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Mecanismos envolvidos na resposta cerebral ao exercício e no papel do hipotálamo na regulação do balanço energético / Mechanisms implicated in brain response to exercise and in the role of the hypothalamus in the regulation of energy balance

Dietrich, Marcelo de Oliveira January 2012 (has links)
O exercício físico regular é uma importante maneira de tratar e proteger contra o desenvolvimento de diversas doenças crônicas e seus efeitos no sistema nervoso central (SNC) podem revelar mecanismos importantes no processo saúde-doença. Aqui, mostramos que o exercício promove plasticidade sináptica em um processo que é dependente da adaptação funcional e morfológica das mitocôndrias neuronais. A ausência de UCP2, uma proteína desacopladora do fluxo de prótons, leva a anulação destes efeitos benéficos do exercício. Além dos efeitos do exercício no cérebro, também estudamos como o hipotálamo, uma região importante em diversas funções homeostáticas, regula o balanço energético e outros comportamentos em camundongos. Focamos principalmente na função de uma população de neurônios localizada no núcleo arqueado do hipotálamo, chamada de neurônios NPY/AgRP. Esses neurônios são orexigênicos, isto é, são responsáveis por promover aumento da ingesta de alimentos. Primeiramente, estudamos o papel da proteína Sirt1 nestes neurônios. Sirt1 é uma proteína com atividade deacetilase que está relacionada com adaptações metabólicas em períodos de balanço energético negativo, como restrição calórica e jejum. Portanto, tanto Sirt1 como os neurônios NPY/AgRP estão ativados em situações metabólicas semelhantes. Mostramos que o bloqueio da atividade de Sirt1 nesse grupo de neurônios, utilizando fármacos ou modelos de camundongos transgênicos, leva a uma diminuição da atividade neuronal e também a diminuição do apetite e do peso corporal. Esses efeitos foram dependentes da sinalização através dos receptores de melanocortinas e também da presença de UCP2. Essa função crucial de Sirt1 nos neurônios NPY/AgRP nos levou a estudar os animais deficientes em Sirt1 em modelos de restrição calórica. Animais nocaute para Sirt1 nos neurônios NPY/AgRP não tiveram nenhuma anormalidade metabólica em resposta a tal dieta. Entretanto, estes animais apresentaram resposta comportamental alterada em protocolos que testam atividade exploratória, principalmente em resposta à novidade. Subsequentemente, mostramos que esses neurônios são importantes para a plasticidade sináptica de neurônios dopaminérgicos na zona tegmental ventral. Corroborando o papel desta área na regulação de comportamentos motivacionais, nossos resultados mostram que os neurônios NPY/AgRP são críticos para o desenvolvimento desses neurônios dopaminérgicos e consequentemente para a regulação de uma série de comportamentos motivacionais, como resposta à cocaína e à novidade. Portanto, nossos resultados sugerem que o hipotálamo é importante para o desenvolvimento cerebral, com possível impacto em diversas funções cerebrais não classicamente relacionadas a este. Tais descobertas podem ser relevantes na pesquisa translacional. / Exercise is a behavioral intervention that promotes beneficial effects in many chronic diseases. The effects of exercise in the central nervous system (CNS) can shed light on mechanisms relevant to pathophysiology of diseases. Here, we demonstrate that exercise promotes synaptogenesis in the hippocampus in a process that is dependent on mitochondrial adaptations. In the absence of the mitochondrial uncoupling protein UCP2, the beneficial effects of exercise are abrogated. In addition to study the effects of exercise on the brain, we also investigate the role of the hypothalamus, a brain area important in several homeostatic functions, in the regulation of energy balance and other behaviors. We focused on the role of the NPY/AgRP neurons located in the arcuate nucleus of the hypothalamus, which exert an orexigenic tone in the brain, promoting food intake. We first investigated potential cellular pathways that could be important in the maintenance of neuronal activity. Sirt1 is a deacetylase that senses the metabolic state of the cell and is activated during negative energy balance (for example, fasting and calorie restriction). The similarities between the metabolic states that activate Sirt1 and the AgRP neurons led us to evaluate the role of this protein in NPY/AgRP neuronal function. We found that Sirt1 is important to NPY/AgRP activation and consequent feeding behavior. Animals with decreased Sirt1 activity are leaner and eat less. These results were dependent of melanocortin signaling and the presence of UCP2. The critical role of Sirt1 in the AgRP neurons led us to evaluate the adaptive response of mice knockout for Sirt1 specifically in the AgRP neurons during calorie restriction. We show here that calorie restriction promotes the activity of NPY/AgRP neurons in the brain, and that disrupting Sirt1 in these cells lead to impaired behavioral but not metabolic responses to calorie restriction. These findings highlight the pivotal role of the NPY/AgRP neurons during calorie restriction in regulation of complex behaviors.!Subsequently,! we show that impairment of AgRP neuronal function in mice increases exploratory behavior unrelated to feeding. Behavioral responses to cocaine, were also altered in these animals. As a neurobiological substrate of these altered behaviors, in Agrp-Sirt1 KO mice, ventral tegmental (VTA) dopamine (DA) neurons, which targeted by AgRP efferents, exhibited enhanced spike- timing-dependent long-term potentiation (STDLTP), decreased amplitude of mIPSCs, and increased DA levels in basal forebrain. Early postnatal ablation of AgRP neurons led to a phenotype resembling that of Agrp- Sirt1 KO mice, with enhanced LTP in VTA-DA cells and altered response to novelty. These observations reveal a fundamental regulatory role of AgRP neurons in determining the set point of the DA reward circuitry and associated behaviors during development. Our results are likely important in translational research.
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O aminoácido taurina ativa sinalização anorexigênica no hipotállamo de ratos / Taurina enhances the anorexigenic effects of insulin in th rat hipothalamus

Silva, Carina Solon, 1983- 02 April 2011 (has links)
Orientador: Lício Augusto Velloso / Dissertação (mestrado) - Universidade EStadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-17T17:14:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_CarinaSolon_M.pdf: 5770065 bytes, checksum: 0bde4400dcb614663b1d93ad8738e9cf (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Nas últimas décadas, a prevalência da obesidade teve um expressivo aumento no mundo, tornando-se um dos mais importantes fenômenos clínicos-epidemiológicos da atualidade. Fatores como o alto consumo calórico e diminuição no gasto energético, associados a determinantes genéticos, desempenham papel relevante na patogênese desta doença. A taurina (Tau) é conhecida por modular diversos parâmetros metabólicos, como ação e secreção da insulina e os níveis sanguíneos de colesterol. Dados recentes sugerem que Tau também pode reduzir a adiposidade corpórea em C. elegans e roedores. Desde que a adiposidade corpórea é principalmente regulada por neurônios hipotalâmicos responsivos à insulina e envolvidos no controle da fome e termogênese, nós hipotetizamos que algumas das atividades da Tau, relacionadas ao controle da gordura corpórea, pode exercer efeitos através da sua ação direta no hipotálamo de ratos. Aqui, nós mostramos que a infusão intracerebrocentricular de doses agudas de Tau reduzem a ingestão alimentar e ativam a transdução de sinal através das vias de sinalização Akt/FOXO1, JAK2/STAT3 e mTOR/AMPK/ACC. Esses efeitos são acompanhados pela modulação da expressão de NPY. Além disso, Tau pode melhorar o efeito anorexigênico da ação da insulina. Assim, o aminoácido Tau exerce uma potente ação anorexigênica no hipotálamo e melhora o efeito da insulina no controle da ingestão alimentar / Abstract: In the last decades, the obesity prevalence have a expressive increase in the world, been one of the most important actual phenomenon clinical-epidemiological. The high caloric intake and decrease of energy expenditure, associated with genetics factors play a relevant role in this disease. Taurine (Tau) is known to modulate a number of metabolic parameters such as insulin secretion and action and blood cholesterol levels. Recent data have suggested that Tau can also reduce body adiposity in C. elegans and in rodents. Since body adiposity is mostly regulated by insulin-responsive hypothalamic neurons involved in the control of feeding and thermogenesis, we hypothesized that some of the activity of Tau in the control of body fat would be exerted through a direct action in rat hypothalamus. Here, we show that the intracerebroventricular injection of an acute dose of Tau reduces food intake and activates signal transduction through the Akt/FOXO1, JAK2/STAT3 and mTOR/AMPK/ACC signaling pathways. These effects are accompanied by the modulation of expression of NPY. In addition, Tau can enhance the anorexigenic action of insulin. Thus, the aminoacid, Tau, exerts a potent anorexigenic action in the hypothalamus and enhances the effect of insulin on the control of food intake / Mestrado / Biologia Estrutural, Celular, Molecular e do Desenvolvimento / Mestre em Fisiopatologia Médica
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Papel da leptina e insulina na via PI 3-quinase/Akt em hipotalamo de ratos submetidos a exercicio fisico / Exercise improves insulin and leptin sensitivity in hypothalamus of wistar rats

Flores, Marcelo Benedito da Silva, 1969- 06 August 2018 (has links)
Orientador: Jose Barreto Campello Carvalheira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-06T19:29:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Flores_MarceloBeneditodaSilva_M.pdf: 1833023 bytes, checksum: 99997b0a5c99f578e72f4b0311e0b057 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O efeito do exercício físico prolongado de média a alta intensidade interfere, profundamente, no balanço energético de ratos. Em ratos machos, em particular, programas de exercício de moderados a muito intensos levam à redução da ingestão alimentar, o que leva ao menor acúmulo energético. Entretanto as causas exatas para os efeitos supressores do apetite, advindas do exercício não são totalmente conhecidas. Recentemente, demonstrou-se neste laboratório que a insulina e a leptina têm seus efeitos anorexígenos mediados via PI 3-quinase. Neste trabalho, foi verificado se o exercício altera a expressão e/ou atividade de proteínas envolvidas na transmissão hipotalâmica do sinal insulínico depois de estimulação com insulina e leptina. Ratos machos nadaram 6 horas por 1 dia. Foram tratados com insulina ou leptina através de infusão (icv) imediatamente após o término do exercício. A infiisão de insulina ou leptina reduziu a ingestão alimentar do grupo exercitado mais acentuadamente do que o verificado no grupo sedentário. A fosforilação dos IRS-1/2, a associação da PI 3-quinase aos IRSs e a fosforilação da AKT estimulados por insulina ou leptina em hipotálamos dos ratos sedentários estavam diminuídas se comparadas aos ratos exercitados; interessantemente, a fosforilação basal em serina da AKT estava mais alta nos ratos exercitados. O presente trabalho oferece parâmetros diretos da sinalização insulinica hipotalâmica, e comprova o aumento da sensibilidade do hipotálamo para a sinalização da insulina e da leptina em ratos exercitados. Estes dados dão suporte para a hipótese de que o exercício pode ter ações supressoras do apetite mediadas pela via hipotalâmica da PI 3-quinase / Abstract: Prolonged exercise of medium to high intensity is known to profoundly affect energy balance in rats. In male rats, in particular, moderately to severely intense programs lead to a reduction in food intake that contributes to retard deposition of energy as both fat and protein constituents. However the exact causes for the appetite-supressive effects of exercise are not known. Recently we and others have demonstrated that insulin and leptin have their anorectic-induced effect mediated by the PI 3-ldnase pathway. In the present study we determined whether exercise alters the expression and/or activity of proteins involved in insulin-signal transduction in hypothalamus after leptin or insulin stimulus. Male Wistar rats swam 6h/day for one day. Then, animals were treated with or without intracerebroventricular (i.c.v) insulin or leptin immediately after the exercise bout. lev. insulin or leptin infusion reduced food intake in exercised rats to a greater extent than that observed in sedentary rats. Insulin or leptin-stimulated phosphorylation of IRS-1/2, the associations of PI 3~kinase to IRS-1/2 and phosphorylation of Akt in hypothalamus were decreased in sedentary rats compared to exercised rats, interestingly basal serine phosphorylation of Akt was higher in the exercised rats. The present study provides direct measurements of insulin signaling in hypothalamus, and documents increased sensitivity to insulin and leptin signaling in hypothalamus of exercised rats. These findings provide support for the hypothesis that exercise could have appetite-suppressive actions mediated by the hypothalamic PI 3-kinase pathway / Mestrado / Ciencias Basicas / Mestre em Clinica Medica
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Papel do hipotálamo ventromedial e da parte tuberal do hipotálamo lateral no comportamento de agressão maternal. / Role of the ventromedial hypothalamus and tuberalis part of the lateral hypothalamus in maternal behavior aggression.

Isadora Clivatti Furigo 25 July 2012 (has links)
O comportamento agressivo maternal é desenvolvido por ratas lactantes com o intuito de preservar a vida de sua prole. Nesse estudo demonstramos que a Área Hipotalâmica de Ataque (HAA), particularmente a porção ventrolateral do núcleo ventromedial (VMHvl) e a parte tuberal do hipotálamo lateral (LHAtu), apresentam um papel crítico para a expressão do comportamento, ao correlacionarmos os níveis de agressão maternal com a ativação de tais setores, e detectarmos prejuízo no comportamento em um grupo submetido a lesões citotóxicas bilaterais por NMDA circunscritas a 1/3 caudal da HAA, e em outro grupo lesões que se estenderam por 2/3 caudais do eixo rostro caudal da HAA. Os parâmetros não agressivos não apresentaram diferenças entre os grupos, assim como os comportamentos maternais, indicando que as lesões não afetaram o cuidado das fêmeas com a sua prole. Em uma análise da densidade de células Fos positivas de possíveis alvos dessas estruturas hipotalâmicas estudadas, não detectamos diferenças estatísticas entre os grupos com lesão e o grupo controle. / The maternal aggression is developed by lactant dams to preserve their offsprings. In the present study we show that Hypothalamic Attack Area (HAA), particularly the ventrolateral part of ventromedial nucleus (VMHvl) and the tuberalis part of the lateral hypothalamus (LHAtu), have a critical role in the expression of this behavior. We have correlated the maternal aggression levels with the activation of this parts and we have detected behavioral damage at both groups with bilateral NMDA lesions at 1/3 caudal of HAA or 2/3 caudal of HAA, compared with control group. The non-agressive parameters did not show diferences among groups, as well as the maternal behavior, indicating that the lesions did not affect the maternal care. We have further analyzed the pattern of Fos expression in the brainstem targets of these hypothalamic regions in the NMDA lesioned dams, but couldnt find any difference between lesioned and intact groups.
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Taurine supplementation in malnourished obese animals = analysis of the molecular mechanisms of the hypothalamic action of insulin and leptin and the repercusion upon energy metabolism = Suplementação de taurina em animais desnutridos obesos: análise dos mecanismos moleculares da ação hipotalâmica da insulina e leptina e repercussões no metabolismo energético / Suplementação de taurina em animais desnutridos obesos : análise dos mecanismos moleculares da ação hipotalâmica da insulina e leptina e repercussões no metabolismo energético

Camargo, Rafael Ludemann, 1986- 25 August 2018 (has links)
Orientador: Everardo Magalhães Carneiro / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T14:25:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camargo_RafaelLudemann_D.pdf: 2850934 bytes, checksum: 04c9b4c4f0335f5418dbc5e0a6df5dea (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O balanço energético é preponderantemente controlado por regiões hipotalâmicas que recebem informações aferentes oriundas da periferia. Os estoques de energia sensibilizam neurônios hipotalâmicos que controlam a ingestão e o gasto energético, regulando assim o peso corporal. A desnutrição e a obesidade estão relacionadas ao desequilíbrio da homeostase energética. Evidências mostram que o consumo de dieta hiperlipídica (DHL) ativa vias inflamatórias no hipotálamo que prejudicam ações da insulina no controle do balanço energético. Além disso, o consumo de DHL também prejudica ações anorexigênicas da leptina e sua sinalização hipotalâmica. Neste estudo, avaliamos o consumo e o gasto energético, bem como os mecanismos moleculares e genéticos envolvidos na sinalização da insulina e leptina hipotalâmica e seu controle sobre o padrão alimentar e metabólico de camundongos submetidos à restrição protéica e alimentados com DHL. Além disso, verificamos os possíveis efeitos benéficos da suplementação com o aminoácido taurina (Tau), associado a DHL, nos perfis moleculares e fisiológicos analisados neste estudo. Para isso, logo após o desmame, camundongos C57BL/6 foram alimentados com dieta controle (14% de proteína ¿ grupo C) ou hipoprotéica (6% de proteína ¿ grupo R), sendo suplementados ou não com 5% de Tau na água de beber (grupos CT e RT). Após 6 semanas, os grupos receberam ou não DHL durante 8 semanas (grupos CHT e RHT). Animais submetidos a restrição protéica apresentaram maior sensibilidade periférica a insulina, apesar da deficiência na sensibilidade hipotalâmica deste hormônio. Os grupos em estudo apresentaram modificações na expressão de genes hipotalâmicos relacionados a defesa celular, apoptose, stress do retículo endoplasmático e controle da ingestão alimentar. Houve maior expressão gênica dos neuropeptidios orexigênicos em camundongos submetidos a restrição protéica, caracterizando hiperfagia, apesar de uma ingestão calórica normal. Camundongos DHL apresentaram hipofagia e menor expressão gênica dos neuropeptídeos anorexigênicos. Entretanto, o consumo de DHL em animais controles e desnutrido, propiciou maior ingestão calórica, culminando com aumento de peso e dos estoques de gordura. Camundongos DHL apresentaram também comprometimento da ação anorexigênica da leptina. Além disso, houve aumento da expressão protéica da uncoupling protein 1 (UCP1) no tecido adiposo marrom (TAM), assim como do quociente respiratório (QR) durante o período escuro em camundongos submetidos a restrição protéica. Por outro lado, houve diminuição da expressão protéica da UCP1 no TAM e do QR em camundongos DHL. Houve diminuição no gasto energético (GE) de animais DHL apenas na fase clara. Em conclusão, camundongos submetidos a restrição protéica apresentaram comprometimento da ação da insulina no hipotálamo, aumento da expessão dos neuropeptídios orexigênicos e do consumo alimentar. Além disso, o consumo de DHL promoveu obesidade, hipercolesterolamia, intolerância a glicose, aumento da ingestão calórica e prejuízo na ação da insulina e leptina. Entretanto, a suplementação com Tau preveniu alterações na homeostase glicêmica, no consumo calórico, na ação hipotalâmica da insulina e leptina em camundongos DHL. Por outro lado, a melhora desses padrões metabólicos mostrou-se menos eficaz em camundongos submetidos a restrição protéica. Por fim, o comprometimento do gasto energético e da atividade locomotora em animais obesos não foram restabelecidos com a suplementação de Tau / Abstract: The energy balance is mainly controlled by hypothalamic regions that receive afferent information arising from the periphery. Energy stocks sensitize hypothalamic neurons that control food intake and energy expenditure, thus regulating body weight. Malnutrition and obesity are related to an imbalance of energy homeostasis. Evidence shows that consumption of high-fat diet (HFD) activates inflammatory pathways in the hypothalamus that affect the actions of insulin in the control of energy balance. Moreover, consumption of HFD also impairs anorexigenic actions of leptin and its hypothalamic signaling. In this study, we evaluated the consumption and energy expenditure, as well as the molecular and genetic mechanisms involved in insulin and leptin signaling in the hypothalamus and its control over the food and metabolic pattern of malnourished mice fed with HFD. Furthermore, we verified the possible beneficial effects of supplementation with the amino acid taurine (Tau) associated with HFD in molecular and physiological profiles analyzed in this study. Thereunto, soon after weaning, C57BL/6 mice were fed with control diet (14% protein ¿ group C) or low protein diet (6% protein ¿ group R) and supplemented or not with 5% of Tau in the drinking water (CT and RT groups). After 6 weeks, the groups received or not HFD for 8 weeks (CHT and RHT groups). Animals subjected to protein restriction had a higher peripheral insulin sensitivity, despite the deficiency of this hormone in hypothalamic sensitivity. The study groups showed changes in hypothalamic expression of genes related to cellular defense, apoptosis, endoplasmic reticulum stress and the control of food intake. There was a higher gene expression of orexigenic neuropeptides in mice subjected to protein restriction, featuring a hyperphagia despite a normal caloric intake. HFD mice showed hypophagia and reduced gene expression of anorexigenic neuropeptides. However, consumption of HFD in controls and malnourished animals provided higher caloric intake, leading to weight gain and fat stores. HFD mice also exhibited an impaired anorexigenic effect of leptin. In addition, there was an increase in protein expression of uncoupling protein 1 (UCP1) in brown adipose tissue (BAT) and respiratory quotient (RQ) during the dark period in mice subjected to protein malnutrition. On the other hand, there was a decrease in the protein expression of UCP1 in the BAT and RQ in HFD fed mice. There was a decrease in energy expenditure (EE) in HFD animals only during the light phase. In conclusion, mice subjected to protein restriction showed an impairment of insulin action in the hypothalamus and an increase of the orexigenics neuropeptides genes expressions as well as food intake. Moreover, consumption of HFD promoted obesity, hipercolesterolamia, glucose intolerance, increased caloric intake and impaired of hypothalamic action of insulin and leptin. However, Tau supplementation prevented alterations in glucose homeostasis, caloric intake and hypothalamic action of insulin and leptin signaling in HFD mice. Moreover, the improvement in these metabolic patterns was less effective in mice subjected to protein restriction. Finally, the impairment of energy expenditure in obese animals and spontaneous locomotor activity were not restored by supplementation of Tau / Doutorado / Fisiologia / Doutor em Biologia Funcional e Molecular
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A fractalkina (CX3CL1) está envolvida nas etapas iniciais de ativação da inflamação no hipotálamo de roedores obesos / Fractalkine (CX3CL1) participates in the early stages of inflammation in hypothalamus of obese

Morari, Joseane, 1982- 23 August 2018 (has links)
Orientador: Licio Augusto Velloso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-23T19:11:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Morari_Joseane_D.pdf: 2485057 bytes, checksum: 88660e44d267d2bb162402326080d56d (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nas últimas décadas tornou-se claro que indivíduos e animais obesos apresentam um quadro subclínico de inflamação sistêmica. Estudos desenvolvidos em nosso laboratório ao longo dos últimos 10 anos revelaram que a inflamação do hipotálamo está presente em roedores obesos e sua inibição por métodos genéticos e farmacológicos resulta na correção do fenótipo obeso e dos distúrbios metabólicos comumente associados à obesidade. Ácidos graxos saturados de cadeia longa presentes na dieta parecem ser os principais responsáveis pela ativação da resposta inflamatória no hipotálamo. Os primeiros sinais de inflamação podem ser detectados 24 h após a introdução de uma dieta rica neste tipo de gordura. Pelo menos dois mecanismos moleculares foram identificados como potenciais desencadeadores desta resposta inflamatória, sendo eles; a ativação de receptores TLR4, e a indução do estresse de retículo endoplasmático. Durante a exposição precoce a uma dieta rica em gordura saturada, células da micróglia localizadas no hipotálamo, tornam-se ativas e passam a expressar citocinas que, eventualmente, levam a ativação de vias inflamatórias em neurônios da região. A ativação de JNK e IKK em neurônios resulta na indução de resistência hipotalâmica à leptina e insulina, e, subsequentemente na perda do controle coordenado da ingestão alimentar e do gasto calórico. O fato de se observar ativação inflamatória no hipotálamo poucas horas após a exposição aos nutrientes desencadeadores sugere que células da micróglia residentes participem deste processo. Entretanto, com a manutenção da exposição ocorre uma modificação do padrão inflamatório ao longo do tempo, o que sugere que novas células estejam sendo recrutadas. Na primeira etapa deste estudo avaliamos a migração de células monocíticas da medula óssea para o hipotálamo em animais alimentados com dieta rica em gordura saturada. Para tal, transplantes de medula óssea foram realizados para gerar quimeras expressando TLR4 funcional somente em células da medula óssea ou somente em tecidos não originários da medula óssea. A parecença de TLR4 funcional em células de medula óssea foi necessária para expressão completa do fenótipo obeso. Além disso, somente quando TLR4 estava expresso em células da medula óssea, ocorreu infiltração hipotalâmica com células de micróglia oriundas da periferia. Como o recrutamento de células monocíticas da medula óssea para um determinado sítio anatômico depende invariavelmente da expressão de quimiocinas, nós aventamos a hipótese de que nas etapas iniciais da ativação da inflamação hipotalâmica na obesidade alguma(s) quimiocina(s) poderia(m) desempenhar um papel determinante na progressão do processo inflamatório e, consequentemente do fenótipo obeso. Tanto humanos como animais experimentais não consanguíneos apresentam grande variabilidade na expressão fenotípica da obesidade quando expostos a condições ambientais que favoreçam a mesma. Desta forma, buscamos por diferenças no padrão de inflamação do hipotálamo e na expressão de quimiocinas em duas cepas de camundongos com perfis metabólicos e predisposição a obesidade diametralmente opostos, sendo eles: o camundongo Swiss, com grande predisposição a obesidade e diabetes; e, o camundongo Balb-c, virtualmente protegido da obesidade e dos distúrbios metabólicos afins. Identificamos a quimiocina CX3CL1 (fractalkina) como aquela, dentre as avaliadas, com maior distinção de sua expressão no hipotálamo entre as duas cepas de camundongos, encontrando-se mais expressa em Swiss que em Balb-c. Na segunda parte do estudo mostramos que a expressão da fractalkina é induzida em neurônios do hipotálamo frente a um estímulo com nutrientes ricos em ácidos graxos saturados. Em cultura de neurônios, a expressão de fractalkina é induzida preferencialmente por TNF, mas também por palmitato. A inibição da fractalkina no hipotálamo com siRNA protege camundongos Swiss da intolerância à glicose e da obesidade induzidas por dieta rica em gordura saturada, além de reduzir o recrutamento de células monocíticas originárias da medula óssea para o hipotálamo. Assim, concluímos que durante as etapas iniciais da indução da obesidade, células da micróglia residentes ativam a produção de fractalkina por neurônios do hipotálamo a qual desempenha papel importante no recrutamento de novas células monocíticas da medula óssea, que perpetuarão o processo inflamatório do hipotálamo caso a exposição à dieta rica em gordura saturada seja mantida. A fractakina constitui-se, portanto, num dos mais precoces sinalizadores durante a instalação da inflamação hipotalâmica associada à obesidade / Abstract: Studies performed during the last 20 years have shown that obese subjects and experimental models of obesity present a systemic subclinical inflammation. Our group has shown that in experimental obesity the hypothalamus is affected by an inflammatory response and the employment of genetic and pharmacological means to inhibit diet-induced hypothalamic inflammation rescues the obese phenotype and the metabolic disarrangements commonly associated with obesity. Long-chain saturated fatty acids present in the diet are amongst the most important inducers of the hypothalamic inflammation in obesity. The first signs of hypothalamic inflammation can be detected as early as 24 h after the initial exposure to dietary fats. At least two molecular mechanisms have been shown to play a role in the induction of the hypothalamic inflammation in obesity; i.e., activation of TLR4 and induction of endoplasmic reticulum stress. During the early exposition to dietary fats, resident microglia cells are activated and express cytokines that eventually can lead to the induction of inflammatory signaling in the neighboring neurons. The activation of JNK and IKK in neurons results in the induction of hypothalamic resistance to leptin and insulin and, thus, to the loss of the coordinated control of food intake and energy expenditure. As hypothalamic inflammation can be induced a few hours after the initial exposure to dietary fats, it has been suggested that resident microglia are involved in this process. However, as the exposure to dietary fats persists, changes in the pattern of inflammation take place, which may indicate the recruitment of new cells to the inflamed site. In the first part of this study, we evaluate the migration of bone marrow-derived monocytic cells to the hypothalamus of obese animals. Chimera mice were generated by the transplantation of TLR4-expressing bone marrow into TLR4 defective mice and vice-versa. The presence of functional TLR4 in bone marrow-derived cells was required for the complete expression of the obese phenotype. In addition, diet-induced hypothalamic infiltration with bone marrow-derived microglia was obtained only in the presence of functional TLR4 in bone marrow-derived cells. Because the recruitment of bone marrow-derived monocytic cells to a given anatomical site depends invariably on the expression of chemokines, we have raised the hypothesis that, during the initial steps of diet-induced hypothalamic inflammation a (some) chemokine (s) could play an important role in the progression of the inflammatory activity and, consequently, of the obese phenotype. Both humans and outbreed experimental animals display a huge phenotypic variability whenever exposed to environmental conditions that favor obesity. With this concept in mind, we searched for differences in the patterns of hypothalamic inflammation in two strains of mice with different predispositions to obesity and metabolic diseases. The Swiss mice which are prone to obesity, and the Balb-c mice, which are protected from obesity and related metabolic conditions. We identified the chemokine CX3CL1 (fractalkine) as the one, among those that we evaluated, with highest distinction on its hypothalamic expression levels between the two mouse strains; being increased in the hypothalamus of Swiss mice. In the second part of the study we demonstrate that fractakine is induced in hypothalamic neurons by fat-rich diet. In culture, neurons express fractalkine in response to a TNF stimulus preferentially, but also in response to palmitate. The inhibition of hypothalamic expression of fractalkine by siRNA protects mice from glucose intolerance and diet-induced obesity. Moreover, under hypothalamic fractalkine inhibition, diet-induced recruitment of monocytic cells from the bone marrow is severely impaired. We conclude that during the initial steps of diet-induced hypothalamic inflammation, resident microglia cells induce the expression of fractalkine by neighboring neurons, which in turn recruit additional monocytic cells from the bone marrow to maintain the inflammatory process under continuous dietary fatty acid exposure. Thus, fractalkine is one of the earliest signals generated in the hypothalamus during the installation of diet-induced obesity / Doutorado / Biologia Estrutural, Celular, Molecular e do Desenvolvimento / Doutora em Fisiopatologia Médica
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Reversibilidade parcial de alterações na função cerebral após perda de peso em humanos obesos / Partial reversibility of dysfunctional brain activity following weight loss in obese humans

Lee, Simone Van de Sande, 1979- 12 February 2011 (has links)
Orientador: Licio Augusto Velloso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-19T08:35:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lee_SimoneVandeSande_D.pdf: 7246544 bytes, checksum: 5e86a60839ae4f659dd37c06877e06de (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A obesidade, definida como o acúmulo excessivo ou anormal de gordura que pode causar dano à saúde do indivíduo, é considerada atualmente um dos principais problemas de saúde pública. Ela resulta de um desequilíbrio entre a ingestão alimentar e o gasto de energia. O controle do balanço energético de animais e seres humanos é realizado pelo sistema nervoso central (SNC) através de um sistema endócrino, em que hormônios periféricos circulantes como a leptina e a insulina sinalizam a neurônios especializados do hipotálamo sobre os estoques de gordura do organismo, e induzem respostas apropriadas para a manutenção da estabilidade destes estoques. A maioria dos casos de obesidade se associa a um quadro de resistência central à ação da leptina e da insulina. Em animais de experimentação, a dieta hiperlipídica é capaz de induzir um processo inflamatório no hipotálamo, que interfere com as vias intracelulares de sinalização por estes hormônios, resultando em hiperfagia, diminuição do gasto de energia e, por fim, obesidade. Até o momento não existem evidências de que mecanismos semelhantes possam contribuir para o desenvolvimento de obesidade em seres humanos. Os objetivos deste estudo foram avaliar o impacto da redução de massa corporal sobre a funcionalidade do sistema nervoso central e sobre marcadores de inflamação no líquido cefalorraquidiano (LCR) de pacientes obesos. Para tanto, foram avaliados treze pacientes obesos antes e aproximadamente oito meses após a realização de cirurgia bariátrica, além de oito voluntários com índice de massa corporal normal, através de ressonância magnética funcional e análise do LCR. Os indivíduos obesos apresentaram padrões de atividade funcional distintos em algumas regiões cerebrais, principalmente no hipotálamo, no córtex orbitofrontal e somatossensorial, em relação aos indivíduos eutróficos. Estas alterações foram parcialmente revertidas após a perda de peso induzida pela cirurgia bariátrica. Além disso, observou-se após a perda de peso um aumento dos níveis de IL-6 e IL-10 no LCR, citocinas que exercem ações anti-inflamatórias no SNC. Conclui-se que humanos obesos apresentam alterações da atividade funcional do cérebro em resposta à glicose, e que a redução da massa corporal induzida pela cirurgia bariátrica acompanha-se de uma restauração parcial da atividade neuronal e de um aumento da atividade anti-inflamatória no líquido cefalorraquidiano / Abstract: Obesity, defined as abnormal or excessive fat accumulation that may impair life quality, is one of the major public health problems worldwide. It results from an imbalance between food intake and energy expenditure. The control of energy balance in animals and humans is performed by the central nervous system (CNS) through an endocrine system, in which circulating peripheral hormones such as leptin and insulin provide a signal to specialized neurons of the hypothalamus reflecting body fat stores, and induce appropriate responses to maintain the stability of these stores. The majority of obesity cases are associated with central resistance to both leptin and insulin actions. In experimental animals, high-fat diets can induce an inflammatory process in the hypothalamus, which impairs leptin and insulin intracellular signaling pathways and results in hyperphagia, decreased energy expenditure and ultimately obesity. So far, there is no evidence that similar mechanisms may contribute to the development of obesity in humans. The aims of this study were to evaluate the impact of body mass reduction on the functionality of the central nervous system and on markers of inflammation in the cerebrospinal fluid (CSF) of obese patients. To achieve this objective, we evaluated thirteen obese patients before and approximately eight months after bariatric surgery, and eight normal weight volunteers, using functional magnetic resonance imaging and CSF analysis. Obese individuals showed distinct patterns of functional activity in some brain areas, mainly in the hypothalamus, orbitofrontal and somatosensory cortices, as compared to normal weight individuals. These changes were partially reversed after body mass loss following bariatric surgery. Moreover, we observed increases in the CSF levels of IL-6 and IL-10, both known to possess anti- inflammatory actions in the CNS. In conclusion, obese humans present altered functional brain activity in response to glucose, and body mass reduction following bariatric surgery is accompanied by partial restoration of neuronal activity and an increase in anti-inflammatory activity in the cerebrospinal fluid / Doutorado / Clinica Medica / Doutor em Clínica Médica
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A Interleucina 1 'beta' desempenha um papel termogênico na inflamação hipotalâmica induzida por dieta em ratos / Interleukin 1 'beta' plays a thermogenic role in diet-induced hypothalamic inflammation

Biazzo, Lívia Aparecida D'Avila Bitencourt Pascoal 19 August 2018 (has links)
Orientadores: Lício Augusto Velloso, Marciane Milanski / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-19T22:36:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Biazzo_LiviaAparecidaD'AvilaBitencourtPascoal_M.pdf: 4154170 bytes, checksum: 19b0d87fbb38f934ea580317356be4bf (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Na obesidade experimental, mudanças na função hipotalâmica desempenham papel importante na regulação anômala da ingestão alimentar e do gasto energético. Estudos recentes mostram que a inflamação hipotalâmica sub-clínica é um importante fator que contribui para a disfunção hipotalâmica na obesidade. Citocinas, como TNF'alfa', IL6 e IL10 tem sido estudadas no hipotálamo de modelos animais de obesidade, entretanto, o papel da IL1? nesta condição não está claro. Neste trabalho, nós utilizamos a técnica de interferência de RNA conjugado com o peptídeo do vírus da raiva RVG-9R para direcionar a molécula antisense de IL1? ao sistema nervoso central. Essa manipulação levou a uma redução de 50% na expressão hipotalâmica de IL1 ? em ratos obesos e a um aumento do ganho de peso corporal sem afetar a ingestão alimentar e a atividade física espontânea. A redução da expressão da IL1? no sistema nervoso central foi acompanhada da redução da atividade da enzima citrato sintase da cadeia respiratória mitocondrial e ao aumento da expressão de PGC1'alfa' no tecido adiposo marrom desses animais. Assim, propomos que a expressão de IL1? no hipotálamo de ratos obesos leva ao aumento da termogênese no tecido adiposo marrom que protege contra o ganho de massa corporal excessiva / Abstract: In experimental obesity, changes in hypothalamic function play an important role in the anomalous regulation of food intake and energy expenditure. Recent studies have shown that a low-grade hypothalamic inflammation is an important factor contributing to hypothalamic dysfunction in this context. Cytokines such as TNF'alfa', IL6 and IL10 have been studied in the hypothalamus of experimental models of obesity, however, the role played by IL1? in this condition is unknown. Here we employed small-intereference RNA conjugated with the rabies virus RVG-9R peptide to deliver an IL1? antisense RNA to the central nervous system. This approach led to a 50% reduction of hypothalamic expression of IL1? in obese rats and produced an increase in body mass gain without affecting food intake and spontaneous physical activity. Upon central nervous system IL1? inhibition the brown adipose tissue activity of the respiratory chain mitochondria enzyme citrate synthase was reduced, while the expression of PGC1'alfa'? was increased. Thus, the expression of IL1? in the hypothalamus of obese rats provides a brown adipose tissue-dependent thermogenic mechanism that protects against excessive body mass gain / Mestrado / Medicina Experimental / Mestre em Fisiopatologia Médica
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Sistema ubiquitina-proteassoma no hipotálamo : implicações para a gênese da obesidade / Ubiquitin-proteasome system in the hypothalamus : implications for the genesis of obesity

Souza, Letícia Martins Ignácio de, 1987- 02 May 2013 (has links)
Orientadores: Lício Augusto Velloso, Marciane Milanski Ferreira / Tese (Doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-22T00:15:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_LeticiaMartinsIgnaciode_D.pdf: 4083691 bytes, checksum: 4627dc93519577a00d2747b36d1a406f (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Dentre os fatores ambientais que contribuem para o desenvolvimento de obesidade, o consumo de dietas ricas em ácidos graxos saturados desempenha o papel mais importante. Estudos recentes realizados por vários grupos, inclusive o nosso, revelam que ácidos graxos saturados presentes na dieta levam ao desenvolvimento de resistência hipotalâmica à ação dos hormônios leptina e insulina, fenômeno este fundamental para que ocorra a quebra no equilíbrio entre ingestão e gasto calórico. Até o momento caracterizaram-se dois mecanismos moleculares potencialmente envolvidos na iniciação do processo que resulta na disfunção hipotalâmica na obesidade, a ativação de TLR4 e a indução de estresse de retículo endoplasmático, ambos levando a uma resposta inflamatória local e, eventualmente, a apoptose neuronal. Estudos recentes têm revelado que frente a situações que oferecem risco de dano celular, ativa-se um mecanismo de controle de tráfico e degradação protéica chamado sistema ubiquitina-proteassoma (UPS). O acúmulo de agregados protéicos positivos para ubiquitina pode gerar toxicidade celular e regular a plasticidade neuronal. Também a modulação de componentes do UPS pode gerar neurodegeneração hipotalâmica e fenótipo obeso em animais experimentais. Neste estudo aventamos a hipótese que durante períodos prolongados de obesidade a ativação anômala do UPS contribuiria para a perpetuação do quadro de obesidade. De fato, os resultados obtidos revelam que roedores com predisposição para a obesidade induzida por dieta mantém, a princípio, a capacidade de regular adequadamente a UPS no hipotálamo. Com o passar do tempo esta capacidade é perdida resultando numa maior dificuldade para perda de peso frente à redução do aporte calórico. Roedores com mutações que os protegem da inflamação, não apresentam distúrbio funcional do UPS quando expostos a dieta rica em ácidos graxos e, são também protegidos da obesidade. Portanto, o defeito funcional do UPS no hipotálamo no curso de obesidade prolongada, constitui-se num fator importante contribuindo para a refratariedade ao tratamento e perpetuação da doença / Abstract: The consumption of high-fat diets, especially those rich in saturated fatty acids, plays the most important role in the development of obesity. Recent studies by several groups, including ours, have shown that dietary long-chain saturated fatty acids lead to the development of hypothalamic resistance to leptin and insulin, an important condition contributing for breaking of the balance between caloric intake and energy expenditure. Two molecular mechanisms are currently known to play a triggering role in this process; activation of TLR4 and endoplasmic reticulum stress, both leading to local inflammation and eventually apoptosis of neurons. The ubiquitin-proteasome system (UPS) plays an important role in the control of protein recycling in the cell. The accumulation of ubiquitin-positive protein aggregates can cause cell toxicity and regulate neuronal plasticity. Also the modulation or differential activation of UPS can produce hypothalamic neurodegeneration and obese phenotype in experimental animals. Here, we hypothesized that under prolonged diet-induced obesity, a defect in the UPS in the hypothalamus could contribute for the defective control of energy homeostasis leading to the refractoriness of obesity to caloric restriction. In fact in an obesity-prone rodent strain, prolonged, but not short-term obesity was accompanied by functional abnormality of the UPS in the hypothalamus. In mutants protected from inflammation, resistance to diet-induced obesity was accompanied by stability of the UPS in the hypothalamus. Thus, defect of the UPS in the hypothalamus, during prolonged obesity is an important factor contributing the refractoriness of obesity to caloric restriction / Doutorado / Biologia Estrutural, Celular, Molecular e do Desenvolvimento / Doutora em Fisiopatologia Médica
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Inter-relação entre as vias de transmissão do sinal de insulina e leptina em hipotalamo e figado de ratos

Carvalheira, José Barreto Campello, 1971- 22 August 2002 (has links)
Orientador: Mario Jose Abdalla Saad / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-02T07:59:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalheira_JoseBarretoCampello_D.pdf: 29196532 bytes, checksum: 6adaf88914f9488a42fc234e6f8867f9 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Insulina e leptina atuam de forma semelhante e aditiva para controlar a homeostase energética. Entretanto, a base molecular desse sinergismo permanece desconhecida. A insulina sinaliza através de um receptor tirosina quinase que fosforila e ativa seus substratos (IRSs - substratos do receptor de insulina), enquanto a leptina e sua proteína tirosina quinase associada JAK2 (Janus Kinase 2) medeiam a fosforilação e ativação do fator de transcrição STAT3 (Signal Transducer and Activator of Transcription). Para investigar se a insulina e a leptina ativam as mesmas vias de sinalização e para determinar se esses hormônios interagem em hipotálamo, ratos Wistar machos foram estudados após implante de cânula no terceiro ventrículo através de imunoprecipitação, immunoblotting e gel shift. A administração aguda intracerebroventricular (icv) de insulina resultou em aumento da fosforilação do receptor de insulina (IR), substrato 1 do receptor de insulina (JRS-l), substrato 2 do receptor de insulina (IRS-2) e MAPK (Mitogen Activated Protein Kinase), além da associação entre os IRSs e a PI 3-quinase e a fosforilação em serina da Akt. A administração icv de leptina resultou na fosforilação em tirosina da JAK2, OBR, STAT3, IRS-1, IRS-2 e MAPK, bem como da associação entre os IRSs e a PI 3-quinase mas não foi observada a fosforilação da Akt. O estímulo simultâneo com os dois hormônios não aumentou a fosforilação do IRS-1, IRS-2, Akt e MAPK quando comparado com a administração isolada de insulina. Em contrapartida, a insulina induziu a fosforilação da JAK2 e do receptor de leptina (OBR) que, em presença de leptina, aumentou a interação entre o STAT3 e o OBR com conseqüente aumento da ativação do STAT3. A leptina ativou as vias de sinalização classicamente induzidas pela insulina no hipotálamo, e essas vias se intercruzaram, mas foram utilizadas de forma distinta que quando utilizadas pela insulina. Por outro lado a insulina modulou positivamente a via de sinalização da leptina. Esses resultados proporcionam uma base molecular para os efeitos coordenados da insulina e leptina no controle do apetite e peso corporal. Para demonstrar interdependência entre as vias de sinalização da insulina e leptina em hipotálamo de ratos, a transmissão do sinal de insulina em direção às vias da PI 3-quinase e MAPK foi comparada em hipotálamo de ratos zucker obesos (modelo animal de resistência insulina causado pela mutação do receptor de leptina) e controle. A infusão icv de insulina reduziu a ingestão alimentar de ratos controle, o que não foi observado nos animais obesos. Constatamos redução da fosforilação do IR, IRS-1, IRS-2, da associação entre a subunidade p85 da PI 3-quinase com as proteínas IRSs, bem como da fosforilação em serina da Akt no hipotálamo de ratos obesos comparado com os ratos magros. Em contraste, a insulina estimulou a fosforilação em tirosina da MAPK de forma similar em ratos magros e obesos. Assim, documentamos resistência à sinalização da insulina em tecidos hipotalâmicos de ratos Zucker obesos. Esses resultados fortalecem a hipótese de que a insulina tem suas ações anti-obesidade através da via da PI 3-quinase e que a diminuição do sinal por esta via no hipotálamo pode contribuir para o desenvolvimento de obesidade em estados de resistência à insulina. Originalmente, pensava-se que o hipotálamo era o único tecido a expressar a forma longa do receptor de leptina. Entretanto, evidências recentes sugerem que órgãos periféricos, entre eles o figado, também expressam a forma longa do receptor. Assim, na segunda parte deste estudo investigamos os efeitos rápidos e diretos da leptina em figado e determinamos se a leptina interage com a insulina nesse órgão. Em figado de ratos a injeção aguda de leptina ou insulina estimulou a fosforilação da JAK2, STAT3 e STAT5b. A leptina foi menos efetiva que a insulina em estimular as proteínas IRS e a associação destas com a PI 3-quinase. O tratamento simultâneo com os dois hormônios não modificou a fosforilação máxima do STAT3, IRS-l, IRS-2 e Akt, mas causou aumento significativo da fosforilação da JAK2 e do STAT5b quando comparado com a administração isolada de insulina ou leptina. Assim, detectamos uma inter-relação positiva nas vias de sinalização desses hormônios nas proteínas JAK2 e STAT5b em figado de ratos. Concluindo, estes estudos caracterizaram as vias de transmissão do sinal de leptina em hipotálamo e figado, evidenciando mecanismos para a integração da sinalização de insulina e leptina bem como a modulação destas vias em modelo animal de resistência à insulina e leptina nesses tecidos / Abstract: Insulin and leptin have overlapping effects in the control of energy homeostasis and glucose metabolism, but the molecular basis of this synergism is unknown. Insulin signals through a receptor tyrosine kinase that phosphorylates and activates the docking proteins IRSs (insulin receptor substrates), whereas the leptin receptor and its associated protein tyrosine kinase JAK2 (Janus kinase 2) mediate phosphorylation and activation of the transcription factor STAT3 (signal transducer and activator oftranscription). To investigate whether insulin and leptin share common intracellular signal transduction pathways and to determine whether these hormonal signaling systems modulate each other's action in rat hypothalamus male Wistar rats were studied after chronic implantation of an intracerebroventricular (i.c.v.) catheter into the third ventricle. Immunoprecipitation, immunoblotting and EMSA assays were used to examine the activation of insulin and leptin signaling molecules in the rat hypothalamus. Acute i.c.v. administration of insulin resulted in a time-dependent increase in tyrosine phosphorylation of the insulin receptor (IR), insulin receptor substrate 1 (IRS-1), insulin receptor substrate 2 (IRS-2) and MAPK (mitogen activated proein kinase), PI 3 kinase docking and serine phosphorylation of Akt. The i.c.v. administration of leptin resulted in tyrosine phosphorylation of JAK2, IRS-1, IRS-2 and MAPK and PI 3 kinase docking but no phosphorylation of Akt was observed. Simultaneous stimulation with both hormones did not increment tyrosine phosphorylation of IRS-1, IRS-2, Akt and MAPK when compared with isolated administration of insulin. In addition insulin induced JAK2 tyrosine phosphorylation and leptin receptor phosphorylation, which in the presence of leptin, augmented the interaction between STAT3 and this receptor. Insulin also increased the leptin-induced phosphorylation of STAT3 and its activation. Leptin rapidly activates classically insulin signaling pathways directly at the level of hypothalamus, and these pathways overlap with, but are distinct from, those engaged by insulin. On the other side, insulin modulates the leptin signal transduction pathway, and may provide a molecular basis for the coordinated effects of insulin and leptin in feeding behavior and weight control. To demonstrate the interdependence between insulin and leptin signaling in rat hypothalamus in vivo insulin signaling through the phosphatidylinositol 3-kinase (pI 3-kinase), mitogen-activated protein (MAP) kinase were compared in the hypothalamictissues of lean (Fa/?) and obese Zucker (falfa) rats (animal model of insulin resistance, which has a defect in the leptin receptor). Icv insulin infusion reduced food intake in Iean rats but no effect was observed in obese Zucker rats. Pretreatment with PI 3-kinase inhibitors prevents insulin-induced anorexia in lean rats. Insulin-stimulated tyrosine phosphorylation of insulin receptor (IR), IR substrates (IRS-1, IRS-2), the associations of p85 subunit of PI 3-kinase to the IRS proteins and serine phosphorylation of Akt in the hypothalamus of obese rats were significantly decreased compared with the lean rats. In contrast, insulin stimulated tyrosine phosphorylation of MAP kinase was similar in lean and obese rats. This segment of the study provides direct measurements of insulin signaIing in hypothalamic tissues, and document selective resistance to insulin signaling in the hypothalamus of obese Zucker rats at the molecular leveI. These findings have provided support for the hypothesis that insulin may have anti-obesity actions mediated by the PI 3-kinase pathway and that the impaired PI 3-kinase signal pathway in the hypothalamus may Iead to the development of obesity in insulin resistance and diabetic patients. Originally, it was thought that the hypothalamus was the only tissue expressing OBRb. However, recent evidence at the level of messenger RNA expression and cellular function suggest that peripheral organs including liver also express OBRb. Therefore the second part of the study was designed to investigate the rapid and potentially direct effects of leptin on signal transduction in liver and to determine whether insulin and leptin share common intracellular signal transduction pathways. Chronic leptin treatment markedly enhances the action of insulin on hepatic glucose production out of proportion to the body weight loss and increased insulin sensitivity. In the present experiments the cross-talk between insulin and leptin was evaluated in rat liver. Leptin, upon stimulation of JAK2 tyrosine phosphorylation, induced JAK2 coimmunoprecipitation with STAT3, STAT5b, IRS-1 and IRS-2. This phenomenon parallels the leptin-induced tyrosine phosphorylation of STAT3, STAT5b, IRS-1 and IRS-2. Acutely injected insulin stimulated a mild increase in tyrosine phosphorylation of JAK2, STAT3 and STAT5b. Leptin was less effective than insulin at stimulating IRSs phosphorylation and their associations with PI 3-kinase. Simultaneous treatment with both hormones promoted no change in maximal phosphorylation of STAT3, IRS-l, IRS-2 and Akt, but led to marked increase in tyrosine phosphorylation of JAK2 and STAT5b when compared with isolated administration of insulin or leptin. Thus, there is a positive cross-talk between insulin and leptin signaling pathways at the level of JAK2 and STAT5b in rat liver. We have characterized the leptin signaling pathway in hypothalamus and liver and demonstrate various mechanisms for the integration between insulin and leptin in these tissues. We have also showed that the cross-talk between these hormones is tissue dependent and that the effects of this interaction affects the energetic homeostasis and glucose metabolism in the various steps / Doutorado / Clinica Medica / Doutor em Clínica Médica

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