consumption increased significantly in the group ALCTAB in the same way that blood glucose levels. Therefore, our results indicate that the association between alcohol and tobacco negatively affects hippocampal cell proliferation in rats. Decreasing on cell proliferation in the ALCTAB group can be taken as the sum from ALC and TAB groups, suggesting an additive effect. However, we observed no effects on working memory or long-term memory, possibly related to exposure to moderate doses of alcohol or few cigarettes smokes along the day. We do not discard that longer exposition would affect these parameters.

A epigenética é considerada como a interface entre os componentes genéticos, o ambiente externo e o estilo de vida. Estudos recentes sugerem uma relação entre o processo de envelhecimento cerebral e o desequilíbrio de mecanismos epigenéticos, contudo, estes dados ainda não são conclusivos. Ainda, tem sido demonstrado que o exercício físico parece alterar marcadores epigenéticos em hipocampo de ratos adultos jovens. Sabe-se que o grau de neuroplasticidade varia com a idade e que as estruturas encefálicas podem responder diferentemente à exposição ao exercício. Assim, este trabalho teve como objetivo central investigar o impacto do exercício físico sobre parâmetros epigenéticos em hipocampo e estriado de ratos Wistar em diferentes fases do desenvolvimento. Na primeira etapa, avaliou-se os efeitos do processo de envelhecimento e do exercício físico sobre parâmetros de metilação, conteúdo das enzimas DNA metiltransferase 1 (DNMT1) e DNA metiltransferase 3b (DNMT3b) e níveis de metilação da histona H3-K9 em hipocampos de ratos Wistar adultos jovens (3 meses) e envelhecidos (20 meses). Os animais foram submetidos a diferentes protocolos de exercício físico: sessão única, que constituiu em corrida em esteira durante 20 minutos, ou treinamento crônico, caracterizado pela corrida em esteira por 20 minutos durante duas semanas. Ainda, no intuito de verificar os efeitos agudos e tardios do exercício, os animais foram decapitados 1 ou 18 horas após a sessão única ou o último treino do protocolo crônico. Observou-se um perfil de hipometilação global nos animais envelhecidos, uma vez que este grupo apresentou uma redução no conteúdo hipocampal da enzima DNMT1 e nos níveis de metilação da histona H3-K9. A sessão única de exercício reduziu agudamente o conteúdo hipocampal das enzimas DNMT1 e DNMT3b no grupo adulto jovem, um indicativo de aumento da atividade transcricional e expressão gênica. No entanto, não afetou estes marcadores no grupo envelhecido. Além disto, a sessão única de exercício induziu uma redução nos níveis de metilação da histona H3-K9 no grupo adulto jovem, enquanto que, no grupo envelhecido induziu um aumento neste parâmetro em ambos os tempos testados. Ainda, o protocolo crônico reduziu de forma persistente este parâmetro no grupo adulto jovem, mas não alterou em ratos envelhecidos. Na segunda etapa, analisou-se o efeito destes mesmos protocolos de exercício sobre a atividade global da enzima Histona Desacetilase (HDAC) em estriado de ratos Wistar em diferentes fases do desenvolvimento, adolescentes (25 dias), adultos jovens (3 meses) e envelhecidos (20 meses). A sessão única de exercício induziu efeitos persistentes na atividade da HDAC nos adolescentes, visto que o grupo exercitado apresentou uma diminuição neste parâmetro em ambos os tempos testados, sugerindo um aumento nos níveis de acetilação de histonas e ativação da maquinaria transcricional. No entanto, o exercício não alterou a atividade desta enzima nos demais grupos, ratos adultos jovens e envelhecidos. Estes resultados sugerem que o exercício físico moderado de corrida em esteira é capaz de induzir mudanças epigenéticas em encéfalo de ratos, o que pode alterar a atividade transcricional, e assim, modular a expressão de genes específicos envolvidos com a função cerebral. Além disso, demonstramos que a modulação epigenética em resposta ao exercício ocorre de forma protocolo e idade-dependentes. / Epigenetics is considered as the interface between the genetic components, the external environment and lifestyle. Recent studies suggest a relationship between the brain aging process and the imbalance of epigenetic mechanisms, however, these data are not conclusive. Moreover, it has been shown that exercise seems to alter epigenetic markers in the hippocampus of adult rats. It is known that the neuroplasticity degree varies with age and that the brain structures may respond differently to exercise exposure. Therefore, this work was mainly aimed to investigate the impact of physical exercise on epigenetic parameters in the hippocampus and striatum of rats at different stages of development. In the first moment, we evaluated the effects of the aging and exercise on methylation parameters, DNA methyltransferase 1 (DNMT1) and DNA methyltransferase 3b (DNMT3b) content and histone H3-K9 methylation levels in hippocampi from young adult (3 months) and aged (20 months) Wistar rats. The animals were subjected to different exercise protocols: a single session, which consisted in running on a treadmill for 20 minutes, or chronic training, characterized by running on a treadmill for 20 minutes during two weeks. Moreover, in order to examine the acute and delayed effects of exercise, the animals were decapitated 1 or 18 hours after the single session or the last training session of chronic protocol. It was observed a global hipomethylation profile in the aged animals, since this group showed a reduction on hippocampal DNMT1 enzyme content and on histone H3-K9 methylation levels. The single exercise session acutely reduced hippocampal content of DNMT1 and DNMT3b enzymes in the young adult group, an indicative of increased transcriptional activity and gene expression. However, did not affect these markers in the aged group. Furthermore, the single exercise session induced a reduction on histone H3-K9 methylation levels in the young adult group, while in the aged group, increased this parameter in both tested times. Moreover, the chronic protocol also reduced persistently this parameter in the young adult group, but did not alter in the aged rats. In the second moment, it was analyzed the effect of these same exercise protocols on the global enzyme Histone Deacetylase (HDAC) activity in the striatum of Wistar rats at different stages of development, adolescents (25 days), young adult (3 months) and aged (20 months). The single exercise session induced persistent effects on HDAC activity in the adolescents, given that the exercised group showed a decrease in this parameter in both time points evaluated, suggesting increased levels of histone acetylation and transcriptional machinery activation. However, the exercise did not alter this enzyme activity in the other groups, young adult and aged rats. These results suggest that moderate exercise treadmill running it is able to induce epigenetic changes in rat brain, which might alter the transcriptional activity, and thus might modulate the expression of specific genes involved with the brain function. Furthermore, we demonstrated that epigenetic modulation in response to exercise occurs in a protocol and age-dependent manner.

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A doença de Alzheimer (DA) é caracterizada por um quadro clínico complexo e multifatorial, que envolve perdas cognitivas, déficit de memória e prejuízo na convivência social, observadas mais precocemente nessa população. O tecido cerebral dos portadores apresenta perdas neurais, disfunções neurovasculares, processos inflamatórios, gliose e lesões características da doença como as placas neuríticas e os emaranhados neurofibrilares. Ademais, as evidências apontam para similaridade entre DA e a demência induzida por diabetes mellitus, visto haver uma relação direta que liga a resistência e a deficiência na sinalização da insulina, com as mudanças no metabolismo da glicose. Essas alterações resultam em redução no estado de O-glicosilação com N-acetil-glucosamina das proteínas intracelulares, ativação das células gliais e o desequilíbrio homeostático na relação entre cinase/fosfatase desencadeada pela redução de metabólitos endógenos e aumento de cálcio intracelular. A resposta direta dessas mudanças é caracterizada pela expressão de marcadores celulares e liberação de mediadores inflamatórios que contribuem para a progressão e severidade da doença. Ainda, interações entre variações metabólicas e a ativação inflamatória alteram o microambiente do sistema nervoso central, ativando aguda e cronicamente astrócitos e microglia. Neste estudo investigamos a hipótese de que a infusão intracerebroventricular da estreptozotocina (STZ) desencadeia alterações patofisiológicas e moleculares em hipocampos. Em nossos experimentos, foram avaliadas as mudanças promovidas pela infusão de STZ após 1 e 4 semanas. Nossos resultados demonstram que a STZ afeta elementos importantes na via de sinalização da insulina no hipocampo, declínio da funções cognitivas e alterações neuroquímicas. Demonstramos que o grupo STZ apresentou níveis elevados da serina 307 do IRS-1 e redução na captação de glicose no hipocampo, possivelmente, através da resistência local à insulina e por disfunções astrocíticas. Além disso, demonstramos o impacto da ativação excessiva da calcineurina e a sinalização do fator nuclear de ativação das células T (NFAT), têm consequências a curto e longo prazo na progressão dos processos neurodegenerativos observados no modelo de DA esporádico. / Alzheimer’s disease (AD) is characterized by a complex and multifactorial clinical presentation, which includes cognitive loss, memory deficits, and impairment in social coexistence, observed earlier in this population. The patients’ brain tissue presents neural losses, neurovascular dysfunctions, inflammatory processes, gliosis, and characteristic lesions of the disease, such as senile plaques and neurofibrillary tangles. In addition, the evidence indicates to similarity shared AD and dementia induced by diabetes mellitus by occur a direct relationship of insulin resistance and deficiency in insulin signaling with changes in glucose metabolism. These changes result in lower levels of protein modified by glycosylation with O-linked β-N-acetyl-glucosamine of intracellular, in activation of glial cells, and homeostatic imbalance in the kinase/phosphatase relationship triggered by the decrease of endogenous metabolites and increase of intracellular calcium. The direct response of these changes is characterized by the expression of cellular markers and the release of inflammatory mediators that contribute to the progression and severity of the disease. Furthermore, interactions among metabolic variations and inflammatory activation alter the microenvironment of the central nervous system, activating acute and chronic astrocytes and microglia. We hypothesized that intracerebroventricular infusion of streptozotocin (STZ) triggers pathophysiological and molecular changes in hippocampus. The changes promoted by the STZ infusion were evaluated after one and four weeks. Our results show that insulin STZ affects important elements of the insulin-signaling pathway in the hippocampus, cognitive decline and neurochemical changes. Here, we show that STZ group had elevated levels of serine 307 phosphorylation of IRS-1 and decrease in the uptake of glucose into the hippocampus, possibly, through local resistance to insulin and by astrocytic dysfunction. In addition, these results indicate that aberrant calcineurin activation and nuclear factor of activated T cells (NFAT) signaling develop earlier and later consequences in the progression of the neurodegenerative processes observed in the sporadic AD model.

A encefalopatia neonatal causada pela hipóxia-isquemia (HI) é uma importante causa de morte tanto em países desenvolvidos como em desenvolvimento. Diversas estratégias neuroprotetoras vêm sendo desenvolvidas para o tratamento deste tipo de lesão. O ambiente enriquecido (AE) surge como uma destas estratégias, pois se sabe que a interação social, estímulos visuais e sensoriais e atividade física proporcionadas pelo AE induzem mudanças comportamentais e neurofisiológicas. O objetivo deste estudo foi investigar os efeitos do AE sobre a ansiedade, memória emocional, locomoção e expressão de proteína fibrilar glial ácida (GFAP) no hipocampo de ratos Wistar jovens submetidos à HI encefálica neonatal. Ratos wistar machos e fêmeas, no 7º dia pós-natal (DPN), foram submetidos ao modelo de Levine-Rice de HI neonatal, no qual a artéria carótida comum esquerda é ocluída permanentemente e, na seqüência, os animais foram mantidos em uma atmosfera hipóxica (90 min, 8%O2-92%N2).Os animais foram divididos em quatro grupos: CTAP (controle ambiente padrão), CTAE (controle ambiente enriquecido), HIAP (hipóxia-isquemia ambiente padrão) e HIAE (hipóxia-isquemia ambiente enriquecido). Os animais dos grupos AE permaneceram no enriquecimento ambiental mantido desde o 8º DPN. Após o desmame os animais foram divididos em grupos e estimulados em AE (1h/dia por 2 semanas). Foram avaliados os efeitos da HI e do AE sobre a ansiedade na primeira exposição dos animais ao labirinto em cruz elevado (LCE) e a memória emocional através de duas exposições ao LCE; a locomoção foi avaliada através de filmagem e avaliação cinemétrica da altura e tamanho da passada; e, para análise da morfologia foi realizada a técnica de imunofluorescência para a GFAP na região de CA1 do hipocampo. Não houve alteração no nível de ansiedade dos animais, nem pela HI, nem pelo AE. Na análise do primeiro para o segundo dia de exposição ao LCE todos os animais apresentaram diminuição no número de entradas nos braços abertos (EBA). Ao avaliar a porcentagem de EBA, o grupo HIAP foi o único que não diminuiu este índice entre as exposições. Foi observada uma diminuição do percentual de EBA entre os grupos HIAP e HIAE na segunda exposição; também foi identificada uma diminuição do tempo e porcentagem de tempo em braços abertos do primeiro para o segundo dia para os grupos CTAE e HIAE. Na segunda exposição os animais HIAE quando comparados ao HIAP apresentaram menor de tempo e percentual de permanência nos braços abertos. Houve diminuição do número de entradas nos braços fechados (EBF) do primeiro para o segundo dia em todos os grupos, exceto no grupo HIAP. Em conjunto, esses achados indicam um prejuízo na formação da memória emocional nos animais submetidos à HI, sendo revertido pelo AE. A avaliação da cinemetria, observada através da caminhada em plataforma horizontal, indicou que não houve diferença entre o tamanho e altura das passadas nos quatro grupos estudados. Nas análises morfológicas, não foram encontradas diferenças significativas no hipocampo contralateral à lesão, porém do lado ipsilateral foi revelado um aumento da densidade de astrócitos apenas no grupo HIAP. Na porcentagem de área ocupada por astrócitos GFAP+ há um aumento do porcentual em ambos os lados somente no grupo HIAP. Sendo assim, nossos resultados indicam que o enriquecimento ambiental contribui para a recuperação e/ou reversão do déficit da memória emocional em animais com lesão hipóxico-isquêmica, assim como o AE reverte e/ou previne o aumento da densidade e porcentagem de área ocupada por astrócitos na região CA1 do hipocampo. / Encephalopathy caused by neonatal hypoxia-ischemia (HI) is a major cause of death in both developed and developing countries. Several neuroprotective strategies have been developed for the treatment of this type of injury. The enriched environment (AE) emerges as one of these strategies, because we know that social interaction, visual and sensory and physical activities offered by AE induce behavioral and neurophysiological changes. The objective of this study was to investigate the effects of enriched environment on anxiety, emotional memory, motor behavior and expression of glial fibrillary acidic protein (GFAP) in the hippocampus of young Wistar rats submitted to neonatal HI. Male and female Wistar rats, on the 7th day postnatal (DPN) were subjected to the Levine-Rice HI neonatal, in which the left common carotid artery is permanently occluded and, subsequently, animals were kept in an hypoxic atmosphere (90 min, 8% O2, 92% N2). The animals were divided into four groups: CTAP (control environmental standard), CTAE (control enriched environment), HIAP (hypoxia-ischemia environmental standard) and HIAE (hypoxia-ischemia enriched environment). The AE animals groups were maintained in environmental enrichment since the 8th DPN. After weaning, animals were divided into groups and stimulated in another enriched environment (1 h per day, for 2 weeks). The animal´s behavior was observed on elevated plus maze (EPM); locomotion was evaluated by the walking behavior and for morphology analysis was performed by immunofluorescence for GFAP in the hippocampal CA1 region. There was no change in anxiety level of the animals, either by HI or by AE. When analyzing the first to the second day of exposure to EPM all animals showed a reduction in the number of entries into open arms (EOA). HIAP was the only group which did not show a reduction in the percentage of OAE in the first EPM exposure. In the second exposure, HIAE group reduced the percentage of EOA, when compared to HIAP. Considering TOA and percentage of TOA, AE groups showed a decrease from the first to the second day. In the second exposure there was a decrease in percentage of TOA and TOA in HIAE group when compared to the HIAP. There was a decrease in the number of closed arm entries (ECA) from first to second day in all groups except the group HIAP. Taking together, these findings indicate impairment in emotional memory in animals subjected to HI, being reversed by AE. The evaluation of the walking behavior showed no difference between the size and height of the steps in the four groups. In morphological analysis, no significant differences were found in the hippocampus contralateral to the lesion, but the ipsilateral side revealed an increased density of astrocytes only in the group HIAP. The percentage of area occupied by GFAP+ astrocytes increased on both sides in the HIAP group. Thus, our results indicate that environmental enrichment contributes to the recovery and / or reversal of the emotional memory deficit in animals with hypoxic-ischemic injury, as well as the enriched environment reverses and / or prevents the increase in density and percentage of area occupied by astrocytes in the hippocampal CA1 region.

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