A fenilcetonúria é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência severa da atividade da enzima fenilalanina hidroxilase, a qual converte fenilalanina em tirosina. O bloqueio desta hidroxilação resulta em acúmulo tecidual de fenilalanina e seus metabólitos, ácidos fenilpirúvico, feniláctico e fenilacético. Cabe salientar que a concentração cerebral destes metabólitos está correlacionada positivamente aos níveis plasmáticos de fenilalanina. A doença caracteriza-se por sintomas neurológicos graves tais como retardo mental e convulsões. Apesar de ser uma das aminoacidopatias mais freqüentes e mais estudadas, a neuropatologia da fenilcetonúria ainda não é totalmente compreendida. No presente trabalho, foram investigados os efeitos in vitro dos ácidos fenilpirúvico, feniláctico e fenilacético sobre o estresse oxidativo em homogeneizado de cérebro de ratos jovens, a fim de melhor entender o envolvimento destes metabólitos na disfunção neurológica presente na doença. Foram estudados os seguintes parâmetros: quimiluminescência, substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS), potencial antioxidante total (TRAP), reatividade antioxidante total (TAR), conteúdo de tióis totais e de grupos carbonila, conteúdo de glutationa (GSH), conteúdo de 2’, 7’ diclorofluoresceína (DCF) e atividade das enzimas antioxidantes: catalase (CAT), superóxido dismutase (SOD) e glutationa peroxidase (GSH-Px). Observamos que o ácido fenilpirúvico aumentou a quimiluminescência, o TBA-RS e o conteúdo de grupos carbonila, de maneira dose-dependente, ainda, este ácido reduziu o TRAP, de maneira dose-dependente, e o conteúdo de GSH. O ácido feniláctico aumentou a quimiluminescência e o TBA-RS, diminuiu o TRAP e o conteúdo de GSH. Já, na presença do ácido fenilacético, houve um aumento significativo do TBA-RS e do conteúdo de DCF. Os três metabólitos testados não alteraram a atividade da enzima antioxidante SOD, porém reduziram a atividade da GSH-Px, de maneira dosedependente, e da CAT. Os resultados obtidos mostram que os metabólitos da fenilalanina alteram parâmetros de estresse oxidativo em cérebro de ratos. Aliados a diversos estudos anteriores em modelo animal e em pacientes com fenilcetonúria, que demonstram que a fenilalanina altera parâmetros de estresse oxidativo, nossos resultados indicam que os metabólitos deste aminoácido também podem estar envolvidos na fisiopatologia dos danos cerebrais observados na fenilcetonúria, sugerindo que o benefício de uma suplementação com antioxidantes à dieta dos pacientes seja estudado a fim de prevenir possíveis danos causados por radicais livres. / Phenylketonuria is an inborn error of metabolism caused by severe deficiency of phenylalanine hydroxylase activity, which converts phenylalanine to tyrosine, leading to tissue accumulation of phenylalanine and its metabolites (phenylpyruvic acid, phenyllactic acid and phenylacetic acid). The concentrations of these metabolites into the brain correlate positively with plasma phenylalanine levels. This disease is characterized by serious neurological features, such as mental retardation and seizures. Although phenylketonuria is one of the most frequent and studied aminoacidopatias, the neuropathology of this disease is poorly understood. In the present work, the in vitro effect of the phenylpyruvic acid, phenyllactic acid and phenylacetic acid on oxidative stress were investigated in brain homogenates of young rats, in order to be better understand the involvement of these metabolites in the neurological dysfunction present in this disease. The following parameters were studied: chemiluminescence, thiobarbituric acid reactive substances (TBA-RS), total radical-trapping antioxidant potential (TRAP), total antioxidant reactivity (TAR), total thiol and carbonyl groups, glutathione (GSH), 2’, 7’ dichlorofluorescein (DCF) and the activities of antioxidants enzymes catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD), and glutathione peroxidase (GSH-Px). We observed that phenylpyruvic acid increased chemiluminescence, TBA-RS and the content of carbonyl groups (in a dosedependent way) and that this acid reduced TRAP (in a dose-dependent way) and GSH levels. Phenyllactic acid increased chemiluminescence and TBA-RS, and reduced TRAP and GSH levels. Phenylacetic acid increased TBA-RS and the measurement of DCF. Any of the metabolites altered the activity of SOD, whereas all of them reduced the activities of GSH-Px (in a dose-dependent way) and CAT. The results show that phenylalanine metabolites alter many parameters of oxidative stress in brain homogenates of young rats. Other studies have been demonstrated that oxidative stress seems to be involved in phenylketonuric animal models and patients. Taking together, these studies and our results suggest that the benefit of an antioxidant supplementation to the diet of these patients might be studied in order to prevent possible damage produced by free radicals.

A obesidade é uma epidemia em todo o mundo, além de ser um fator envolvido em muitas doenças como a resistência à insulina e diabetes tipo II.Verificamos o efeito da dieta hiperlipídica (HF) e exercício físico sobre sinalização em hipocampo e sobre parâmetros periféricos indicadores de resistência à insulina. Camundongos CF-1 foram mantidos por 5 meses nos tratamentos (HF e exercício físico). Analisamos o imunoconteúdo de AKT, pAKT Ser473, , ERK 1/2, pERK 1/2, CREB e pCREB em hipocampo. O triacilglicerol sérico (TAG), o colesterol e o HDLc foram determinados no sangue e o TAG e o glicogênio no fígado. Os tratamentos não alteraram as proteínas totais (AKT, ERK 1/2 e CREB) no hipocampo. HF causou aumento no estado de fosforilação de AKT ser473 (p=0.05). O exercício causou aumento no estado de fosforilação em ERK 1/2 (p=0.03) e em CREB (p=0.05). Além disso, o exercício reverteu o efeito prejudicial da HF, em aumentar a concentração de TAG hepático (p=0.05) e diminuir a concentração de glicogênio (p=0.05), além de impedir o ganho de tecido adiposo na região abdominal. Estes dados fornecem evidências dos efeitos da HF e do exercício físico na sinalização hipocampla e sobre parâmetros periféricos indicadores de resistência à insulina. / Obesity is an epidemic all around the world and is a factor involved in many diseases as insulin resistance and diabetes type II. The present study examined the effect of high fat diet (HF) and physical exercise on peripheral tissue and hippocampus signaling. CF-1 mice were maintained for 5 months in treatments (high fat diet and physical exercise). We analyzed AKT, pAKT Ser473, pAKT thr308, ERK 1/2, pERK 1/2, CREB and pCREB immunocontent in hippocampus. Serum triacylglicerol (TAG), Cholesterol and HDLc wereanalyzed in serum and TAG and glycogen were assayed in liver. Treatments did not alter total proteins (AKT, ERK 1/2 and CREB) in hippocampus. HF caused an increased in phosphorylation status of AKT ser473 (p=0.05), but not in pAKT thr308. Exercise caused an increased in phosphorylation status in ERK 1/2 (p=0.03) and CREB (p=0.05). Furthermore, exercise was able to invert the harmful effect of HF, as the increased fatty liver (p=0.05) and decreased glycogen liver (p=0.05), and impede of gain of weight fat in abdominal region. These data provide evidences for the effects of HF diet and exercise on peripheral tissue and hippocampus signaling.

A contaminação por micoplasma em culturas celulares pode causar consideráveis interferências no metabolismo celular, acarretando em um sério problema para os laboratórios de cultura de células. Com o objetivo de avaliar o efeito da contaminação por micoplasma e do tratamento com o antibiótico removedor de micoplasma (MRA), sobre a medida da atividade de hidrolases lisossômicas, foram cultivadas culturas de fibroblastos de indivíduos normais para realização destas medidas. Para tanto, foram selecionadas enzimas de referência do Laboratório de Erros Inatos do Metabolismo do Serviço de Genética Médica do HCPA sendo elas: ß-galactosidase, ß-glicosidase, arilsulfatase A, ß-glicuronidase e hexosaminidase (Total e A). Mediu-se a atividade em fibroblastos contaminados com micoplasma, antes e após adição do MRA. Os resultados foram comparados com a atividade enzimática em fibroblastos controles (sem contaminação) e fibroblastos controles tratados com MRA. Somente a enzima ß-glicosidade não alterou significativamente sua atividade na presença do micoplasma e nem do MRA. A hexosaminidase Total e a ß-galactosidase sofreram interferência significativa na presença do micoplasma e do MRA. A hexosaminidase A e a arilsulfatase A sofreram interferência significativa somente na presença do MRA. A ß-glicuronidase sofreu alteração de sua atividade somente na presença do micoplasma. Estes resultados mostraram que as enzimas testadas comportaramse de maneira diferente frente à pre sença do MRA e/ou do micoplasma, levandonos a avaliar, em um segundo momento, se estes agentes (micoplasma e antibiótico), poderiam alterar a medida da atividade enzimática em cultura de fibroblastos de pacientes com doenças lisossômicas (DL). Para tanto foi realizada a medida da atividade das enzimas: ß-galactosidase, arilsulfatase B (ASB), hexosaminidase A e a-glicosidase. A atividade destas foram medidas em culturas de fibroblastos contaminadas por micoplasma, antes e após adição do MRA. Os resultados destas atividades foram comparados com as atividades enzimáticas em culturas cultivadas na ausência de contaminação. Somente a ASB alterou significativamente sua atividade tanto na presença do micoplasma quanto do MRA. As demais enzimas não sofreram interferência significativa na presença de ambos. Os resultados obtidos nos permitem concluir que em cultura de fibroblastos, tanto a contaminação por micoplasma quanto o uso de um tipo de antibiótico (MRA), podem ser fator de interferência para medida da atividade de algumas hidrolases lisossômicas. Sendo assim, sugerimos que haja a prevenção da contaminação através da detecção do micoplasma bem como o uso de técnicas assépticas e, para aquelas culturas que não podem ser descartadas, faça-se o uso criterioso de antibióticos capazes de remover o micoplasma, como o analisado neste estudo. Dessa maneira, trabalharíamos com um grau de confiabilidade maior nos resultados laboratoriais. / Contamination of cellular cultures by mycoplasma can cause considerable interference with the cellular metabolism and result in serious problems for cell culture laboratories. To evaluate the effects of mycoplasma contamination and treatment with the mycoplasma removal antibiotic agent (MRA) on the measurement of the activity of lysosomal hydrolyses; fibroblast cultures from normal individuals were cultivated specifically to realize these measurements. To do this, we selected reference enzymes from the Laboratory of Inborn Errors of Metabolism maintained by the Service of Genetic Medicine at the HCPA in Porto Alegre, Brazil as follows: ß-galactosidase, ß-glicosidase, arilsulfatase A, ßglicuronidase and hexosaminidase (Total and A). The activity of the fibroblasts contaminated by mycoplasma was measured before and after the addition of the MRA. The results were compared with the enzymatic activity in controls both of non-contaminated fibroblasts and others treated with MRA. The ß-glycosidase enzyme was the only enzyme that demonstrated no significant activity alterations in the presence of either the mycoplasma or the MRA. All the others showed significant changes - the total hexosaminidase and the ß-galactosidase from the presence of the both the mycoplasma and the MRA ; the hexosaminidase A and the arilsulfatase A from the presence of the MRA only; while the presence of the mycoplasma on its own significantly altered the ß-glicuronidase activity. These results prove that the enzymes we tested behave differently when exposed to MRA and/or the mycoplasma. This raises the question as to whether these agents (mycoplasma and antibiotic) could alter the measurement of enzymatic activity in fibroblast cultures from patients with lysosomatic diseases (DL). To resolve this question, the activities of the ß-galactosidase, arilsulfatase B (ASB), hexosaminidase A and a-glicosidase enzymes were measured in cultures of fibroblasts contaminated with mycoplasma, before and after the addition of MRA. The results obtained were compared with the enzymatic activities of uncontaminated cultures. Significant alteration of activity in the presence of MRA and the mycoplasma was observed only in the ABS. The other enzymes demonstrated no significant alteration in the presence of either. The results obtained permit us to conclude that, in a fibroblast culture, both contamination by mycoplasma and the effects of the use of a type of antibiotic (MRA) can interfere in the results of the measurement of the activity of some lysosomatic hydrolyses. Therefore, we suggest that measures be taken to prevent contamination by the detection of the mycoplasma and the employment of aseptic techniques, and, in those cases where the cultures cannot be disposed of, antibiotics capable of removing the mycoplasma should be utilized as analyzed in this study. In this way, greater confidence in the respective laboratory results can be assured.

Os anticoncepcionais orais combinados (estrogênio e progestagênio) produzem alterações no metabolismo dos carboidratos bem documentadas. Novos anticoncepcionais em novas formulações e vias de administração ainda não foram bem estudados quanto aos efeitos no metabolismo, principalmente dos carboidratos. O implante de etonogestrel (ETG) é um método anticoncepcional recentemente introduzido no mercado internacional há 12 anos, necessitando constantes pesquisas e avaliação do seu potencial anticoncepcional e riscos para a saúde. O objetivo desse estudo foi avaliar as alterações metabólicas dos carboidratos causadas pelo uso do implante subdérmico de etonogestrel em mulheres saudáveis, em comparação com mulheres que usam método anticoncepcional não hormonal, o Dispositivo Intra-uterino de Cobre TCu380A. No período de maio de 2008 a julho de 2010, foram selecionadas mulheres procedentes do ambulatório de Ginecologia e Obstetrícia do HCPA com idades entre 18 e 40 anos, sexualmente ativas, saudáveis e com ciclos menstruais regulares. Os critérios de exclusão eram: IMC acima de 30, presença de alguma doença metabólica, contra-indicação ao uso de um dos dois métodos propostos. Foram incluídas 24 mulheres no grupo implante e 22 no grupo DIU, permanecendo 20 em cada grupo até o final da pesquisa. Após a realização de exames laboratoriais (hemograma, glicemia, hemoglobina glicada, insulina de jejum e teste de tolerância à glicose), as pacientes iniciaram o uso do DIU TCu380A ou do implante subdérmico de etonogestrel. Exame físico e nova coleta de exames laboratoriais foram realizados após 6 e 12 meses. Os grupos eram homogêneos no início do estudo em relação às características de idade, índice de massa corpórea e exames laboratoriais. Não houve diferença estatística no metabolismo dos carboidratos entre implante de ETG no momento 0, 6 e 12 meses (glicemia de jejum 85.9±5.13, 87.05±5.36, 88.19±5.05; insulina jejum 7.77±2.42, 10.64±9.4, 8.82±3.73; teste de tolerância a glicose 94.8±25.28, 96.5±19.67, 99.47±24.6; hemoglobina glicosilada 5.27±.34, 5.55±.39, 5.7±0.37) e DIU de Cobre no momento 0, 6 e 12 meses (glicemia de jejum 88.87±7.2, 89.65±5.86, 88.75±4.79; insulina jejum 7.94±3.6, 8.3±4.1, 7.34±3.02; teste de tolerância a glicose 96.85±15.16, 97.48±13.42, 91.3±22.16; hemoglobina glicosilada 5.41±.49, 5.75±.41, 5.9±0.73). Os demais parâmetros avaliados como índice de massa corporal, pressão arterial não alteraram entre os grupos ao longo do estudo. Conclui-se, de acordo com este estudo, que o implante contraceptivo de etonogestrel não altera o metabolismo dos carboidratos no período de 12 meses.

As acidúrias metilmalônica e propiônica são doenças que afetam o catabolismo de aminoácidos de cadeia ramificada e ácidos graxos de cadeia ímpar causadas pela deficiência das enzimas metilmalonil-CoA mutase (EC 5.4.99.2) e propionil-CoA carboxilase (EC 6.4.1.3), respectivamente. Esses distúrbios são bioquimicamente caracterizados pelo acúmulo tecidual e elevada excreção urinária predominante dos ácidos metilmalônico (MMA) e propiônico (PA). Tendo em vista que os mecanismos responsáveis pelo dano neurológico encontrado nesses distúrbios ainda não estão bem estabelecidos, especialmente no que se refere ao tipo de células neurais vulneráveis à ação tóxica, o presente trabalho investigou os efeitos in vitro do MMA e do PA sobre importantes parâmetros de dano oxidativo lipídico e protéico e sobre a produção de espécies reativas em preparações sinaptossomais de cérebro de ratos jovens que são utilizadas para o estudo de efeitos neurotóxicos de compostos em neurônios. Também foi avaliado os efeitos da administração intraestriatal in vivo de MMA ou PA sobre os mesmos parâmetros, bem como sobre as atividades de enzimas antioxidantes em estriado de ratos jovens. Nossos resultados demonstraram que o MMA aumentou in vitro e in vivo a formação de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS) em preparações sinaptossomais e no estriado, respectivamente, indicando que o metabólito induz peroxidação lipídica. Verificamos ainda que a adição de MK-801 (antagonista glutamatérgico do tipo NMDA) e dos antioxidantes melatonina e trolox preveniu o aumento nos níveis de TBA-RS causado pelo MMA em sinaptossomas, indicando o envolvimento de receptores de glutamato e de espécies reativas neste efeito. Além disso, o MMA aumentou significativamente a oxidação da 2’,7’-diclorofluoresceína diacetato em sinaptossomas, refletindo um aumento na produção de espécies reativas induzido por esse ácido orgânico. Observamos também que o MMA aumentou a formação de carbonilas in vitro em sinaptossomas e a oxidação de grupamentos sulfidrilas in vivo em estriado, evidenciando dano oxidativo protéico. A administração intraestriatal de MMA inibiu significativamente a atividade da glutationa peroxidase, ao passo que as atividades das enzimas superóxido dismutase e catalase não foram alteradas. Por sua vez, o PA não alterou in vitro e in vivo qualquer dos parâmetros avaliados. O presente estudo indica que o MMA induz estresse oxidativo em sinaptossomas e em estriado, através do aumento da produção de espécies reativas e redução das defesas antioxidantes. Presumimos que o dano oxidativo provavelmente neuronal causado por esse metabólito possa representar um importante mecanismo fisiopatogênico envolvido na disfunção neurológica encontrada nos pacientes afetados pela acidúria metilmalônica. / Propionic acidemia and methylmalonic acidemia are disorders that affect the catabolism of branched-chain amino acids and odd-chain fatty acids caused by deficiency of methylmalonyl-CoA mutase (EC 5.4.99.2) and propionyl-CoA carboxylase (EC 6.4.1.3) activities, respectively. These disorders are biochemically characterized by tissue accumulation and high urinary excretion of methylmalonic (MMA) and propionic (PA) acids. Considering that the pathomechanisms of brain damage found in propionic and methylmalonic acidemias are not well established, specially regarding the type of neural cells vulnerable to the toxicity, the present study investigated the in vitro effects of MMA and PA on important parameters of lipid and protein oxidative damage and on the production of reactive species in synaptosomal preparations from brain of young rats used to study the neurotoxic effects of compounds on neurons. The in vivo effects of intrastriatal administration of MMA or PA on the same parameters, as well as on enzymatic antioxidant defenses, were also evaluated in striatum of young rats. It was observed in vitro and in vivo that MMA increased thiobarbituric acid-reactive substances (TBA-RS) levels in synaptosomal preparations and in striatum, respectively, indicating that this organic acid induces lipid peroxidation. Furthermore, the lipid oxidative damage was attenuated by the free radical scavengers α-tocopherol and melatonin and by the NMDA glutamate receptor antagonist MK-801, implying the involvement of reactive species and glutamate receptor activation in these effects. In addition, 2’,7’-dichlorofluorescein diacetate oxidation was significantly increased in synaptosomes by MMA in vitro, reinforcing the observation that reactive species generation is elicited by MMA. We also found that MMA increased carbonyl formation in vitro and sulfhydryl oxidation in vivo, suggesting that this metabolite induces protein oxidative damage. Moreover, intrastriatal administration of MMA significantly inhibited glutathione peroxidase activity, whereas it did not alter the activities of superoxide dismutase and catalase. PA did not modify these parameters in vivo and in vitro. Our data showed that MMA induces lipid and protein oxidative damage in synaptosomes and in striatum mediated by increased production of reactive species and the reduction of antioxidant defenses. Therefore, it is presumed that the cellular oxidative damage caused by MMA may represent an important pathophysiological mechanism involved in the neurological dysfunction found in patients affected by methylmalonic acidemia.

Mucopolissacaridose tipo II (MPS II) é uma doença de depósito lisossômico, que possui herança ligada ao cromossomo X, causada pela deficiência da enzima iduronato-2-sulfatase envolvida na degradação dos glicosaminoglicanos (GAGs) dermatan e heparan sulfato. Os GAGs parcialmente degradados acumulam-se nos lisossomos, levando a disfunção celular, tecidual e orgânica. Os mecanismos envolvidos na fisiopatologia desta doença não estão completamente esclarecidos. Considerando que a geração de radicais livres está envolvida na patogênese de várias doenças, inclusive em alguns erros inatos do metabolismo, o objetivo deste trabalho foi avaliar parâmetros de estresse oxidativo em pacientes com MPS II, antes e durante os seis primeiros meses da terapia de reposição enzimática (TRE). Foram verificados níveis aumentados de malondialdeído (MDA) e de grupamentos carbonila plasmáticos assim como da atividade da catalase eritrocitária (CAT) em pacientes com MPS II antes do tratamento quando comparado com os controles. Por outro lado, o conteúdo de grupamentos sulfidrila e o estado antioxidante total (TAS) plasmáticos estavam significativamente diminuídos, enquanto a atividade da superóxido dismutase (SOD) eritrocitária não estava alterada antes do início do tratamento quando comparado com os controles. Durante a TRE, houve uma redução significativa nos níveis de MDA e um aumento significativo de grupamentos sulfidrila, quando comparados com o pré-tratamento. Ainda, foi analisado o dano ao DNA em leucócitos periféricos através do ensaio cometa em pacientes com MPS II no pré-tratamento e durante a TRE. Foi encontrado um aumento significativo no dano ao DNA antes do tratamento quando comparado com os controles e a TRE levou à significante diminuição desse dano quando comparado com o prétratamento. Além disso, foi verificada uma correlação positiva significativa entre o dano ao DNA e os níveis de MDA, assim como com o conteúdo de grupamentos carbonila. Nossos resultados mostram que pacientes com MPS II estão sujeitos a dano oxidativo a lipídios, proteínas e DNA e, pioneiramente, mostram que a TRE é capaz de protegê-los contra esses danos. / Mucopolysaccharidosis type II (MPS II) is a lysosomal storage disease, which has Xlinked inheritance, caused by deficiency of iduronate-2-sulfatase enzyme involved in degradation of glycosaminoglycans (GAGs) dermatan and heparan sulfate. The partially degraded GAGs accumulate in lysosomes, leading to cellular, tissue and organic dysfunction. The mechanisms involved in the pathophysiology of this disease are not completely understood. Considering that the generation of free radicals is involved in the pathogenesis of many diseases, including some inborn errors of metabolism, the aim of this study was to evaluate oxidative stress parameters in patients with MPS II, before and during the first six months of enzyme replacement therapy (ERT). It was veified significantly increased levels of malondialdehyde (MDA) and carbonyl group content in plasma as well as erythrocyte catalase (CAT) activity in patients with MPS II before treatment when compared with controls. On the other hand, plasma sulfhydryl group content and total antioxidant status (TAS) were significantly reduced, while erythrocyte superoxide dismutase (SOD) activity was not altered before the beginning of treatment when compared to controls. During ERT, there was a significant reduction in MDA levels and a significant increase in sulfhydryl groups, when compared to pretreatment. Also, it was analyzed the DNA damage in peripheral leukocytes by the comet assay in MPS II patients at pretreatment and during ERT. It was verified a significant increase in DNA damage before treatment when compared with controls and ERT induced a significant reduction of this damage compared to pretreatment. Furthermore, we observed a significant positive correlation between DNA damage and MDA levels as well as with carbonyl group content. Our results show that MPS II patients are subject to lipid, protein and DNA oxidative damage and, for the first time, show that ERT is able to protect them against such damage.

A fenilcetonúria é um erro inato do metabolismo de aminoácidos, causada pela deficiência severa ou ausência na atividade da fenilalanina hidroxilase, enzima que catalisa a hidroxilação da fenilalanina em tirosina na presença do cofator tetra-hidrobiopterina. Como consequência, ocorre o acúmulo da fenilalanina e seus metabólitos nos tecidos e nos líquidos biológicos dos pacientes afetados. O tratamento para a fenilcetonúria consiste em uma dieta restrita em fenilalanina e proteínas, suplementada com uma fórmula especial, contendo aminoácidos (exceto a fenilalanina) e micronutrientes. A principal característica clínica dos pacientes fenilcetonúricos não tratados é o retardo mental e outras alterações neurológicas, cuja base bioquímica é ainda pouco compreendida. Entretanto, nos últimos anos evidências indicam que o estresse oxidativo está envolvido na fisiopatologia da doença. Em estudos prévios, demonstramos que pacientes fenilcetonúricos diagnosticados tardiamente apresentavam aumento na peroxidação lipídica e redução de antioxidantes no momento do diagnóstico e também durante o tratamento, e que esses parâmetros não estavam diretamente relacionados com os níveis sanguíneos de fenilalanina. O objetivo deste trabalho foi o de investigar o papel do dano oxidativo e também das defesas antioxidantes na patogênese da fenilcetonúria. Foi demonstrado que pacientes fenilcetonúricos tratados apresentaram maior dano ao DNA, medido através do ensaio cometa, em comparação aos controles, e que este dano estava relacionado aos níveis sanguíneos elevados de fenilalanina. Neste particular, testes in vitro revelaram um efeito dose-dependente da fenilalanina sobre o dano ao DNA, reforçando os achados in vivo e indicando que a fenilalanina foi responsável por esse dano. Também verificamos que os pacientes fenilcetonúricos com diagnóstico tardio apresentaram maior oxidação a lipídios (determinado através da técnica das espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico) e a proteínas (medido através do conteúdo de sulfidrilas e carbonilas) em comparação aos pacientes diagnosticados no período neonatal e aos controles. Portanto, o diagnóstico precoce, além de prevenir o retardo mental, como já descrito na literatura científica, também previne o dano oxidativo a biomoléculas. Por outro lado, foi observada uma redução nas concentrações de antioxidantes não enzimáticos (níveis de glutationa e reatividade antioxidante total) e na atividade da enzima antioxidante glutationa peroxidase em ambos os grupos de pacientes. A diminuição nos antioxidantes é comum em pacientes fenilcetonúricos, sendo atribuída principalmente à dieta restrita. Neste trabalho também verificamos que os pacientes que aderiam estritamente à dieta recomendada apresentavam redução nos níveis sanguíneos de L-carnitina, um composto com ação antioxidante. Além disso, os níveis de L-carnitina nesses pacientes mostraram uma correlação negativa significativa com a lipoperoxidação (medida pelas espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico) e uma correlação positiva significativa com a reatividade antioxidante total. Os dados sugerem que a deficiência em L-carnitina está relacionada com o estresse oxidativo em pacientes fenilcetonúricos e, portanto, sua suplementação deva ser considerada como uma terapia adjuvante. De fato, a suplementação com L-carnitina e selênio (outro composto antioxidante deficiente em pacientes fenilcetonúricos) foi capaz de corrigir a oxidação a lipídios e proteínas (medida pelas espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico e pelo conteúdo de sulfidrilas, respectivamente), além de normalizar a atividade da enzima glutationa peroxidase. Adicionalmente, foi verificada uma correlação negativa significativa entre a peroxidação lipídica e os níveis sanguíneos de Lcarnitina, assim como uma correlação positiva significativa entre a atividade da glutationa peroxidase e a concentração sanguínea de selênio. Em conjunto, nossos resultados sugerem que o estresse oxidativo está envolvido na patogênese da fenilcetonúria. Considerando que nossos resultados possam ser extrapolados para o cérebro, que possui menos defesas antioxidantes e vários fatores que aumentam a produção de radicais livres, pode ser proposto que o dano oxidativo contribui, pelo menos em parte, com a disfunção neurológica na fenilcetonúria, e, portanto, que a administração dos antioxidantes deficientes nesta patologia deva ser considerada na terapia da doença. / Phenylketonuria is an inborn error of amino acid metabolism, caused by severe deficiency or absence of phenylalanine hydroxylase activity, enzyme that catalyzes the hydroxylation of phenylalanine to tyrosine in the presence of the cofactor tetrahydrobiopterin. As consequence, the accumulation of phenylalanine and its metabolites in tissues and biologic fluids of affected patients occurs. The treatment for phenylketonuria consists in a phenylalanine and protein-restricted diet, supplemented with a special formula containing amino acids (except phenylalanine) and micronutrients. The main clinical characterization of untreated phenylketonuric patients is mental retardation and other neurological features, whose biochemical basis is poorly understood. However, in recent years evidences indicate that oxidative stress is involved in the pathophysiology of the disease. In previous studies it was demonstrated that phenylketonuric patients late diagnosed presented increased lipid peroxidation and reduced antioxidants at the moment of diagnosis and also during the treatment, and that these parameters were not directly related to the phenylalanine blood levels. The objective of this work was to investigate the role of the oxidative damage and of antioxidant defenses on pathogenesis of phenylketonuria. It was demonstrated that phenylketonuric patients under treatment presented increased DNA damage, measured by the comet assay, compared to controls, which was related to phenylalanine blood levels. In this particular, in vitro tests revealed a dose-dependent effect of phenylalanine on DNA damage, reinforcing in vivo findings indicating that the phenylalanine was responsible for this damage. We also verified that phenylketonuric patients late diagnosed presented increased lipid (determined by thiobarbituric acid-reactive species) and protein oxidation (measured by sulphydryl and carbonyl groups) when compared to patients diagnosed in the neonatal period and to controls. Therefore, early diagnosis besides to prevent mental retardation, as described in the scientific literature, also prevents oxidative damage to biomolecules. On the other hand, it was observed a reduction in the concentration of non-enzymatic antioxidants (glutathione levels and total antioxidant reactivity) as well as in the activity of glutathione peroxidase enzyme in both groups of patients. The reduction in antioxidants is common in phenylketonuric patients being mainly attributed to the restricted diet. In this work, we also verified that patients who strictly adhered to the recommended diet present reduction in blood L-carnitine levels, a compound with an antioxidant action. Also, the levels of L-carnitine in these patients showed a significant negative correlation with lipid peroxidation (measured by thiobarbituric acid-reactive species) and a significant positive correlation with the total antioxidant reactivity. This suggests that L-carnitine deficiency is related to oxidative stress in phenylketonuric patients and therefore the supplementation should be considered as an adjuvant therapy. In fact, the supplementation with L-carnitine and selenium (other antioxidant compound deficient in phenylketonuric patients) was capable to correct the lipid and protein oxidation (measured by thiobarbituric acid-reactive species and sulphydryl content, respectively) besides to normalize the glutathione peroxidase activity. In addiction, it was verified a significant inverse correlation between lipid peroxidation and L-carnitine blood levels as well as a significant positive correlation between glutathione peroxidase activity and blood selenium concentration. Taken these results together, our results suggest that oxidative stress is involved in the pathogenesis of phenylketonuria. Considering that our results may be extrapolated to the brain, which has less antioxidant defenses and several other factors that increase the production of free radicals, it may be propose that the oxidative damage contributes, at least in part, to the neurological dysfunction in phenylketonuria and, therefore, the administration of deficient antioxidants in this pathology should be considered in the therapy of the disease.

Glicose é o principal substrato energético no SNC de mamíferos adultos, contudo o cérebro também é capaz de utilizar outros substratos, incluindo manose, frutose, galactose, glicerol, corpos cetônicos e lactato. Glicose é quase totalmente oxidada a CO2 e H2O, mas ela também é precursora de neurotransmissores, tais como glutamato, GABA e glicina. O metabolismo energético do SNC varia ontogeneticamente, visto o fato de que nas primeiras 2 horas após o nascimento, lactato é o seu principal substrato, glicose e corpos cetônicos servem como substratos nos 21 dias subseqüentes e, após este período, somente glicose predomina. A utilização de nutrientes é regulada de várias maneiras, tais como o transporte através das células endoteliais capilares, transporte através da membrana plasmática, variações na atividade enzimática e variações nas concentrações de nutrientes plasmáticos. Está bem estabelecido que a atividade funcional do SNC aumenta o metabolismo energético. Tal evento pode ser dependente da atividade da bomba Na+,K+-ATPase, a qual é requerida para restabelecer a homeostase iônica. O aumento da concentração de potássio extracelular de um nível basal 8-12 mM provoca excitação neuronal fisiológica. A concentração de potássio pode atingir 50-80 mM durante convulsões, isquemia ou hipoglicemia. O potássio liberado pela atividade elétrica é captado nos astrócitos através de processos dependentes e não dependentes de ATP. Neste estudo, observamos o efeito de diferentes concentrações de potássio extracelular (2.7, 20 e 50 mM), sobre a oxidação de glicose, frutose, manose e lactato a CO2 e a conversão a lipídios em córtex cerebral de ratos jovens (10dias) e adultos (60 dias). Considerando que a captação de deoxiglicose está relacionada com a atividade glicolítica, testamos a influência do potássio extracelular sobre este parâmetro. Os efeitos da ouabaína sobre a oxidação de glicose e captação de deoxiglicose foram testados para determinar se a influência de potássio extracelular era dependente da atividade da bomba Na+,K+-ATPase. Os efeitos da monensina (ionóforo de Na+) e bumetanide (inibidor do transportador de Na+/K+/2Cl-) foram também testados. O aumento da concentração de potássio extracelular aumentou a oxidação de glicose, frutose, e manose a CO2 em córtex cerebral de ratos adultos, contudo, este fenômeno não foi observado em ratos jovens. A oxidação de lactato aumentou com o aumento da concentração de potássio extracelular em ambos ratos jovens e adultos. Não houve diferença na oxidação de glicose e sobre a captação de deoxiglicose na presença de ouabaína. Monensina aumentou a captação de deoxiglicose em 2 minutos de incubação. Contudo, esta captação diminuiu em períodos de incubação de 1 hora e 10 minutos. Além disso, não houve efeito do bumetanide sobre o aumento causado pela alta concentração de potássio extracelular na oxidação de glicose.

A hiperprolinemia é uma doença metabólica que pode ser causada por dois distintos erros inatos do metabolismo da prolina. A hiperprolinemia tipo I ocorre por uma deficiência na enzima prolina oxidase, enquanto que a hiperprolinemia tipo II é causada pela ausência da atividade da enzima Δ1-pirrolino-5-carboxilato desidrogenase. Os pacientes afetados por essa doença geralmente apresentam manifestações neurológicas, tais como convulsões, déficit cognitivo e retardo mental. Além disso, tem sido descrita uma associação entre a hiperprolinemia moderada e doenças psiquiátricas. Entretanto, os mecanismos neuroquímicos relacionados a esses sintomas neurológicos ainda são pouco compreendidos. Portanto, no presente estudo, investigamos o efeito da exposição aguda e crônica à prolina sobre parâmetros comportamentais em peixe-zebra, tais como: atividade locomotora, ansiedade e interação social. Além disso, avaliamos o efeito in vivo e in vitro da prolina sobre a atividade da acetilcolinesterase (AChE), bem como sobre a atividade e expressão gênica das ectonucleotidases em cérebro de peixe-zebra. Para os estudos in vivo, os animais foram expostos a duas concentrações de prolina (1,5 e 3,0 mM) durante 1 hora ou 7 dias (tratamento agudo e crônico, respectivamente). Para os ensaios in vitro, diferentes concentrações de prolina foram testadas (variando de 3,0 a 1000 μM). A exposição aguda à prolina não promoveu alterações significativas nos parâmetros bioquímicos e comportamentais analisados. Entretanto, a exposição crônica à prolina na concentração de 1,5 mM provocou um aumento na atividade locomotora do peixe-zebra, caracterizada pelo aumento no número de linhas cruzadas (47%), na distância total percorrida (29%) e na velocidade média (33%). Um aumento significativo no tempo gasto na parte superior do aquário (91%) também foi observado após esse mesmo tratamento, o que pode ser interpretado como um comportamento ansiolítico. A prolina na concentração de 1,5 mM também induziu o déficit de interação social (78%), quando comparado ao grupo controle. Além disso, exposição crônica aumentou significativamente a atividade da AChE em ambos os grupos tratados (34% e 39%). Esse mesmo tratamento também aumentou a hidrólise de ATP em ambas as concentrações testadas (14% e 22%, respectivamente), enquanto que a hidrólise de ADP e AMP aumentou apenas na concentração de 3,0 mM (21% e 17%, respectivamente). A expressão gênica da E-NTPDase3 aumentou em ambos os grupos tratados após a exposição crônica à prolina, enquanto que a E-NTPDase1 teve seus níveis de transcritos aumentados apenas na concentração de 3,0 mM. A prolina, quando avaliada in vitro, não promoveu alterações significativas nas atividades das ectonucleotidase e da AChE. Por fim, demonstramos, ainda, que as alterações comportamentais e o aumento da atividade da AChE induzidos pela prolina foram completamente revertidos pela administração aguda de um antipsicótico atípico (sulpirida), mas não por um típico (haloperidol). Em conjunto, estes dados demonstram que a exposição crônica à prolina induz alterações comportamentais, bem como aumenta a atividade da AChE e catabolismo de nucleotídeos em cérebro de peixe-zebra. Esses achados podem contribuir, pelo menos em parte, para uma melhor compreensão dos mecanismos relacionados às manifestações neurológicas verificadas em pacientes hiperprolinêmicos, como os transtornos psicóticos e cognitivos. Além disso, este estudo pode facilitar o uso do peixe-zebra como modelo experimental para o estudo de erros inatos do metabolismo que afetam o sistema nervoso central. / Hyperprolinemia is a metabolic disease that may be caused by two distinct inborn errors of proline metabolism. Hyperprolinemia type I occurs by a deficiency in proline oxidase, while the hyperprolinemia type II is caused by an absence of Δ1-pyrroline-5-carboxylic acid dehydrogenase. Patients affected by this disease usually present neurological manifestations, such as seizures, cognitive impairment, and mental retardation. Moreover, an association between psychiatry disorders and moderate hyperprolinemia has been reported. However, the mechanisms related to these neurological symptoms still remain poorly understood. Therefore, in the present study, we investigated the effect of short- and long-term proline exposure on behavioral parameters in zebrafish, such as locomotor activity, anxiety, and social interaction. In addition, we evaluated the in vivo and in vitro effects of proline on acetylcholinesterase (AChE) activity, as well as on ectonucleotidase activities and gene expression in zebrafish brain. For the in vivo studies, animals were exposed at two proline concentrations (1.5 and 3.0 mM) during 1 hour or 7 days (short- or long-term treatments, respectively). For the in vitro assays, different proline concentrations (ranging from 3.0 μM to 1000 μM) were tested. Short-term proline exposure did not promote significant changes on the behavioral and biochemical parameters analyzed. Long-term exposure at 1.5 mM proline caused an increase in locomotor activity in zebrafish, characterized by an increase in the number of line crossings (47%), in the total distance traveled (29%), and in the mean speed (33%). A significant increase in the time spent in the upper portion of the test tank was also observed after the same treatment (91%), which may be interpreted as an indicator of anxiolytic behavior. Proline at 1.5 mM also induced social interaction impairment (78%), when compared to the untreated group. Moreover, long-term proline exposure significantly increased AChE activity for both treated groups (34% and 39%). This treatment also increased ATP catabolism in both concentrations tested (14% and 22%, respectively), whereas ADP and AMP hydrolysis were increased only at 3.0 mM proline (21% and 17%, respectively). The gene expression of E-NTPDase3 increased in both treated groups after long-term proline, whereas E-NTPDase1 transcript levels increased only at concentration of 3.0 mM. Proline, when assessed in vitro, did not promote significant changes on AChE and ectonucleotidase activities. At last, we demonstrated the proline-induced behavioral changes and increase in AChE activity were completely reversed by acute administration of an atypical antipsychotic drug (sulpiride), but not by a typical (haloperidol). Altogether, these data demonstrate that long-term proline exposure induces behavioral changes as well as increases AChE activity and nucleotide catabolism in zebrafish brain. These findings may contribute, at least in part, to better understand the mechanisms related to the neurological manifestations observed in hyperprolinemic patients, such as the psychotic and cognitive dysfunctions. Moreover, this study might facilitate the use of the zebrafish as experimental model for studying inborn errors of amino acid metabolism that affect the central nervous system.

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