Resumo não disponível

A hipertirosinemia é uma doença autossômica recessiva do catabolismo da tirosina que se caracteriza pelo acúmulo de tirosina nos tecidos, no fluído cérebro-espinhal, no sangue e na urina de pacientes. Em humanos, três tipos foram identificados: tirosinemia tipo I, que é causada pela deficiência da enzima fumarilacetoacetato hidrolase (FAH); a tipo II, pela deficiência da tirosina aminotransferase (TAT) e a tipo III, devido à deficiência da 4-hidroxifenilpiruvato dioxigenase (4HPPD). A tirosinemia tipo I tem incidência de 1:200.000 nascimentos e é conhecida por ser a forma mais grave da doença, onde a concentração de tirosina varia de 50 a 120 μmol/L. O bloqueio desta enzima (FAH) resulta no acúmulo de metabólitos tóxicos como o maleilacetoacetato (MAA), fumarilacetoacetato (FAA) e succinilacetona (SA), os quais são responsáveis por problemas hepáticos e renais característicos da doença. A tirosinemia tipo II tem incidência de 1:250.000 nascidos vivos e se caracteriza por ter os níveis mais elevados de tirosina (370 a 3420 μmol/L). A deficiência da TAT leva a manifestações clínicas como distúrbios oculares, cutâneos e neurológicos. Estudos recentes mostram que o estresse oxidativo pode estar envolvido na fisiopatologia de doenças hereditárias do metabolismo, onde ocorre acúmulo de aminoácidos e ácidos orgânicos, os quais se supõem serem responsáveis pela produção excessiva de espécies reativas. Considerando que os mecanismos das disfunções neurológica e hepática são pouco conhecidos em pacientes hipertirosinêmicos, o presente estudo investigou o possível papel do estresse oxidativo na neuro e hepatotoxicidade da tirosina a fim de melhor compreender os mecanismos de danos observados no cérebro e no fígado desses pacientes. Para isso, o efeito da administração aguda e crônica da L-tirosina foi investigado sob os seguintes parâmetros de estresse oxidativo em cérebro e/ou fígado de ratos jovens: a atividade das enzimas superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa peroxidase (GPx) e glicose 6-fosfato desidrogenase (G6PD); o conteúdo de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS); o conteúdo de carbonilas protéicas; o conteúdo de 2’7’diclorofluoresceína formado (DCF). Foi observado que no modelo agudo a L-tirosina diminuiu apenas a atividade da CAT e da SOD, sem alterar os outros parâmetros analisados em fígado de ratos, e que no modelo crônico ela foi capaz de diminuir as defesas antioxidantes enzimáticas, alterar a lipoperoxidação e aumentar a produção de radicais em ambos os tecidos estudados. Esses resultados indicam que a hipertirosinemia é uma situação de risco para a célula e sugerem que o estresse oxidativo possa estar envolvido na fisiopatologia da doença, no entanto, mais estudos precisam ser realizados para melhor esclarecer os mecanismos responsáveis pelas disfunções características da hipertirosinemia. / Hypertyrosinemia is an autosomal recessive disease of tyrosine catabolism which is characterized by the accumulation of tyrosine in tissues, cerebrospinal fluid, blood and urine of patients. In humans, three types have been identified: tyrosinemia type I is caused by deficiency of the enzyme fumarylacetoacetate hydrolase (FAH), type II, by deficiency of tyrosine aminotransferase (TAT) and type III, due to the deficiency of 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase (4HPPD). Tyrosinemia type I has an incidence of 1:200,000 newborns and is known for being the gravest form of the disease, where the concentration of tyrosine varies from 50 to 120 μmol/L. The blockade of this enzyme (FAH) results in the accumulation of toxic metabolites such as maleylacetoacetate (MAA), fumarylacetoacetate (FAA) and succinylacetone (SA), which are responsible for liver and kidney problems characteristic of the disease. Tyrosinemia type II has an incidence of 1:250,000 newborns and is characterized by having the highest level of tyrosine (370 a 3420 μmol/L). The TAT deficiency leads to clinical manifestations such as eye, skin and neurological disturbances. Recent studies have shown that oxidative stress may be involved in the pathophysiology of inherited metabolic disorders where there is an accumulation of amino acids and organic acids, which are supposed to be responsible for the overproduction of reactive species. Whereas the mechanisms of neurological and hepatic dysfunctions are poorly understood in hypertyrosinemic patients, the present study investigated the possible role of oxidative stress in neuro- and hepatotoxicity tyrosine in order to better understand the mechanisms of damage observed in the brain and liver of these patients. For this, the effect of acute and chronic administration of L-tyrosine was investigated under the following oxidative stress parameters in brain and/or liver of young rats: the activity of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx) and glucose 6-phosphate dehydrogenase (G6PD); the content of thiobarbituric acid reactive substances (TBA-RS); the protein carbonyl content; the content of 2'7'diclorofluorescein formed (DCF). It was observed that in the acute model L-tyrosine decreased CAT and SOD activity only, without changing the other parameters analyzed in liver of rats and that in the chronic model it was able to decrease the enzymatic antioxidant defenses, alter lipid peroxidation and increases the radicals production in both analyzed tissues. These results indicate that hypertyrosinemia is a risk to the cell and suggest that oxidative stress may be involved in the pathophysiology of the disease, however, more studies are needed to better clarify the mechanisms responsible for the dysfunction of hipertirosinemia characteristics.

A menopausa se caracteriza pela diminuição dos níveis plasmáticos de estrógeno em mulheres. Dados na literatura mostram o papel neuroprotetor desse hormônio e sugerem que a privação estrogênica está associada à patogenia de condições neurodegenerativas e ao aparecimento de distúrbios emocionais, como a ansiedade. Neste contexto, é descrito que mulheres pós-menopáusicas são mais vulneráveis a esses distúrbios do que as mulheres jovens. No presente trabalho, avaliamos os efeitos da ovariectomia, um modelo animal de depleção hormonal ovariana, sobre alguns parâmetros bioquímicos e comportamentais em ratas adultas. Inicialmente, investigamos o efeito da ovariectomia sobre alguns parâmetros do metabolismo energético (Na+,K+-ATPase, piruvato quinase e enzimas da cadeia respiratória) em estriado de ratas adultas. Resultados mostraram que a ovariectomia aumenta as atividades das enzimas Na+,K+-ATPase, succinato desidrogenase e complexo II. Também verificamos o efeito da ovariectomia sobre a atividade da creatina quinase nas frações citosólica e mitocondrial preparadas a partir de hipocampo de ratas. Nossos resultados mostraram que a ovariectomia aumentou significativamente a atividade da creatina quinase citosólica, mas não alterou a atividade da creatina quinase na fração mitocondrial de hipocampo de ratas adultas. Finalmente, investigamos o efeito da ovariectomia sobre o comportamento tipo-ansiedade em ratas adultas. Observamos que o comportamento dos animais na tarefa do labirinto em cruz elevado e no teste da caixa claro-escuro não foi alterado pela ovariectomia. Em conjunto esses resultados podem colaborar, pelo menos em parte, para o entendimento de alguns sintomas relacionados à menopausa. Entretanto, mais estudos serão necessários a fim de elucidar os mecanismos envolvidos na depleção estrogênica. / Menopause is characterized by decreased plasma levels of estrogen in women. Literature data show the neuroprotective role of this hormone and suggest that estrogen deprivation is associated with the pathogenesis of neurodegenerative conditions and with the emergence of emotional disorders such as anxiety. In this context, it is reported that postmenopausal women are more vulnerable to these disorders than younger women. In this study, we evaluated the effects of ovariectomy, an animal model of hormonal depletion on some biochemical and behavioral parameters in female adult rats. Initially, we investigated the effect of ovariectomy on some parameters of energy metabolism (Na+,K+-ATPase, pyruvate kinase and respiratory chain enzymes) in striatum of female adult rats. Results showed that ovariectomy increases the activity of the enzymes Na+,K+-ATPase, succinate dehydrogenase and complex II. We also tested the effect of ovariectomy on the creatine kinase activity in cytosolic and mitochondrial fractions prepared from hippocampus of female rats. Our results showed that ovariectomy significantly increased the activity of cytosolic creatine kinase, but did not alter the activity of creatine kinase in the mitochondrial fraction of hippocampus of female adult rats. Finally, we investigated the effect of ovariectomy on anxiety-like behavior in female adult rats. We observed that the animal behavior in the elevated plus maze task and in light-dark box test was not affected by ovariectomy. Taken together these results may contribute, at least in part, to the understanding of some symptoms related to menopause. However more studies are needed to elucidate the mechanisms involved in estrogen depletion.

A Doença de Alzheimer é uma desordem que acomete milhões de indivíduos por todo o mundo, e a sua incidência tem aumentado muito nas últimas décadas. A doença é caracterizada por diversas alterações no sistema nervoso central, e dentre elas ocorrem alterações importantes no metabolismo da glicose, com redução da utilização desse composto, levando a um importante déficit energético. A Doença de Alzheimer está intimamente relacionada com o Diabetes Mellitus, pois além de ocorrerem alterações semelhantes nas duas desordens, pacientes com diabetes têm risco aumentado de desenvolver Alzheimer. Além da correlação com Diabetes Mellitus, existem evidências de que a hipercolesterolemia também está associada ao maior risco de desenvolver Doença de Alzheimer, o que nos levou a investigar o potencial neuroprotetor das estatinas. Esse trabalho tem como objetivo avaliar alterações comportamentais e bioquímicas em dois modelos de desordens do metabolismo da glicose, bem como avaliar o possível papel neuroprotetor das estatinas, aminoguanidina e n-acetil-cisteína. / Alzheimer’s disease is a disorder that affects millions of individuals around the world, and its incidence has increased in recent decades. Alzheimer’s disease is characterized by several alterations in the central nervous system, and changes in glucose metabolism is among the most important, reducing the uptake of this compound, leading to a significant energy deficit. Alzheimer’s disease is closely related to Diabetes Mellitus, and similar metabolic changes occur in both disorders. Besides, diabetic patients present increased risk for Alzheimer’s disease. In addition, another risk factor to Alzheimer’s is high levels of plasma cholesterol, which lead some research groups to evaluate the potential neuroprotective effect of statins. The aim of this study is to asses behavioral and biochemical changes in two models of glucose metabolism disorders, and evaluate the possible neuroprotective role of statins, aminoguanidine and N-acetyl-cysteine

A exposição da gestante a diversos fatores ambientais pode interferir drasticamente na programação metabólica do feto, podendo aumentar o risco de desenvolvimento de doenças na vida adulta, em casos como da exposição ao estresse ou restrição calórica. Por outro lado, pode resultar em uma modulação positiva, gerando uma criança mais preparada contra os possíveis insultos sofridos durante a vida, como ocorre através da prática de exercício físico durante a gestação. Considerando que a suplementação com antioxidantes tem demonstrado impedir a sinalização celular e o estabelecimento de adaptações metabólicas quando aliado ao exercício físico, nesse estudo nós avaliamos parâmetros de metabolismo energético e homeostase redox no encéfalo da prole submetida ao exercício físico materno, aliado ou não à suplementação com naringenina. Ratas Wistar adultas foram divididas em quatro grupos: (1) sedentário, (2) sedentário suplementado com naringenina, (3) exercício de natação, e (4) exercício de natação suplementado com naringenina. Os grupos 3 e 4 praticaram natação 30 minutos ao dia, 5 dias por semana, durante 4 semanas (incluindo uma semana de adaptação antes do acasalamento), enquanto os grupos 1 e 2 foram apenas submersos na água. A suplementação com naringenina foi realizada uma vez ao dia, na dose de 50 mg/kg, durante toda a prenhez, imediatamente antes do exercício físico. A prole foi eutanasiada aos 7 dias de vida, quando cerebelo, córtex parietal e hipocampo foram dissecados para as análises bioquímicas. Nossos resultados demonstraram que tanto a suplementação com naringenina quanto a prática de exercício materno causaram um aumento nas defesas antioxidantes da prole, e também um aumento na atividade da cadeia transportadora de elétrons, uma indicação de biogênese mitocondrial. A suplementação com naringenina inibiu a atividade das desidrogenases do ciclo do ácido cítrico, provavelmente interferindo no sítio de ligação do NAD+. Quando os tratamentos foram aliados, demonstrou-se a abolição dos efeitos isolados em vários parâmetros, avaliados no encéfalo dos filhotes. Também verificamos que a estrutura cerebral mais suscetível aos efeitos da naringenina e do exercício materno é o cerebelo. Concluímos que as intervenções utilizadas, suplementação com naringenina e exercício gestacional, causaram relevantes modulações metabólicas no encéfalo da prole, sugerindo cautela nas intervenções durante a gestação. / Pregnant woman's exposure to various environmental factors dramatically interferes in the fetus metabolic programming, increasing the risk for diseases in adulthood, in cases such as exposure to stress or calorie restriction. On the other hand, a positive modulation also is possible, able to prevent future insults, as occurs through physical exercise during pregnancy. Whereas antioxidant supplementation has been shown to prevent the adaptive signaling pathways when combined with exercise, in this study we evaluated some parameters of energy metabolism and redox homeostasis in the brain of the offspring submitted to maternal exercise, ally or not to naringenin supplementation. Female adult Wistar rats were divided into four groups: (1) sedentary, (2) sedentary supplemented with naringenin, (3) swimming exercise, and (4) swimming exercise supplemented with naringenin. Groups 3 and 4 practiced swimming for 30 minutes a day, 5 days a week for 4 weeks (including one week of adaptation prior to mating); while groups 1 and 2 were just submerged in the water. Supplementation with naringenin was performed daily immediately before exercise, at a dose of 50 mg/kg, throughout pregnancy. The offspring was euthanized at 7 days of life when cerebellum, hippocampus, and parietal cortex were dissected for biochemical analysis. Our results demonstrated that both strategies, naringenin supplementation and maternal exercise training, increased the antioxidant defenses in offspring’s brain, as well as the electron transport chain activity, an indication of mitochondrial biogenesis. Naringenin supplementation inhibited the activity of citric acid cycle’s dehydrogenases, probably by interfering with the NAD+ binding site. When the treatments were allies, it proved to abolish the separate effects on various parameters evaluated in puppies. It was also found that the brain structure more susceptible to the effects of naringenin and maternal exercise is the cerebellum. We concluded that the interventions used, naringenin supplementation and gestational exercise, bring substantial metabolic modulations in the offspring’s brain, suggesting caution in interventions during pregnancy.

A erva-mate (Ilex paraguariensis A.St.-Hil.) é uma espécie nativa da América do Sul, muito utilizada no preparo de bebidas estimulantes. As folhas e ramos utilizados no preparo destas bebidas não são consumidos na sua forma in natura ou bruta, ao contrário, eles passam por uma série de processamentos industriais como o sapeco, secagem, moagem e envelhecimento. As condições de processamento podem modificar as características sensoriais assim como podem influenciar diretamente a quantidade final de substâncias bioativas presentes na ervamate. As principais classes de compostos bioativos encontrados na erva-mate são as metilxantinas, os polifenóis e as saponinas. Essas substâncias são responsáveis por uma série de efeitos benéficos, como a atividade antioxidante, hipocolesterolemiante, anti-obesidade, anti-inflamatória e cardioprotetora. Porém, não foram encontrados na literatura, estudos que correlacionem a atividade da erva-mate sobre o metabolismo de proteínas. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o metabolismo de aminoácidos e de lipídios em ratos tratados com extrato aquoso de erva-mate comercial e bruta. Foram utilizados 30 ratos Wistar machos divididos em três grupos: grupo controle (CTR): animais tratados com ração padrão e água ad libitum, grupo da erva-mate comercial (COM) e grupo da erva-mate bruta (BRU): animais tratados com ração padrão e extrato de erva-mate comercial ou bruta ad libitum, respectivamente. Além da captação do ácido aminoisobutírico (AIB-14C), da oxidação de Lalanina- 14C e da síntese de proteínas a partir de Leucina-14C, também foram avaliados o peso corporal, os níveis séricos de insulina, glicose, colesterol total, triglicerídeos, ureia, proteínas totais e os índices das gorduras retroperitoneal e epididimal e a respectiva atividade lipolítica desses tecidos. O tratamento com o extrato de erva-mate comercial aumentou significativamente a captação de AIB-14C no fígado. Ambos os tratamentos com extrato aquoso de erva-mate comercial e bruta reduziram drasticamente a síntese de proteínas no fígado e o peso das gorduras retroperitoneais e aumentaram os níveis de lipólise do tecido adiposo epididimal. Apenas o grupo COM reduziu significativamente o ganho de peso dos animais enquanto que apenas o grupo BRU reduziu os níveis séricos de triglicerídeos. Ambos os extratos COM ou BRU não modificaram o metabolismo de proteínas no músculo sóleo. Este trabalho demonstrou pela primeira vez que a erva-mate é capaz de interferir no metabolismo hepático de aminoácidos e no metabolismo de lipídeos, sem interferir no metabolismo de proteínas do músculo esquelético. Além disso, foi observado que alguns efeitos estão diretamente relacionados a proporção entre os compostos bioativos presentes nos extratos, visto que os extratos de erva-mate comercial e bruta diferiram em vários resultados. / Yerba mate (Ilex paraguariensis A.St.-Hil.) is a native specie from South America, widely used in the preparation of stimulant drinks. The leaves and branches used in these drinks are not consumed in the natural or gross form, rather, they undergo a series of industrial processes such as singeing, drying, milling and aging. The processing conditions can modify the sensory characteristics and can directly influence the final amount of bioactive substances present in yerba mate. The major classes of bioactive compounds found in yerba mate are methylxanthines, polyphenols and saponins. These substances are responsible for a number of beneficial effects such as antioxidant activity, cholesterol lowering activity, anti-obesity, antiinflammatory and cardioprotective effects. However, weren’t found in the literature, studies that correlate the activity of yerba mate on proteins metabolism. The aim of this study was to evaluate the amino acids and lipids metabolism on rats treated with aqueous extract of commercial or gross yerba mate. We used 30 male Wistar rats divided into three groups: control water group (CW): animals treated with standard chow and water ad libitum, commercial mate group (CM) and gross mate group (GM): animals treated with standard chow and aqueous extract of commercial or gross yerba mate ad libitum, respectively. Beyond the uptake of aminoisobutiric acid (AIB-14C), the oxidation of L-alanine-14C and protein synthesis from Leucine-14C, were also evaluated body weight, seric levels of insulin, glucose, total cholesterol, triglycerides, urea, total protein and fat contents of retroperitoneal and epididymal and the lipolytic activity of these tissues. The treatment with the commercial yerba mate extract significantly increased uptake of AIB-14C in the liver. Both treatments with aqueous extract of commercial and gross yerba mate drastically reduced protein synthesis in the liver and retroperitoneal fat weight and increased levels of epididymal adipose tissue lipolysis. Only the CM group significantly reduced the weight gain of the animals while only the GM group reduced levels of seric triglycerides. Both extracts CM or GM did not change the protein metabolism in the soleus muscle. This study first demonstrated that yerba mate is able to interfere with the hepatic metabolism of amino acid and lipid metabolism, without interfering with protein metabolism in skeletal muscle. Moreover, it was observed that some effects are directly related to the ratio of bioactive compounds present in the extracts, whereas extracts of commercial yerba mate and gross yerba mate differed in several outcomes.

A acidemia isovalérica é uma doença hereditária neurometabólica causada pela deficiência da atividade da enzima isovaleril-CoA desidrogenase da rota de degradação da leucina. É caracterizada bioquimicamente pelo acúmulo nos tecidos e fluidos biológicos dos pacientes afetados principalmente dos ácidos isovalérico (IVA) e 3-hidroxiisovalérico (3-OHIVA), bem como isovalerilglicina (IVG). Os achados clínicos caracterizam-se fundamentalmente por sintomas neurológicos graves, tais como convulsões, coma e letargia. O presente trabalho teve por objetivo investigar os efeitos in vitro do IVA e IVG sobre vários parâmetros de estresse oxidativo em córtex cerebral de ratos de 30 dias de vida, tendo em vista que os mecanismos envolvidos no dano cerebral dessa doença até o momento são pouco conhecidos e que recentemente foi demonstrado que o 3-OHIVA, também acumulado nas acidúrias 3-metilglutacônica e 3-hidroxi-3-metilglutárica, induz peroxidação lipídica em córtex cerebral de ratos jovens. Nossos resultados demonstraram que o a IVG, mas não o IVA, aumentou significativamente os níveis de TBA-RS e quimiluminiscência, indicando que este metabólito induz lipoperoxidação in vitro. Com a finalidade de investigar se este efeito foi devido à glicina que faz parte da molécula de IVG, testamos o efeito da glicina sobre estes mesmos parâmetros e verificamos que este aminoácido também induziu dano oxidativo lipídico nesta estrutura cerebral de mesma ordem de magnitude que a IVG. Verificamos também que os antioxidantes trolox (vitamina E solúvel), L-NAME, GSH, melatonina, creatina e uma combinação de CAT+SOD nas doses usualmente suplementadas em estudos in vitro não foram capazes de impedir o aumento dos níveis de TBA-RS induzido pela IVG. Já a presença de N-acetilcisteína, precursora de GSH, em concentrações usuais preveniu esta peroxidação lipídica in vitro induzida por IVG, indicando que o IVG provavelmente provoca um decréscimo das concentrações cerebrais de glutationa reduzida (GSH) provavelmente secundário à elevada produção de espécies ativas induzida pelo metabólito. Por outro lado, a adição ao meio de incubação de doses altas desses antioxidantes, com exceção da combinação SOD e CAT, preveniu totalmente o aumento do TBA-RS induzido por IVG, indicando uma alta produção de espécies reativas com conseqüente dano oxidativo lipídico. O próximo passo de nossa investigação foi determinar a influência do IVA e IVG sobre a oxidação do DCFH e dos níveis de glutationa reduzida (GSH). Tanto o IVA, quanto o IVG não alteraram os níveis de DCFH. Por outro lado, o IVA não modificou, enquanto a IVG provocou uma diminuição significativa dos níveis do GSH. Tal efeito não se deveu a uma ação pró-oxidante direta do IVG ou à interferência desse composto na medida dos níveis de GSH. Tais resultados estão de acordo com o fato de que a N-acetilcisteína, substrato para a formação de GSH, foi capaz de prevenir o aumento da lipoperoxidação lipídica induzida pelo IVG.Verificamos também que o IVA e o IVG não afetaram o TRAP e o TAR que representam o potencial antioxidante total e a reatividade antioxidante total, respectivamente. Por outro lado, a IVG não induziu dano oxidativo protéico medido pela oxidação de sulfidrilas e pela formação de carbonilas, enquanto o IVA causou um aumento significativo na formação de carbonilas, sem alterar os níveis de tióis. Concluindo, nossos resultados indicam que a IVG é o metabólito acumulado na acidemia isovalérica que induz em maior grau estresse oxidativo em homogeneizados de córtex cerebral de ratos jovens, enquanto o IVA é capaz de provocar dano oxidativo protéico. Um aumento do estado pró-oxidante e uma menor capacidade antioxidante, representada pelo decréscimo do GSH cerebral, indica que o estresse oxidativo possa representar um mecanismo na fisiopatologia do dano neurológico característico da acidemia isovalérica. / Isovaleric acidemia is an inherited neurometabolic disorder caused by isovaleryl-CoA dehydrogenase deficiency. It is biochemically characterized by accumulation of isovaleric acid (IVA) and 3-hydroxyisovaleric acid (3-OHIVA), as well as isovalerylglycine (IVG) in tissues and biological fluids of affected patients. Clinical features are mainly severe neurological symptoms, such as convulsions, coma, lethargy and ataxia. The present work aimed to investigate the in vitro effects of IVA and IVG on various parameters of oxidative stress in cerebral cortex of 30-day-old rats since the mechanisms of brain damage are poorly known in this disease and that recently it was demonstrated that 3-OHIVA, also accumulating in 3-methylglutaconic aciduria and 3-hydroxy-3-methylglutaric aciduria, induces lipid peroxidation in cerebral cortex of young rats. Our results showed that IVG, but not IVA, significantly increased TBA-RS and quimiluminescence, indicating that this metabolite induces lipid peroxidation in vitro. Aiming to evaluate whether this effect was due to glycine that is a component of IVG molecule, we tested the effect of glycine on the same parameters and verified that this amino acid also induced lipid oxidative damage of the same order of magnitude than IVG. We also observed that the antioxidants trolox (soluble vitamin E), L-NAME, GSH. Melatonine, creatine and the combination CAT + SOD at doses usually supplememented in vitro studies were not able to prevent the increase of TBA-RS levels induced by IVG. In contrast, the presence of N-acethylcisteine, precursor of GSH, at usual concentrations, totally prevented IVG-induced increase of TBA-RS levels, indicating that IVG probably provoked a decrease of brain GSH concentrations probably secondary to elevated formation of free radicals by this metabolite. On the other hand, the presence of higher amounts of these antioxidants, except the combination SOD + CAT, totally prevented the increase of TBA-RS elicited by IVG, indicating that a high production of reactive species with consequent lipid oxidative damage. The next step of our investigation was to determine the influence of IVA and IVG on DCFH-DA oxidation and on GSH levels. Both IVA and IVG did not alter DCFH-DA levels, whereas IVG caused a significant decrease of GSH levels. This effect was not due to a direct pro-oxidant action of IVG or due to IVG interference in the reaction used to measure GSH. Such effects are in line with those showing that N-acethylcystein, the substrate of GSH formation, was able to prevent the increase of lipid peroxidation elicited by IVG. We also found that IVA and IVG did not affect TRAP and TAR that represent total tissue antioxidant potential and total antioxidant reactivity, respectively. On the other hand, IVG did not provoke protein oxidative damage measured by sulfhydryl oxidation and carbonyl formation, whereas IVA causes a significant increase of carbonyl formation, without altering thiol concentration. Concluding, our findings indicate that IVG is the accumulating metabolite in isovaleric acidemia that induces in higher degree oxidative stress in cortical homogenates from young rats, while IVA is able to provoke protein oxidative damage. An increase of pro-oxidant status and a lower antioxidant capacity, represented by a decrease of cerebral GSH, indicate that oxidative stress may represent a mechanism in the pathophysiology of the brain damage characteristic of isovaleric acidemia.

O presente trabalho foi realizado com os seguintes objetivos: O estudo I avaliou o efeito da concentração energética da dieta (EM; I-3,40, II-3,60, III-3,80 Mcal/kg) e peso ao desmame (PD; 4,5 ± 0,4 kg e 6,7 ± 0,5 kg) no desempenho, digestibilidade, composição corporal e eficiência energética da dieta em leitões desmamados aos 21 dias; O estudo II investigou a influência das variáveis de desempenho e digestibilidade na eficiência de ganho de peso/nitrogênio excretado (GP/NE) de leitões desmamados, através de meta-análise. No estudo I, foram utilizados 32 leitões machos alojados em gaiolas de metabolismo por 28 dias. As dietas II e III foram concentradas em nutrientes na mesma proporção do aumento de energia, mantendo-se constante a relação lisina:EM. A ausência de interação entre PD e EM mostra que leitões leves não atingem crescimento compensatório quando alimentados com dietas com altos níveis de energia e mesma relação lisina:EM. O aumento da EM melhorou a digestibilidade dos nutrientes, porém não resultou em melhora do desempenho. Ficou evidenciada a vantagem em se desmamar leitões pesados devido ao melhor desempenho e a melhor eficiência na utilização da EM para ganho de proteína corporal. A meta-análise de estudo II foi conduzida com 10 ensaios, realizados entre 2000 e 2012, totalizando 62 tratamentos e 726 leitões. Dois modelos foram gerados para predição da eficiência GP/NE, com e sem a variável retenção de nitrogênio: GP/NE = exp 1,923 - 0,077 * Nitrogênio ingerido (Ni; g/d) + 0,041 * Retenção de nitrogênio (RN; %) + 0,008 * Consumo de ração/Peso vivo médio (CR/PVm) - 0,578 * Conversão alimentar (CA) + 0,132 * Peso vivo inicial (PVI; kg) + 0,016 * Ni * CA + 0,0000011 * RN * Energia metabolizável ingerida (EMi; Kcal/kg) - 0,003 * RN * PVI + 0,002 * RN * Peso vivo final (PVF)] R2=0,97; GP/NE = exp [4,703 - 0,035 * Ni -0,392 * CA + 0,062 * PVI+0,00016 * EMi + 0,007 * CR/PVm * CA - 0,032 * CA * PVF]. R2 = 0,73. A equação I mostra que quanto mais eficientes em reter N são os animais, maior o GP/NE. O aumento no consumo de EM maximizou o GP/NE em animais com maior RN. A interação entre Ni e CA mostrou que com baixo Ni e melhor CA a eficiência foi maximizada, porém com alto Ni, boa CA tem pouca influenciou sobre a eficiência. No modelo II a interação entre CA e PV mostra que leitões com boa CA melhoraram o GP/NE ao longo do período de crescimento, enquanto que animais com CA ruim não melhoraram GP/NE com o passar do tempo. Leitões desmamados, alimentados com dietas concentradas em energia e adequado perfil de aminoácidos maximizam a eficiência do GP/NE. / The thesis was carried out with the following objectives: The study I evaluated the effect of dietary energy density (ME; I-3.40, II-3.60, III-3.80 Mcal/kg) and weaning weight (WW; 4,5 ± 0,4 kg e 6,7 ± 0,5 kg) on performance, digestibility, body composition and energy efficiency of weaned piglets at 21 d. The study II investigated the influence of dietary, performance and nutrient digestibility variables on efficiency of weight gain/nitrogen excretion (WG/NE) of weaned piglets, through meta-analysis. In the study I, 32 male piglets, allotted in metabolic cages for 28 d were used. The diets II and III were concentrated in nutrients in the same proportion as energy increase keeping constant Lys/ME ratio. The results of this study showed that light piglets does not reach compensatory growth even when they are fed with diets concentrated in energy, keeping Lys:ME ratio. This was evidenced by the absence of the interaction between WW and ME for all responses. Increasing diet energy was effective in improving digestibility of nutrients, but did not result in better performance. There is an evident advantage in weaning heavy piglets, once they showed better performance in all experimental period. Also, they used energy and lysine diet more efficiently to maximize protein deposition rates. In the study II a meta-analysis was carried out with 10 experiments conducted between 2000 and 2012, totalizing 62 treatments and 726 piglets. Two models were generated to predict efficiency: WG/NE = exp [1.923 – 0.077 * Nitrogen intake (Ni; g/d) + 0.041 * Nitrogen retention (NR; %) + 0.008 * Feed intake /Average body weight (FI/BWa) – 0.578 * Feed:Gain (F:G) + 0.132 * Initial body weight (BWi; kg) + 0.016 * Ni* F:G + 0.0000011 * NR * Metabolizable energy intake (MEi; Kcal/kg) – 0.003 * NR * BWi + 0.002 * NR * Final body weight (BWf)] R2 = 0.97; WG/NE = exp [4.703 – 0.035 * Ni - 0.392 * F:G + 0.062 * BWi + 0,00016 * MEi + 0.007 * FI/BWa * F:G – 0.032 * F:G * BWf]. R2 = 0.73. The equation I shows that the more efficient in retaining N are the animals, the greater WG/NE. The increase in metabolizable energy intake maximized efficiency in animals with greater NR. There were an interaction between N intake (Ni) and F:G showing that with a low Ni and better F:G the efficiency was maximized, but with high Ni, the high F:G has little influence on efficiency. In model II, there was an interaction of F:G and BW showing that piglets with better F:G improved WG/NE as body weight increased, whereas animals with worst F:G did not improve WG/NE over time. Weaned piglets, feed diets with high energy and appropriate profile amino acid improve efficiency of WG/NE.

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.