Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Methylmalonic acidemias comprehend a group of innate error of the metabolism (EIM)characterized clinically and biochemically for the tissue accumulation of acid methylmalonic (MMA)and neurological dysfunction, including seizures. The clinical experience suggests that infections precipitate metabolic crises in methylmalonic acidemic patients. Since it has been demonstrated that MMA cause seizures, and that inflammation facilitates the occurrence of seizures in some animal models, is possible that inflammatory mediators, such as the prostaglandins, also facilitate MMAinduced seizures. Ciclooxigenase (COX) is the rate-limiting enzyme in the metabolic route by which the arachidonic acid is converted to prostaglandins. COX-2 is an isoform of cicloooxigenase that is induced at sites of injury / inflammation, and that is also constitutively expressed in some tissues, such as the central nervous system (CNS). It has been suggested that prostaglandin E2 (PGE2), the main product of COX-2 in the CNS, plays an important role in some neurodegenerative diseases, including epilepsy. However, no study has evaluated whether inflammatory mediators, such as the PGE2, facilitates MMA-induced seizures, to date. Thus, in this study we investigated the role of COX-2 and of PGE2 in seizures induced by MMA (2,5 µmol/2,5 µL, i.c.v.). While PGE2 (100 ng/2 μL, i.c.v.) facilitated, the selective COX-2 inhibitor celecoxib, attenuated MMA-induced seizures, assessed by electroencephalographic recordings in the hippocampus and cerebral cortex of rats. The ´protective effect of celecoxib against MMA-induced seizures was prevented by the PGE2. The results of this study support a facilitatory role for COX-2/PGE2 pathway in the MMA-induced seizures. / A acidemia metilmalônica é um erro inato do metabolismo (EIM) caracterizado bioquimicamente e clinicamente pelo acúmulo tecidual de ácido metilmalônico (MMA) e disfunção neurológica, que inclui convulsões. A experiência clínica sugere que infecções precipitam crises metabólicas em pacientes metilmalonicacidêmicos. À medida em que foi demonstrado que o MMA causa convulsões, e que a inflamação pode contribuir para a ocorrência de convulsões em vários modelos animais, é possível que mediadores inflamatórios, como as prostaglandinas, facilitem as convulsões induzidas por MMA. A ciclooxigenase (COX) é a enzima marca-passo na rota metabólica pela qual o ácido araquidônico é convertido em prostaglandinas, e a COX-2 uma isoforma da cicloooxigenase, é induzida em sítios de lesão/inflamação, e também se expressa constituivamente em alguns tecidos, como o sistema nervoso central (SNC). Tem sido sugerido que a prostaglandina E2 (PGE2), principal produto da via COX-2 no SNC, tenha um papel importante em várias doenças neurodegenerativas, incluindo epilepsia. Contudo, até a presente data nenhum estudo avaliou se mediadores inflamatórios, como a PGE2, facilitam as convulsões induzidas por MMA. Assim, neste estudo investigamos o papel da COX-2 e da PGE2 nas convulsões induzidas por MMA (2,5 µmol/2,5 µL, i.c.v.). Verificamos que a PGE2 (100 ng/2 μL, i.c.v.) facilita as convulsões induzidas por este ácido orgânico. Além disso, verificamos que o celecoxibe, um inibidor seletivo da COX-2, na dose de 2 mg/kg (v.o.), atenuou as convulsões comportamentais e eletrográficas induzidas por MMA no hipocampo e córtex cerebral de ratos. O efeito protetor do celecoxibe contra as convulsões induzidas por MMA foi revertido pela administração i.c.v. de prostaglandina E2. O conjunto de dados deste estudo suporta um papel facilitatório para a via COX-2/PGE2 nas convulsões induzidas por MMA.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Methylmalonic acidemias are inherited metabolic disorders characterized by methylmalonate (MMA) accumulation and neurological dysfunction, including seizures. Dietary fatty acids are known as an important energy source and reduce seizure activity in selected acute animal models. This study investigates whether the chronic treatment with fish oil or with oleic acid attenuates MMA-induced seizures. Adult male Wistar rats were treated with fish oil (85 mg/kg), oleic acid (85 mg/kg) or vehicle (0.42 % aqueous Cremophor EL , 4 mL/kg/body weight/day), p.o., for 75 days. In the 73th day were implanted a cannula in the right lateral ventricle with electrodes over the parietal cortex for EEG recording. In the 76th day half the animals from each group were injected with NaCl (2.5 μmol/2.5 μL, i.c.v.), and the other half with MMA (2.5 μmol/2.5 μL, i.c.v.), and seizure activity was measured by EEG recording with concomitant behavior monitoring. The effect of prostaglandin E2 (PGE2) on Na+,K+-ATPase activity of slices of cerebral cortex from NaCl-injected (control) animals was determined. Fish oil administration increased the latency for MMA-induced tonic-clonic seizures and reduced the mean amplitude of ictal EEG recordings. Oleic acid decreased mean amplitude of ictal EEG recordings. Treatment with fish oil prevented PGE2-induced decrease of Na+,K+-ATPase activity in cortical slices in vitro. The results support a major anticonvulsant role for fish oil against MMA-induced seizures. The decreased sensitivity of Na+,K+-ATPase from fish oil-treated animals to the inhibitory effect of PGE2 may be related to its currently reported anticonvulsant activity. / A acidemia metilmalônica é um erro inato do metabolismo caracterizado pelo acúmulo tecidual de ácido metilmalônico (MMA) e disfunção neurológica, incluindo convulsões. Os ácidos graxos dietéticos são conhecidos como fonte de energia e reduzem a atividade convulsivante em determinados modelos experimentais agudos de convulsão. Este estudo investiga se o tratamento crônico com óleo de peixe ou com ácido oléico atenua as convulsões induzidas por MMA. Ratos Wistar machos adultos foram tratados com óleo de peixe (85 mg / kg), ácido oléico (85 mg / kg) ou veículo (solução aquosa de Cremophor EL® 0,42%, 4 mL / kg de peso corporal / dia), via oral, por 75 dias. No 73º dia foi implantada uma cânula no ventrículo lateral direito e dois eletrodos sobre o córtex parietal para o registro eletroencefalográfico. No 76º dia metade dos animais de cada grupo foi injetada com NaCl (2,5 Smol / 2,5 SL, i.c.v.), e outra metade com MMA (2,5 Smol / 2,5 SL, i.c.v.), e a atividade convulsiva foi medida por EEG e monitoramento comportamental concomitantemente. O efeito da prostaglandina E2 (PGE2) na atividade Na+, K+-ATPase foi determinada em fatias de córtex cerebral dos animais injetados com NaCl (controle). A administração de óleo de peixe aumentou a latência para as convulsões tônico-clônicas induzidas por MMA e reduziu a amplitude média dos registros ictais de EEG. O ácido oléico diminuiu a amplitude média dos registros ictais de EEG. O tratamento com óleo de peixe preveniu a diminuição da atividade da Na+, K+-ATPase induzida por PGE2 em fatias corticais in vitro. Os resultados suportam um papel importante anticonvulsivante do óleo de peixe sobre as convulsões induzidas por MMA. A prevenção da redução da Na+, K+-ATPase induzida por PGE2 nos animais tratados com óleo de peixe pode estar relacionada à sua atividade anticonvulsivante atualmente relatada.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Methylmalonic acidemia is an inborn error of metabolism characterized clinically and biochemically by tissue accumulation of methylmalonic acid (MMA) and neurological dysfunction, including convulsion. Furthermore, clinical data suggest that infections conditions can precipitate metabolic crisis and cause neurological changes observed in patients of acidemia. Provided that the MMA cause neurological complications, and that the inflammation can contribute to the occurrence of convulsions and cognitive deficit in several animal models, it is possible to suggest that inflammatory mediators, such as inducible nitric oxide synthase (iNOS), facilitate MMA-induced convulsions. The iNOS is one of three isoforms of nitric oxide synthase (NOS), which generates nitric oxide (NO), a simple gaseous signaling molecule and free radical. The iNOS is induced at injury/inflammation sites, but is also constitutively expressed on some cells, such as in neurons. Studies in experimental models have already demonstrated that NO generated in the central nervous system (CNS), by endothelial and neuronal isoforms of NOS, is involved in MMA-induced convulsions. However, until the present moment are scarce the data in the literature evaluating the relationship of iNOS in experimental models of Methylmalonic Acidemia. The results published in the article has shown that iNOS knock-out C57BL/6 mice, when injected acutely with MMA (2 μmols/2 μl, intracerebroventricularly), have a shorter duration of seizures, no significant change in the mean amplitude of electroencephalographic waves (EEG); not increase the levels of nitrite and nitrate (NOx) compared to animals injected with saline, but have a partial reduction in the levels of 3-nitrotyrosine (3-NT) compared to wild animals that were also treated with MMA; similarly, show a partially lower inhibition of Na+,K+-ATPase, but exhibit no difference in succinate dehydrogenase (SDH) inhibition on cerebral cortex compared to wild mice which also received MMA. The results submitted in the manuscript has shown that Wistar rats, after being injected chronically with MMA (from 5th to 28th day of life, twice daily, with doses ranging from 0.76 to 1.67 mmol/g depending on the age of the animal, via subcutaneous) showed a reduced index of recognition in spatial learning/memory test, but show no anxiety at elevated plus maze test; they have a reduction in neutrophils, but an increase in the number of mononuclear leukocytes in the blood; and in addition show increased levels of interleukin-1beta (IL-1β), tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), iNOS and 3-NT in the cerebral cortex. Considering the data presented in both studies, it was concluded that the MMA can cause seizures, nitrosative stress and inhibition of Na+,K+-ATPase activity in cerebral cortex of mice by mechanisms related to NO production via iNOS; and that the MMA can also cause neurocognitive deficits, altered immune system in blood and increase of pro-inflammatory cytokines, leading to increased expression of iNOS and nitrosative stress. / A Acidemia Metilmalônica é um erro inato do metabolismo caracterizado bioquimicamente e clinicamente pelo acúmulo tecidual de ácido metilmalônico (MMA) e disfunção neurológica, incluindo convulsões e déficit cognitivo. Além disso, dados clínicos sugerem que quadros infecciosos podem precipitar crises metabólicas e causar as alterações neurológicas observadas nos pacientes com essa acidemia. Desde que o MMA causa complicações neurológicas, e que a inflamação pode contribuir para a ocorrência de convulsões e déficits cognitivos em vários modelos animais, é possível sugerir que mediadores inflamatórios, como a enzima Óxido Nítrico Sintase Induzível (iNOS), facilitem as convulsões induzidas por MMA. A iNOS é uma das três isoformas da enzima Óxido Nítrico Sintase (NOS), que gera o óxido nítrico (NO), uma molécula gasosa simples, sinalizadora e um radical livre. A iNOS é induzida em sítios de lesão/inflamação, mas também se expressa constitutivamente em algumas células, como nos neurônios. Estudos em modelos experimentais já demonstraram que o NO gerado no sistema nervos central (SNC), pelas isoformas endotelial e neuronal da NOS, tem envolvimento nas convulsões induzidas por MMA. Contudo, até o presente momento são escassos os dados na literatura avaliando a relação da iNOS em modelos experimentais da Acidemia Metilmalônica. Os resultados publicados no artigo mostraram que camundongos C57BL/6 nocaute para iNOS, ao serem injetados agudamente com MMA (2 μmols/2 μL, via intracerebroventricular), apresentam uma duração menor das convulsões, sem alteração significativa na amplitude média das ondas eletroencefalográficas (EEG); não aumentam os níveis de nitrito e nitrato (NOx) comparado aos animais injetados com solução salina, mas têm uma redução parcial nos níveis de 3-nitrotirosina (3-NT) comparado aos animais selvagens que também foram tratados com MMA; semelhantemente, mostram uma inibição parcialmente menor na atividade da enzima Na+,K+-ATPase; mas não exibem diferença na inibição da atividade da succinato desidrogenase (SDH) no córtex cerebral quando comparados aos camundongos selvagens que também receberam MMA. Os resultados apresentados no manuscrito submetido mostram que ratos Wistar, após serem injetados cronicamente com MMA (do 5º ao 28º dia de vida, duas vezes ao dia, com doses variando de 0,76 à 1,67 mmol/g em função da idade do animal, via subcutânea), apresentam um reduzido índice de reconhecimento em teste de memória/aprendizado espacial, mas não demonstram ansiedade no teste do labirinto em cruz elevado; têm uma redução no número de neutrófilos, mas um aumento no número de leucócitos mononucleares no sangue; e além disso mostram aumento nos níveis de interleucina-1beta (IL-1β), do fator de necrose tumoral-alfa (TNF-α), de iNOS e de 3-NT no córtex cerebral. Considerando os dados apresentados nos dois estudos, concluiu-se que o MMA pode causar convulsões, estresse nitrosativo e inibição da enzima Na+,K+-ATPase no córtex cerebral de camundongos por mecanismos relacionados à produção de NO via iNOS; e que o MMA também pode causar déficit neurocognitivo, alteração do sistema imunológico no sangue, e aumento de citocinas pró-inflamatórias, levando ao aumento na expressão da iNOS e estresse nitrosativo.

The methylmalonic acidemia is an inborn error of metabolism (IEM) characterized by methylmalonic acid (MMA) accumulation in body fluids and tissues, causing neurological dysfunction, mitochondrial failure, oxidative stress and neuroinflammation. Although neurological evidence demonstrate that infection and/or inflammation mediators facilitate metabolic crises in patients, the involvement of neuroinflammatory processes in the neuropathology of this organic acidemia is not yet established. In this experimental study, a single intracerebroventricular dose of MMA (MMA 2.5μmol /g, 12 hs after birth; at dose that raise its concentration in blood and in the brain from affected) was administered to mice pups at postnatal day 0 (P0) to induce an acute, transient rise of MMA levels in the central nervous system (CNS). In the following days (21st 33th or 40th 52th ) animal behavior was assessed in the radial maze test and elevated plus maze. It was measured tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), DCFH, Ache activity and caspase levels in the cerebral cortex, striatum and hipoccampus from mice with 21 e 40 days of life. Behavioral tests showed that animals injected with MMA have a reduction in the working memory test, but no in the reference test. The animals did not exhibit anxiety-like behaviors. Furthermore, MMA increased levels of TNF-α, AchE activity and activation of caspases 1, 3 and 8 in the cerebral cortex, hippocampus and striatum of mice with 21 and 40 days of life. The overall results indicate that a simple administration of MMA increased pro-inflammatory markers in the structure studied, increased apoptotic markers, and coincide with the behavioral changes found in young mice. This leads to speculate that, through mechanisms not yet elucidated, the transient metabolic insult with MMA may cause a neuroinflammatory processes during critical periods of development, contributing to the progression of cognitive impairment in patients with methylmalonic acidemia. / A acidemia metilmalônica (AM) é um erro inato do metabolismo (IEM) caracterizado pelo acúmulo do ácido metilmalônico (MMA) nos fluidos corporais e tecidos, causando disfunção mitocondrial, estresse oxidativo e neuroinflamação, resultando principalmente em disfunções neurológicas. Embora, estudos sugerem que a infecção ou mediadores da inflamação facilitem as crises metabólicas nos pacientes afetados, o envolvimento de processos neuroinflamatórios na patologia dessas acidemia orgânica ainda não foi estabelecido. Neste estudo, uma dose única intracerebroventricular de MMA (MMA 2.5μmol/g; dose encontrada no cérebro e fluidos corporais de pacientes afetados) foi administrada a filhotes de camundongos logo após o nascimento (P0). Além disso, o peso dos animais foi aferido até o dia dos testes comportamentais. A partir do 21° até 33° ou 40º até 52° dias de vida, os animais foram avaliados em tarefas comportamentais como o teste de labirinto radial e em cruz elevado. Os níveis de fator de necrose tumoral-alfa (TNF-α), DCFH, atividade da acetilcolinesterase (AchE) e os níveis de caspases foram determinados no córtex cerebral, estriado e hipocampo de camundongos com 21 e 40 dias de vida. Os testes do labirinto radial mostrou que os animais injetados com o MMA apresentaram um pior desempenho no teste de memória de trabalho, mas não no teste de memória de referência com 21 e 40 dias de vida. Os animais não apresentaram comportamento de ansiedade. Além disso, o MMA aumentou os níveis de TNF- α, a atividade AchE e a ativação das caspases 1, 3 e 8 no córtex cerebral, hipocampo e estriado dos camundongos com 21 e 40 dias de vida. Entretanto, a administração de MMA não causou alterações histológicas nas estruturas analisadas. Dessa forma, os resultados sugerem que uma administração única de MMA aumentou os níveis de mediadores pró-inflamatórios e a expressão de marcadores apoptóticos. Esses eventos podem estar associados com as mudanças comportamentais encontradas nos camundongos jovens. Assim, pode-se sugerir que, devido a mecanismos ainda não totalmente esclarecidos, o acúmulo de MMA durante períodos críticos de desenvolvimento pode causar processos neuroinflamatórios, que contribuem para a progressão da piora de memória nos pacientes com acidemia metilmalônica.