SILVA, L. M. Adição de agentes antioxidantes na solução de vitrificação do tecido ovariano ovino: Uma perspectiva para refinar e aperfeiçoar o protocolo. 2017. 122 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Morfofuncionais) - Faculdade de Medicina, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Erika Fernandes (erikaleitefernandes@gmail.com) on 2017-04-05T13:10:39Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_lmsilva.pdf: 4989117 bytes, checksum: c975c55bf4a984a8f1f35248c2dc66df (MD5) / Approved for entry into archive by Erika Fernandes (erikaleitefernandes@gmail.com) on 2017-04-05T13:10:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_lmsilva.pdf: 4989117 bytes, checksum: c975c55bf4a984a8f1f35248c2dc66df (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-05T13:10:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_lmsilva.pdf: 4989117 bytes, checksum: c975c55bf4a984a8f1f35248c2dc66df (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Vitrification of ovarian tissue prior to gonadotoxic treatments is an alternative to preserve follicular reserve, with the aim of subsequent reimplantation and consequently, restoration of female fertility. However, the vitrification process causes some damage which should be minimize. Thus, Therefore, the objective of this study was to verify the catalase and alpha lipoic acid in different concentrations to reduce generation of reactive oxygen species (ROS), aiming to obtain less damage on follicular morphology and development, stromal cell density, alterations in the DNA, as well as mitochondrial activity of ovine preantral follicles. To achieved this objective, sheep ovarian fragments were distributed in 9 treatments: (1) fresh or control; (2) incubated for 24h (INC); (3) vitrified without antioxidants (SAA) or in the presence of catalase (CAT) at concentrations of (4) 10 - CAT10; (5) 20 - CAT20 or (6) 40 - CAT40 IU / ml or in the presence of ALA at concentrations of (7) 25 - ALA25; (8) 50-ALA50 or (9) 100 μM / ml (ALA100). After vitrification, all the fragments were warmed followed by incubation for 24 hours, finally, morphology and follicular development as well as ROS levels in the incubation medium were evaluated. Afterwards, the fragments of control, INC, SAA, CAT40 and ALA100 groups were analyzed for stromal cell density, DNA damage (TUNEL test and H2AX phosphorylation), ROS levels and mitochondrial function. The data were submitted to the statistical package SAS, and according to the behavior of the data and the differences were considered significant different when P <0.05. Unlike the other treatments, the percentage of morphologically normal follicles in the ALA groups with all the concentrations did not differ from the fresh tissue. Moreover, the percentage of developing follicles was higher in ALA100 than those found in the CAT40, ALA25 and ALA50 groups. However, whilst the treatment ALA100 maintained mitochondrial activity, it was not sufficient to control intracellular ROS production. In contrast, the treatments CAT10 and CAT20 significantly affected the ROS levels, stromal cell density as well as DNA damage revealed by γH2AX (CAT40). Additionally, the ovarian morphology was well preserved ALA100. It also promoted follicular development and caused less damage to the DNA of the preantral follicles. Despite the satisfactory results of the present study, it is fundamental to carry out new studies to define the ideal ALA concentration, in order to improve all the parameters evaluated. / A vitrificação do tecido ovariano antes de tratamentos gonadotóxicos é uma alternativa para a preservação da reserva folicular, visando o reimplante futuro e consequentemente, a restauração da fertilidade feminina. No entanto, o processo de vitrificação causa alguns danos que precisam ser minimizados. Desta forma, o objetivo desse estudo foi verificar o efeito da catalase e o ácido alfa lipóico em diferentes concentrações para reduzir geração de espécies reativas de oxigênio (ROS), visando obter menos danos sobre a morfologia e desenvolvimento folicular, densidade das células do estroma, alterações no DNA dos folículos pré-antrais ovinos, bem como atividade mitocondrial. Para isso, fragmentos de ovários ovinos foram distribuídos em 9 tratamentos: (1) fresco ou controle; (2) incubado por 24h - INC; (3) vitrificados sem antioxidantes (SAA) ou na presença de catalase (CAT) nas concentrações de (4) 10 - CAT10; (5) 20 - CAT20 ou (6) 40 - CAT40 UI/ml ou ainda na presença de ALA nas concentrações de (7) 25 - ALA25; (8) 50 - ALA50 ou (9) 100 ALA100 µM/ml. Após a vitrificação todos os fragmentos foram aquecidos e também incubados por 24 horas e foram avaliados quanto à morfologia e desenvolvimento folicular, bem como quanto aos níveis de ROS no meio de incubação. Posteriormente, apenas fragmentos dos grupos controle, INC, SAA, CAT40 e ALA100 foram analisados quanto à densidade das células do estroma, danos no DNA (teste TUNEL e fosforilação da H2AX), níveis de ROS e função mitocondrial dos folículos no tecido ovariano. Os dados foram submetidos ao pacote estatístico SAS, e de acordo com o comportamento dos mesmos os testes foram escolhidos e aplicados, sendo as diferenças consideradas estatisticamente significativas quando P<0,05. Ao contrário de outros tratamentos, a porcentagem de folículos morfologicamente normais no tecido ovariano vitrificado na presença de ALA em todas as concentrações, não diferiu do tecido fresco. A porcentagem de folículos em desenvolvimento foi maior em ALA 100 μM/mL do que aquelas encontradas no tecido incubado ou vitrificado com catalase (40 UI/mL) e ALA (25 ou 50 μM/mL). Entretanto, apesar do ALA na concentração de 100 µM/mL ter mantido a atividade mitocondrial, não foi suficiente para controlar a produção de ROS intracelular. O uso de catalase afetou significativamente os níveis de ROS (10 e 20 UI/mL), a densidade das células do estroma, bem como o dano do DNA revelado por γH2AX (40 IU/mL). A vitrificação de tecido ovariano ovino na presença de 100 µM/mL de ALA preservou a morfologia, promoveu o desenvolvimento e causou menos danos ao DNA dos folículos pré-antrais. Apesar dos resultados satisfatórios do presente estudo, é fundamental a realização de novos estudos para definir a concentração ideal de ALA, de modo a favorecer todos os parâmetros avaliados.

Fatores ambientais em períodos precoces do desenvolvimento podem levar a alterações persistentes no sistema nervoso central e no sistema endócrino-metabólico. O período pré-púbere é uma fase crítica do desenvolvimento, quando o encéfalo passa por diversos processos fundamentais, e intervenções ambientais durante essa fase de intensa maturação cerebral podem influenciar a susceptibilidade a doenças ou a resiliência na idade adulta. O estresse por isolamento social destaca-se como um dos mais potentes estressores durante o desenvolvimento e pode levar a alterações a longo-prazo no comportamento social e cognitivo. O estresse também pode prejudicar o metabolismo oxidativo. Outro fator ambiental importante são os alimentos ricos em carboidratos simples, os quais, por um lado, são “alimentos confortantes”, ou seja, redutores dos efeitos do estresse, mas também podem desencadear alterações no metabolismo periférico e celular neural. Com base no exposto acima, o objetivo desta tese foi investigar os efeitos do estresse por isolamento social com acesso ou não a um alimento palatável no período pré-púbere (durante o 21-28 dia pós-natal) sobre aspectos metabólicos e neuroquímicos, e investigar memória espacial e possíveis alterações celulares no córtex pré-frontal e no hipocampo de ratos juvenis e adultos. Para alcançar esse objetivo, foram avaliados consumo calórico, parâmetros metabólicos, e o neuropeptideo Y hipotalâmico em ratos jovens e adultos, verificando possíveis mudanças sexo-específicas. Também foram analisados parâmetros do metabolismo energético, do estresse oxidativo, índice de fragmentação do ADN celular e morte celular no hipocampo e no córtex pré-frontal de ratos machos juvenis e adultos. A fim de tentar verificar se as alterações encontradas no metabolismo celular poderiam afetar o comportamento, foram avaliadas a memória espacial e a atividade motora apenas de ratos adultos. Os resultados mostraram que as fêmeas, mesmo antes da puberdade, foram mais propensas a utilizar alimentos confortantes quando expostas ao estresse. Já ratos machos foram mais propensos à programação metabólica a longo-prazo, induzida pela exposição precoce ao alimento palatável, possivelmente relacionada à hipoadiponectinemia. Ambas as estruturas encefálicas estudadas, apresentaram uma programação no metabolismo celular neural a longo-prazo. O isolamento social induziu desequilíbrio entre os sistemas antioxidantes, e induziu uma redução da atividade da enzima Na+,K+-ATPase no córtex pré-frontal. A exposição precoce à dieta palatável não foi capaz de prevenir esses efeitos a longo-prazo. No hipocampo de ratos jovens, o isolamento social induziu desequilíbrio oxidativo, aumentou o potencial mitocondrial, o índice de fragmentação ao ADN e a apoptose. Diferentemente dos achados no córtex pré-frontal, o consumo da dieta palatável aumentou atividade de enzimas antioxidantes e preveniu diversos dos efeitos do estresse no hipocampo de ratos jovens. Nos ratos adultos, o isolamento social aplicado no período pré-púbere levou ao desequilíbrio oxidativo a longo-prazo. Houve também, um aumento no número de células necróticas no hipocampo desses animais. A ingestão de alimento palatável durante a exposição ao estresse atenuou alguns efeitos do estresse, incluindo as alterações nas atividades dos complexos respiratórios, no índice de fragmentação do ADN celular e no número de células necróticas. Esses efeitos podem estar relacionados com o aumento no imunoconteúdo de receptores de glicocorticoides no hipocampo, que observamos ter sido induzido pela dieta palatável. No entanto, a essa dieta induziu algumas alterações no metabolismo celular neural, per se, aumentando o índice de fragmentação ao ADN celular, o número de células em apoptose inicial e diminuindo o número de células vivas. De modo interessante, não houve diferenças com relação à memória espacial ou à atividade motora. De uma forma geral, esta tese mostrou que intervenções precoces durante o desenvolvimento do animal podem programar o metabolismo ao longo da vida. Os machos foram mais susceptíveis aos efeitos induzidos pelo consumo precoce de alimento palatável quando avaliados parâmetros do metabolismo a longo-prazo. Com relação aos achados no metabolismo neural, diferenças em resposta à exposição ao estresse e à dieta palatável foram observadas no hipocampo e no córtex pré-frontal. O hipocampo mostrou-se mais susceptível a influências de fatores ambientais precoces. Houve claros efeitos sobre o equilíbrio oxidativo e a função mitocondrial mesmo na idade adulta, muito tempo após as intervenções terem cessado; a dieta palatável foi capaz de prevenir vários dos efeitos do estresse no período pré-púbere. / to persistent changes in the central nervous system and in the endocrine-metabolic system. The pre-puberty is a critical stage of development, because the brain is undergoing many fundamental processes and functional organization. Environmental interventions during these periods of intense brain maturation may influence disease susceptibility or resilience in adulthood. Social isolation is one of the most potent stressors during development, and can lead to long-term changes in social behavior, cognitive behavior, and also changes in metabolic parameters. Another important environmental factor that may affect development are foods rich in simple carbohydrates, which are known as comfort foods, since they are able to reduce the effects of stress, however they may as well change peripheral and neural metabolism. Based on the above, the aim of this thesis was to investigate the effects of stress by social isolation in the pre-puberty (during 21-28 postnatal day), with or without the access to a palatable food, on metabolic and neurochemical aspects, and to investigate possible spatial memory and cellular changes in the prefrontal cortex and in the hippocampus of juvenile and adult rats. To achieve this goal, we evaluated caloric intake, metabolic parameters and hypothalamic neuropeptide Y in juvenile and adult rats, verifying possible sex-specific differences. Were also analyzed parameters of energy metabolism, oxidative stress, DNA fragmentation index and cell death in the hippocampus and prefrontal cortex of male juvenile and adult rats. In order to verify whether the possible alterations in cellular metabolism could affect behavior we assessed spatial memory and motor activity. With respect to metabolic parameters, we observed that females, even before puberty, were more likely to use comfort foods when exposed to stress. Male rats were more prone to the long-term metabolic programming induced by early exposure to palatable food, possibly related to hypoadiponectinemia. Both brain structures studied presented long-term alterations in neural cell metabolism. Social isolation induced imbalance between antioxidant systems, and a reduction of Na+, K+-ATPase activity in the prefrontal cortex. The palatable diet was not able to prevent these long-term effects. In the hippocampus of juveniles, social isolation induced oxidative imbalance, increased the mitochondrial potential, the DNA fragmentation index and apoptosis. Unlike the findings in the prefrontal cortex, in hippocampus the consumption of palatable diet increased activity of antioxidant enzymes and prevented many of the effects of stress in juvenile rats. In hippocampus of adult rats, social isolation in the prepubertal period led to long-term oxidative imbalance, and increased number of necrotic cells. The intake of palatable food during exposure to stress attenuated some of the effects of stress, including changes in the activities of respiratory complexes, the index of cellular DNA fragmentation and the number of necrotic cells. These effects may be related to the increased immunocontent of glucocorticoid receptors in the hippocampus induced by the palatable diet. However, this diet also induced changes per se in neural cell metabolism, including increased DNA fragmentation and apoptosis, and reduced number of live cells. Interestingly, there were no differences on spatial memory and motor activity. Generally, this thesis has shown that early interventions during the pre-pubertal period can program metabolism throughout life. Male rats were more susceptible to consumption of palatable food when long-term metabolic changes were evaluated. Differences in response to stress exposure and palatable diet were observed in hippocampus and prefrontal cortex. The hippocampus was shown to be more susceptible to influences of early environmental factors. There were clear effects on mitochondrial function and oxidative balance in the adulthood, long after the intervention had ceased; the palatable diet was able to prevent many of the effects of stress in the prepubertal period.

Pesquisadores têm demonstrado que o estresse por contenção produz danos hipocampais e corticais, levando a consequências adversas no cérebro, como o aumento da sua vulnerabilidade a insultos. As alterações nos neurônios de córtex e hipocampo induzidas pelo estresse incluem, por exemplo, alterações nos espinhos dendríticos e na conectividade sináptica. Grande parte dos estudos que envolvem os efeitos do estresse foram conduzidos em machos, mas a resposta e adaptação ao estresse parece ser diferentes nas fêmeas. A cafeína é o estimulante mais amplamente consumido no mundo e está presente em várias fontes alimentares consumidas mundialmente, como bebidas à base de cola, barras de chocolate e refrigerantes. Estudos indicam que os efeitos agudos da cafeína e do estresse podem aumentar a expressão da citocromo oxidase, uma enzima da cadeia transportadora de elétrons mitocondrial. Por outro lado, anormalidades na cadeia respiratória têm sido identificadas em diversas doenças neurodegenerativas, e o local destes defeitos varia de acordo com os mecanismos patogênicos envolvidos em cada doença. Visto que alterações mitocondriais podem estar associadas com doenças neurodegenerativas, o objetivo deste estudo foi verificar o efeito da cafeína (1g/L) e da exposição ao estresse crônico (contenção, 5 dias por semana/ 40 dias) em parâmetros mitocondriais em hipocampo, córtex cerebral e estriado de ratos Wistar machos e fêmeas. Além disso, nós avaliamos os efeitos destes tratamentos crônicos no conteúdo de sinaptofisina e MAP2 em hipocampo. No presente estudo foi encontrado que o conteúdo de sinaptofisina e MAP2 não foi afetado pelo estresse crônico e/ou cafeína, talvez devido à adaptação. Por outro lado, o estresse e a cafeína causaram alterações sexo e estrutura-específicos nos parâmetros mitocondriais analisados neste estudo. Visto que a cafeína apresentou pequenas alterações nos parâmetros mitocondriais analisados, acreditamos que o mecanismo da neuroproteção provocado pelo consumo crônico de cafeína não está relacionado com alterações na atividade das enzimas da cadeia respiratória. / Researchers have reported that restraint stress produces hippocampal and cortical damage leading to adverse consequences on brain function which can increase the brain vulnerability to insults. The stress alterations in neurons from cortex and hippocampus include, for example, changes in dendritic spines and synaptic connectivity. Most studies on stress effects were conducted in males but the response and adaptation to stress appear to be different in females. Caffeine is the most widely consumed stimulant in the world and is present in a number of dietary sources consumed worldwide, i.e., tea, cocoa beverages, chocolate bars and soft drinks. Studies indicate that acute caffeine and stress can increase the expression of cytochrome oxidase, a mitochondrial protein. On the other hand, abnormalities of mitochondrial respiratory chain have been identified in several neurodegenerative disorders and the locus of these defects probably varies according to the pathogenic mechanisms involved in each disorder. Since mitochondrial alteration can be associated with neurodegenerative disorders, the aim of the present study was to verify the effect of caffeine (1g/L) and stress (restraint stress 5 days week/ 40 days) chronic exposition in mitochondrial parameters in hippocampus, cortex and striatum of male and female Wistar rats. Also, we evaluated the effects of these chronic treatments on synaptophysin and MAP2 content in hippocampus. We found that synaptophysin and MAP2 content was not affected by chronic stress and/or caffeine, perhaps due to adaptation. On the other hand, stress and caffeine caused a sex and structure-specific alterations in mitochondrial parameters analyzed in this study. Since caffeine presented small changes in the analyzed mitochondrial parameters, we believe that the mechanism of neuroprotection provoked by caffeine chronic consumption is not related to alterations in respiratory chain enzymes activity.

Fatores ambientais em períodos precoces do desenvolvimento podem levar a alterações persistentes no sistema nervoso central e no sistema endócrino-metabólico. O período pré-púbere é uma fase crítica do desenvolvimento, quando o encéfalo passa por diversos processos fundamentais, e intervenções ambientais durante essa fase de intensa maturação cerebral podem influenciar a susceptibilidade a doenças ou a resiliência na idade adulta. O estresse por isolamento social destaca-se como um dos mais potentes estressores durante o desenvolvimento e pode levar a alterações a longo-prazo no comportamento social e cognitivo. O estresse também pode prejudicar o metabolismo oxidativo. Outro fator ambiental importante são os alimentos ricos em carboidratos simples, os quais, por um lado, são “alimentos confortantes”, ou seja, redutores dos efeitos do estresse, mas também podem desencadear alterações no metabolismo periférico e celular neural. Com base no exposto acima, o objetivo desta tese foi investigar os efeitos do estresse por isolamento social com acesso ou não a um alimento palatável no período pré-púbere (durante o 21-28 dia pós-natal) sobre aspectos metabólicos e neuroquímicos, e investigar memória espacial e possíveis alterações celulares no córtex pré-frontal e no hipocampo de ratos juvenis e adultos. Para alcançar esse objetivo, foram avaliados consumo calórico, parâmetros metabólicos, e o neuropeptideo Y hipotalâmico em ratos jovens e adultos, verificando possíveis mudanças sexo-específicas. Também foram analisados parâmetros do metabolismo energético, do estresse oxidativo, índice de fragmentação do ADN celular e morte celular no hipocampo e no córtex pré-frontal de ratos machos juvenis e adultos. A fim de tentar verificar se as alterações encontradas no metabolismo celular poderiam afetar o comportamento, foram avaliadas a memória espacial e a atividade motora apenas de ratos adultos. Os resultados mostraram que as fêmeas, mesmo antes da puberdade, foram mais propensas a utilizar alimentos confortantes quando expostas ao estresse. Já ratos machos foram mais propensos à programação metabólica a longo-prazo, induzida pela exposição precoce ao alimento palatável, possivelmente relacionada à hipoadiponectinemia. Ambas as estruturas encefálicas estudadas, apresentaram uma programação no metabolismo celular neural a longo-prazo. O isolamento social induziu desequilíbrio entre os sistemas antioxidantes, e induziu uma redução da atividade da enzima Na+,K+-ATPase no córtex pré-frontal. A exposição precoce à dieta palatável não foi capaz de prevenir esses efeitos a longo-prazo. No hipocampo de ratos jovens, o isolamento social induziu desequilíbrio oxidativo, aumentou o potencial mitocondrial, o índice de fragmentação ao ADN e a apoptose. Diferentemente dos achados no córtex pré-frontal, o consumo da dieta palatável aumentou atividade de enzimas antioxidantes e preveniu diversos dos efeitos do estresse no hipocampo de ratos jovens. Nos ratos adultos, o isolamento social aplicado no período pré-púbere levou ao desequilíbrio oxidativo a longo-prazo. Houve também, um aumento no número de células necróticas no hipocampo desses animais. A ingestão de alimento palatável durante a exposição ao estresse atenuou alguns efeitos do estresse, incluindo as alterações nas atividades dos complexos respiratórios, no índice de fragmentação do ADN celular e no número de células necróticas. Esses efeitos podem estar relacionados com o aumento no imunoconteúdo de receptores de glicocorticoides no hipocampo, que observamos ter sido induzido pela dieta palatável. No entanto, a essa dieta induziu algumas alterações no metabolismo celular neural, per se, aumentando o índice de fragmentação ao ADN celular, o número de células em apoptose inicial e diminuindo o número de células vivas. De modo interessante, não houve diferenças com relação à memória espacial ou à atividade motora. De uma forma geral, esta tese mostrou que intervenções precoces durante o desenvolvimento do animal podem programar o metabolismo ao longo da vida. Os machos foram mais susceptíveis aos efeitos induzidos pelo consumo precoce de alimento palatável quando avaliados parâmetros do metabolismo a longo-prazo. Com relação aos achados no metabolismo neural, diferenças em resposta à exposição ao estresse e à dieta palatável foram observadas no hipocampo e no córtex pré-frontal. O hipocampo mostrou-se mais susceptível a influências de fatores ambientais precoces. Houve claros efeitos sobre o equilíbrio oxidativo e a função mitocondrial mesmo na idade adulta, muito tempo após as intervenções terem cessado; a dieta palatável foi capaz de prevenir vários dos efeitos do estresse no período pré-púbere. / to persistent changes in the central nervous system and in the endocrine-metabolic system. The pre-puberty is a critical stage of development, because the brain is undergoing many fundamental processes and functional organization. Environmental interventions during these periods of intense brain maturation may influence disease susceptibility or resilience in adulthood. Social isolation is one of the most potent stressors during development, and can lead to long-term changes in social behavior, cognitive behavior, and also changes in metabolic parameters. Another important environmental factor that may affect development are foods rich in simple carbohydrates, which are known as comfort foods, since they are able to reduce the effects of stress, however they may as well change peripheral and neural metabolism. Based on the above, the aim of this thesis was to investigate the effects of stress by social isolation in the pre-puberty (during 21-28 postnatal day), with or without the access to a palatable food, on metabolic and neurochemical aspects, and to investigate possible spatial memory and cellular changes in the prefrontal cortex and in the hippocampus of juvenile and adult rats. To achieve this goal, we evaluated caloric intake, metabolic parameters and hypothalamic neuropeptide Y in juvenile and adult rats, verifying possible sex-specific differences. Were also analyzed parameters of energy metabolism, oxidative stress, DNA fragmentation index and cell death in the hippocampus and prefrontal cortex of male juvenile and adult rats. In order to verify whether the possible alterations in cellular metabolism could affect behavior we assessed spatial memory and motor activity. With respect to metabolic parameters, we observed that females, even before puberty, were more likely to use comfort foods when exposed to stress. Male rats were more prone to the long-term metabolic programming induced by early exposure to palatable food, possibly related to hypoadiponectinemia. Both brain structures studied presented long-term alterations in neural cell metabolism. Social isolation induced imbalance between antioxidant systems, and a reduction of Na+, K+-ATPase activity in the prefrontal cortex. The palatable diet was not able to prevent these long-term effects. In the hippocampus of juveniles, social isolation induced oxidative imbalance, increased the mitochondrial potential, the DNA fragmentation index and apoptosis. Unlike the findings in the prefrontal cortex, in hippocampus the consumption of palatable diet increased activity of antioxidant enzymes and prevented many of the effects of stress in juvenile rats. In hippocampus of adult rats, social isolation in the prepubertal period led to long-term oxidative imbalance, and increased number of necrotic cells. The intake of palatable food during exposure to stress attenuated some of the effects of stress, including changes in the activities of respiratory complexes, the index of cellular DNA fragmentation and the number of necrotic cells. These effects may be related to the increased immunocontent of glucocorticoid receptors in the hippocampus induced by the palatable diet. However, this diet also induced changes per se in neural cell metabolism, including increased DNA fragmentation and apoptosis, and reduced number of live cells. Interestingly, there were no differences on spatial memory and motor activity. Generally, this thesis has shown that early interventions during the pre-pubertal period can program metabolism throughout life. Male rats were more susceptible to consumption of palatable food when long-term metabolic changes were evaluated. Differences in response to stress exposure and palatable diet were observed in hippocampus and prefrontal cortex. The hippocampus was shown to be more susceptible to influences of early environmental factors. There were clear effects on mitochondrial function and oxidative balance in the adulthood, long after the intervention had ceased; the palatable diet was able to prevent many of the effects of stress in the prepubertal period.

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Fatores ambientais em períodos precoces do desenvolvimento podem levar a alterações persistentes no sistema nervoso central e no sistema endócrino-metabólico. O período pré-púbere é uma fase crítica do desenvolvimento, quando o encéfalo passa por diversos processos fundamentais, e intervenções ambientais durante essa fase de intensa maturação cerebral podem influenciar a susceptibilidade a doenças ou a resiliência na idade adulta. O estresse por isolamento social destaca-se como um dos mais potentes estressores durante o desenvolvimento e pode levar a alterações a longo-prazo no comportamento social e cognitivo. O estresse também pode prejudicar o metabolismo oxidativo. Outro fator ambiental importante são os alimentos ricos em carboidratos simples, os quais, por um lado, são “alimentos confortantes”, ou seja, redutores dos efeitos do estresse, mas também podem desencadear alterações no metabolismo periférico e celular neural. Com base no exposto acima, o objetivo desta tese foi investigar os efeitos do estresse por isolamento social com acesso ou não a um alimento palatável no período pré-púbere (durante o 21-28 dia pós-natal) sobre aspectos metabólicos e neuroquímicos, e investigar memória espacial e possíveis alterações celulares no córtex pré-frontal e no hipocampo de ratos juvenis e adultos. Para alcançar esse objetivo, foram avaliados consumo calórico, parâmetros metabólicos, e o neuropeptideo Y hipotalâmico em ratos jovens e adultos, verificando possíveis mudanças sexo-específicas. Também foram analisados parâmetros do metabolismo energético, do estresse oxidativo, índice de fragmentação do ADN celular e morte celular no hipocampo e no córtex pré-frontal de ratos machos juvenis e adultos. A fim de tentar verificar se as alterações encontradas no metabolismo celular poderiam afetar o comportamento, foram avaliadas a memória espacial e a atividade motora apenas de ratos adultos. Os resultados mostraram que as fêmeas, mesmo antes da puberdade, foram mais propensas a utilizar alimentos confortantes quando expostas ao estresse. Já ratos machos foram mais propensos à programação metabólica a longo-prazo, induzida pela exposição precoce ao alimento palatável, possivelmente relacionada à hipoadiponectinemia. Ambas as estruturas encefálicas estudadas, apresentaram uma programação no metabolismo celular neural a longo-prazo. O isolamento social induziu desequilíbrio entre os sistemas antioxidantes, e induziu uma redução da atividade da enzima Na+,K+-ATPase no córtex pré-frontal. A exposição precoce à dieta palatável não foi capaz de prevenir esses efeitos a longo-prazo. No hipocampo de ratos jovens, o isolamento social induziu desequilíbrio oxidativo, aumentou o potencial mitocondrial, o índice de fragmentação ao ADN e a apoptose. Diferentemente dos achados no córtex pré-frontal, o consumo da dieta palatável aumentou atividade de enzimas antioxidantes e preveniu diversos dos efeitos do estresse no hipocampo de ratos jovens. Nos ratos adultos, o isolamento social aplicado no período pré-púbere levou ao desequilíbrio oxidativo a longo-prazo. Houve também, um aumento no número de células necróticas no hipocampo desses animais. A ingestão de alimento palatável durante a exposição ao estresse atenuou alguns efeitos do estresse, incluindo as alterações nas atividades dos complexos respiratórios, no índice de fragmentação do ADN celular e no número de células necróticas. Esses efeitos podem estar relacionados com o aumento no imunoconteúdo de receptores de glicocorticoides no hipocampo, que observamos ter sido induzido pela dieta palatável. No entanto, a essa dieta induziu algumas alterações no metabolismo celular neural, per se, aumentando o índice de fragmentação ao ADN celular, o número de células em apoptose inicial e diminuindo o número de células vivas. De modo interessante, não houve diferenças com relação à memória espacial ou à atividade motora. De uma forma geral, esta tese mostrou que intervenções precoces durante o desenvolvimento do animal podem programar o metabolismo ao longo da vida. Os machos foram mais susceptíveis aos efeitos induzidos pelo consumo precoce de alimento palatável quando avaliados parâmetros do metabolismo a longo-prazo. Com relação aos achados no metabolismo neural, diferenças em resposta à exposição ao estresse e à dieta palatável foram observadas no hipocampo e no córtex pré-frontal. O hipocampo mostrou-se mais susceptível a influências de fatores ambientais precoces. Houve claros efeitos sobre o equilíbrio oxidativo e a função mitocondrial mesmo na idade adulta, muito tempo após as intervenções terem cessado; a dieta palatável foi capaz de prevenir vários dos efeitos do estresse no período pré-púbere. / to persistent changes in the central nervous system and in the endocrine-metabolic system. The pre-puberty is a critical stage of development, because the brain is undergoing many fundamental processes and functional organization. Environmental interventions during these periods of intense brain maturation may influence disease susceptibility or resilience in adulthood. Social isolation is one of the most potent stressors during development, and can lead to long-term changes in social behavior, cognitive behavior, and also changes in metabolic parameters. Another important environmental factor that may affect development are foods rich in simple carbohydrates, which are known as comfort foods, since they are able to reduce the effects of stress, however they may as well change peripheral and neural metabolism. Based on the above, the aim of this thesis was to investigate the effects of stress by social isolation in the pre-puberty (during 21-28 postnatal day), with or without the access to a palatable food, on metabolic and neurochemical aspects, and to investigate possible spatial memory and cellular changes in the prefrontal cortex and in the hippocampus of juvenile and adult rats. To achieve this goal, we evaluated caloric intake, metabolic parameters and hypothalamic neuropeptide Y in juvenile and adult rats, verifying possible sex-specific differences. Were also analyzed parameters of energy metabolism, oxidative stress, DNA fragmentation index and cell death in the hippocampus and prefrontal cortex of male juvenile and adult rats. In order to verify whether the possible alterations in cellular metabolism could affect behavior we assessed spatial memory and motor activity. With respect to metabolic parameters, we observed that females, even before puberty, were more likely to use comfort foods when exposed to stress. Male rats were more prone to the long-term metabolic programming induced by early exposure to palatable food, possibly related to hypoadiponectinemia. Both brain structures studied presented long-term alterations in neural cell metabolism. Social isolation induced imbalance between antioxidant systems, and a reduction of Na+, K+-ATPase activity in the prefrontal cortex. The palatable diet was not able to prevent these long-term effects. In the hippocampus of juveniles, social isolation induced oxidative imbalance, increased the mitochondrial potential, the DNA fragmentation index and apoptosis. Unlike the findings in the prefrontal cortex, in hippocampus the consumption of palatable diet increased activity of antioxidant enzymes and prevented many of the effects of stress in juvenile rats. In hippocampus of adult rats, social isolation in the prepubertal period led to long-term oxidative imbalance, and increased number of necrotic cells. The intake of palatable food during exposure to stress attenuated some of the effects of stress, including changes in the activities of respiratory complexes, the index of cellular DNA fragmentation and the number of necrotic cells. These effects may be related to the increased immunocontent of glucocorticoid receptors in the hippocampus induced by the palatable diet. However, this diet also induced changes per se in neural cell metabolism, including increased DNA fragmentation and apoptosis, and reduced number of live cells. Interestingly, there were no differences on spatial memory and motor activity. Generally, this thesis has shown that early interventions during the pre-pubertal period can program metabolism throughout life. Male rats were more susceptible to consumption of palatable food when long-term metabolic changes were evaluated. Differences in response to stress exposure and palatable diet were observed in hippocampus and prefrontal cortex. The hippocampus was shown to be more susceptible to influences of early environmental factors. There were clear effects on mitochondrial function and oxidative balance in the adulthood, long after the intervention had ceased; the palatable diet was able to prevent many of the effects of stress in the prepubertal period.

Pesquisadores têm demonstrado que o estresse por contenção produz danos hipocampais e corticais, levando a consequências adversas no cérebro, como o aumento da sua vulnerabilidade a insultos. As alterações nos neurônios de córtex e hipocampo induzidas pelo estresse incluem, por exemplo, alterações nos espinhos dendríticos e na conectividade sináptica. Grande parte dos estudos que envolvem os efeitos do estresse foram conduzidos em machos, mas a resposta e adaptação ao estresse parece ser diferentes nas fêmeas. A cafeína é o estimulante mais amplamente consumido no mundo e está presente em várias fontes alimentares consumidas mundialmente, como bebidas à base de cola, barras de chocolate e refrigerantes. Estudos indicam que os efeitos agudos da cafeína e do estresse podem aumentar a expressão da citocromo oxidase, uma enzima da cadeia transportadora de elétrons mitocondrial. Por outro lado, anormalidades na cadeia respiratória têm sido identificadas em diversas doenças neurodegenerativas, e o local destes defeitos varia de acordo com os mecanismos patogênicos envolvidos em cada doença. Visto que alterações mitocondriais podem estar associadas com doenças neurodegenerativas, o objetivo deste estudo foi verificar o efeito da cafeína (1g/L) e da exposição ao estresse crônico (contenção, 5 dias por semana/ 40 dias) em parâmetros mitocondriais em hipocampo, córtex cerebral e estriado de ratos Wistar machos e fêmeas. Além disso, nós avaliamos os efeitos destes tratamentos crônicos no conteúdo de sinaptofisina e MAP2 em hipocampo. No presente estudo foi encontrado que o conteúdo de sinaptofisina e MAP2 não foi afetado pelo estresse crônico e/ou cafeína, talvez devido à adaptação. Por outro lado, o estresse e a cafeína causaram alterações sexo e estrutura-específicos nos parâmetros mitocondriais analisados neste estudo. Visto que a cafeína apresentou pequenas alterações nos parâmetros mitocondriais analisados, acreditamos que o mecanismo da neuroproteção provocado pelo consumo crônico de cafeína não está relacionado com alterações na atividade das enzimas da cadeia respiratória. / Researchers have reported that restraint stress produces hippocampal and cortical damage leading to adverse consequences on brain function which can increase the brain vulnerability to insults. The stress alterations in neurons from cortex and hippocampus include, for example, changes in dendritic spines and synaptic connectivity. Most studies on stress effects were conducted in males but the response and adaptation to stress appear to be different in females. Caffeine is the most widely consumed stimulant in the world and is present in a number of dietary sources consumed worldwide, i.e., tea, cocoa beverages, chocolate bars and soft drinks. Studies indicate that acute caffeine and stress can increase the expression of cytochrome oxidase, a mitochondrial protein. On the other hand, abnormalities of mitochondrial respiratory chain have been identified in several neurodegenerative disorders and the locus of these defects probably varies according to the pathogenic mechanisms involved in each disorder. Since mitochondrial alteration can be associated with neurodegenerative disorders, the aim of the present study was to verify the effect of caffeine (1g/L) and stress (restraint stress 5 days week/ 40 days) chronic exposition in mitochondrial parameters in hippocampus, cortex and striatum of male and female Wistar rats. Also, we evaluated the effects of these chronic treatments on synaptophysin and MAP2 content in hippocampus. We found that synaptophysin and MAP2 content was not affected by chronic stress and/or caffeine, perhaps due to adaptation. On the other hand, stress and caffeine caused a sex and structure-specific alterations in mitochondrial parameters analyzed in this study. Since caffeine presented small changes in the analyzed mitochondrial parameters, we believe that the mechanism of neuroprotection provoked by caffeine chronic consumption is not related to alterations in respiratory chain enzymes activity.

Pesquisadores têm demonstrado que o estresse por contenção produz danos hipocampais e corticais, levando a consequências adversas no cérebro, como o aumento da sua vulnerabilidade a insultos. As alterações nos neurônios de córtex e hipocampo induzidas pelo estresse incluem, por exemplo, alterações nos espinhos dendríticos e na conectividade sináptica. Grande parte dos estudos que envolvem os efeitos do estresse foram conduzidos em machos, mas a resposta e adaptação ao estresse parece ser diferentes nas fêmeas. A cafeína é o estimulante mais amplamente consumido no mundo e está presente em várias fontes alimentares consumidas mundialmente, como bebidas à base de cola, barras de chocolate e refrigerantes. Estudos indicam que os efeitos agudos da cafeína e do estresse podem aumentar a expressão da citocromo oxidase, uma enzima da cadeia transportadora de elétrons mitocondrial. Por outro lado, anormalidades na cadeia respiratória têm sido identificadas em diversas doenças neurodegenerativas, e o local destes defeitos varia de acordo com os mecanismos patogênicos envolvidos em cada doença. Visto que alterações mitocondriais podem estar associadas com doenças neurodegenerativas, o objetivo deste estudo foi verificar o efeito da cafeína (1g/L) e da exposição ao estresse crônico (contenção, 5 dias por semana/ 40 dias) em parâmetros mitocondriais em hipocampo, córtex cerebral e estriado de ratos Wistar machos e fêmeas. Além disso, nós avaliamos os efeitos destes tratamentos crônicos no conteúdo de sinaptofisina e MAP2 em hipocampo. No presente estudo foi encontrado que o conteúdo de sinaptofisina e MAP2 não foi afetado pelo estresse crônico e/ou cafeína, talvez devido à adaptação. Por outro lado, o estresse e a cafeína causaram alterações sexo e estrutura-específicos nos parâmetros mitocondriais analisados neste estudo. Visto que a cafeína apresentou pequenas alterações nos parâmetros mitocondriais analisados, acreditamos que o mecanismo da neuroproteção provocado pelo consumo crônico de cafeína não está relacionado com alterações na atividade das enzimas da cadeia respiratória. / Researchers have reported that restraint stress produces hippocampal and cortical damage leading to adverse consequences on brain function which can increase the brain vulnerability to insults. The stress alterations in neurons from cortex and hippocampus include, for example, changes in dendritic spines and synaptic connectivity. Most studies on stress effects were conducted in males but the response and adaptation to stress appear to be different in females. Caffeine is the most widely consumed stimulant in the world and is present in a number of dietary sources consumed worldwide, i.e., tea, cocoa beverages, chocolate bars and soft drinks. Studies indicate that acute caffeine and stress can increase the expression of cytochrome oxidase, a mitochondrial protein. On the other hand, abnormalities of mitochondrial respiratory chain have been identified in several neurodegenerative disorders and the locus of these defects probably varies according to the pathogenic mechanisms involved in each disorder. Since mitochondrial alteration can be associated with neurodegenerative disorders, the aim of the present study was to verify the effect of caffeine (1g/L) and stress (restraint stress 5 days week/ 40 days) chronic exposition in mitochondrial parameters in hippocampus, cortex and striatum of male and female Wistar rats. Also, we evaluated the effects of these chronic treatments on synaptophysin and MAP2 content in hippocampus. We found that synaptophysin and MAP2 content was not affected by chronic stress and/or caffeine, perhaps due to adaptation. On the other hand, stress and caffeine caused a sex and structure-specific alterations in mitochondrial parameters analyzed in this study. Since caffeine presented small changes in the analyzed mitochondrial parameters, we believe that the mechanism of neuroprotection provoked by caffeine chronic consumption is not related to alterations in respiratory chain enzymes activity.

O oxigênio atua como substrato ou cofator numa série de reações bioquímicas do metabolismo primário e secundário das plantas. Várias estratégias têm sido utilizadas no sentido de interferir neste metabolismo aeróbico, visando, entre outras possibilidades, reduzir a formação de espécies reativas de oxigênio (ROS). A fim de alterar a disponibilidade de oxigênio no interior da organela, foram produzidas plantas de fumo (Nicotiana tabacum) expressando a leghemoglobina de soja no interior das mitocôndrias. Para tanto, as plantas foram transformadas, via Agrobacterium tumefaciens, com uma construção quimérica, onde o gene da Lba de soja foi fusionado a uma seqüência de direcionamento mitocondrial. A expressão do gene quimérico foi assegurada pela presença do promotor constitutivo 35S, do vírus do mosaico da couve-flor. A proteína foi corretamente importada e processada no interior das mitocôndrias. Entretanto, não foi possível detectar alterações significativas na função mitocondrial. Numa segunda etapa do presente trabalho, plantas transgênicas de batata (Solanum tuberosum cv Bintje) expressando a leghemoglobina de soja no interior dos cloroplastos, foram caracterizadas do ponto de vista molecular e fenotípico. Observou-se que as plantas apresentaram um fenótipo semelhante àquelas deficientes na biossíntese de giberelina / not available

O processo de morte por apoptose pode ser dividido em duas vias: intrínseca e extrínseca. A sinalização via FAS (extrínseca) pode ocorrer independente (células Tipo I) ou dependente da mitocôndria (células Tipo II). É importante considerar que: 1) Resultados prévios mostraram que doses subletais de CHX foram capazes de sensibilizar células Tipo I e Tipo II à apoptose e de converter células Tipo II em Tipo I; 2) Um dos mecanismos envolvidos pode ser o recrutamento de FAS para as \"balsas lipídicas\"; 3) A PGE2 ativa PKA pelo aumento de cAMP via EP2 e EP4, que fosforila ezrina, envolvida nesse processo; 4) A PGE2 pode induzir apoptose em linhagens celulares e sensibilizá-las a esse processo. Assim, formulamos a hipótese de que a PGE2 poderia, assim como a CHX, sensibilizar certas células à apoptose e converter células Tipo II em Tipo I. Esse efeito não foi observado em células DO11.10 nas quais a apoptose foi induzida por CD95L solúvel e em células Tipo I e Tipo II, nas quais a apoptose foi induzida pelo anticorpo agonista anti-FAS. / The death process by apoptosis can be divided into two pathways: intrinsic and extrinsic. The signaling by FAS (extrinsic) may occur in a mitochondrial independent (Type I cells) or dependent (Type II cells) manner. It is important to consider that: 1) Previous results demonstrated that sub-lethal doses of CHX were able to sensitize type I and type II cells to apoptosis and to convert type II cells into type I; 2) One of the mechanisms involved can be FAS recruitment to \"lipid rafts\"; 3) PGE2 activates PKA by increasing cAMP via EP2 and EP4, which phosphorylates of Ezrin, involved in this process; 4) PGE2 can induces apoptosis in cell lines and can to sensitize them to this process. So, we hypothesized that PGE2 could, similarly to CHX, sensitize certain cells to apoptosis and convert type II cells into type I. This effect was not observed in DO11.10 cells in which apoptosis was induced by soluble CD95L and in type I and type II cells, in which apoptosis was induced by agonist anti-FAS antibody.