Neuroblastoma (NB) is the most common solid tumor of early infancy. Despite a significant improvement in the general survival rate for children with cancer, the prognosis of high-risk NB remains low, at about 30%, despite the use of intensive chemo-radiotherapy followed by differentiation therapy with retinoic acid (RA). Relapses in this category of NB are often due to the emergence of multi-drug and RA-resistant minimal residual cancer cells. The use of natural 13-cis RA, as a single chemo-preventive agent, has improved the survival rate to 50% for high-risk NB patients. However, the prevalence of RA-resistance is high in high-risk NB, and in solid cancers, in general. RA-resistance in cancer cells is mediated by a number of factors. Loss of RA-induced expression of the putative tumor suppressor gene, retinoic acid receptor-beta (RARβ), is one of the most common factors that have been reported in RAresistant phenotypes of a wide range of cancer cells. The transcriptional regulation of RAR(β) gene and other retinoid responsive-genes is believed to be regulated by the ligand-dependent transactivation of the homo- or heterodimer complexes of the retinoic acid receptor (RAR) and retinoid X receptor (RXR) subtypes, namely alpha (α), beta (β) and gamma (γ). It is believed that the anti-cancer activities of natural all-trans RA and 13-cis RA are mediated through activation of RAR-complexes. The loss of RA-induced RAR β expression can be caused by aberrant recruitment of chromatin structure modifying enzymes, histone deacetylases (HDACs), which have major roles in the global regulation of gene transcription. However, the mechanism of RA-resistance in NB cells is unclear. This thesis set out to identify the molecular mechanism of RA-resistance and to develop a new therapeutic approach to overcome RA-resistance in NB cells. The data in this thesis demonstrated that deregulation or over-expression of proto-oncogene MYCN caused a total RA-resistance in NB cells in vitro and in vivo, despite the strong induction of RARI3 expression. The data also indicated that the activation of RAR-dependent pathways by aRA or 13RA alone is not sufficient to overcome MYCN-mediated RA-resistance in NB cells. In the light of this observation, this thesis went on to examine whether combined targeting activation of RAR and RXR subtypes with receptor specific ligands could enhance the therapeutic efficacy of the retinoid signaling pathway. NB cells were treated with a panel of receptor-specific retinoids, namely aRA, l3RA, 9RA (RAR-specific), CD 417, CD 2314 (RARβ-specific), CD 666 (RARγ-specific), CD 336 (RARα-specific), CD 3640, CD 2872 (RXR-specific), as a single agent or in combination at a low concentration of 0.1 ??M. The results showed that combined targeting activation of RARα and RXR was not only the most effective combination, but also overcame MYCN-mediated RA-resistance in NB cells in vitro.Collectively, these data demonstrated the combined targeting activation of RAR and RXRs as a new approach to enhance the efficacy of retinoid therapy and overcome RA-resistance in the treatment of high-risk NB, and other cancers. The emerging therapeutic potential of HDAC inhibitors (HDACi) as front line anti-cancer agents, or adjuvants to other agents such as RA, has suggested a new approach in the treatment of cancer. However, the molecular mechanism of the remarkably specific anticancer actions of HDACi is still largely speculation. The data presented in this study was the first to demonstrate a novel sequential order and the dosage-dependent roles of basal p21Wafl expression and G2/M arrest as protective mechanisms against HDACi-induced apoptosis. In addition, this thesis also examined and compared the therapeutic efficacy of HDACi as a single agent and in combination with other anti-cancer agents such as RA, IFNα and chemotherapeutic agents. Evaluation of the therapeutic effects of combinations of aRA, IFN and HDACi showed that combination of HDACi and IFNα exhibited the strongest synergy against NB cells in vitro. Treatment of MYCN transgenic mice, which consistently develop abdominal NB tumors that closely mirror the human disease in both physiological and biological aspects, with hydroxamic acid-based HDACi, trichostatin A (TSA), alone reduced tumor growth by nearly 50%, compared to the solvent control and IFNα alone, which had no effect on NB tumor growth. The most exciting finding was that the combination of HDACi and IFNα synergistically reduced tumor mass and angiogenesis by over 80% without any apparent systemic side-effects. The therapeutic effect of treatment with HDACi correlated with the induction of acetylation of histone 4 protein (H4) in both tumor and organ tissues, indicating a wide therapeutic index for HDACi in vivo. Collectively, the data in this study have demonstrated basal p21 Wafl expression as a potential marker of sensitivity to HDACi-based therapy, and the therapeutic efficacy of a novel combination of HDACi with IFNα in vivo. These preclinical data have provided an evidence-based rationale for a clinical trial of the combination of HDACi and IFNα in the treatment of high risk NB.

Honors Project--Smith College, Northampton, Mass., 2009. / Includes bibliographical references (p. 54-57).

Evidências sugerem que o transtorno bipolar esteja associado a uma toxicidade sistêmica, representada por alterações periféricas em marcadores de inflamação, estresse oxidativo e neurotrofinas, a qual parece estar associada aos episódios de humor e à progressão da doença levando a prejuízos sistêmicos e na neuroplasticidade. Os trabalhos apresentados nesta tese tiveram como objetivo revisar estas alterações e explorar possíveis mecanismos responsáveis por estes achados, com enfoque em uma desregulação transcricional no transtorno bipolar. No primeiro capítulo, revisamos os biomarcadores periféricos associados aos episódios de humor, a relação destes com a toxicidade sistêmica e os possíveis mecanismos subjacentes a esta toxicidade. Seguimos ilustrando, no capítulo 2, um exemplo de alterações estruturais cerebrais em um paciente bipolar com experiência de múltiplos episódios, como um possível exemplo da neuroprogressão no transtorno bipolar. Em seguida, buscamos por vias de regulação transcricional disfuncionais no córtex pré-frontal de pacientes que poderiam estar associadas a essas alterações e neuroplasticidade prejudicada. A partir de abordagem inovadora de bioinformática, no capítulo 3, identificamos algumas unidades regulatórias (regulons) associadas com as duas assinaturas gênicas do transtorno bipolar avaliadas, obtidas a partir de bancos de dados de microarranjo de pré-frontal postmortem. Em uma análise mais rigorosa, identificamos apenas o regulon do gene early growth response 3 (EGR3) enriquecido nas duas assinaturas da doença em duas redes transcricionais do pré-frontal, estando reprimido no fenótipo bipolar. Nossos resultados sugerem o regulon do EGR3 como um alvo importante no transtorno bipolar. Considerando seu papel fundamental na resposta ao estresse e na translação de estímulos ambientas em mudanças na expressão gênica neuronal, propomos que uma disfunção em vias biológicas envolvendo EGR3 poderia levar a uma resposta prejudicada ao estresse e influenciar no risco para o transtorno bipolar. No quarto capítulo, então, caracterizamos o perfil de expressão gênica do modelo de células SH-SY5Y diferenciadas e avaliamos o comportamento do regulon do EGR3 de acordo com o protocolo de diferenciação. Além disso, identificamos moléculas com potencial de modular os regulons enriquecidos no transtorno bipolar visando testar o efeito destas drogas no referido modelo celular. Nossos resultados reforçam o fenótipo neuronal deste modelo in vitro e demonstram que o regulon do EGR3 está enriquecido nas células diferenciadas, sugerindo que ele é importante nesse processo e que este modelo experimental é adequado para estudar este regulon e as moléculas selecionadas pela análise de mapa de conectividade. Nós ainda avaliamos nas células SH-SY5Y o efeito do soro de pacientes bipolares, para investigar o papel da toxicidade sistêmica em células neuronais. O soro de pacientes, especialmente em estágio tardio da doença, causou toxicidade às células, reduzindo a densidade de neuritos e a viabilidade celular. Esses achados representam uma forma de desafio celular relacionado à toxicidade sistêmica do transtorno bipolar, propondo as células SH-SY5Y diferenciadas como um modelo in vitro para estudo desta doença. Em suma, os resultados desta tese sugerem que a toxicidade sistêmica relacionada aos episódios recorrentes de humor pode influenciar nas alterações anatômicas cerebrais associadas com a progressão do transtorno bipolar, e a disfunção no regulon do EGR3 poderia estar envolvida com aspectos desta neuroprogressão considerando o papel de EGR3 na resposta ao estresse e na neuroplasticidade. Estas hipóteses, que também sugerem alvos interessantes para o desenvolvimento de novos tratamentos, devem ser apropriadamente validadas em modelos experimentais, como o modelo de células SH-SY5Y diferenciadas estudado neste trabalho. / Evidence suggests that bipolar disorder is associated with a systemic toxicity, represented by peripheral changes in markers of inflammation, oxidative stress and neurotrophins, which appears to be associated with mood episodes and illness progression leading to systemic damage and impaired neuroplasticity. The work presented in this thesis aimed to review these changes and explore possible mechanisms responsible for these findings, focusing on transcriptional regulation in bipolar disorder. In the first chapter, we review the peripheral biomarkers associated with mood episodes, their relationship with systemic toxicity and the possible mechanisms underlying this toxicity. We have shown, in Chapter 2, an example of structural brain changes in a bipolar patient with multiple episodes experience, as a possible example of ‘neuroprogression’ in bipolar disorder. Then we investigated dysfunctional transcriptional regulatory pathways in the prefrontal cortex of patients that could be associated with these changes and impaired neuroplasticity. Using innovative bioinformatics approaches, in Chapter 3, we identified some regulatory units (regulons) associated with the two gene signatures of bipolar disorder evaluated, obtained from microarray data sets from prefrontal postmortem studies. With a more rigorous analysis, we only identified the regulon of early growth response 3 gene (EGR3) enriched in the two bipolar signatures in the two transcriptional prefrontal networks evaluated, being EGR3 repressed in bipolar phenotype. Our results suggest the EGR3 regulon as an important target in bipolar disorder. Considering its key role in response to stress and translation of environmental stimuli into long-term changes in neuronal gene expression, we propose that a dysfunction in biological pathways involving EGR3 could lead to an impaired response to stress and influence on the risk for bipolar disorder. Then, in Chapter 4, we characterized the gene expression profile of differentiated SHSY5Y cells and evaluated the EGR3 regulon according to the differentiation protocol. Furthermore, we have identified molecules with potential to modulate the regulons enriched in bipolar disorder, using connectivity map analysis, in order to test the effect of these drugs on this cellular model in future studies. Our results consolidated the neuronal phenotype of this in vitro model and demonstrated that the EGR3 regulon is enriched in differentiated cells, suggesting that it is important in this process and that this experimental model is suitable for studying this regulon and molecules selected by connectivity map analysis. Moreover, in Chapter 5, we evaluated the effect of serum of bipolar patients on differentiated SH-SY5Y cells to investigate the role of systemic toxicity in neuronal cells. The serum of patients, especially at late stages of illness, caused toxicity to cells, reducing neurite density and cell viability. These findings represent a strategy of challenging cells related to the systemic toxicity of bipolar disorder, proposing differentiated SH-SY5Y cells as an in vitro model to study this disorder. Therefore, the results of this thesis suggest that systemic toxicity related to recurrent mood episodes may influence on the brain anatomical changes associated with the bipolar disorder progression, and dysfunction in EGR3 regulon could be involved with aspects of ‘neuroprogression’ considering the role of EGR3 in response to stress and neuroplasticity. These hypotheses, which also suggest interesting targets for the development of new treatments, should be further properly validated in experimental models such as the differentiated SH-SY5Y cells model studied in this work.

Le neuroblastome est un cancer pédiatrique diagnostiqué chez les très jeunes enfants. afin de pouvir étudier l'impact de signalisation embryonnaire sur le développement de la maladie in vivo, nous avons mis au point un nouveau modèle d'étude du neuroblastome chez l'embryon aviaire. Ce nouveau modèle nous permet d'étudier in vivo la contribution de différentes signalisation à la tumorigénèse neuroblastique. nous avons donc mis en évidece le rôle de Sema3C et HDGF dans la tumorigénèse neuroblastique / Neuroblastoma is a pediatric cancer diagnosed in very young children. In order to study the impact of embryonic signaling on the development of the disease in vivo, we have developed a new model for the study of neuroblastoma in the avian embryo. This new model allows us to study in vivo the contribution of different signaling to neuroblastic tumorigenesis. We have thus highlighted the role of Sema3C and HDGF in neuroblastic tumorigenesis

O peptídeo liberador de gastrina (GRP) age como potente mitógeno em tecidos neoplásicos pela ativação do seu receptor (GRPR), que é super expresso em estágios avançados de neuroblastoma humano. GRPR knockdown ou antagonistas de GRPR mostraram inibir o crescimento de neuroblastoma. Investigou-se, em condições experimentais, que os antagonistas de GRPR podem promover, em vez de inibir o crescimento de células de neuroblastoma. O antagonista do GRPR, RC-3095 em 0,1 nM inibiu, enquanto a concentração de 100 nM estimulou a proliferação de células de neuroblastoma murino Neuro2a, in vitro. Os efeitos proliferativos de RC -3095 no crescimento celular foram impedidos pelo inibidor de deacetilase de histona (HDI), butirato sódico (NAB). Estes resultados fornecem a primeira evidência de que um antagonista do GRPR pode estimular o crescimento de células cancerosas, e sugerem que o GRPR pode interagir com os mecanismos epigenéticos na regulação do crescimento de células do neuroblastoma.

Les neuroblastomes olfactifs (NBOs) sont des tumeurs rares de la base du crâne. Les outils de classification de ces tumeurs sont insuffisants, il n’existe notamment aucune classification moléculaire des NBO. La biologie de ses tumeurs est mal connue. Nos travaux se sont appuyés sur l’analyse des exomes, du transcriptome, du méthylome et des caractéristiques histopathologiques et immunitaires d’une série de 59 NBOs bien annotés cliniquement. Nous avons mis en évidence l’existence de 2 sous-types de NBO présentant un profil d’expression et un profil anatomo-clinique différent. Le type neural, correspond à une tumeur bien différenciée, peu agressive, présentant des caractéristiques plutôt neuronales et partageant des caractéristiques phénotypiques avec les progéniteurs directs de neurones olfactifs. Le type basal correspond à une tumeur moins différenciée, plus agressive, ayant des caractéristiques plutôt embryonnaires, partageant des caractéristiques phénotypiques avec les cellules basales de renouvellement de l’épithélium olfactif. Nous avons mis en évidence que la charge mutationnelle était plus élevée dans le type basal, avec notamment des mutations IDH2 R172 récurrentes, associées à un phénotype CpG Island Methylator (CIMP). Nous avons également montré que les NBOs de type basal étaient infiltrés par un nombre plus important de lymphocytes T avec, dans certaines tumeurs, une expression plus marquée de checkpoints immunitaires et de facteurs immunosuppresseurs. Ce travail ouvre la perspective d’une classification moléculaire permettant de mieux stratifier les patients et ouvre également le champ de nouvelles stratégies thérapeutiques dans ces tumeurs rares. / Olfactory neuroblastomas (ONBs) are rare tumors arising in the skull base. Classification tools are poor, notably; no molecular classification of ONB has been reported. Literature data about their cell of origin, the existence of molecular therapeutic targets or their immune environment being scarce, the biology of these tumors is still poorly understood. Our work was based on exome, transcriptome and methylome analysis, but also on histopathological and immune characteristics of a series of 59 clinically well annotated ONBs. We highlighted 2 sub-types of ONB showing different expression and clinicopathologic patterns. The neural type is a well differentiated, poorly aggressive tumor which shows neurons characteristics and shares phenotypic similarities with olfactory neuron progenitors. The basal type is a less differentiated tumor, displaying an aggressive phenotype, with embryonic phenotypical characteristics, which shares similarities with basal renewing cells of the olfactory epithelium. We showed that the mutational load was higher in basal tumors, with notably recurrent IDH2 R172 mutations associated with a CpG Island Methylator Phenotype (CIMP). We also showed that basal type ONBs were infiltrated by a greater number of T cells with, in some cases, a higher expression of immune checkpoints and immunosuppressive factors. This work paves the way towards a new molecular classification which will allow a better stratification of patients and will open the field of new therapeutic strategies for this rare tumor.

Evidências sugerem que o transtorno bipolar esteja associado a uma toxicidade sistêmica, representada por alterações periféricas em marcadores de inflamação, estresse oxidativo e neurotrofinas, a qual parece estar associada aos episódios de humor e à progressão da doença levando a prejuízos sistêmicos e na neuroplasticidade. Os trabalhos apresentados nesta tese tiveram como objetivo revisar estas alterações e explorar possíveis mecanismos responsáveis por estes achados, com enfoque em uma desregulação transcricional no transtorno bipolar. No primeiro capítulo, revisamos os biomarcadores periféricos associados aos episódios de humor, a relação destes com a toxicidade sistêmica e os possíveis mecanismos subjacentes a esta toxicidade. Seguimos ilustrando, no capítulo 2, um exemplo de alterações estruturais cerebrais em um paciente bipolar com experiência de múltiplos episódios, como um possível exemplo da neuroprogressão no transtorno bipolar. Em seguida, buscamos por vias de regulação transcricional disfuncionais no córtex pré-frontal de pacientes que poderiam estar associadas a essas alterações e neuroplasticidade prejudicada. A partir de abordagem inovadora de bioinformática, no capítulo 3, identificamos algumas unidades regulatórias (regulons) associadas com as duas assinaturas gênicas do transtorno bipolar avaliadas, obtidas a partir de bancos de dados de microarranjo de pré-frontal postmortem. Em uma análise mais rigorosa, identificamos apenas o regulon do gene early growth response 3 (EGR3) enriquecido nas duas assinaturas da doença em duas redes transcricionais do pré-frontal, estando reprimido no fenótipo bipolar. Nossos resultados sugerem o regulon do EGR3 como um alvo importante no transtorno bipolar. Considerando seu papel fundamental na resposta ao estresse e na translação de estímulos ambientas em mudanças na expressão gênica neuronal, propomos que uma disfunção em vias biológicas envolvendo EGR3 poderia levar a uma resposta prejudicada ao estresse e influenciar no risco para o transtorno bipolar. No quarto capítulo, então, caracterizamos o perfil de expressão gênica do modelo de células SH-SY5Y diferenciadas e avaliamos o comportamento do regulon do EGR3 de acordo com o protocolo de diferenciação. Além disso, identificamos moléculas com potencial de modular os regulons enriquecidos no transtorno bipolar visando testar o efeito destas drogas no referido modelo celular. Nossos resultados reforçam o fenótipo neuronal deste modelo in vitro e demonstram que o regulon do EGR3 está enriquecido nas células diferenciadas, sugerindo que ele é importante nesse processo e que este modelo experimental é adequado para estudar este regulon e as moléculas selecionadas pela análise de mapa de conectividade. Nós ainda avaliamos nas células SH-SY5Y o efeito do soro de pacientes bipolares, para investigar o papel da toxicidade sistêmica em células neuronais. O soro de pacientes, especialmente em estágio tardio da doença, causou toxicidade às células, reduzindo a densidade de neuritos e a viabilidade celular. Esses achados representam uma forma de desafio celular relacionado à toxicidade sistêmica do transtorno bipolar, propondo as células SH-SY5Y diferenciadas como um modelo in vitro para estudo desta doença. Em suma, os resultados desta tese sugerem que a toxicidade sistêmica relacionada aos episódios recorrentes de humor pode influenciar nas alterações anatômicas cerebrais associadas com a progressão do transtorno bipolar, e a disfunção no regulon do EGR3 poderia estar envolvida com aspectos desta neuroprogressão considerando o papel de EGR3 na resposta ao estresse e na neuroplasticidade. Estas hipóteses, que também sugerem alvos interessantes para o desenvolvimento de novos tratamentos, devem ser apropriadamente validadas em modelos experimentais, como o modelo de células SH-SY5Y diferenciadas estudado neste trabalho. / Evidence suggests that bipolar disorder is associated with a systemic toxicity, represented by peripheral changes in markers of inflammation, oxidative stress and neurotrophins, which appears to be associated with mood episodes and illness progression leading to systemic damage and impaired neuroplasticity. The work presented in this thesis aimed to review these changes and explore possible mechanisms responsible for these findings, focusing on transcriptional regulation in bipolar disorder. In the first chapter, we review the peripheral biomarkers associated with mood episodes, their relationship with systemic toxicity and the possible mechanisms underlying this toxicity. We have shown, in Chapter 2, an example of structural brain changes in a bipolar patient with multiple episodes experience, as a possible example of ‘neuroprogression’ in bipolar disorder. Then we investigated dysfunctional transcriptional regulatory pathways in the prefrontal cortex of patients that could be associated with these changes and impaired neuroplasticity. Using innovative bioinformatics approaches, in Chapter 3, we identified some regulatory units (regulons) associated with the two gene signatures of bipolar disorder evaluated, obtained from microarray data sets from prefrontal postmortem studies. With a more rigorous analysis, we only identified the regulon of early growth response 3 gene (EGR3) enriched in the two bipolar signatures in the two transcriptional prefrontal networks evaluated, being EGR3 repressed in bipolar phenotype. Our results suggest the EGR3 regulon as an important target in bipolar disorder. Considering its key role in response to stress and translation of environmental stimuli into long-term changes in neuronal gene expression, we propose that a dysfunction in biological pathways involving EGR3 could lead to an impaired response to stress and influence on the risk for bipolar disorder. Then, in Chapter 4, we characterized the gene expression profile of differentiated SHSY5Y cells and evaluated the EGR3 regulon according to the differentiation protocol. Furthermore, we have identified molecules with potential to modulate the regulons enriched in bipolar disorder, using connectivity map analysis, in order to test the effect of these drugs on this cellular model in future studies. Our results consolidated the neuronal phenotype of this in vitro model and demonstrated that the EGR3 regulon is enriched in differentiated cells, suggesting that it is important in this process and that this experimental model is suitable for studying this regulon and molecules selected by connectivity map analysis. Moreover, in Chapter 5, we evaluated the effect of serum of bipolar patients on differentiated SH-SY5Y cells to investigate the role of systemic toxicity in neuronal cells. The serum of patients, especially at late stages of illness, caused toxicity to cells, reducing neurite density and cell viability. These findings represent a strategy of challenging cells related to the systemic toxicity of bipolar disorder, proposing differentiated SH-SY5Y cells as an in vitro model to study this disorder. Therefore, the results of this thesis suggest that systemic toxicity related to recurrent mood episodes may influence on the brain anatomical changes associated with the bipolar disorder progression, and dysfunction in EGR3 regulon could be involved with aspects of ‘neuroprogression’ considering the role of EGR3 in response to stress and neuroplasticity. These hypotheses, which also suggest interesting targets for the development of new treatments, should be further properly validated in experimental models such as the differentiated SH-SY5Y cells model studied in this work.

O transtorno bipolar (TB) é caracterizado como um grave transtorno psiquiátrico, que apresenta curso crônico com notável prejuízo cognitivo e funcional nos pacientes. Nesta tese, através de duas revisões avaliamos as alterações de marcadores periféricos de estresse oxidativo, neurotrofinas e inflamação presentes em pacientes com TB e discutimos o envolvimento destes na toxicidade sistêmica, bem como uma possível associação destas alterações com as disfunções cognitivas e funcionais apresentadas pelos pacientes ao longo do transtorno. Neste sentido, muitos estudos têm sido realizados buscando compreender a fisiopatologia do TB, no entanto, para o estabelecimento de um modelo in vitro é necessário ter um modelo celular adequado e um desafio que possa mimetizar a fisiopatologia da doença. Neste contexto, não há na literatura, até o momento, um modelo adequado que compreenda toda a complexidade dos sintomas do TB, por isso o objetivo geral desta tese consistiu na caracterização gênica do modelo in vitro de diferenciação celular da linhagem de neuroblastoma humano SH-SY5Y, induzido por ácido retinóico, e a busca por um modelo experimental para a avaliação da toxicidade sistêmica apresentada pelos pacientes com TB. O modelo de diferenciação foi avaliado através da técnica de microarranjo, onde verificamos que nas células diferenciadas há maior expressão de processos biológicos envolvidos no desenvolvimento neuronal, enquanto nas células indiferenciadas observamos maior expressão de processos biológicos relacionados a proliferação e manutenção celular. Ainda, genes relacionados a função sináptica e a síntese dopaminérgica estavam mais expressos nas células diferenciadas. Estes achados contribuem para a validação de um modelo de origem humana, de fácil manuseio e que apresenta perfil neuronal; auxiliando assim no estudo de doenças que acometem o sistema nervoso central, dentre elas o TB. Para avaliar o perfil de toxicidade no soro de pacientes bipolares, tratamos as células SH-SY5Y diferenciadas com soro de pacientes com TB, tanto em estágio inicial quanto avançado do transtorno. Como resultado, verificamos que o soro dos pacientes em estágio avançado apresenta maior toxicidade quando comparado ao soro de indivíduos controles por causar uma diminuição da viabilidade celular e uma diminuição na densidade de neuritos. Analisados em conjunto, os achados desta tese apontam para um novo modelo in vitro para analisar a fisiopatologia do TB, bem como o efeito de medicações e vias metabólicas envolvidas. Além disso, corroboram com dados prévios da literatura de que perifericamente os pacientes apresentam um índice de toxicidade relevante quando comparado a indivíduos controles e que este índice estaria relacionado a progressão do transtorno. / Bipolar disorder (BD) is characterized as a serious psychiatric disorder that presents chronic course with remarkable cognitive and functional impairment. In this thesis, we analyzed in two reviews the changes in peripheral markers of oxidative stress, neurotrophins and inflammation, discussing their involvement in systemic toxicity, as well as a possible association of these changes with the cognitive and functional impairment presented by BD patients throughout the disorder. In this sense, many studies have been performed seeking to understand the pathophysiology of this illness. Moreover, research on BD and drug development is hampered by the lack of suitable in vitro models. To counteract this, many attempts to explore patient-derived samples have been undertaken, resulting in partial reproduction of disease aspects. However, still does not exist in the literature a suitable model to understand the complexity of the BD symptoms. Therefore, the aims of this thesis was to evaluate the differential gene expression of the cell differentiation model of human neuroblastoma cell line SH-SY5Y, induced by retinoic acid, and the search for an experimental model for the evaluation of systemic toxicity in patients with BD. The differentiation model was assessed by microarray analysis and we found that the differentiated cells had increased expression of biological processes involved in neuronal development, while undifferentiated cells showed higher expression of biological processes related to cellular proliferation and maintenance. Also, genes related to the synaptic function and dopaminergic synthesis were more expressed in differentiated cells. These findings contribute to the validation of a cellular model from human source, easy handling and featuring neuronal profile; thereby aiding in the study of diseases that affect the central nervous system, including BD. In order to evaluate the toxicity profile in serum of bipolar patients, differentiated SH-SY5Y cells were treated with sera of BD patients in early and late stages of the disorder. As a result, for the first time in the literature, it has been verified the potential neurotoxicity of bipolar patients serum directly in human cells with a neuronal profile and we found that the serum of patients at late stage would present higher toxicity when compared to the control sera, causing a decrease in cell viability and a reduced neurite outgrowth density. Taken together, the findings of this thesis point to a new in vitro model to analyze the pathophysiology of BD, as well as the effect of medications and metabolic pathways involved in this disorder. Moreover, corroborate previous peripherally data found in the literature where patients would have a toxicity index compared to control subjects and that this index would be related to the progression of the disorder.

Espécies reativas de oxigênio (ERO) são produzidas através da respiração aeróbica e durante processos inflamatórios. Além disso, agressões externas como radiações, poluição, estresse, alcoolismo e tabagismo aumentam a sua produção. Altos níveis de ERO podem ocasionar dano oxidativo à lipídios, proteínas e DNA, comprometendo a função normal da célula, podendo estar envolvidos na patogênese e agravamento de diversas doenças. Há evidências que sugerem que antioxidantes naturais presentes em alimentos conferem benefícios adicionais à saúde, atuando como anticarcinogênicos, antiinflamatórios ou agentes antimutagênicos. O orégano (Oreganum sp) é uma especiaria mediterrânea usada como condimento na alimentação e pela medicina popular para diversos tipos de moléstias. O óleo possui forte ação antimicrobiana, devido ao elevado conteúdo de monoterpenos, sendo os principais o carvacrol, o timol e o para-cimeno. O carvacrol (5-isopropil-2metilfenol) é um fenol monoterpênico, com sabor picante e odor característico e tem sido amplamente usado na indústria de alimentos como aditivo seguro para aumentar a vida útil dos alimentos, como aromatizante em produtos assados, doces, bebidas e gomas de mascar, e/ou agente antimicrobiano com atividades contra bactérias, fungos e leveduras. Estudos têm relatado efeito antidepressivo e ansiolítico do carvacrol em camundongos, assim como proteção contra a radiação UVB diminuindo a peroxidação lipídica, estresse oxidativo e danos no DNA em células linfocitárias humanas e atividade antioxidante em diferentes sistemas de lipídios. Nós avaliamos a viabilidade celular e parâmetros de citotoxicidade do carvacrol em células de neuroblastoma humano SH-SY5Y. Este parece modificar levemente a morfologia das células, sem modificar significativamente a biomassa celular, parecendo ser tóxico na concentração de 100 μg/mL. Nas demais concentrações (1 a 50 μg/mL) não houve citotoxicidade. No ensaio de DCFH-DA o carvacrol reduziu a produção de ERO intracelular e diminui significativamente a produção de radicais peroxil no ensaio TRAP. Esses dados reforçam a ideia do carvacrol ser um potencial antioxidante, sendo necessários mais estudos para avaliar o mecanismo de ação deste composto. / Reactive oxygen species (ROS) are produced through aerobic respiration and during inflammation. Besides, external aggressions such as radiation, pollution, stress, alcoholism and smoking increase their production. Elevated levels of ROS can cause oxidative damage to lipids, proteins and DNA, compromising the normal cell function, and may be involved in the pathogenesis and progression of several diseases. There is suggesting that natural antioxidants found in foods provide additional health benefits, acting as anticarcinogenic, anti-inflammatory agents or antimutagenic. Oregano (Oreganum sp) is a Mediterranean spice used in food as a condiment and in popular medicine to treat several types of diseases. The essential oil has strong antimicrobial activity, due to the high content of monoterpenes, the main ones being carvacrol, thymol and para-cymene. Carvacrol (5-isopropyl-2metilfenol) is a phenol monoterpene with spicy taste and odor and has been widely used in food industry as additive to preserve foods, as flavoring agent in baked goods, candy, drinks and chewing gums, and/or antimicrobial agent with activity against bacteria, fungi and yeasts. Studies have reported antidepressant and anxiolytic effects of carvacrol in mice, as well as protection against UVB radiation, decreased lipid peroxidation, oxidative stress and DNA damage in human lymphocyte cells, and antioxidant activity in different lipid systems. We evaluated cell viability and cytotoxicity parameters of carvacrol in human neuroblastoma cells SH-SY5Y. Carvacrol induced morphology changes in cells without significant modification of the cellular biomass content and it was toxic at the concentration of 100 μg/mL. In other concentrations (1-50 μg/mL) it showed no cytotoxicity. In DCFH-DA assay carvacrol reduced the intracellular ROS production and significantly decreased the production of peroxyl radicals in the TRAP assay. These data reinforce the idea of carvacrol as a potential antioxidant and more research is needed to evaluate the mechanism of action of this compound.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo do presente trabalho é comparar, do ponto de vista elétrico, a membrana do neurônio ganglionar com a da célula de neuroblastoma, analisando os efeitos das cargas fixas sobre o potencial elétrico nas superfícies da bicamada lipídica e também sobre o comportamento do perfil de potencial através da membrana, considerando as condiçõesfísico-químicas do estado de repouso e do estado de potencial de ação. As condições para a ocorrência dos referidos estados foram baseadas em valores numéricos de parâmetros elétricos e químicos, característicos dessas células, obtidos na literatura. O neurônio ganglionar exemplifica um neurônio sadio, e a célula de neuroblastoma, que é uma célula tumoral, exemplifica um neurônio patológico, alterado por esta condição. O neuroblastoma é um tumor que se origina das células da crista neural (neuroblastos), que é uma estrutura embrionária que dá origem a muitas partes do sistema nervoso, podendo surgir em diversos locais do organismo, desde a região do crânio até a área mais inferior da coluna. O modelo adotado para simular a membrana de neurônio inclui: (a) as distribuições espaciais de cargas elétricas fixas no glicocálix e na rede de proteínas citoplasmáticas; (b) as distribuições de cargas na solução eletrolítica dos meios externo e interno; e (c) as cargas superficiais da bicamada lipídica. Os resultados que obtivemos mostraram que, nos estados de repouso e de ação, os potenciais superficiais da bicamada interno (ÁSbc) e externo (ÁSgb) da célula de neuroblastoma não sofrem alteração mensurável, quando a densidade de carga na superfície interna (QSbc) torna-se 50 vezes mais negativa, tanto para uma densidade de carga na superfície externa da bicamada nula (QSgb = 0), como para um valor de QSgb 6= 0. Porém, no estado de repouso, uma leve queda em ÁSbc do neur^onio ganglionar pode ser observada com este nível de variação de carga, sendo que ÁSgb do neurônio ganglionar é mais negativo quando QSgb = 1=1100 e/A2. No estado de ação, para QSgb = 0, o aumento da negatividade de QSbc não provoca alteração detectável de ÁSbc e ÁSgb para os dois neurônios. Quando consideramos QSgb = 1=1100 e/A2, ÁSgb do neurônio ganglionar se torna mais negativo, não se observando variações detectáveis nos potenciais superficiais da célula de neuroblastoma. Tanto no repouso quanto no estado de ação, ÁSgb das duas células não sofre variação sensível com o aumento da negatividade da carga fixa distribuída espacialmente no citoplasma. Já a ÁSbc sofre uma queda gradativa nos dois tipos celulares; porém, no estado de ação, esta queda é mais rápida. Descobrimos diferenças importantes nos perfis de potencial das duas células, especialmente na região do glicocálix. / The aim of our work is to compare, from the electrical point of view, the ganglion neuron membrane with the neuroblastoma cell's membrane, analyzing the effects of fixed charges on the electric potential of the surfaces of the lipidic bilayer and on the behavior of the potential profile across the membrane, considering the physicochemical conditions of the resting state and of the action potential state. The conditions for the occurrence of these states were defined, based on numerical values of electrical and chemical parameters of these cells, obtained in the literature. The ganglion neuron portrays a healthy neuron,and the neuroblastoma cell, which is a tumor cell, represents a pathologic neuron, different from the ganglion cell, due to this condition. A neuroblastoma is a tumor, originated from neural crest cells (neuroblasts), which is an embryonic structure that gives rise to many parts of the nervous system and can arise in various body sites, from the region of the skull all the way to the lower spinal column area.The model used to simulate the neuron membrane includes: (a) the spatial distribution of the fixed electric charges on the glycocalyx and on the network of cytoplasmic proteins; (b) the distribution of the charges in the electrolytic solution of outer and inner resources; and (c) the surface charges of the lipidic bilayer. The results we obtained show that, in the resting and action states, the inner (ÁSbc) and outer (ÁSgb) surface potential of neuroblastoma cells do not change measurably, when the charge density on the inner surface (QSbc) becomes 50 times more negative, for both null charge density on the outer surface (QSgb = 0) and for QSgb 6= 0. However, a slight drop in ÁSbc of a ganglion neuron can be observed with this level of charge variation, but ÁSgb of ganglion neuron is more negative when QSgb = 1=1100 e/A2. At action potential state, for QSgb = 0, the negative increase of QSbc does not measurably change ÁSbc and ÁSgb , for both neurons. When we consider QSgb = 1=1100 e/A2, for the ganglion neuron ÁSgb becomes more negative, with no significant detectable changes in the neuroblastoma cell's surface potentials. At the resting and action states, ÁSgb of both cells does not undergo substantial changes with the negative increasing of fixed charges uniformly distributed in the cytoplasm. However,ÁSbc undergoes a gradual decrease in both cell types, although for the action state, this fall is faster. We discovered important dierences among the potential profile of the two cells, especially in the glicocalyx region.