Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Na+,K+-ATPase is ubiquitously expressed in the plasma membrane of all animal cells where serves as the principal regulator of intracellular ion homeostasis. Na+,K+-ATPase activity is activated by Na+ and K+ and current evidence indicates that total Na+,K+-ATPase activity is, in general, inhibited by anions. However, the effect of pharmacologically-induced Cl- flux on α1- and α2/3-subunit containing Na+,K+-ATPase activity is not established. In this study we investigated the effect of diazepam, a GABAA receptor positive allosteric modulator, on α1- and α2/3-subunit containing Na+,K+-ATPase activity. Hippocampal and cortical slices were incubated with diazepam (0, 0.05, 0.15 or 0.5 μM) and/or flumazenil (0, 0.005, 0.015, 0.05, 0.15, 0.5 or 1.5 μM) for 10 minutes. After incubation the slices were homogenized and α1 and α2/3 Na+,K+-ATPase activity were assayed using ouabain 3 μM (that inhibits α2/3-subunit containing Na+,K+-ATPase) and 4 mM (that inhibits both isoforms). Diazepam caused a 50% decrease of α2/3-subunit containing Na+,K+-ATPase activity in the hippocampus, but did not alter enzyme activity in the entorhinal cortex. The effect of diazepam was prevented by flumazenil, indicating that the decrease of Na+,K+-ATPase was involved GABAA receptors. Furthermore, a low chloride medium abolished the diazepam-induced decrease of Na+,K+-ATPase activity. Our data suggests that Na+,K+-ATPase in the hippocampus is sensitive to the pharmacological effects of a benzodiazepine by GABAA receptor-mediated mechanisms. Keywords: sodium pump. GABAA receptor. diazepam. flumazenil. chloride ion. hippocampus. entorhinal córtex. / A enzima Na+,K+-ATPase, ou bomba de sódio, é expressa na membrana plasmática de células eucarióticas, onde atua como principal regulador da homeostase iônica intracelular. A enzima Na+,K+-ATPase é ativada pelos íons Na+ and K+ e evidências indicam que a atividade total da enzima Na+,K+-ATPase é inibida por ânions. Entretanto, o efeito do fluxo de cloreto induzido farmacologicamente sobre a atividade das subunidades α1 e α2/3 da enzima Na+,K+-ATPase ainda não foi investigado. Neste estudo, nós investigamos o efeito do diazepam, um modulador alostérico positivo do receptor GABAA na atividade específica das subunidades α1 e α2/3 da Na+,K+-ATPase. Fatias de hipocampo e de córtex entorrinal foram incubadas com diazepam (0; 0,05; 0,15 ou 0,5 μM) e/ou flumazenil (0; 0,005, 0,015; 0,05; 0,15; 0,5 ou 1,5 μM) por 10 minutos. Após a incubação, as fatias foram homogeneizadas e a atividade das subunidades α1 e α2/3 da enzima Na+,K+-ATPase foi determinada. Diazepam diminuiu 50% a atividade da subunidade α2/3 da Na+,K+-ATPase no hipocampo, mas não alterou a atividade da enzima em córtex entorrinal. O efeito do diazepam foi prevenido por flumazenil, indicando que a diminuição da atividade da Na+,K+-ATPase envolveu a ativação dos receptores GABAA. Além disso, a baixa concentração de cloreto no meio de incubação aboliu a diminuição da atividade enzimática induzida por diazepam. Nossos dados sugerem que a enzima Na+,K+-ATPase no hipocampo é sensível a efeitos farmacológicos dos benzodiazepínicos por meio de mecanismos ativados por receptores GABAérgicos.

Ratos submetidos à desnutrição proteica apresentam elevada impulsividade e alterações em comportamentos de avaliação de risco no labirinto em cruz elevado (LCE). A desnutrição também pode influenciar a atividade do eixo hipotálamo-hipófise-adrenal (HPA). Alterações causadas pela desnutrição podem ser parcialmente revertidas pela estimulação ambiental; animais desnutridos e submetidos ao enriquecimento ambiental apresentaram maior locomoção e exploração no LCE, comparados com animais de mesma condição de dieta e que não foram estimulados. Demonstrou-se também que a estimulação pode influenciar os níveis de corticosterona plasmática evidenciando uma alteração da sensibilidade do eixo HPA. Este trabalho tem o objetivo de comparar, em ratos desnutridos (M) e bem nutridos (C), os efeitos do enriquecimento ambiental (E) em relação às concentrações de corticosterona plasmática, expressão de receptores de glicocorticóides (GR) no hipocampo e o desempenho no LCE aos 36 dias de idade. Ratos Wistar machos foram divididos em dois grupos de acordo com a dieta e subdivididos em subgrupos conforme a manipulação ambiental. A manipulação ambiental foi realizada no período de 8 a 35 dias (1 hora por dia). Após o teste no LCE os animais foram decapitados e tiveram o sangue coletado e o cérebro removido. Para a análise de corticosterona plasmática foi utilizada a técnica de radioimunoensaio. Para a quantificação dos receptores (GR) no hipocampo foi realizada uma análise quantitativa de expressão gênica por meio da reação em cadeia da polimerase (PCR) em tempo real. Ratos M apresentaram menor peso corporal quando comparados com os ratos C (p<0,001). Em relação ao LCE, ratos M permaneceram uma maior porcentagem de tempo [F(1,44)=9,08; p<0,01] e entraram mais [F(1,44)=9,01; p<0,01] nos braços abertos em relação a C. Animais ME apresentaram porcentagem de tempo nos braços abertos (6% ± 2%) próxima àquela dos animais CN (8% ± 2%). De acordo com a PCR em tempo real, o teste do LCE alterou a quantidade de receptores GR no hipocampo (t(10)=2,37; p<0,05) e essa adaptação ocorreu diferentemente em ratos M quando comparados com os C. Também foi possível observar que a quantidade de receptores GR após o teste do LCE é diferente entre os grupos M e ME (t(11)=4,48; p<0,05). Os dados do presente estudo sugerem que animais desnutridos se expõem a mais situações de risco que ratos bem nutridos. Quando o enriquecimento ambiental foi realizado no período crítico do desenvolvimento do sistema nervoso central observou-se um efeito de neuroproteção em relação às alterações produzidas pela desnutrição tanto na expressão de RNAm de receptores GR como no comportamento de avaliação de risco de ratos no LCE. Os dados do presente trabalho também mostraram que a desnutrição pode alterar a resposta de estresse mediada pelo eixo HPA após exposição ao teste do LCE, e que o enriquecimento ambiental possui efeito protetor em relação os efeitos da desnutrição precoce sobre a atividade deste eixo / Rats subjected to protein malnutrition have high impulsivity and changes in risk-assessment behaviors in the elevated plus maze (EPM). Malnutrition can also influence the activity of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA). Changes caused by malnutrition can be partly reversed by environmental stimulation; malnourished animals subjected to environmental enrichment had higher locomotion and exploration in the EPM compared with animals of the same condition and diet that were not stimulated. It was also demonstrated that stimulation can influence plasma corticosterone levels indicating a change in sensitivity of the HPA axis. This study aims to compare, in undernourished rats (M) and well nourished (C), the effects of environmental enrichment (E) in relation to plasma concentrations of corticosterone, expression of glucocorticoid receptors (GR) in the hippocampus and performance in EPM at 36 days of age. Male Wistar rats were divided into two groups according to diet and subdivided according handling environment. The environmental manipulation was performed within 8 to 35 days (1 hour per day). After testing in the EPM animals were decapitated and had their blood drawn and the brain removed. For the analysis of plasma corticosterone it was used the radioimmunoassay technique. For quantification of the glucocorticoid receptor (GR) in the hippocampus it was performed a quantitative analysis of gene expression by polymerase chain reaction (PCR) in real time. M rats showed lower body weight compared to C rats (p<0.001). In relation to the EPM, M rats showed higher number of entries [F(1,44)=9.01, p<0.01] and remain a higher percentage of time [F(1,44)=9.08, p<0.01] in the open arms as compared to C. ME rats presented a percentage of time in the open arms (6% ± 2%) similar to that of CN animals (8% ± 2%). According to the real time PCR, the EPM test changed the quantity of GR receptors in the hippocampus (t(10)=2.37, p<0.05), and that adaptation was different in M as compared with C rats. It was also observed that the amount of GR after EPM test was different between M and ME groups (t(11)=4.48, p<0.05). Data from the present study suggest that M animals are more likely to explore risk situations than C rats. It is also suggested that environmental enrichment imposed during the critical period of central nervous system development may have neuroprotective effects in both physiological and behavioral changes produced by early protein malnutrition. The data of this work also showed that malnutrition may alter the stress response mediated by the HPA axis after exposure to the EPM test and that environmental enrichment has a protective effect against the effects of malnutrition on the functioning of that axis.

O objetivo do presente estudo foi avaliar se ratos tratados com chá de ayahuasca apresentam i) alterações comportamentais no campo aberto e labirinto em cruz elevado (LCE); ii) alterações na expressão do transportador de glutamato (EAAC1) no córtex pré-frontal (CPF) e no hilus do giro denteado do hipocampo (HDG). Doze grupos de ratos Wistar machos (250g, n=10/cada) foram usados. Eles receberam 2 or 4ml/Kg de chá de ayahuasca ou água: dose única (agudo), 3 vezes/dia por 3 dias alternados (subcrônico) e 1 vez/dia por 15 dias (crônico). Trinta minutos após a última ingestão os animais foram submetidos aos testes comportamentais. Vinte e quatro horas após eles foram anestesiados, perfundidos e seus encéfalos seccionados (40-m) no hipocampo e CPF para os experimentos de imunoistoquimica para EAAC1. Comparações estatísticas entre cada grupo tratado com ayahuasca e seu respectivo controle foram feitas utilizando o teste t de Student e consideradas significantes quando p0,05. Apenas a ingestão subcrônica de ayahuasca induziu redução significante na atividade locomotora (27%) no campo aberto. No LCE nenhum dos tratamentos com ayahuasca induziu alterações significantes em ambos numero de entradas e tempo de permanência nos braços abertos. A ingestão subcrônica ou crônica de chá de ayahuasca induziu aumento significante na expressão de EAAC1 no HGD (20-67%). Em contraste, no CPF a expressão de EAAC1 foi significantemente reduzida em ratos tratados com 2 ou 4ml/Kg subcronicamente ou 4ml/Kg cronicamente (17-25%). A ingestão aguda de 2ml/Kg induziu discreto aumento na expressão de EAAC1 (16%). Estes resultados sugerem que i) Ayahuasca induz alterações nas atividades locomotora e exploratória de forma dependente da dose e frequência de ingestão; ii) Ayahuasca não tem efeito no nível de ansiedade; iii) A ingestão aguda, subcrônica e subcrônica de ayahuasca disparam distintos mecanismos no hipocampo e CPF envolvendo a modulação da neurotransmissão glutamatérgica. / This work aimed at investigating whether rats treated with Ayahuasca beverage show i) behavioral alterations in the open field and elevated plus maze (EPM); ii) alterations in the expression of glutamate transporter (EAAC1) in the prefrontal cortex (PFC) and in the hilus of dentate gyrus of the hippocampus (HDG). Twelve groups of male Wistar rats (250g, n=10/each) were used. They received 2ml/Kg or 4ml/Kg of ayauhasca beverage or water: only once (acute), 3 times/day for 3 days (sub-chronic) or once/day for 15 days (chronic). Thirty minutes after the last ingestion the animals were submitted to behavioural tests. After 24 hours they were anaesthetized, perfused and their brains sectioned (40-m) in the hippocampus and PFC for immunohistochemistry (IH) detection of EAAC1. Comparisons between ayahuasca and control groups used Student t test. Significance was set at p0.05. Only sub-chronic ingestion of Ayahuasca induced a decrease in locomotor (27%) activit in the open field. On the EPM all treatments with Ayahuasca induced no significant increase in both number of entries and time spent in the open arms. The sub-chronic and chronic treatments with Ayahuasca induced a significant increase in EAAC1 expression in the HDG (20-67%). In contrast, in the PFC the expression of EAAC1 was significantly decreased in rats treated with 2 or 4ml/Kg sub-chronically or 4ml/Kg chronically (17-25%). Acute ingestion of 2ml/Kg induced a smaller increase in EAAC1-IC (16%). These results suggest that i) Ayahuasca changes the locomotor and exploratory activities in a way depending the dose and frequency of ingestion; ii) Ayahuasca does not have effect on the level of anxiety; iii) Acute, sub-chronic or chronic ingestion of Ayahuasca beverage trigger distinct mechanisms in the PFC and hippocampus involving the modulation of glutamate neurotransmission.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The reactivation of a memory results in its destabilization, requiring a process of memory reconsolidation to maintain it. Spermidine is an endogenous aliphatic amine with polycationic structure that modulates N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor activity and improves memory. Recent evidence suggests that systemic administration of spermidine improves the reconsolidation of fear memory. Here we determined whether the calcium-dependent protein kinase (PKC) signaling pathway is involved in the improvement of fear memory reconsolidation induced by intrahippocampal (ih) administration of spermidine in rats. Male Wistar rats were trained in a fear conditioning apparatus using a 0.4 mA footshock as unconditioned stimulus. Twenty-four hours after training, animals were re-exposed to the apparatus in the absence of shock (reactivation session). Immediately after the reactivation session, spermidine (2-200 ρmol/site); the PKC inhibitor, 3-[1- (dimethylaminopropyl)indol-3-yl]-4-(indol-3-yl) maleimide hydrochloride (GF 109203X, 0.3 - 30 ρg/site); the antagonist of the polyamine-binding site at the NMDA receptor, arcaine (0.2 - 200 ρmol/site) or the PKC activator, phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA, 0.02 - 2 nmol/site) were injected intra-hipocampally (i.h.). Testing was carried out in the same apparatus, twenty-four hours after reactivation. Freezing scores at testing were considered a measure of memory. While the post-reactivation administration of spermidine (20 and 200 ρmol/site) improved, GF 109203X (1, 10 and 30 ρg/site) impaired memory reconsolidation. GF 109203X (0.3 ρg/site) prevented spermidine (200 ρmol/site)-induced improvement of memory reconsolidation. The post-reactivation administration of arcaine (200 pmol/site) impaired and PMA (2 nmol/site) improved memory reconsolidation. PMA (0.2 nmol/site) prevented arcaine (200 ρmol/site)-induced impairment of memory reconsolidation. The protein synthesis inhibitor anisomycin (2 μg/site) prevented spermidine (200 ρmol/site)-induced improvement of memory reconsolidation. These drugs had no effect on memory if they were administered in the absence of reactivation. These results suggest that the enhancement of memory reconsolidation induced by the administration of spermidine involves PKC activation. / A reativação de uma memória resulta na sua desestabilização, que exigem um processo de reconsolidação de memória para mantê-la. A espermidina é uma amina alifática endógena com estrutura policatiônica que modula a atividade do receptor Nmetil- D-aspartato (NMDA) e melhora a memória. Evidências recentes sugerem que a administração sistêmica de espermidina melhora a reconsolidação da memória de medo. No entanto não se sabe se a administração intra hipocampal de espermidina melhora a reconsolidação da memória e nem se a proteína cinase dependente de cálcio (PKC) e síntese proteica estão envolvidas neste efeito. Portanto, no presente estudo verificou-se o envolvimento da PKC e da síntese proteica na melhora da reconsolidação da memória do medo induzida pela administração intrahipocampal (ih) de espermidina em ratos. Ratos Wistar machos foram treinados na tarefa de medo condicionado contextual utilizando-se choque de 0,4 mA como estímulo incondicionado. Vinte e quatro horas após o treino, os animais foram re-expostos ao aparelho na ausência de choque (sessão reativação). Imediatamente após a sessão de reativação foram administradas, por via ih, espermidina (2-200 ρmol/sítio); o inibidor da PKC, 3- [1- (dimetilaminopropil) indol-3-il] -4- (indol-3-il) maleimida (GF 109203X, 0,3-30 ρg/sítio); o antagonista do sítio de ligação das poliaminas no receptor de NMDA, arcaína (0,2-200 ρmol/sítio) ou o ativador de PKC, 12-miristato 13-acetato de forbol (PMA, 0,02-2 nmol/sítio). Os testes foram realizados no mesmo aparelho, 24 horas após a sessão de reativação. O tempo de imobilidade dos animais durante o teste foi considerado como medida de memória. Enquanto a administração de espermidina (20 e 200 ρmol/sítio) melhorou, GF 109203X (1, 10 e 30 ρg/sítio) prejudicou a reconsolidação da memória. O GF 109203X (0,3 ρg/sítio) preveniu a melhora da reconsolidação da memória induzida por espermidina (200 ρmol/sítio). A administração da arcaína (200 pmol/sítio) prejudicou e PMA (2 nmol/sítio) melhorou a reconsolidação da memória. O PMA (0,2 nmol/sítio) preveniu o prejuízo na reconsolidação da memória induzido por arcaína (200 ρmol/sítio). O inibidor de síntese de proteica, anisomicina (2 ug/sítio) preveniu a melhora da reconsolidação da memória induzida por espermidina (200 ρmol/sítio). Estas drogas não tiveram nenhum efeito sobre a memória quando foram administrados na ausência da sessão de reativação. Estes resultados sugerem que a melhora da reconsolidação da memória induzida pela administração ih de espermidina envolve a síntese proteica e a ativação de PKC.

The methylmalonic acidemia is an inborn error of metabolism (IEM) characterized by methylmalonic acid (MMA) accumulation in body fluids and tissues, causing neurological dysfunction, mitochondrial failure, oxidative stress and neuroinflammation. Although neurological evidence demonstrate that infection and/or inflammation mediators facilitate metabolic crises in patients, the involvement of neuroinflammatory processes in the neuropathology of this organic acidemia is not yet established. In this experimental study, a single intracerebroventricular dose of MMA (MMA 2.5μmol /g, 12 hs after birth; at dose that raise its concentration in blood and in the brain from affected) was administered to mice pups at postnatal day 0 (P0) to induce an acute, transient rise of MMA levels in the central nervous system (CNS). In the following days (21st 33th or 40th 52th ) animal behavior was assessed in the radial maze test and elevated plus maze. It was measured tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), DCFH, Ache activity and caspase levels in the cerebral cortex, striatum and hipoccampus from mice with 21 e 40 days of life. Behavioral tests showed that animals injected with MMA have a reduction in the working memory test, but no in the reference test. The animals did not exhibit anxiety-like behaviors. Furthermore, MMA increased levels of TNF-α, AchE activity and activation of caspases 1, 3 and 8 in the cerebral cortex, hippocampus and striatum of mice with 21 and 40 days of life. The overall results indicate that a simple administration of MMA increased pro-inflammatory markers in the structure studied, increased apoptotic markers, and coincide with the behavioral changes found in young mice. This leads to speculate that, through mechanisms not yet elucidated, the transient metabolic insult with MMA may cause a neuroinflammatory processes during critical periods of development, contributing to the progression of cognitive impairment in patients with methylmalonic acidemia. / A acidemia metilmalônica (AM) é um erro inato do metabolismo (IEM) caracterizado pelo acúmulo do ácido metilmalônico (MMA) nos fluidos corporais e tecidos, causando disfunção mitocondrial, estresse oxidativo e neuroinflamação, resultando principalmente em disfunções neurológicas. Embora, estudos sugerem que a infecção ou mediadores da inflamação facilitem as crises metabólicas nos pacientes afetados, o envolvimento de processos neuroinflamatórios na patologia dessas acidemia orgânica ainda não foi estabelecido. Neste estudo, uma dose única intracerebroventricular de MMA (MMA 2.5μmol/g; dose encontrada no cérebro e fluidos corporais de pacientes afetados) foi administrada a filhotes de camundongos logo após o nascimento (P0). Além disso, o peso dos animais foi aferido até o dia dos testes comportamentais. A partir do 21° até 33° ou 40º até 52° dias de vida, os animais foram avaliados em tarefas comportamentais como o teste de labirinto radial e em cruz elevado. Os níveis de fator de necrose tumoral-alfa (TNF-α), DCFH, atividade da acetilcolinesterase (AchE) e os níveis de caspases foram determinados no córtex cerebral, estriado e hipocampo de camundongos com 21 e 40 dias de vida. Os testes do labirinto radial mostrou que os animais injetados com o MMA apresentaram um pior desempenho no teste de memória de trabalho, mas não no teste de memória de referência com 21 e 40 dias de vida. Os animais não apresentaram comportamento de ansiedade. Além disso, o MMA aumentou os níveis de TNF- α, a atividade AchE e a ativação das caspases 1, 3 e 8 no córtex cerebral, hipocampo e estriado dos camundongos com 21 e 40 dias de vida. Entretanto, a administração de MMA não causou alterações histológicas nas estruturas analisadas. Dessa forma, os resultados sugerem que uma administração única de MMA aumentou os níveis de mediadores pró-inflamatórios e a expressão de marcadores apoptóticos. Esses eventos podem estar associados com as mudanças comportamentais encontradas nos camundongos jovens. Assim, pode-se sugerir que, devido a mecanismos ainda não totalmente esclarecidos, o acúmulo de MMA durante períodos críticos de desenvolvimento pode causar processos neuroinflamatórios, que contribuem para a progressão da piora de memória nos pacientes com acidemia metilmalônica.

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Desde a descoberta nos anos 50 de que o hipocampo est? envolvido na forma??o de mem?rias, esta regi?o vem sendo extensivamente estudada. Al?m desta fun??o mnem?nica, o hipocampo tamb?m est? associado a navega??o espacial. Em camundongos e ratos, c?lulas de lugar exibem um aumento da taxa de disparo relacionado ? posi??o do animal. O local do ambiente onde uma determinada c?lula de lugar se ativa ? chamado de campo de lugar. A taxa de disparo das c?lulas de lugar ? m?xima quando o animal est? no centro do campo de lugar, e diminui a medida que ele se afasta desse ponto, sugerindo a exist?ncia de uma codifica??o espacial baseada em taxa de disparos. Entretanto, pesquisas pr?vias v?m mostrando a exist?ncia de oscila??es hipocampais em m?ltiplas frequ?ncias e ligadas a diferentes estados comportamentais, e muitos acreditam que estas oscila??es s?o importantes para uma codifica??o temporal. Em particular, oscila??es teta (5-12 Hz) possuem uma rela??o espa?o-temporal com as c?lulas de lugar conhecida como precess?o de fase. Na precess?o, a fase de disparos da c?lula de lugar muda gradualmente do pico de teta para o fundo e, posteriormente, para a fase ascendente, a medida que o animal atravessa o campo de lugar. Al?m disso, as teorias vigentes sugerem que CA1, a porta de sa?da do hipocampo, intermediaria a comunica??o com o c?rtex entorrinal e CA3 atrav?s de oscila??es em diferentes frequ?ncias chamadas, respectivamente, de gama alto (60-100 Hz; HG) e gama baixo (30-60 Hz; LG). Essas oscila??es se relacionam com teta, estando aninhadas dentro de cada ciclo desta frequ?ncia mais lenta. Nesta disserta??o, utilizamos dados disponibilizados online para fazer an?lises computacionais visando reproduzir resultados cl?ssicos e recentes acerca da atividade das c?lulas de lugar no hipocampo de ratos em livre movimento. Em particular, n?s revisitamos o debate sobre a rela??o da precess?o de fase com varia??es na taxa de disparos e na posi??o do animal no campo de lugar. Conclu?mos que este fen?meno n?o pode ser explicado por nenhuma dessas vari?veis sozinha, e sim pela intera??o entre elas. N?s tamb?m realizamos novas an?lises investigando as propriedades das c?lulas de lugar em rela??o ?s oscila??es. N?s mostramos que o n?vel de modula??o dos disparos por teta afeta apenas levemente a informa??o espacial contida nas c?lulas de lugar, enquanto a fase de disparo m?dia n?o tem nenhuma influ?ncia na informa??o espacial. Tamb?m encontramos que as c?lulas de lugar est?o moduladas por teta quando disparam fora do campo de lugar. Al?m disso, nossos resultados mostram que o disparo das c?lulas de lugar dentro do ciclo de teta segue os padr?es de modula??o de HG e LG por teta presentes nos potenciais de campo local de CA1 e c?rtex entorrinal. Por ?ltimo, achamos um acoplamento fase-amplitude em CA1 associado apenas aos disparos dentro do campo de lugar na faixa de 40-80 Hz. Conclu?mos que o disparo de c?lulas de lugar est? ligado a estados de rede refletidos no potencial de campo local e sugerimos que a atividade dessas c?lulas sejam interpretadas como um estado din?mico ao inv?s de uma propriedade fixa da c?lula. / The main inputs to the hippocampus arise from the entorhinal cortex (EC) and form a loop involving the dentate gyrus, CA3 and CA1 hippocampal subfields and then back to EC. Since the discovery that the hippocampus is involved in memory formation in the 50's, this region and its circuitry have been extensively studied. Beyond memory, the hippocampus has also been found to play an important role in spatial navigation. In rats and mice, place cells show a close relation between firing rate and the animal position in a restricted area of the environment, the so-called place field. The firing of place cells peaks at the center of the place field and decreases when the animal moves away from it, suggesting the existence of a rate code for space. Nevertheless, many have described the emergence of hippocampal network oscillations of multiple frequencies depending on behavioral state, which are believed to be important for temporal coding. In particular, theta oscillations (5-12 Hz) exhibit a spatio-temporal relation with place cells known as phase precession, in which place cells consistently change the theta phase of spiking as the animal traverses the place field. Moreover, current theories state that CA1, the main output stream of the hippocampus, would interplay inputs from EC and CA3 through network oscillations of different frequencies, namely high gamma (60-100 Hz; HG) and low gamma (30-50 Hz; LG), respectively, which tend to be nested in different phases of the theta cycle. In the present dissertation we use a freely available online dataset to make extensive computational analyses aimed at reproducing classical and recent results about the activity of place cells in the hippocampus of freely moving rats. In particular, we revisit the debate of whether phase precession is due to changes in firing frequency or space alone, and conclude that the phenomenon cannot be explained by either factor independently but by their joint influence. We also perform novel analyses investigating further characteristics of place cells in relation to network oscillations. We show that the strength of theta modulation of spikes only marginally affects the spatial information content of place cells, while the mean spiking theta phase has no influence on spatial information. Further analyses reveal that place cells are also modulated by theta when they fire outside the place field. Moreover, we find that the firing of place cells within the theta cycle is modulated by HG and LG amplitude in both CA1 and EC, matching cross-frequency coupling results found at the local field potential level. Additionally, the phase-amplitude coupling in CA1 associated with spikes inside the place field is characterized by amplitude modulation in the 40-80 Hz range. We conclude that place cell firing is embedded in large network states reflected in local field potential oscillations and suggest that their activity might be seen as a dynamic state rather than a fixed property of the cell.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-04-09T00:26:04Z No. of bitstreams: 1 StefanoPupeJohann_TESE.pdf: 36592987 bytes, checksum: f44357f3110776cf9f7cb628b2d65a95 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-04-09T00:36:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 StefanoPupeJohann_TESE.pdf: 36592987 bytes, checksum: f44357f3110776cf9f7cb628b2d65a95 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-09T00:36:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 StefanoPupeJohann_TESE.pdf: 36592987 bytes, checksum: f44357f3110776cf9f7cb628b2d65a95 (MD5) Previous issue date: 2015-03-20 / Os neurocientistas tem uma diversidade de perspectivas com as quais podem classificar diferentes partes do c?rebro. Com o surgimento de t?cnicas baseadas na gen?tica, como a optogen?tica, se torna cada vez mais importante identificar se um grupo de c?lulas, definidas atrav?s de morfologia, fun??o ou posi??o anat?mica possui um padr?o caracter?stico de express?o de um ou mais promotores gen?ticos. Isso permitiria melhores formas de estudar essas popula??es de neur?nios definidas geneticamente. Neste trabalho, eu apresento uma discuss?o te?rica e tr?s estudos experimentais nos quais essa foi a principal quest?o sendo abordada. O Estudo I discute as quest?es envolvidas em selecionar um promotor para estudar estruturas e subpopula??es na ?rea Tegmental Ventral. O Estudo II caracteriza uma subpopula??o de c?lulas na ?rea Tegmental Ventral que compartilha a express?o de um promotor, que ? anatomicamente muito restrita, e que induz avers?o quando estimulada. O Estudo II utiliza uma estrat?gia similar para investigar a subpopula??o no n?cleo subtal?mico que expressa PITX2 e VGLUT2 que, quando inativada, causa hiperlocomo??o. O Estudo IV explora o fato de que um grupo de c?lulas previamente identificadas no Hipocampo Ventral expressa CHRNA2, e indica que essa subpopula??o pode ser necess?ria e suficiente para o estabelecimento do ritmo teta (2-8 Hz) no Hipocampo Ventral de camundongos anestesiados. Todos esses estudos foram guiados pela mesma estrat?gia de identificar um promotor gen?tico capaz de permitir o controle de uma popula??o de neur?nios identificada geneticamente, e eles demonstram as diferentes formas em que essa abordagem pode generar novas descobertas. / Neuroscientists have a variety of perspectives with which to classify different parts of the brain. With the rise of genetic-based techniques such as optogenetics, it is increasingly important to identify whether a group of cells, defined by morphology, function or anatomical location possesses a distinct pattern of expression of one or more genetic promoters. This would allow for better ways to study of these genetically defined subpopulations of neurons. In this work, I present a theoretical discussion and threeexperimental studies in which this was the main question being addressed. Paper I discusses the issues involved in selecting a promoter to study structures and subpopulations in the Ventral Tegmental Area. Paper II characterizes a subpopulation of cells in the Ventral Tegmental Area that shares the expression of a promoter and is anatomically very restricted, and induces aversion when stimulated. Paper III utilizes a similar strategy to investigate a subpopulation in the subthalamic nucleus that expresses PITX2 and VGLUT2 which, when inactivated, causes hyperlocomotion. Paper IV exploits the fact that a previously identified group of cells in the ventral hippocampus expresses CHRNA2, and indicates that this population may be necessary and sufficient for the establishment of the theta rhythm (2-8 Hz) in the Local Field Potential of anesthetized mice. All of these studies were guided by the same strategy of characterizing and studying the role of a genetically defined subpopulation of cells, and they demonstrate the different ways in which this approach can generate new discoveries.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:36:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NelsonAML.pdf: 877661 bytes, checksum: 9f0e44b26c1eea9bd528ee3676051107 (MD5) Previous issue date: 2008-04-17 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / In the behavioral paradigm of discriminative avoidance task, both short and long-term memories have been extensively investigated with behavioral and pharmacological approaches. The aim of the present study was to evaluate, using the abovementioned model, the hippocampal expression of zif-268 - a calcium-dependent immediate early gene involved with synaptic plasticity process - throughout several steps of memory formation, such as acquisition, evocation and extiction. The behavioral apparatus consisted of a modified elevaated plus-maze, with their enclosed arms disposed in "L". A pre-exposure to the maze was made with the animal using all arms enclosed, for 30 minutes, followed by training and test, during 10 minutes each. The between sections interval was 24h. During training, aversive stimuli (bright light and loud noise) were actived whenever the animals entered one of the enclosed armas (aversive arm). Memory acquisiton, retention and extinction were evaluated by the percentage of the total time spent exploring the aversive arm. The parameters evaluated (time spent in the arms and total distance traveled) were estimated with an animal tracking software (Anymaze, Stoelting, USA). Learning during training was estimated by the decrease of the time spent exploring the aversive arm. One hour after the beginning of each section, animals were anaesthetized with sodium-thiopental (i.p.) and perfused with 0.9% heparinized saline solution followed by 4% paraformaldehyde. Brains were cryoprotected with 20% sucrose, separeted in three blocks and frozen. The middle block, containing the hippocampus, was sectioned at 20 micro meters in the coronal plane and the resutant sections were submitted to zif-268 immunohistochemistry. Our results show an increased expression of zif-268 in the dentate gyrus (DG) during the evocation and extinction stages. There is a distinct participation of the DG during the memory evocation, but not during its acquisition. Inaddition, all hippocampal regions (CA1, CA3 and DG) presented an increased zif-268 expression during the process of extinction. / No paradigma comportamental da esquiva discriminativa, as mem?rias de curto e de longo prazo t?m sido extensivamente estudadas tanto comportamental quanto farmacologicamente. O objetivo do presente estudo foi avaliar, usando o modelo supracitado, a express?o hipocampal de zif-268 - gene imediato dependente de c?lcio implicado em processos de plasticidade sin?ptica - ao longo das diversas etapas da forma??o da mem?ria, como aquisi??o, evoca??o e extin??o. O aparato comportamental consistiu de um labirinto em crum elevado modificado, com seus bra?os fechados dispostos em "L". Uma pr?-exposi??o ao labirinto foi feita com os animais usando os quatro bra?os fechados, com dura??o de 30 minutos, seguida de um treino e de um teste, cada qual com dura??o de 10 minutos. O intervalo entre as sess?es foi de 24 horas. Durante o treino, um est?mulo aversivo (luz e ru?do intensos) era acionado sempre que os animais entravam em um dos bra?os fechados (bra?o aversivo). A aquisi??o, reten??o e extin??o da mem?ria foram avaliados pelo percentual de tempo total gasto explorando o bra?o aversivo. Os par?metros avaliados (tempo nos bra?os e dist?ncia percorrida) foram registrados por um software de rastreamento de animais (Anymaze, Stoelting, USA). O aprendizado durante o treino foi estimado pelo decr?scimo do tempo gasto explorando o bra?o aversivo. Uma hora ap?s o in?cio de cada sess?o, os animais foram anestesiados com uma overdose de tiopental s?dico (i.p.) e perfundidos com solu??o salina heparinizada 0.9% seguida de paraformalde?do a 4%. Os enc?falos foram crioprotegidos com solu??o de sacorose a 20%, separados em tr?s blocos e congelados. O bloco do meio, contendo o hipocampo, foi seccionado a 20 micro metros no plano coronal e as sec??es resultantes foram ent?o submetidas ? imunohistoqu?mica para zif-268. Nossos resultados evidenciam um aumento da express?o de zif-268 no giro denteado (GD) durante asetapas de evoca??o e extins?o. H? uma participa??o distinta no GD durante a evoca??o e extin??o da mem?ria, mas n?o durante a aquisi??o. Al?m disso, todas as ?reas hipocampais (CA1, CA3 e GD) apresentam uma eleva??o da express?o de zif-268 durante o processo de extin??o

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A hipóxia isquemia (HI) pré-natal é uma das principais causas de mortalidade e doenças neurológicas crônicas em neonatos, que podem apresentar déficits remanentes como: retardamento, paralisia cerebral, dificuldade de aprendizado ou epilepsia. Estes prejuízos, provavelmente, estão relacionados com o atraso no desenvolvimento neural, astrogliose e com a perda de neurônios e oligodendrócitos. Déficits funcionais e cognitivos estão associados à degeneração de vias dopaminérgicas e de estruturas hipocampais. A enzima tirosina hidroxilase (TH) é a enzima limitante na síntese de dopamina e seus níveis são alterados em eventos de HI. O óxido nítrico (NO) é um gás difusível que atua modulando diferentes sistemas, participando de eventos como plasticidade sináptica e neuromodulação no sistema nervoso central e é produzido em grandes quantidades em eventos de injúria e inflamação, como é o caso da HI. O presente estudo teve por objetivos avaliar, utilizando o modelo criado por Robinson e colaboradores em 2005, os efeitos da HI sobre o comportamento motor e avaliar o desenvolvimento de estruturas encefálicas relacionadas a este comportamento como a substância negra (SN) e o complexo hipocampal. A HI foi induzida a partir do clampeamento das artérias uterinas da rata grávida, por 45 minutos no décimo oitavo dia de gestação (grupo HI). Em um grupo de fêmeas a cirurgia foi realizada, mas não houve clampeamento das artérias (grupo SHAM). A avaliação do comportamento motor foi realizada com os testes ROTAROD e de campo aberto em animais de 45 dias. Os encéfalos foram processados histologicamente nas idades de P9, P16, P23 e P90, sendo então realizada imunohistoquímica para TH e histoquímica para NADPH diaforase (NADPH-d), para avaliação do NO. Nossos resultados demonstraram redução da imunorreatividade para a TH em corpos celulares na SN aos 16 dias no grupo HI e aumento na imunorreatividade das fibras na parte reticulada aos 23 dias, com a presença de corpos celulares imunorreativos nesta região no grupo HI. Demonstramos também aumento do número de células marcadas para NADPH-d no giro dentado nos animais HI, nas idades analisadas, assim como aumento na intensidade de reação no corno de Ammon (CA1 e CA3) aos 9 dias no grupo HI, e posterior redução nesta marcação aos 23 e 90dias neste mesmo grupo. Nos testes comportamentais, observamos diminuição da atividade motora no grupo HI com uma melhora do desempenho ao longo dos testes no ROTAROD, sem entretanto atingir o mesmo nível do grupo SHAM. Os animais HI não apresentaram maior nível de ansiedade em relação ao grupo SHAM, descartando a hipótese das alterações observadas nos testes de motricidade estarem relacionadas a fatores ansiogênicos. O modelo de clampeamento das artérias uterinas da fêmea se mostrou uma ferramenta importante no estudo das alterações decorrentes do evento de HI pré-natal, por produzir diversos resultados que são similares aos ocorridos em neonatos que passam por este evento. / Perinatal hypoxia-ischemia (HI) is one of the major causes of mortality and chronic neurological diseases in newborns that can show permanent effects such as mental retardation, cerebral palsy, learning difficulty and epilepsy. It is probable that these impairs may be related to a delay in the neural development, astrogliosis and to the death of neurons and oligodendrocytes. Cognitive and functional deficits are related to degeneration of dopaminergic pathways and hippocampus. The enzyme tyrosine hydroxylase (TH) is a limiting step in the dopamine synthesis and its levels are impaired in HI insults. Nitric oxide (NO) is a diffusible gas that acts by modulating different systems and participates in several phenomena such as synaptic plasticity and neuromodulation in the central nervous system and is produced in higher levels in events of injury and inflamation as in the case of HI. This study aimed to evaluate the effects of HI on the motor behavior and to evaluate the development of brain structures related to this behavior as the substantia nigra (SN) and the hippocampal complex, using the model developed by Robinson and colleagues in 2005. HI was induced by clamping the uterine arteries of pregnant rats, for 45 minutes, on the eighteenth day of gestation (group HI). In a group of females, the surgery was performed, but no clamping of the arteries (group SHAM) was made. Assessment of motor behavior was performed with the ROTAROD test and open field test in animals of 45 days (P45) of age. The brains were processed histologically at ages P9, P16, P23 and P90, and then submitted to immunohistochemistry for TH and NADPH diaphorase (NADPH-d) histochemistry for evaluation of NOS. Our results demonstrated an apparent decrease in TH immunoreactivity in cell bodies in the SN at P16 in the HI group and an increase in immunoreactivity of the fibers in the SN pars reticulata at P23 with the presence of TH immunoreactive cell bodies at this same region in the HI group. We also showed an increase in the number of NADPH-d stained cells in the dentate gyrus in the HI group, at all ages, as also an increase in the intensity of staining in the Ammons horn (CA1 and CA3) at P9 in the HI group and, after that, a decrease in this staining at P23 and P90 in this same group. In the behavioral tests we observed a decrease in the motor activity in the HI group with a partial recovery all over the several sessions in the ROTAROD test, however this group did not reach the same performance as the SHAM group. HI animals did not show a higher level of anxiety when compared to SHAM animals, ruling out the hypothesis that anxiogenic factors may be impairing the results in the motor behavior tests. Our results showed that the model of uterine arteries clamping could be an important tool in the study of the effects of perinatal HI, by producing several consequences that are very similar to the effects observed in newborn children who suffered an HI event.

A dependência de drogas é um transtorno multifatorial complexo que se desenvolve em uma minoria de indivíduos que fazem uso dessas substâncias. Memórias associativas entre a droga e o contexto funcionam como gatilho para disparar comportamentos não adaptativos de busca e consumo, além de recaídas após períodos de abstinência. Subjacentes a essas mudanças comportamentais, existem modificações nas subunidades de receptores glutamatérgicos do tipo AMPA em estruturas envolvidas com memória (Hipocampo) e recompensa (Núcleo Accumbens). Por isso, estratégias que enfraqueçam a associação do contexto com a droga e que aprofundem o conhecimento dos circuitos envolvidos nesses comportamentos são de extrema relevância terapêutica. A memória quando evocada pode passar por dois processos pós-evocação: a extinção, em que uma nova memória é formada inibindo uma prévia associação, e a reconsolidação, em que a memória original entra em um estado lábil e suscetível a modificações, em que é possível enfraquecê-la através da inibição de sua reconsolidação. A reconsolidação da memória mostra-se uma estratégica mais eficaz e duradoura em relação à extinção, já que a memória original é modificada. Como modelo animal para o estudo da memória na dependência de drogas, o condicionamento de preferência por local (CPL) é bastante utilizado e sabe-se que é possível enfraquecer a preferência através do bloqueio da reconsolidação. Porém, são escassos os estudos que investigaram a existência da reconsolidação no modelo de sensibilização locomotora, que parece ocorrer, na maioria dos casos, em condição dependente do contexto de aquisição do comportamento, embora existam exemplos que demonstrem sua independência. As questões a serem respondidas neste trabalho são (a) se é possível reverter conjuntamente a preferência por local e a sensibilização locomotora à morfina (5 mg/kg) em ratos Wistar adultos machos, inibindo-se a síntese proteica com cicloheximida (CHX) i.p. logo após uma sessão de reativação contextual da memória no CPL, (b) se a reversão dos comportamentos reflete alterações (já descritas por outros autores) em GluA1, GluA1p (Ser845) e GluA2, no Hipocampo dorsal (HPCd) e no Núcleo Accumbens (NAc), e (c) se o mesmo tratamento em ambas estruturas reverte os dois parâmetros avaliados – comportamental e neuroquímico – de forma diferente ou igual. Nossos resultados mostraram ser possível reverter a preferência por local e a sensibilização locomotora por inibição sistêmica de síntese proteica, e que o condicionamento com exposição à morfina induz alterações nas subunidades analisadas de AMPA, conforme verificado no HPCd e NAc, embora a CHX não tenha produzido um efeito tão bem definido. Os animais que receberam infusões centrais no HPCd e NAc (central) não exibiram preferência por local, nem sensibilização. Em conjunto, nossos resultados mostraram, pela primeira vez em um mesmo desenho experimental, que é possível reverter diferentes aspectos da memória de recompensa (preferência e sensibilização) por meio do bloqueio da reconsolidação. / Drug addiction is a complex and multifactorial disorder that develops in a few people who use these substances. Associative memories between the drug and context of use act as a trigger for maladaptive behavior such as drug seeking and drug use, in addition to relapse after an extended period of withdrawal. Underlying these behavioral changes are modifications in glutamatergic reception (AMPA) in structures involved with memory (Hippocampus) and reward (Nucleus Accumbens). Therefore, strategies that weaken the drug and context association and deepen knowledge of circuits involved in these behaviors are extremely relevant therapeutically. When retrieved, a memory can undergo two distinct processes post-retrieval: extinction, in which a new memory inhibiting a previous association is generated, and reconsolidation, in which the original memory can enter a labile state and is susceptible to modifications, when it can be weakened by inhibition of its reconsolidation. Reconsolidation of memory has been shown to be a more effective and long lasting strategy in relation to extinction, since the original memory is modified. An animal model for studying drug addiction, conditioned place preference (CPP) is largely used and it is well known that it is possible to weaken preference by disrupting reconsolidation. However, there are few studies that investigate the existence of reconsolidation in a locomotor sensitization paradigm, which seems to occur in a condition dependent on context of acquisition, although some works report its independence. The questions answered in this work were (a) if it is possible to reverse both, context preference and locomotor sensitization to morphine (5mg/kg) by protein synthesis inhibition (CHX) after a contextual memory reactivation session in CPP, (b) if the disruption of behaviors reflects a reversal of changes of GluA1, GluA1p (Ser845) e GluA2 in dorsal Hippocampus (dHPC) and Nucleus Accumbens (NAc) and (c) if the same treatment in these structures differentially reverts the two parameters assessed. Our results indicate that it is possible to revert context preference and locomotor sensitization via systemic disruption of protein synthesis and that morphine conditioning induces changes in AMPA subunits in dHPC and NAc, although CHX did not have an evident effect on molecular reversal. Animals cannulated in dHPC and NAc core did not induce preference or sensitization. Taken together, our results demonstrated, for the first time, using the same experimental design that is possible to revert different aspects of reward memory (preference and sensitization) by disrupting the reconsolidation process.