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Die Zebrafischmutation heart and mind (had), welche die alpha1B1-Untereinheit der Na+,K+ ATPase betrifft, verzögert die Streckung des Herzschlauches und führt zu weiteren Entwicklungsanomalien, die an andere Zellpolaritätsmutanten wie nagie oko (nok) und heart and soul (has) erinnern. In dieser Arbeit habe ich die Funktion und Regulation von Had/Na+,K+ ATPase während der Herzmorphogenese des Zebrafisches und seine möglichen Interaktionen mit Has/Prkci und Nok/Mpp5 untersucht. In konnte nachweisen, dass genetische Interaktionen zwischen had und nok in der Aufrechterhaltung von Zonula-Occludens-1-(ZO-1)-positiven Adhäsionsbändern Adhäsionsbändern in myokardialen Zellen während der Herzentwicklung nachweisen. Meine Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Interaktion zwischen Nok/Mpp5 und Had/Na+,K+ ATPase zur Aufrechterhaltung der myokardialen ZO-1-Adhäsionsbändern die Funktion der Na-Pumpe erfordert und dass die korrekte Ionengradienten zur Aufrechterhaltung der myokardialen Integrität beiträgt. Meine Ergebnisse zeigen eine Phosphorylierung des N-terminalen Endes von Had/ Na+,K+ ATPase durch PKCs. PKCs wurden bereits mit der Regulation der Na-Pumpen-Funktion durch Phosphorylierung von N-terminalen Resten in Verbindung gebracht. Meine Ergebnisse legen die Möglichkeit nahe, dass dieser Mechanismus im Zebrafisch konserviert ist. Die Analyse der subzelluläre Lokalisation einer Phosphorylierungs-defizienten Form von Had/Na+,K+ ATPase legt nahe, dass während Herzschlauch-elongation die Had/Na+,K+ ATPase-Aktivität an der Zellmembran durch die Phosphorylierung an einer amino-terminalen Amino-säure reguliert wird. Frühere Studien legen nahe, dass die Herzmorphogenese durch direkte Phosphorylierung von Has/Prkci-Zielen gesteuert wird. Die Identifikation von Has/Prkci-Phosphorylierungs-Zielen könnte dazu beitragen, Herzmorphogenese besser zu verstehen. Aus diesem Grund wurde ein chemisch-genetischer Ansatz entwickelt, um direkte Phosphorylierungs-Ziele von Has/Prkci zu identifizieren. / The zebrafish heart and mind (had) mutation which disrupts the alpha1B1 subunit of Na+,K+ ATPase causes heart tube elongation defects and other developmental abnormalities that are reminiscent of several epithelial cell polarity mutants including nagie oko (nok) and heart and soul (has). In this work, I investigated the function and regulatory mechanisms of Had/Na+,K+ ATPase during zebrafish cardiac morphogenesis, as well as its´ possible interactions with Has/Prkci and Nok/Mpp5. In this study, I demonstrate genetic interactions between had and nok in maintaining Zonula occludens-1 (ZO-1) positive junction belts within myocardial cells during heart development. My results strongly suggest that the interaction between Nok/Mpp5 and Had/Na+,K+ ATPase in the maintenance of myocardial ZO-1 junction belts requires the Na pump function and that the correct ionic balance contributes to the maintenance of myocardial integrity. My results show phosphorylation of the N-terminal intracellular tail of Had/Na+,K+ ATPase by PKCs. PKCs have previously been implicated in the regulation of the Na pump function via phosphorylation of N-terminal residues. Therefore, my results raise the possibility that this mechanism is conserved in the zebrafish embryo. The analysis of the subcellular distribution of a phosphorylation-deficient form of Had/Na+,K+ ATPase suggests that, during heart tube elongation, Had/Na+,K+ ATPase activity is regulated at the membrane via phosphorylation at an amino-terminal site. Previous studies suggest that heart morphogenesis is driven via direct phosphorylation of Has/Prkci targets. Therefore, identification of Has/Prkci phosphorylation targets would contribute to better understand cardiac morphogenesis. For this purpose, a chemical genetic approach was designed to identify Has/Prcki direct phosphorylation targets.

Alterações no receptor N-metil-D-aspartato(NMDAR) marcam o envelhecimento. Um dos efeitos desta via é a ativação da óxido nítrico sintase (NOS) e a produção GMP cíclico (GMPc), promovendo modulação da Na+,K+-ATPase. A proteína αKlotho tem função anti-envelhecimento, e os animais hipomórficos para klotho (kl-/-) são caracterizados por danos periféricos e no Sistema Nervoso Central (SNC). O objetivo deste trabalho é verificar possíveis alterações na via NMDAR-NOS-GMPc e na Na+,K+-ATPase no SNC de camundongos kl-/-. Os dados obtidos apontam para um aumento da fosforilação do NMDAR , atividade da NOS, e redução de GMPc em hipocampo. Em cerebelo ocorre uma redução na fosforilação do NMDAR, atividade da NOS, sem alterações nos níveis de GMPc. Diferenças na expressão das subunidades GluN2 do NMDAR ocorrem em ambas estruturas. Também, observamos uma redução na atividade da α2/α3-Na+,K+-ATPase em cerebelo, e alterações na expressão de α2 e α3 em hipocampo e de α2 em cerebelo. Os dados reforçam a participação destas vias nas alterações em SNC dos animais kl-/-. / Alterations in N-Methyl-D-Aspartate receptor (NMDAR) are typical features of aging. Nitric oxide synthase (NOS) activation and cyclic GMP (cGMP) production, promoting Na+,K+-ATPase modulation are key events in NMDAR signaling. αKlotho protein has anti-aging function, and mice carrying hypomorph allele for klotho gene (kl-/-) are characterized by systemic and central nervous system (CNS) damage. The aim of this work is to verify whether alterations in NMDAR-NOS-cGMP pathway and in Na+,K+-ATPase occur in the CNS of kl-/- mice. Present data point for an increase in NMDAR phosphorylation, NOS activity and reduction in cGMP levels. In cerebellum, a decrease in NMDAR phosphorylation and NOS activity occur, with no changes in cGMP levels. Both situations are followed by changes in GluN2 subunity expression. Furthermore, we saw a reduction in α2/α3-Na+,K+-ATPase activity in cerebellum, and alterations in α2 and α3 in hippocampus and in cerebellar α2. Data presented support these pathways participation in age related conditions, using kl-/- mice as a model to study CNS damage.

A ouabaína (OUA) promoveu hipertensão arterial (HA) após 5, 10 e 20 semanas de tratamento e modificou a função vascular de artérias mesentéricas de resistência (AMR). O tratamento por 5 semanas com OUA aumentou o óxido nítrico (NO) e a expressão protéica da isoforma neuronal de óxido nítrico (nNOS), ao passo que diminuiu os prostanóides vasoconstritores. Além disso, reduziu a expressão protéica da Cu-Zn superóxido dismutase (SOD) e aumentou a atividade funcional da Na+K+-ATPase. Já o tratamento por 10 semanas com OUA aumentou NO e prostanóides vasodilatadores, enquanto diminuiu a expressão protéica da nNOS e da COX-2. O tratamento por 20 semanas reduziu o NO e a expressão protéica da nNOS. Porém, aumentou o ânion superóxido, o tromboxano A2 e a expressão protéica de ambas: a SOD e a COX-2. Em conclusão, o tratamento com OUA promoveu HA e alterações funcionais em AMR, sendo estas dependentes do tempo analisado, pois no tratamento durante 5 e 10 semanas estas alterações não contribuem para a manutenção da HA, enquanto que o tratamento durante 20 semanas contribui. / Ouabain treatment (OUA) developed hypertension after 5, 10 and 20 weeks and modified the vascular function in mesenteric resistance arteries (MRA). 5-weeks treatment with OUA increased nitric oxide (NO) and neuronal isoform of nitric oxide (nNOS) protein expression. On the other side, this treatment reduced vasoconstrictors prostanoids. Besides decreased Cu-Zn superoxide dismutase (SOD) protein expression and increased functional activity of Na+K+-ATPase. 10-weeks treatment enhance NO and vasodilators prostanoids but reduced both nNOS and COX-2 protein expression. 20-weeks treatment reduced NO and nNOS protein expression. Nevertheless increased anion superoxide, tromboxan A2 and both SOD and COX-2 protein expression. In conclusion, OUA treatment induced HA and functional alterations in MRA that are time-dependents, because in 5 and 10 weeks of treatment these alterations are not likely to maintenance of HA, but the changes observed in the treatment during 20 weeks contributes.

As propriedades bioquímicas da (Na+,K+)-ATPase branquial do siri eurialino Callinectes danae aclimatado à salinidade de 15 o/oo foram estudadas. A análise do gradiente de centrifugação em sacarose revelou a presença de um único pico entre 30-35% de sacarose, com uma boa correlação entre as atividades PNFFase a ATPase totais e (Na+,K+)-ATPase. A atividade residual observada na presença de ouabaína 3 mM sugere a presença de outros sistemas de enzimas atuantes. A eletroforese em condições desnaturantes nos microsomas de brânquias de C. danae em animais recém-coletados em salinidade de 33 o/oo (não aclimatados) e de aclimatados a salinidades de 15 e 33 o/oo por um período de 10 dias mostrou a presença de pequenas diferenças nos padrões eletroforéticos das diferentes amostras. A análise por Western blot mostrou um aumento significativo da proporção relativa da subunidade alfa da (Na+,K+)-ATPase em relação à proteína total na fração microsomal do tecido branquial de animais aclimatados à salinidade de 15 o/oo quando comparados aos animais aclimatados a 33 o/oo. Entretanto, proporções similares de subunidade alfa foram observadas para amostras de animais recém-coletados a salinidade de 33 o/oo e aclimatados a 15 o/oo. A estimulação da atividade (Na+,K+)-ATPase pelo ATP ocorreu através de uma curva de saturação monofásica apresentando interações sítio-sítio (nH=1,2), com V= 298,8 ± 16,7 U/mg, com K0,5 de 174,2 ± 9,8 uM. A estimulação da atividade ATPase da (Na+,K+)-ATPase por íons Mg2+ (V= 299,16 ± 14,06 U/mg; K0,5= 767,31 ± 36,06 uM), íons Na+ (V= 309,0 ± 15,8 U/mg; K0,5= 7,8 ± 0,4 mM), íons K+ (V= 300,6 ± 15,3 U/mg; K0,5= 1,63 ± 0,08 mM) e íons NH4+ (V= 345,1 ± 19,0 U/mg; K0,5= 6,0 ± 0,3 mM) ocorreu através de interações sítio-sítio. A atividade da enzima foi modulada sinergisticamente pelos íons K+ com atividade máxima variando de 300,6 ± 15,3 U/mg para 514,6 ± 26,2 U/mg, na ausência e na presença 50 mM de íons NH4+, respectivamente. Além disso, foi observado um significativo aumento na afinidade aparente da enzima pelo íon K+ da ordem de 10 vezes (diminuiu de 1,6 ± 0,08 mM para 0,157 ± 0,008 mM). Similarmente ao observado para os íons K+, o íon NH4+ estimulou sinergisticamente a atividade da enzima na presença de diferentes concentrações de íons K+. A estimulação da atividade da enzima pelo íon NH4+ também ocorreu através de interações cooperativas entre os sítios. Embora tenha sido observado um aumento da atividade específica da enzima de 345,1 ± 19,0 U/mg para 516,8 ± 27,9 U/mg, não foram observadas variações significativas nos valores de nH e K0,5 com o aumento da concentração de íons K+. A ouabaína inibiu cerca de 90% da atividade ATPase total. A inibição pela ouabaína apresentou valor de KI de 45,09 ± 2,51 uM. O ortovanadato também inibiu atividade (Na+,K+)-ATPase na mesma faixa (90%) através de uma curva de inibição monofásica, com valor de KI da ordem de 1,31 ± 0,06 uM. O emprego de bafilomicina A1, tapsigargina e teofilina, juntamente com a ouabaína, na atividade ATPase total descartam a presença de V-ATPase, Ca2+-ATPase ou fosfatase, respectivamente. Apesar da inibição por oligomicina corresponder a menos de 3,7%, esse valor aparentemente sugere a presença de uma F0F1-ATPase. Além disso, a inibição por ácido etacrínico, em conjunto com os experimentos de estimulação por da atividade ATPase da enzima por íons Na+ sugere fortemente a presença de uma K+-ATPase. A (Na+,K+)-ATPase hidrolisou o substrato PNFF obedecendo à cinética Michaeliana com velocidade de V= 102,9 ± 4,3 U/mg e KM= 1,7 ± 0,1 mM. Já a estimulação da atividade K+-fosfatase da enzima por íons Mg2+ (V= 93,7 ± 2,3 U/mg; K0,5= 1,40 ± 0,03 mM), K+ (V= 94,9 ± 3,5 U/mg; K0,5= 2,9 ± 0,1 mM) e NH4+ (V= 106,2 ± 2,2 U/mg; K0,5= 9,8 ± 0,2 mM) seguiu uma cinética cooperativa, sugerindo a presença de múltiplos sítios de ligação. Entretanto, a atividade K+-fosfatase não foi estimulada sinergísticamente na presença de íons K+ mais NH4+. Os íons sódio (KI= 22,7 ± 1,7 mM) e ortovanadato (KI= 28,1 ± 1,4 nM) inibiram completamente a atividade fosfatase total através de uma única curva de inibição. / The biochemical properties of the (Na+,K+)-ATPase from the gill microsomal tissue of the euryhaline, marine, swimming crab Callinectes danae, acclimated to 15 0/00 salinity, were investigated. Sucrose gradient centrifugation analyses revealed a unique peak, between 30-35% sucrose, coincident with the total PNPPase, ATPase, and (Na+,K+)-ATPase activities. The residual activity observed in the presence of 3 mM ouabain suggests the existence of other enzyme systems. Electrophoresis under denaturing conditions, using material from fresh-caught crabs (33 o/oo salinity, not acclimated), and from crabs acclimated to 15 or 33 o/oo salinity, for 10 days, revealed differences in migration pattern. Western blot analyses showed a significant increase in the amount of (Na+,K+)-ATPase alpha-subunit relative to total protein, for crabs acclimated to 15 o/oo compared to those acclimated to 33 o/oo salinity. However, the proportion of alpha-subunit in samples from fresh-caught crabs acclimated to 33 o/oo and those acclimated to 15 o/oo salinity was similar. (Na+,K+)-ATPase activity was stimulated by ATP and showed a single saturation curve, exhibiting site-site interactions (nH=1.2), with V= 298.8 ± 16.7 U/mg, and K0.5= 174.2 ± 9.8 uM. Stimulation of the ATPase activity by Mg2+ (V= 299.16 ± 14.06 U/mg; K0.5= 767.31 ± 36.06 uM), Na+ (V= 309.0 ± 15.8 U/mg; K0.5= 7.8 ± 0.4 mM), K+ (V= 300.6 ± 15.3 U/mg; K0.5= 1.63 ± 0.08 mM) and NH4+ ions (V= 345.1 ± 19.0 U/mg; K0.5= 6.0 ± 0.3 mM) occurred through site-site interactions. (Na+,K+)-ATPase activity was synergistically modulated by K+ ions, maximum activity varying from 300.6 ± 15.3 U/mg to 514.6 ± 26.2 U/mg, in the absence and presence of 50 mM NH4+ ions, respectively. K+ ions induced a 10-fold increase in enzyme apparent affinity (from 1.6 ± 0.08 mM to 0.157 ± 0.008 mM). As for K+ ions, NH4+ synergistically stimulated enzyme activity in the presence of variable K+ concentrations. The stimulation by NH4+ ions exhibited cooperative, site-site interactions. Although an increase in specific activity from 345.1 ± 19.0 U/mg to 516.8 ± 27.9 U/mg was seen, no significant changes in nH and K0.5 were observed. Ouabain inhibited total ATPase activity by about 90%, showing a KI= 45.09 ± 2.51 uM. Orthovanadate also inhibited the (Na+,K+)-ATPase with a KI of 1.31 ± 0.06 uM. Although the inhibitory effect of oligomycin was minimal (3.7%), this inhibition may suggest F0F1-ATPase activity. The inhibition by ethacrynic acid, in association with Na+ ion stimulation of the ATPase activity, suggests the presence of a K+-ATPase. The (Na+,K+)-ATPase hydrolyzed PNPP (K+-phosphatase activity) obeying Michaelian kinetics, with V= 102.9 ± 4.3 U/mg and KM= 1.7 ± 0.1 mM. The stimulation of K+-phosphatase activity by Mg2+ (V= 93.7 ± 2.3 U/mg; K0.5= 1.4 ± 0.03 mM), K+ (V= 94.9 ± 3.5 U/mg; K0.5= 2.9 ± 0.1 mM), and NH4+ ions (V= 106.2 ± 2.2 U/mg; K0.5= 9.8 ± 0.2 mM) following cooperative kinetics, suggests multiple binding sites. K+-phosphatase activity, however, was not synergistically stimulated by K+ and NH4+. Sodium ions (KI= 22.7 ± 1.7 mM), and orthovanadate (KI= 28.1 ± 1.4 nM) totally inhibited the total phosphatase activity.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Spermidine (SPD) is an endogenous polyamine with polycationic structure present in the central nervous system of mammals. SPD regulates biological processes, such as Ca2+ influx by glutamatergic N-methyl-D-aspartate receptor (NMDA receptor), which has been associated with nitric oxide synthase (NOS) and cGMP/PKG pathway activation and a decrease of Na+,K+-ATPase activity in rats cerebral córtex synaptossomes. Decreased Na+,K+-ATPase activity, as well as decreased enzyme expression, directly impairs neurotransmitter signaling with deleterious consequences on learning and memory. The enzyme Na+,K+-ATPase establishes Na+ and K+ gradients across membranes of excitable cells and by this means maintains membrane potential and controls intracellular pH and volume. However, it has not been defined whether SPD modulates Na+,K+-ATPase activity in the hippocampus. In this study we investigated whether SPD alters Na+,K+-ATPase activity in slices of hippocampus from rats, and possible underlying mechanisms. Hippocampal slices and homogenates were incubated with SPD (0.05-10 μM) for 30 minutes. SPD (0.5 and 1 μM) decreased Na+,K+-ATPase activity in slices, but not in homogenates. MK-801 (100 μM), a non-competitive antagonist of NMDA receptor, arcaine (0.5 μM), an antagonist of the polyamine binding site at the NMDA receptor, and L-NAME (100 μM), a nitric oxide synthase inhibitor, prevented the inhibitory effect of SPD (0.5 μM). ODQ (10 μM), a guanylate cyclase inhibitor, and KT5823 (2 μM), a protein kinase G inhibitor, also prevented the inhibitory effect of SPD on Na+,K+-ATPase activity. SPD (0.5 and 1.0 μM) increased NO2 plus NO3 (NOx) levels in slices, MK-801 (100 μM) and arcaine (0.5 μM) prevented the effect of SPD (0.5 μM) on the NOx content. These results suggest that SPD-induced decrease of Na+,K+-ATPase activity involves NMDA/NOS/cGMP/PKG pathway. / A espermidina (SPD) é uma poliamina endógena com estrutura policatiônica presente no sistema nervoso central (SNC) de mamíferos. A SPD regula muitos processos biológicos, como o influxo de cálcio através dos receptores glutamatérgicos N-metil-D-aspartato (NMDA), o qual tem sido associado com a ativação da enzima óxido nítrico sintase (NOS) e da via de sinalização da guanosina mono fosfato cíclica/proteína quinase dependente de GMPc (GMPc/PKG). Sabe-se que uma diminuição da atividade da Na+,K+-ATPase, bem como a sua expressão, prejudica diretamente a sinalização de neurotransmissores, comprometendo tanto aprendizado e a memória. A enzima Na+,K+-ATPase estabelece os gradientes de Na+ e K+ através da membrana de células excitáveis e desta forma mantém o potencial de membrana e contribui para o controle do volume e do pH celular. No entanto, não está bem definido se a SPD modula a atividade da Na+,K+-ATPase no hipocampo de ratos. Neste estudo foi investigado se SPD altera a atividade da Na+,K+-ATPase em fatias de hipocampo de ratos, e o possível mecanismo envolvido neste processo. As fatias e o homogeneizado de hipocampo foram incubados com SPD (0,05-10 M) por 30 minutos. SPD (0,5 e 1 M) diminuíram a atividade da Na+,K+-ATPase em fatias, mas não no homogeneizado de hipocampo. MK-801 (100 μM), um antagonista não competitivo do receptor NMDA, arcaína (0,5 M), um antagonista do sítio de ligação das poliaminas no receptor NMDA, e L-NAME (100 μM), um inibidor da NOS, preveniram o efeito inibitório da SPD (0,5 M). ODQ (10 μM), um inibidor da enzima guanilato ciclase, e KT5823 (2 μM), um inibidor da proteína quinase dependente de GMPc, também preveniram o efeito inibitório da SPD sobre a atividade da Na+,K+-ATPase. SPD (0,5 e 1,0 μM) aumentaram os níveis de NO2 plus NO3 (NOx) nas fatias de hipocampo. MK-801 (100 μM) e arcaína (0,5 μM) preveniram o efeito da SPD (0,5 μM) sobre conteúdo de NOx. Estes resultados sugerem que a diminuição da atividade da Na+,K+-ATPase induzida pela SPD envolve a via de sinalização NMDA/NOS/GMPc/PKG.

Aflatoxins are produced by Aspergillus flavus fungi, mainly A. parasiticus and A. nomius. Aflatoxin B1 (AFB1) is the most common and highly toxic mycotoxin, presents carcinogenic, mutagenic and teratogenic effects. This mycotoxin has been detected in cultures of worldwide importance such as maize, groundnuts, beans, rice, wheat, cotton, sorghum, fruit and also in animal feed. AFB1 exerts its effects after its conversion into liver 8,9-epoxide by the action of cytochrome P-450, which reacts with cellular macromolecules, including proteins, RNA and DNA. Furthermore, there is an increase in levels of reactive oxygen species, altered neurobehavioral performance, damage to motor coordination, and decreased protein levels. Studies show that AFB1 alter the levels of neurotransmitters such as norepinephrine, serotonin and dopamine, and it is known that these changes influence the behavior of animals, also inhibits the activity of the enzyme Na+, K+-ATPase. This enzyme in the brain is essential for the maintenance of the electrochemical gradient, maintenance of resting potential and the release and uptake of neurotransmitters. Thus, a decrease in activity Na+, K+-ATPase could cause increased neuronal excitability, facilitating the occurrence of seizures. Thus, the aim of this study was to investigate the influence of AFB1 in facilitating seizures induced by a subconvulsant dose of pentylenetetrazol (PTZ), and evaluate its toxic effects on the brain, by determining the activity of Na+, K+-ATPase and oxidative stress parameters after acute exposure to AFB1 in rats. EEG recording of the animals was performed after acute oral administration of AFB1 (250 mg/kg) followed by a subconvulsant dose of pentylenetetrazol (30 mg/kg, ip). Prior administration of AFB1 to PTZ reduced the latency of myoclonus, did not alter the total amplitude of the brain waves, and concomitant exposure to PTZ reduced the activity total, α1 and α2/α3 of the enzyme Na+, K+-ATPase in the cerebral cortex. In the hippocampus, the AFB1 and PTZ reduced total and α2/α3 activity of the Na+, K+-ATPase. The AFB1 not alter the activity of catalase (CAT), and glutathione-S-transferase (GST) in the cerebral cortex of animals. We conclude that AFB1 exerts neurotoxic effect, facilitating seizures induced by PTZ possibly by inhibiting Na+, K+-ATPase activity. / As aflatoxinas são produzidas principalmente pelos fungos Aspergillus flavus, A. parasiticus e A. nomius. A aflatoxina B1 (AFB1) é a micotoxina mais frequente e altamente tóxica, apresenta efeitos carcinogênicos, mutagênicos e teratogênicos. Esta micotoxina tem sido detectada em culturas de importância em todo o mundo, como milho, amendoim, feijão, arroz, trigo, algodão, sorgo, frutas e também em rações de animais. A AFB1 exerce seus efeitos após sua conversão hepática em 8,9-epóxido, pela ação de enzimas do citocromo P-450, o qual reage com macromoléculas celulares, incluindo proteínas, RNA e DNA. Além disso, há um aumento nos níveis de espécies reativas de oxigênio, alteração do desempenho neurocomportamental, prejuízos à coordenação motora, e diminuição dos níveis proteicos. Estudos revelam que a AFB1 altera os níveis de neurotransmissores como a norepinefrina, serotonina e dopamina, e sabe-se que estas alterações influenciam no comportamento dos animais, como também inibe a atividade da enzima Na+,K+-ATPase, enzima que no cérebro, é essencial para a manutenção do gradiente eletroquímico, manutenção dos potenciais de repouso e liberação e captação de neurotransmissores. Assim, uma diminuição da atividade Na+,K+-ATPase pode ocasionar aumento da excitabilidade neuronal, facilitando a ocorrência de convulsões. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi investigar a influência da AFB1 em facilitar as convulsões induzidas por uma dose subconvulsivante de pentilenotetrazol (PTZ), e avaliar seus efeitos tóxicos sobre o cérebro, através da determinação da atividade da Na+,K+-ATPase e parâmetros de estresse oxidativo após a exposição aguda à AFB1 em ratos. Foi realizado o registro eletroencefalográfico dos animais após a administração oral aguda de AFB1 (250 μg/kg) seguida por uma dose subconvulsivante de pentilenotetrazol (30 mg/kg, i.p.). A administração prévia da AFB1 ao PTZ reduziu a latência das mioclonias, não alterou a amplitude global das ondas cerebrais, e a exposição concomitante ao PTZ reduziu a atividade total, α1 e α2/α3 da enzima Na+,K+-ATPase no córtex cerebral. No hipocampo, a AFB1 e o PTZ reduziram a atividade total e α2/α3 da Na+,K+-ATPase. A AFB1 não alterou a atividade da catalase (CAT) e da glutationa-S-transferase (GST) no córtex cerebral dos animais. Concluímos que a AFB1 exerce efeito neurotóxico, facilitando as convulsões induzidas por PTZ, possivelmente devido à redução da atividade da enzima Na+,K+-ATPase.

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Métodos: Ratos Wistar, machos, adultos foram administrados intraperitonealmente duas vezes com uma DC50 de DMCM (com intervalo de uma semana entre as administrações), obtendo-se dois grupos distintos: o grupo susceptível às convulsões (SC), que apresentou convulsões clônicas em ambas as exposições à droga, e o grupo não-susceptível às convulsões (NSC), que não apresentou alterações motoras em ambas as exposições. Após cerca de 25 dias da segunda administração de DMCM, os grupos selecionados foram submetidos aos experimentos com os hipnóticos diazepam, pentobarbital e etanol, nos quais foram registrados o tempo e a latência de sono ou foram sacrificados e seus encéfalos retirados para os seguintes ensaios bioquímicos: 1) auto-radiografia com o [3H]-flunitrazepam; 2) marcação de [3H]-L-glutamato e de [3H]- MK 801 em membranas neuronais; e 3) atividade enzimática da Na+/K+- ATPase e marcação de [3H]-ouabaína em enzimas de alta e baixa afinidade em membranas neuronais. Resultados: O grupo SC apresentou menor tempo de sono induzido pelo diazepam com relação ao grupo NSC, embora não tenham se distinguindo no tempo de sono induzido pelo pentobarbital e pelo etanol. Com relação aos experimentos bioquímicos, observou-se uma menor marcação de [3H]-flunitrazepam na região CA2 ventral do hipocampo no grupo SC. Quanto à ligação de [3H]-L-glutamato foi menor no grupo SC nas regiões do córtex frontal, amígdala + córtex límbico e hipocampo, enquanto que a ligação de [3H]-MK 801 foi menor no córtex frontal, hipocampo e estriado. Embora os grupos não tenham se diferenciado na atividade enzimática da Na+/K+- ATPase, o grupo SC apresentou uma menor marcação da [3H]-ouabaína em isoenzimas de alta afinidade nas regiões do tronco encefálico, córtex frontal e hipocampo, bem como uma menor marcação de [3H]-ouabaína nas regiões do tronco encefálico e córtex frontal em isoenzimas de baixa afinidade. Conclusão: As diferenças entre os grupos quanto à sensibilidade ao efeito convulsivante do DMCM, à ansiedade observada em experimentos anteriores, bem como à sensibilidade ao efeito hipnótico do diazepam podem estar associadas a uma diferença nos sítios benzodiazepínicos da região CA2 ventral do hipocampo, na ix atividade glutamatérgica e em isoformas específicas da Na+/K+- ATPase em determinadas regiões encefálicas. / Objective: The aim of this work was to verify if rats susceptible and non-susceptible to clonic convulsions induced by DMCM, a benzodiazepine inverse agonist, differ: 1) in the sensitivity to the hypnotic effect induced by diazepam and by others positive allosteric modulators of GABAA receptors; 2) in auto-radiographical analysis of [3H]-flunitrazepam binding along the brain; 3) in the binding of [3H]-L-glutamate and of [3H]-MK 801 in membranes from discrete brain regions; and 4) in the Na+/K+-ATPase activity, as well as in the binding of [3H]-ouabain to Na+/K+-ATPase isoenzimes with high and low affinity to the radioligand in membranes from discrete brain regions. Methods: Adult, male, Wistar rats were administered with two intraperitoneal injections of a convulsant dose 50% (CD50) of DMCM (one-week interval between them), resulting in two distinct groups: the group susceptible to clonic convulsions (SC), which presented clonic convulsions in both the expositions to the drug, and the group nonsusceptible to clonic convulsions (NSC), which did not present any motor disturbance in both the expositions. After 25 days from the second exposition to DMCM, the selected groups were submitted to the experiments with the hypnotics diazepam, pentobarbital and ethanol, in which were registered the latency and the time of sleep or they were sacrified and their brains were removed to carry out the following assays: 1) autoradiography with [3H]-flunitrazepam; 2) binding with the [3H]-L-glutamate and with the [3H]-MK 801 in neuronal membranes; 3) enzymatic activity of Na+/K+-ATPase and binding of [3H]-ouabain to the isoenzimes with high and low affinity in neuronal membranes. Results: The SC group presented a lower sleeping time induced by diazepam compared to the NSC group, and did not differ in the sleeping time induced by pentobarbital and ethanol. Concearning the biochemical experiments, it was observed a lower binding of [3H]-flunitrazepam in the CA2 subregion of ventral hippocampus in the SC group. A lower binding of [3H]-L-glutamate was also observed in the SC group in the frontal cortex, amygdala plus limbic cortex and hippocampus, whereas the binding of [3H]-MK 801 was lower in the frontal cortex, hippocampus and striatum compared to the NSC group. Althougt the groups did not differ in the enzymatic activity of Na+/K+- ATPase, the SC group presented a lower binding of [3H]-ouabain to the high-affinity isoenzimes in the brainstem, frontal cortex and hippocampus, as well as a lower binding of [3H]-ouabain to the low-affinity isoenzimes in the brainstem and in the frontal cortex compared to the NSC group. Conclusion: The differences between the groups concerning the sensitivity to the convulsant effect of DMCM, the level of anxiety previously observed, as well as the sensitivity to the hypnotic effect of diazepam may be associated with the GABAA/benzodiazepine site in CA2 subregion of ventral hippocampus, with glutamatergic activity and with specific isoforms of Na+/K+-ATPase in rat brain regions. / TEDE / BV UNIFESP: Teses e dissertações

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The organotellurium compounds have been the subject of research due to their pharmacological and toxicological properties. It is believed that the main mechanism involved in the toxicity of these compounds is the ability to interact with sulfhydryl groups from molecules biologically active. Beyond the toxicological effects, some pharmacological properties have been attributed to organotellurium compounds. This study aimed to investigate the potential toxicological and pharmacologic of 2-phenylethynyl-butyltellurium (PEBT) through experiments in vitro and in vivo in rodents. To evaluate the toxicological effect the PEBT was used at different concentrations in the oxidation of mono and dithiols and analysis of enzyme Na+K+ -ATPase and lactate dehydrogenase in vitro. Furthermore, lethality studies were performed to calculate the LC50 LD50 of this compound and for better understanding their toxicity. To evaluate the pharmacological effect the PEBT was used at a dose of 1mg/kg 30 minutes before the behavioral experiments, evaluation of locomotor activity, forced swim test (FST) and the tail suspension test (TST), immediately after testing the cerebral cortex was removed for analysis of monoamine oxidase (MAO) enzyme. The results showed that the PEBT oxidized thiols of low molecular weight and inhibits the activity of the enzyme Na+K+ - ATPase by oxidation of sulfhydryl groups, and such oxidation is dependent on the tellurium atom in the structure of this compound. Moreover, the acute administration of PEBT showed an antidepressant-like effect on TNF in mice, as well inhibits the activity of MAO-A enzyme in the cerebral cortex, demonstrating the involvement of this enzyme in its antidepressant-like effect. / Os compostos orgânicos de telúrio têm despertado o interesse dos pesquisadores, devido as suas propriedades farmacológicas e toxicológicas. Acredita-se que o principal mecanismo envolvido na toxicidade desses compostos, seja a capacidade de interagir com os grupamentos sulfidrílicos de moléculas biologicamente ativas. Além dos efeitos toxicológicos, propriedades farmacológicas vêm sendo atribuídas aos compostos orgânicos de telúrio. Esse estudo teve como objetivo investigar o potencial toxicológico e farmacológico do 2- feniletinilbutil-telúrio (PEBT), através de experimentos in vitro e in vivo em roedores. Para a avaliação toxicológica, o PEBT foi utilizado em diferentes concentrações na oxidação de mono e ditiois e na determinação da atividade das enzimas Na+K+ -ATPase e lactato desidrogenase, in vitro. Ainda nesse sentido estudos de letalidade foram realizados para calcular a CL50 e DL50 desse composto para melhor compreender a sua toxicidade. Para a avaliação farmacológica, o PEBT foi administrado em camundongos, na dose de 1 mg/kg 30 minutos antes dos experimentos comportamentais, avaliação da atividade locomotora, teste do nado forçado (TNF) e teste de suspensão da cauda (TSC). Após os testes comportamentais, os animais foram mortos e o córtex cerebral foi retirado para determinação da atividade da enzima monoamina oxidase (MAO). Os resultados mostraram que o PEBT oxida tióis de baixo peso molecular e inibe a atividade da enzima Na+K+ -ATPase, pela oxidação de seus grupamentos sulfidrilicos, sendo essa oxidação depende da presença do átomo de telúrio na estrutura do composto. Além disso, a administração aguda do PEBT produz um efeito do tipo antidepressivo no TNF em camundongos, bem como inibe a atividade da enzima MAO-A em córtex cerebral, demonstrando o envolvimento dessa enzima no seu efeito do tipo antidepressivo.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Mycotoxins are secondary metabolites, produced by fungi species of the genus Aspergillus, Fusarium, Penicillium and Claviceps. The high incidence of toxicity is by ingestion of contaminated plant products and by consuming products derived from food. Among the 400 different mycotoxins; there are the fumonisins, especially fumonisin B1 (FB1), which corresponds to about 70% of total fumonisins. It has been demonstrated that toxicity of this mycotoxin may be related to toxic effects on the central nervous system, engaging in inflammatory processes and seizures. The mechanism of toxicity of fumonisins is related to the metabolism of sphingolipids in which the breakdown of these sphingolipids complexes and accumulation of sphingoid bases alter important cellular functions, favoring oxidative stress, inhibition of protein secondary and excitotoxicity. Thus, this work tried to investigate whether FB1 is able to enhance the inductive effect of the model of pentylenetetrazole (PTZ) seizures. We also evaluated the mechanism of action responsible for this effect, in order to study strategies that make it possible to prevent or minimize their toxic effects. So, C57BL/6 mice were exposed to FB1 (8 mg/kg i.p.) or vehicle (1.6% DMSO + 0.9% NaCl i.p.) and elapsed 30 minutes were injected with PTZ (30 mg/kg i.p.) or vehicle (0,9% NaCl i.p.). Behind 15 minutes observation, mice were euthanized and cerebral cortex and hippocampus were collected for analysis of Na+, K+-ATPase activity, membrane potential and mitochondrial complex I and II activities. FB1 reduced latency for myoclonic jerks and increased myoclonus number. Even, Na+, K+-ATPase total activity as well as subunit �1of this enzyme were increased in cerebral cortex of animals treated with FB1, but in hippocampus it was reduced. FB1 elevated mitochondrial membrane potential in cerebral cortex however mitochondrial complex I and II activity weren t changed in both structures with this treatment. PTZ was able to enhance Na+, K+-ATPase �2/�3 subunit activity in hippocampus. Thus, we showed that FB1 induces neurotoxicity, since this mycotoxin FB1 facilitates seizures induced by PTZ, altered mitochondrial membrane potential and the enzyme Na+, K+ - ATPase activity, which are possibly mediating the mechanism of toxicity. / As micotoxinas são metabólitos secundários, produzidas por espécies de fungos dos gêneros Aspergillus, Fusarium, Claviceps e Penicillium. Geralmente as intoxicações se dão pela ingestão de produtos vegetais contaminados, bem como pelo consumo de alimentos derivados. Dentre os 400 diferentes tipos de micotoxinas, destacam-se as fumonisinas, em especial a fumonisina B1 (FB1) que corresponde a cerca de 70% das fumonisinas totais. Tem sido demonstrado que a toxicidade desta micotoxina pode estar relacionada com efeitos tóxicos no sistema nervoso central, envolvendo-se em processos inflamatórios e crises convulsivas. O mecanismo de toxicidade das fumonisinas está relacionado ao metabolismo dos esfingolipídios no qual o esgotamento desses esfingolipídios complexos e o acúmulo das bases esfingóides alteram funções celulares importantes, favorecendo estresse oxidativo, a inibição secundária de proteínas e excitotoxicidade. Deste modo, este estudo investigou se a FB1 é capaz de facilitar o efeito indutor de convulsões do modelo do pentilenotetrazol (PTZ). Avaliamos também o mecanismo de ação responsável por tal efeito, a fim de estudar estratégias que tornem possível a prevenção ou minimização dos seus efeitos tóxicos. Assim, camundongos machos C57BL/6 foram expostos a FB1 (8 mg/kg i.p.) ou veículo (1,6% DMSO + 0,9% NaCl i.p.) e após 30 minutos injetados com PTZ (30 mg/kg i.p.) ou veículo (0,9% NaCl i.p.). Após 15 minutos de observação, os camundongos foram eutanasiados e o córtex cerebral e o hipocampo foram coletados para a análise das enzimas Na+, K+-ATPase e o potencial de membrana mitocondrial e as atividades dos complexos I e II mitocondriais. A FB1 reduziu a latência para mioclonias e aumentou o número de mioclonias. Da mesma forma, a atividade total e da subunidade �1 da Na+, K+-ATPase foi aumentada no córtex cerebral de animais tratados com FB1, mas no hipocampo foi reduzida. A FB1 elevou o potencial de membrana mitocondrial no córtex cerebral, porém a atividade dos complexos I e II da cadeia respiratória não foram alteradas em ambas estruturas com este tratamento. O PTZ foi capaz de aumentar a subunidade �2/�3 da Na+, K+-ATPase no hipocampo. Assim, mostramos que a FB1 induz a neurotoxidade, pois esta micotoxina facilitou as convulsões induzidas por PTZ, alterou o potencial de membrana mitocondrial e a atividade da enzima Na+, K+-ATPase, que possivelmente estão mediando o mecanismo da toxicidade.