Orientador: Mario Jose Abdalla Saad / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-10T08:45:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Picardi_PatyKaroll_D.pdf: 1259568 bytes, checksum: e2ac94c827fe0b12673c8e88c5f9f7d7 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A proteína tirosina fosfatase (PTP1B) tem sido implicada na regulação negativa da sinalização da insulina e leptina. Camundongos knockout para PTP1B são mais sensíveis à insulina e leptina e resistentes à obesidade quando alimentados com uma dieta rica em gordura. Investigamos também a função da PTP1B hipotalâmica na regulação da ingestão alimentar ações da insulina e leptina e sinalização em ratos através de um seletivo decréscimo na expressão da PTP1B. Geramos uma redução seletiva e transiente redução da PTP1B através da infusão de um oligonucleotídeo antisense, para bloquear a expressão da PTPT1B em áreas hipotalâmicas de ratos ao redor do terceiro ventrículo, em ratos-controle e obesos. A diminuição seletiva da PTP1B hipotalâmica resultou em diminuição da ingestão alimentar, redução do peso corporal, da adiposidade, dos níveis de leptina após uma alimentação rica em gordura. Ainda melhorou a ação e sinalização da leptina e insulina no hipotálamo e também a ação da insulina em fígado e músculo. Nossos resultados mostram que a redução da PTPT1B hipotalâmica pode ser suficiente para promover redução apreciável do peso corporal, melhora na sensibilidade e sinalização da insulina e leptina e na homeostase da glicose em ratos DIO / Abstract: Protein tyrosine phosphatase (PTP1B) has been implicated in the negative regulation of insulin and leptin signaling. PTP1B knockout mice are hypersensitive to insulin and leptin and resistant to obesity when fed a high-fat diet. We investigated the role of hypothalamic PTP1B in the regulation of food intake, insulin and leptin actions and signaling in rats through selective decreases in PTP1B expression in discrete hypothalamic nuclei. We generated a selective, transient reduction in PTP1B by infusion of an antisense oligonucleotide designed to blunt the expression of PTP1B in rat hypothalamic areas surrounding the third ventricle, in control and obese rats. The selective decrease in hypothalamic PTP1B resulted in decreased food intake, reduced body weight, reduced adiposity and reduced leptin levels after high-fat feeding, improved leptin and insulin action and signaling in hypothalamus and also in insulin action in liver and muscle. Our results show that hypothalamic PTP1B reduction should be sufficient to promote appreciable weight reduction and improve insulin and leptin sensitivity and signaling and glucose homeostasis in DIO rats / Doutorado / Clinica Medica / Doutor em Clínica Médica

Orientador: Jose Barreto Campello Carvalheira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-15T07:38:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ropelle_EduardoRochete_D.pdf: 17518498 bytes, checksum: c38d89f3b074d0e53702fa51078c74ab (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A síndrome anorexia-caquexia é observada em cerca de 80% dos pacientes com câncer em estágio avançado e contribui diretamente para o aumento da morbidade e mortalidade desses pacientes. Postula-se que a patogênese da anorexia do câncer seja mediada por persistentes sinais anorexigênicos no hipotálamo, contribuindo com a redução da ingestão alimentar e do peso corporal. No presente estudo, demonstramos que as vias anorexigênicas mediadas pela insulina e pela leptina no hipotálamo estão hipersensíveis durante a anorexia induzida por tumor em roedores. Identificamos que a expressão proteína tirosina fosfatase 1B (PTP1B), proteína que modula negativamente a via de transmissão do sinal da insulina e da leptina, está significativamente reduzida no tecido hipotalâmico em diferentes modelos de anorexia induzida pelo câncer, contribuindo assim para o aumento dos sinais anorexigênicos mediados principalmente pela STAT-3. Evidenciamos que mediadores pró-inflamatórios clássicos, como a IL-1 b e o TNF-a, participam do controle da expressão e atividade da PTP1B em neurônios. Demonstramos que a infusão central do anticorpo anti-IL-1 b ou do inibidor específico do TNF-a, o Infliximab, restaurou a atividade da PTP1B, reduzindo a sensibilidade à insulina e à leptina, aumentando a ingestão alimentar, peso corporal e a sobrevida em animais com tumor. Inversamente, as injeções do recombinante da IL-1 b ou do TNF-a diretamente no terceiro ventrículo hipotalâmico foram capazes de suprimir a expressão PTP1B neuronal e aumentar a sensibilidade à insulina e à leptina em animais controle. Finalmente, a redução seletiva da expressão da PTP1B em áreas em torno do terceiro ventrículo hipotalâmico através do uso do oligonucleotídeo antisense contra a PTP1B (PTP1B ASO), provocou anorexia, perda de peso corporal severa e morte em ratos controle e ainda inibiu os efeitos do anticorpo anti-IL-1 b e do Infliximab em ratos com anorexia. Coletivamente, estes dados mostram que a PTP1B hipotalâmica é proteína chave para o controle da ingestão alimentar e do peso corporal em roedores e representa um potencial avo terapêutico para o tratamento da anorexia induzida pelo câncer / Abstract: The anorexia-cachexia syndrome is observed in 80% of patients with advanced cancer and contributes directly to increased morbidity and mortality of these patients. It is postulated that the pathogenesis of cancer anorexia is mediated by persistent anorexigenic signs in the hypothalamus, contributing to the reduction of food intake and body weight. In this study, we demonstrated that the anorexigenic pathways mediated by insulin and leptin in the hypothalamus are hypersensitive during tumor-induced anorexia in rodents. We found that the expression protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B), a protein that negatively modulates the route of signal transmission of insulin and leptin, is significantly reduced in the hypothalamic tissue in different models of cancer-induced anorexia, contributing to the increase in anorexigenic signals mediated by STAT-3. We showed that classical pro-inflammatory cytokines, such IL-1b and TNF-a modulate PTP1B activity in neurons. We have shown that central infusion of, anti-IL-1b antibody or specific inhibitor of TNF-a, Infliximab, restored the PTP1B activity, reducing insulin and leptin sensitivity, increasing food intake, body weight and survival in tumor-bearing animals. Conversely, intracerebroventricular injections of recombinant IL-1b or TNF-a were able to suppress the PTP1B expression and increase the central insulin and leptin sensitivity in control animals. Finally, the selective reduction of PTP1B expression in areas around the third ventricle of the hypothalamus using the antisense oligonucleotide against PTP1B (PTP1B ASO), evoked anorexia, severe weight loss and death in control rats, in addition, PTP1B ASO blunted the effects of anti-IL-1b antibody or Infliximab in anorectic rats. Collectively, these data show that the hypothalamic PTP1B is key protein in the control of food intake and body weight in rodents and presents an attractive opportunity for the treatment of cancer-induced anorexia / Doutorado / Medicina Experimental / Doutor em Fisiopatologia Medica

RACIONAL: A obesidade caracteriza-se por um excesso de tecido adiposo branco que causa morbidades metabólicas, mecânicas e a morte de aproximadamente 2,8 milhões de pessoas anualmente. Sua fisiopatologia envolve alterações em mecanismos que interagem no cérebro, sejam humorais, neurais e comportamentais, os quais podem ser eliciados por alimentos. Por sua vez, técnicas de neuroimagem funcional, como o Single-photon Emission Tomography (SPECT), surgiram como ferramentas para avaliar alterações funcionais in vivo. Por isso, questionamos se imagens de SPECT cerebral, alteradas após a ingestão de glicose em comparação a um teste controle com água, explicariam, pelo menos em parte, o comportamento alimentar da obesidade. OBJETIVOS: Comparar a perfusão (ativação) cerebral de imagens de SPECT, após ingestão de água vs. glicose, em mulheres obesas e com peso normal. Correlacionar a intensidade da perfusão encontrada com níveis sanguíneos de leptina, insulina e glicemia, bem como com a quantidade de gordura corporal. MATERIAIS E MÉTODOS: 10 mulheres com e 10 sem obesidade (n = 20) foram submetidas à SPECT cerebral duas vezes, após marcação pelo [99mTc]-ECD 30 minutos após ingestão de 300 mL de água e de uma solução com 75 gramas de glicose, em dias separados (40 SPECTs), tendo sido cada sujeito controle de si mesmo. As imagens foram comparadas intragrupo e entre grupos por meio do software Statistical Parametric Mapping. Modelos de efeitos mistos foram usados para avaliar correlações entre as variáveis. RESULTADOS E DISCUSSÃO: Mulheres obesas apresentam maior ativação em regiões da Default Mode Network e da Salience Network após o teste com água. Enquanto as obesas apresentam-se mais engajadas na percepção dos processos fisiológicos (como fome e sede) na situação basal, com água, apenas aquelas com peso normal parecem responder às alterações desses processos eliciadas pelo alimento oferecido. Após estímulo com glicose, apenas o grupo sem obesidade aumentou a perfusão em regiões relacionadas à recompensa e ao controle do comportamento, como corpo estriado e córtices orbitofrontal e pré-frontal. A perfusão nestas áreas apresentou correlação negativa com a interação entre leptina e insulina (Coef. = - 0,001, p = 0,003). Além disso, tais regiões recebem aferências dopaminérgicas e, por isso, temos como hipótese que déficits na sinalização da dopamina explicariam os achados encontrados. CONCLUSÃO: A ingestão de glicose eliciou respostas relacionadas à recompensa alimentar normal e a um controle apropriado sobre o apetite nas mulheres sem obesidade, não sendo observado o mesmo nas obesas, processo do qual parece participar a interação entre insulina e leptina e déficits na sinalização dopaminérgica. / RATIONALE: Obesity is an excess of white adipose tissue that causes mechanical, metabolic injuries and mortality of approximately 2.8 million people annually. Its physiology involves alterations in humoral, neural and behavioral mechanisms that interact in brain, which can be elicited by nutrients. Functional neuroimaging techniques, such as Single-photon Emission Tomography (SPECT), arise as tools to evaluate abnormalities in vivo. Therefore, we argue if changes in brain images, after intake of glucose, compared to a test with water, would explain, at least in part, the altered feeding behavior of obesity. OBJECTIVES: Compare perfusion (activation) of brain SPECT images after water vs. glucose intake in obese and normal weight volunteers. Correlate the intensity of perfusion found with blood levels of leptin, insulin and glucose, as well as with the amount of body fat. MATERIALS AND METHODS: 10 women with and 10 women without obesity (n = 20) underwent SPECT twice, after labeling by the [99mTc]-ECD 30 minutes after ingesting 300 ml of water and a solution of 75 grams glucose, on separate days (40 SPECTs) being each subject control of yourself. The images were compared between groups and intragroup using Statistical Parametric Mapping. Mixed effects models were used to assess correlations between variables. RESULTS AND DISCUSSION: Obese women have higher activation in regions of the Default Mode Network and Salience Network after test with water. While obese have become more engaged in the perception of physiological processes (such as hunger and thirst) at baseline, with water, this group do not seem to respond to changes of these processes elicited by the food offered. After glucose intake, only those with normal weight increased perfusion in regions related to food reward and behavioral control, such as striatum and orbitofrontal and prefrontal cortices. The perfusion in these areas was negatively correlated with the interaction between leptin and insulin (Coef = -. 0.001, p = 0.003). In addition, these regions receive dopaminergic afferents and therefore we hypothesized that deficits in dopamine signaling could explain the results observed. CONCLUSION: Glucose intake elicited responses related to normal food reward and the appropriate control over appetite in women without obesity, not being observed the same in obese volunteers, a process in which the interaction between insulin and leptin, as well as dopamine signaling seems to participate.

O mecanismo pelo qual a sinalização da leptina no hipotálamo permite o início da puberdade ainda não foi esclarecido. Um possível mecanismo para a ação molecular da leptina no eixo reprodutivo é constituído por uma alteração na sinalização do NPY. Objetivou-se neste estudo foi verificar se novilhas precoces Bos taurus indicus possuem a expressão modificada de genes hipotalâmicos relacionadas à sinalização da leptina. Dentre uma população de 500 novilhas entre 20 e 25 meses de idade, 100 novilhas foram selecionadas com base nas características da raça (Nelore), mês de nascimento e peso corpóreo (290 kg). Estas 100 novilhas foram classificadas de acordo com a presença ou não de um corpo lúteo (CL) notável. Dez novilhas sem um CL e dez novilhas com CL notável receberam uma injeção de prostaglandina, e de acordo com a observação visual de cio e palpação retal, 6 novilhas precoces e 6 novilhas não precoces foram selecionadas para o experimento. Estas 12 novilhas foram abatidas e amostras de tecido do hipotálamo foram coletadas e congeladas em nitrogênio liquido. A expressão de SOCS-3, NPY, NPY-Y1 e NPY-Y4 no hipotálamo foi quantificada por PCR em tempo real usando uma proteína ribossomal RP-L19 como um gene de referência. A expressão hipotalâmica de SOCS-3 ou NPY não foi diferente entre os grupos de novilhas (P > 0,50). Acreditava-se que as novilhas ciclando poderiam ser resistentes à leptina devido a um aumento na expressão do SOCS-3 no hipotálamo. Houve uma tendência (P = 0,10) de redução na expressão dos receptores do NPY, NPY-Y1 e NPY-Y4 em novilhas que atingiram a puberdade precocemente. A expressão do NPY-Y1 foi 8.3 vezes menor e a expressão do NPY-Y4 foi 14.3 vezes menor em novilhas precoces. Quando analisados em conjunto, houve uma redução de 11 vezes na expressão dos receptores de NPY em novilhas precoces, e este efeito foi estatisticamente significante (P = 0,03). Estes resultados sugerem que, a menor expressão dos receptores de NPY pelo hipotálamo de novilhas precoces pode torná-lo menos sensível à inibição do NPY, e permitir a obtenção da puberdade com maior peso vivo e níveis menores de leptina circulante. Em conclusão, não houve uma correlação entre a expressão do gene NPY e SOCS-3 e a precocidade sexual das novilhas Nelore, porém houve uma tendência significativa de redução da expressão dos receptores de NPY-Y1 e NPY-Y4 no hipotálamo das novilhas precoces. / The molecular mechanism by which leptin signaling in the hypothalamus might permit the initiation of puberty has not been elucidated. One possible mechanism for leptin molecular action on the reproductive axis is affecting NPY signaling. It was our objective to test whether early-maturing Bos indicus heifers have altered expression of hypothalamic genes related to leptin signaling. Among a population of 500 heifers between 20 and 25 months of age, 100 heifers were selected base on breed attributes (Nelore), month of birth, and body weight (290 kg). These 100 heifers were scored as prepubertal or pubertal according to the presence or not of a noticeable corpus luteum (CL). Ten heifers without a CL and ten heifers with noticeable CL received a prostaglandin injection, and according to visual observation of heat and rectal palpation, 6 prepubertal and 6 pubertal heifers were selected for the experiment. These 12 heifers were slaughtered and samples of hypothalamus were collected and frozen in liquid nitrogen. Expression of SOCS-3, NPY, NPY-Y1 and NPY-Y4 at the hypothalamus was quantified by real-time PCR using the ribosomal protein RP-L19 as a reference gene. Hypothalamic expression of SOCS-3 or NPY was not different between groups of heifers (P > 0, 50). It was thought that late-maturing heifers could be resistant to leptin due to an increased expression of SOCS-3 at the hypothalamus. However, there was a tendency for NPY-Y1 and NPY-Y4 expression to be reduced in heifers that reached puberty earlier (P = 0,10). Expression of NPY-Y1 was 8.3-folds lower and NPY-Y4 expression was 14.3-folds lower in early-maturing heifers. When analyzed together, there was an 11-fold reduction in NPY receptors expression in early-maturing heifers, and this effect was statistically significant (P = 0,03). These results suggest that, because of the lower expression of NPY receptors, the hypothalamus of early-maturing heifers could be less sensitive to NPY inhibition, and therefore reach puberty with lower levels of circulating leptin. In conclusion, there was no effect between the expression of NPY and SOCS-3 and sexual precocity of Nelore heifers, but there was a significant tendency of reduction in NPY-Y1 e NPY-Y4 receptors expression in the hypothalamus of sexually precocious heifers.

O crescimento compensatório pode ser uma ferramenta interessante em sistemas de criação de bovinos de corte, uma vez que os animais que passam por crescimento compensatório são mais eficientes, diminuindo o custo com alimentação. É bem aceito que a nutrição é capaz de influenciar a idade à puberdade de novilhas, no entanto, pouco se sabe sobre o efeito do crescimento compensatório na puberdade de novilhas Nelore. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de ritmos de crescimento e crescimento compensatório sobre a idade e peso à puberdade de novilhas Nelore. Para isso, foram utilizadas 120 novilhas da raça Nelore, desmamadas com oito meses de idade e filhas de 6 touros que foram alocadas em quatro tratamentos de acordo com o peso inicial de 180 ± 8,6 kg. O período experimental foi dos 8 aos 18 meses de idade. Tratamentos: 1) GMD elevado (CMS d libitum), cerca de 1kg/dia, durante todo o período experimental (ALTO). 2) GMD médio (0,6kg/dia) durante o período experimental (MÉDIO). 3) Restrição alimentar por 4 meses (0,2kg/dia), seguido de CMS ad libitum com crescimento compensatório (RESTRITO). 4) CMS ad libitum (GMD elevado) por dois meses, alternando com restrição alimentar (0,2kg/dia), durante um período total de 10 meses (ALTERNADO). A restrição alimentar foi realizada através da restrição quantitativa do CMS, e o crescimento compensatório e o GMD alto foram obtidos através do CMS ad libitum. As novilhas passaram por exame ginecológico semanalmente e a manifestação da puberdade foi acompanhada por meio de US (presença de CL) e colheita de sangue (determinação de P4). Também foi determinada a concentração de IGF-1 (8, 10, 12, 14, 16 e 18 meses de idade e no momento da puberdade) e leptina (8, 11 e 18 meses de idade e no momento da puberdade). Ao final do experimento, as novilhas que não entraram em puberdade foram submetidas a um protocolo de indução de puberdade com P4. O delineamento utilizado foi em blocos casualizados incompletos (touro), sendo as variáveis contínuas analisadas pelo procedimento MIXED e as variáveis binomiais avaliadas pelos procedimentos GLIMMIX ou LIFETEST quando avaliadas as curvas de sobrevivência, todos procedimentos procedimento do SAS 9,3. Não houve diferença na porcentagem de novilhas púberes aos 18 meses de idade entre os tratamentos. O peso a puberdade e a idade a puberdade também não diferiram entre os tratamentos. Entretanto, o GMD ao longo do experimento (P<0,01) e até a puberdade (P<0,01) foi maior nas novilhas submetidas ao tratamento ALTO diferindo dos demais. Ainda, as novilhas submetidas ao tratamento ALTO apresentaram maior CMS (P<0,01) que o RESTRITO, e a magnitude dessa diferença foi de 20%. Em relação as análises de IGF-1, houve interação entre tratamento e idade (P=0,02), no qual as novilhas submetidas ao tratamento ALTERNADO apresentaram maior concentração de IGF-1 aos 12 e aos 16 meses de idade quando comparado com os outros tratamentos. A concentração de leptina foi maior (P=0,04) nas novilhas submetidas ao tratamento ALTO quando comparado com as novilhas submetidas aos tratamentos MÉDIO. Em relação a porcentagem de novilhas que responderam a indução, não houve diferença entre os tratamentos, sendo que cerca de 80% das novilhas responderam à indução. Novilhas passando por um período de restrição, seguido por um suporte nutricional eficiente, foram capazes de alcançar a puberdade em idade e peso semelhantes daquelas que não passaram por restrição. Ainda, as novilhas submetidas à restrição alimentar apresentaram menor CMS. Assim, o crescimento compensatório foi uma estratégia nutricional eficiente em reduzir o CMS, melhorando a eficiência alimentar e não prejudicou a idade à puberdade. / The aim of this study was to evaluate the effect of growth rates and compensatory growth on the age and weight at puberty of heifers. For that, 120 Nellore heifers, weaned at eight months of age, daughters of 6 bulls, with initial body weight of 180±8.6 kg were used. The experimental design was randomized blocks (sires). The experimental period was from 8 to 18 months of age. Treatments were: 1) High ADG (ad libitum DMI) throughout the experimental period (HIGH), 2) Mid ADG (0.6kg/d) throughout the experimental period (MID), 3) Feed restriction for 4 months (0.2kg/d), followed by ad libitum DMI with compensatory growth (RESTRICT), 4) ad libitum DMI (High ADG) for 2 months, alternating with feed restriction (0.2kg/d), throughout a period of 10 months (ALTERNATE). The diet was composed of ground corn (70%), sugarcane bagasse (12%), soybean meal (16%), mineral mixture (1%) and urea (1%). Weekly gynecological examination was performed, whereas the manifestation of puberty was monitored by means of ultrasonography. Additional blood samples were collected for determination of IGF-1 and leptin. At the end of the experimental period, the heifers that did not reach puberty were submitted to a puberty induction protocol with progesterone. The continuous variables were analyzed by the MIXED procedure and the binomial variables evaluated by the procedures GLIMMIX (SAS 9.3). There was no difference in the percentage of pubertal heifers at 18 months of age, weight and age at puberty between treatments. However, the ADG throughout the experiment (P<0.01) and until puberty (P<0.01) was greater in heifers submitted to HIGH, compared to the other treatments. Moreover, heifers submitted to HIGH had greater DMI (P<0.01) than the RESTRICT, with the magnitude of this difference of 20%. The feed efficiency (P<0.01) were 0.128, 0.120, 0.146 and 0.113 for HIGH, MID, RESTRICT and ALTERNATE respectively. There was treatment x age interaction (P=0.02) for IGF-1, in which the ALTERNATE had greater concentration of IGF-1 at 12 and 16 months of age when compared to the other treatments. The leptin concentration was greater (P=0.03) in HIGH when compared to the MID. In relation to the percentage of heifers that responded to the induction, there was no difference between treatments and about 80% of the heifers responded to induction. Heifers submitted to feed restriction had a reduced DMI, hence, the compensatory growth was an efficient nutritional strategy to feed efficiency and did not differ age at puberty.

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

Abstract Leptin is a hormone secreted by adipose tissue. It is involved in the regulation of appetite and energy expenditure. Leptin binds to its receptor (LEPR) that is expressed in the central nervous system as well as in other tissues including adipocytes and endothelial cells. Plasma leptin level reflects the amount of adipose tissue and previously, it has been shown to be associated with the risk for coronary artery disease. Two LEPR polymorphisms, Lys109Arg and Gln223Arg, have been extensively studied and they have been associated with several risk factors of atherosclerosis. Earlier studies have also shown that the risk for developing atherosclerosis and various other diseases might already be determined during the fetal period or immediately after birth. It seems that intrauterine undernourishment might cause changes on epigenetic level and result in alterations in gene expression. It has been suggested that the impaired fetal growth could affect plasma leptin level and leptin messenger RNA expression from adipose tissue. Long-term fructose consumption has also been shown to result in leptin resistance. Recently, leptin has been observed to be associated with autophagy. Autophagy has been demonstrated to act in several interesting processes such as fat storage in adipocytes and liver. Autophagy and the leptin system might also regulate each another. The aim of this thesis was to investigate the association of LEPR polymorphisms with thickness of the wall of carotid artery as well as with fatal and nonfatal cardiovascular disease events. In addition, we aimed to clarify the effects of fetal undernourishment and fructose consumption on the leptin system and autophagy. We were also interested in studying the role of the leptin system and autophagy in elevated triglycerides and liver fat accumulation seen as a result of high-fructose diet. In our studies, we observed that LEPR polymorphisms, Lys109Arg and Gln223Arg, are associated with intima-media thickness of carotid artery. Moreover, 19-year follow-up study showed that 109Arg homozygotes display lower incidence of cardiovascular events and lower total mortality. In our animal experiments, we were able to detect that fructose diet affects both LEPR isoform and autophagy gene expression. It seems that these changes might partly explain the mechanism behind the rise in blood triglyceride levels and liver fat accumulation caused by fructose diet. In conclusion, the results of this study clarify the role of leptin receptor in cardiovascular diseases. In addition, they offer new information especially about the effects of fructose diet on the leptin system, the dysfunction of which might predispose to the development of diseases. / Tiivistelmä Leptiini on rasvakudoksen tuottama hormoni. Se osallistuu ruokahalun ja energiankulutuksen säätelyyn. Leptiini sitoutuu reseptoriinsa (LEPR), joita on sekä keskushermostossa että muissakin kudoksissa, myös adiposyyteissä ja endoteelisoluissa. Plasman leptiinitaso heijastaa rasvakudoksen määrää ja sen on aiemmin osoitettu olevan yhteydessä sepelvaltimotaudin riskiin. Erityisesti kahta LEPR:n polymorfiaa, Lys109Arg ja Gln223Arg, on tutkittu aiemmin ja niiden on osoitettu olevan yhteydessä useisiin ateroskleroosin riskitekijöihin. Aiemmat tutkimukset ovat myös osoittaneet, että ateroskleroosiin ja useisiin muihin sairauksiin sairastumisen riski voi osittain määräytyä jo sikiöaikana tai varhain syntymänjälkeisen kehityksen aikana. Vaikuttaa siltä, että sikiöaikainen aliravitsemus voi aikaansaada muutoksia epigeneettisellä tasolla ja aiheuttaa näin muutoksia geeniekspressiossa. On ehdotettu, että sikiön heikentynyt kasvu vaikuttaisi plasman leptiinitasoon ja rasvakudoksen leptiinin lähetti-RNA:n ilmentymiseen. Pitkäaikaisen fruktoosinkulutuksen on myös osoitettu aiheuttavan leptiiniresistenssiä. Hiljattain leptiinin on havaittu olevan yhteydessä myös autofagiaan. Autofagian on osoitettu vaikuttavan useisiin kiinnostaviin prosesseihin, kuten rasvan varastoitumiseen adiposyytteihin sekä maksaan. Autofagia ja leptiinijärjestelmä mahdollisesti myös säätelevät toisiaan. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tutkia LEPR-polymorfioiden yhteyttä kaulavaltimon seinämän paksuuteen sekä sydän- ja verisuonitautitapahtumiin ja kuolleisuuteen. Pyrimme lisäksi selvittämään sikiöaikaisen aliravitsemuksen ja fruktoosin käytön vaikutusta leptiinijärjestelmään sekä autofagiaan ja olimme kiinnostuneita tutkimaan näiden osuutta fruktoosin kulutuksen seurauksena nähtävien metabolisten muutosten, kuten kohonneiden triglyseridien sekä maksan rasvoittumisen, synnyssä. Tutkimuksessamme havaittiin yhteys LEPR polymorfioiden Lys109Arg ja Gln223Arg sekä kaulavaltimon paksuuden välillä. Lisäksi 19-vuoden seurantatutkimus osoitti 109Arg-homotsygotian liittyvän pienentyneeseen sydän- ja verisuonitapahtumien ilmaantuvuuteen sekä matalampaan kokonaiskuolleisuuteen. Eläinmallissamme havaitsimme sekä LEPR-muotojen että autofagiageenien ilmentymisen muuttuneen fruktoosidieetin vaikutuksesta. Vaikuttaa siltä, että nämä muutokset voisivat osaltaan selittää esimerkiksi fruktoosiruokavalion aiheuttaman veren triglyseriditasojen nousun sekä maksan rasvoittumisen rotilla. Tutkimuksen tulokset selventävät leptiinireseptorin roolia sydän- ja verisuonitautien taustalla. Lisäksi ne tarjoavat uutta tietoa erityisesti fruktoosinkulutuksen vaikutuksesta leptiinijärjestelmään, jonka häiriöt altistavat sairauksien kehittymiselle.

Animal survival depends on the brain’s ability to detect the energetic state of the body and to alter behaviour in order to maintain homeostasis. Current research in the control of food consumption stresses the importance of identifying and establishing the specific roles of homeostatic neurons, which sense the body’s energetic state and elicit complex and flexible food seeking behaviours. Recent developments in optogenetics, molecular genetics, and anatomical techniques have made these investigations possible at the resolution of specific cell types and circuits. These neurons are of particular interest because they serve as key entry points to the identification of downstream circuits and reinforcement mechanisms that control feeding behaviour. This dissertation probes the role of two kinds of homeostatic neurons— agouti-related peptide (AGRP) in the arcuate nucleus (ARC) and leptin receptor (LepRb) neurons in the lateral hypothalamic area (LHA)—in the control of food intake. First, I examined the role of LepRb neurons in the LHA in feeding. Results from electrophysiological studies indicate that these neurons consist of a subpopulation of homeostatic sensing LHA γ-aminobutyric acid (GABA) expressing neurons. In addition to their response to leptin, these neurons are capable of modulating their activity in response to changes in glucose levels, further substantiating their role as homeostatic sensing neurons. Behavioural studies using optogenetic activation of these neurons show that their elevated activity is capable of reducing body weight, although their role in modulating feeding remains unclear. Second, I investigated the reinforcement mechanisms employed by AGRP neurons to elicit voracious food consumption and increased willingness to work for food. Conditioned place avoidance studies under optogenetic activation of AGRP neurons reveal that their increased activity has negative valence and is avoided. In addition, imposition of elevated AGRP neuron activity in an operant task reduced instrumental food seeking with particular sensitivity under high effort requirements. Taken together, these results suggest that AGRP neurons employ a negative reinforcement teaching signal to direct action selection during food seeking and consumption. Third, I systematically analyzed the contribution of specific AGRP neuron projection subpopulations in AGRP neuron mediated evoked-feeding behaviour. Optogenetic activation studies of AGRP neuron axons in downstream projection regions indicate that several, but not all, subpopulations are capable of independently evoke food consumption. This work reveals a parallel and redundant functional circuit organization for AGRP neurons in the control of food intake. Interestingly, all AGRP neuron subpopulations examined displayed similar modulation by states of energy deficit and signals of starvation, despite their apparent divergence in function. As a whole, this dissertation extends our understanding of the role of homeostatic neurons in food consumption and uncovers previously unappreciated functional organization and reinforcement mechanisms employed by neuronal circuits that control feeding behaviour.

Orientador: Licio Augusto Velloso / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-18T16:23:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Razolli_DanielaSoares_M.pdf: 1686452 bytes, checksum: 30a86d391dc3f2eada8b43a2a1e30b03 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O receptor ionotrópico NMDA (N-metil-D-aspartato) é um receptor de glutamato envolvido em uma série de processos essenciais para o funcionamento adequado do sistema nervoso central. A ativação ou expressão anômala deste receptor pode contribuir para o desenvolvimento de doenças como Parkinson e Alzheimer. Um estudo utilizando um microarranjo de DNA realizado em nosso laboratório revelou que apenas dois dentre 1.176 genes hipotalâmicos avaliados, estão simultaneamente envolvidos na resposta a estímulos termogênicos induzidos pela ingestão de dieta hipercalórica e pela exposição à baixa temperatura; sendo eles, a subunidade 2B do receptor NMDA, e a proteína-G ligadora de GTP. Tal fato sugere que os processos envolvidos com o controle do gasto energético são complexos e finamente regulados. Ainda, dados prévios mostraram a co-localização entre receptores NMDA e neurônios MCH (Hormônio Concentrador de Melanina), o qual é um dos principais neurotransmissores hipotalâmicos envolvidos no controle do gasto energético. Dessa forma, o objetivo do presente estudo foi avaliar a expressão e a funcionalidade de receptores NMDA em hipotálamo de ratos alimentados com dieta padrão ou rica em lipídeos. Como o hipotálamo responde aos hormônios leptina e insulina no processo de controle de ingestão alimentar e gasto energético, decidimos avaliar se o receptor NMDA pode modular a expressão de neurotransmissores hipotalâmicos por meio da via da leptina. Para tal, ratos foram tratados por via intracerebroventricular (icv) com glutamato (agonista de NMDA) e AG490 seguido de glutamato. O AG490 é um inibidor químico da JAK2 - proteína inicial da via de sinalização da leptina. Nossos resultados mostraram que a administração icv de glutamato reduz a ingestão alimentar e o peso dos animais, modulando a expressão de neurotransmissores orexigênicos e anorexigênicos de maneira parcialmente dependente da via da leptina / Abstract: The ionotropic NMDA receptor is a glutamate receptor involved in a number of essential functions in the central nervous system. The anomalous expression or activation of this receptor can contribute to development of diseases such as Parkinson and Alzheimer. A previous study performed in our lab revealed that only two out of 1.176 genes were simultaneously modulated in the hypothalamus of rats exposed to two distinct thermogenic stimuli, i.e., exposition to low temperature and feeding a high-fat diet; the 2B NMDA receptor subunit and the GTP protein G. This fact suggests that energy expenditure is a complex and finely controlled process. In addition, previous data showed co-localization between NMDA receptor and MCH neurons, which is one of the most important hypothalamic neurotransmitters involved in the energy expenditure control. Thus, this study aimed at evaluating the expression and function of NMDA receptor in the hypothalamus of rats fed on control or high-fat diets. Since the hypothalamus is responsive to leptin and insulin, we evaluated if glutamate can modulate hypothalamic neurotransmitter expression through the leptin pathway. Rats were treated via intracerebroventricular (icv) with glutamate or glutamate followed of AG490 (a chemical inhibitor of JAK2 - inicial leptin pathway protein). Our results showed that icv glutamate reduce food intake and body weight, modulating the orexigenic and anorexigenic neurotransmitters through a mechanism, at least in part, dependent on leptin pathway / Mestrado / Biologia Estrutural, Celular, Molecular e do Desenvolvimento / Mestre em Fisiopatologia Médica

Recent studies show polymorphisms in the leptin gene significantly impact milk production in dairy cattle. If the leptin gene were to have a similar impact on beef cattle, calf weaning weights would be expected to increase from the increased milk production in the cows. Since weaning weight is a key component of profitability in a cow-calf operation, leptin genotyping may prove to have an economic impact in breeding cattle. However, no research has been done to link the economic impact of increased milk production to breeding cattle. Using 595 observations from genotyped cows spanning 11 years (1995-2005), calf weaning weight by genotype is estimated as a function of calf and dam characteristics and environmental effects. A MIXED procedure, utilizing data from 89 culled cows, is used to determine statistical differences in average cull age by genotype. A simulation model calculates mean annualized equivalent return by genotype and breed using the regression coefficients and residuals and 16 years of price data. results show that at least one T-allele in breeding cows increases calf weaning weight, average cull age, and annualized equivalent return compared to cows with homozygous C-alleles. These results indicate that there may be future premiums and discounts for breeding cattle based on genotype. Seedstock producers could potentially begin to segregate herds based upon genotype so that they could sell genotypic registered products. Cow-calf producers may also benefit from this knowledge by increasing the amount of TT genotype breeding cattle in their herd to maximize profits.