Orientador: Prof. Dr. Alexandre Hiroaki Kihara / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Neurociência e Cognição, 2017. / O estriado é a maior estrutura dos núcleos basais (NB), recebendo inputs sinápticos de várias regiões. Ele está envolvido no controle de várias funções, incluindo a motora, cognitiva e emocional, além de ser essencial para a organização e execução de ações voluntárias. Os canais de junções comunicantes (JC) são responsáveis por vários processos essenciais, incluindo a sincronização da atividade neuronal e a propagação da apoptose em doenças neurodegenerativas. Por outro lado, o papel da comunicação mediada por Cx no desenvolvimento do SNC permanece mal compreendido. Neste estudo investigamos a expressão gênica e os níveis proteicos da Cx36, Cx43 e Cx45 no estriado de ratos ao longo do desenvolvimento, na idade de E19 (embrionária) P5, P10 (pós-natais) e P60 (adulto), usando PCR em tempo real e wester blotting, respectivamente. Em seguida, examinamos os possíveis papéis dos canais de Cx36, principal Cx neuronal, no estriado em desenvolvimento. Para esta finalidade, realizamos injeções bilaterais in vivo de quinina, um bloqueador seletivo de Cx36, no estriado de ratos P0. Nossos resultados mostraram que Cx36, Cx43 e Cx45 possuem níveis de RNAm distintos durante o desenvolvimento do estriado. Nós observados que os níveis da expressão gênica da Cx36 e Cx45 foram mais altos durante o desenvolvimento quando comparados com P60 (P <0,05), enquanto Cx43 teve níveis mais baixos durante o desenvolvimento, nas idades de E19 e P5, em relação à P60 (P <0,05). O nível proteico da Cx36 em E19 foi maior quando comparado com todas as idades avaliadas e com o adulto (P <0,05). Por outro lado, nós observamos baixos níveis proteicos para Cx43 e Cx45 em todas as idades de desenvolvimento, comparado com P60 (P <0,05). Para analisar os dados de imuno-histoquímica, foram empregadas ferramentas matemáticas para avaliar em detalhe as alterações no padrão de distribuição das Cx36 e Cx45. Verificou-se que a distribuição dos diferentes tamanhos clusters/aglomerados decai semelhante a uma lei de potência, mas com diferentes valores exponenciais para P0 e P60, revelando tamanho de clusters maiores em P0 (P <0,05). Para Cx43, observou-se que esta proteína esteve distribuída uniformemente em toda a região do estriado, incluindo no interior das fibras que formam esta estrutura, padrão não observado para P60. Os resultados estatísticos mostraram uma diferença robusta comparando esses dois padrões de distribuição da proteína (P <0,0002). Nossos resultados da injeção in vivo demonstraram que os comportamentos motivados, como a alimentação, foram gravemente prejudicados nos filhotes. Além disto, a ontogênese de alguns reflexos motores foi adiada, como os comportamentos de aversão ao precipício e de geotaxia negativa. Finalmente, investigamos as conseqüências funcionais do bloqueio de Cx36 realizado no desenvolvimento pós-natal, avaliando o comportamento do rato adulto. Nossos experimentos mostraram que tanto o condicionamento do medo ao som quanto a coordenação motora foram afetados, revelando padrões distintos dos animais controle. Em conclusão a primeira parte do estudo, fomos capazes de revelar padrões de expressão distintos de Cxs em desenvolvimento do estriado, que provavelmente estão relacionados com processos fundamentais durante o desenvolvimento. Pudemos, também, determinar que a comunicação feita pelos canais Cx36 desempenham papéis essenciais no desenvolvimento do SNC, como revelado por nossas observações no estriado. / The striatum is the largest structure of the basal ganglia (BG), receiving synaptic input from multiple regions. It is involved in the control of various aspects of motor, cognitive, and emotional functions, besides being essential for the organization and execution of voluntary actions. Gap junction (GJ) channels are responsible for several essential processes, including synchronization of neuronal activity and spreading of apoptosis in neurodegenerative diseases. On the other hand, the role of Cx-mediated communication in the development of the CNS remains poorly understood. In this study we investigated gene expression and protein levels of Cx36, Cx43 and Cx45 in the striatum of rats along its developmental ages of E19 (embrionary), P5, P10 (postnatal day) and P60 (adult) using real time PCR and western blotting, respectively. We next examined the possible roles of Cx36 channels, the main neuronal Cx, in the developing striatum. To this end, we performed in vivo bilateral injections of quinine, a selective Cx36 blocker, in the striatum of P0 rats. Our results showed that Cx36, Cx43 and Cx45 have distinct mRNA expression during the development of striatum. We observed that Cx36 and Cx45 gene expression levels were higher during the development when compared to P60 (P<0.05), while Cx43 was lower in developmental ages of E19 and P5 (P<0.05) comparing to P60. Cx36 protein levels at E19 were higher when compared with all evaluated ages and to P60 (P<0.05). On the other hand, we observed lower protein levels of Cx43 and Cx45 along all development ages compared to P60 (P<0.05). For immunofluorescence, we employed mathematical analyses to evaluate in detail changes in Cx36 and Cx45 distribution of clusters size evaluation. It was found that the distribution of the clusters size decays similarly with a power law, but with different exponent values for P0 and P60, revealing larger mean clusters at P0 (P<0.05). For Cx43, we observed that this protein was uniformly distributed in the whole striatum, including inside the fibers that forms this structure, pattern not seen for P60. Statistical results showed a robust difference comparing those two patterns of protein distribution (P<0.0002). Our results from in vivo injection showed that motivated behaviors, such as feeding, were severely impaired in rat pups. Moreover, ontogenesis of some motor reflexes was delayed, as supported by cliff avoidance and negative geotaxis behavior tests. Finally, we focused on the functional consequences of Cx36 blockade performed in postnatal development by evaluating adult behavior. Our experiments showed that both tone fear conditioning and motor coordination were affected, revealing distinct from control animals. In conclusion from first part of this study, we were able to disclose distinct expression patterns of Cxs in developing striatum, which are probably related to fundamental processes during the development. We were, also, able to determine that communication provided by Cx36 channels play essential roles in the developing of the CNS, as revealed by our observations in the striatum.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7699_1.pdf: 4692354 bytes, checksum: 3063b3c29a68321b0fdc334da3fab5a0 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No campo da neurociência computacional, a atividade elétrica dos neurônios é tradicionalmente modelada por equações diferenciais não-lineares acopladas, representando a evolução do potencial de membrana e certas variáveis relacionadas às condutâncias iônicas presentes no sistema. Uma tendência recente consiste na extensão desta estratégia de modelagem, detalhando as árvores dendríticas neuronais através da abordagem compartimental. Essa modelagem fina visa examinar a possibilidade de que essas extensas regiões neuronais em forma de árvores ramificadas desempenhem funções importantes, ou seja, sejam palco de uma complexa "computação dendrítica". Nesta dissertação, estudamos analiticamente e através de simulações um modelo cuja dinâmica da transmissão de estímulos dos elementos excitáveis é simples, porém a estrutura da árvore dendrítica é modelada em detalhe na forma de uma árvore de Cayley com um grande número de compartimentos. Resolvemos a equação mestra do problema, primeiro pela aproximação de campo médio simples, que apresenta fracos resultados. Em seguida, estudamos um cálculo da aproximação de pares, com resultados mais promissores. Os resultados de nossas simulações computacionais sugerem que a estrutura da árvore dendrítica da célula mitral é fundamental para o aumento da faixa dinâmica observado no glomérulo olfatório. Constatamos também o aparecimento de retropropagação de excitações, um fato já observado experimentalmente. Nossos resultados sugerem que a estrutura física em forma de árvore extensa com várias camadas poderia implementar importantes computações dendríticas, em especial uma função compressora de sinais com faixa dinâmica de mais de 50 dB. Fazemos também uma aplicação deste sistema ao glomérulo olfatório dos mamíferos, que contém dezenas de dendritos primários de células mitrais entrelaçados e conectados por junções comunicantes, modelado por árvores dendríticas com elementos conectados por uma rede bidirecional quase-aleatória. Um resultado notável nesta arquitetura é que a razão de ramificação das excitações não é dada simplesmente pela soma das razões dos casos isolados previamente conhecidos (rede aleatória e árvore isolada). No nosso modelo as árvores conectam-se por junçoes bidirecionais sorteadas aleatoriamente. Dependendo do número de junções comunicantes e de sua eficiência, o sistema passa a ter laços, possibilitando o aparecimento de atividade autosustentada na forma de transição de fase de não-equilíbrio. Deste forma, foi possível determinar numericamente as linhas críticas desta transição de fase. Neste caso, através de simulações, obtemos na criticalidade valores de faixa dinâmica similares aos observados experimentalmente para o glomérulo olfatório. Este resultado sugere uma possível função fisiológica para junções comunicantes nos circuitos neuronais do bulbo olfatório