A significant component of diffuse brain injury (DBI) is diffuse axonal injury (DAI) which is responsible for the morbidity and mortality associated with this condition. DAI and its experimental counterpart traumatic axonal injury (TAI) result in scattered microscopic pathology characterized by focal impairment of axonal transport leading to progressive swelling and delayed axotomy. DBI-mediated perisomatic axotomy does not result in acute neuronal death suggesting that delayed axotomy was responsible for this unanticipated response. To evaluate this hypothesis, we examined the spatiotemporal progression of DBI-mediated perisomatic TAI. LM / TEM identified impaired axonal transport within 15 - 30 min post-injury. Perisomatic TAI revealed somata and related proximal / distal axonal segments with normal ultrastructural detail continuous with axonal swellings. In other cases, axotomy was confirmed by loss of axonal continuity distal to the swelling. By 60 - 180 min post-injury, somatic, proximal segment, and swelling ultrastructure were comparable to earlier time points although swelling diameter increased. Distal segment ultrastructure revealed the initial stages of Wallerian degeneration. Axotomy sites did not internalize pre-injury administered dextran suggesting pathogenesis independent of altered axolemmal permeability. Given the rapidity of perisomatic axotomy, absence of axolemmal permeability may constitute the more significant finding in terms of somatic protection.DBI-mediated neuroinflammatory reactions were then examined to see if this non-lethal neuronal pathology evoked responses comparable to those following focal injury. Microglia / macrophage responses within diffusely injured loci uncomplicated by focal pathology were explored using LM, TEM, and confocal evaluations as was albumin immunoreactivity to assess injury-induced blood-brain barrier (BBB) alterations. Initially, microglial activation was observed within injured loci while microglia within adjoining regions maintained resting phenotypes. Scattered activated microglia were observed among injured axons though no clear associations were seen. Later, activated microglia contained myelin debris while only limited microglial aggregations were recognized. Macrophages also localized to injured loci with select cells approximating somata of axotomized neurons. Immune cell observations correlated with altered BBB permeability. These data indicated rapid, yet initially uncoordinated, and persistent immune cell reactivity to DBI pathology. Taken together, these responses suggest that histopathological evaluation following DBI may include non-lethal neuronal injury with unique neuroinflammatory findings.

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie neuro-inflammatoire chronique, première cause de handicap chez le jeune adulte. Actuellement, aucun traitement ne freine l'aggravation des symptômes liée aux formes progressives. Bien que connue, l'implication des macrophages et de la microglie dans la démyélinisation et l'atteinte axonale doit être plus finement caractérisée. Ce d'autant plus que la plasticité fonctionnelle de ces cellules suggère une réponse spécifique selon la pathologie, la localisation des lésions et le stade évolutif de la maladie. Ce travail de thèse a consisté en une caractérisation moléculaire des programmes d'activation macrophagique/ microgliale dans deux types d'altérations tissulaires du système nerveux central des patients SEP : les zones partiellement démyélinisées bordant les plaques de la moelle épinière et les lésions corticales. Cette étude a été réalisée sur des tissus post-mortem de patients atteints de formes progressives, formes dans lesquelles les lésions médullaires et corticales sont nombreuses et impliquées dans le handicap progressif et irréversible. Nous avons identifié des spécificités moléculaires caractérisant l'activation macrophagique/microgliale au cours de la SEP en comparant, par une approche in silico, les profils caractérisés à ceux observés dans des pathologies neuro-dégénératives à composantes inflammatoires, la maladie d'Alzheimer et de Parkinson notamment. Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que l'activation chronique des macrophages/cellules microgliales contribue à l'extension à bas bruit des lésions médullaires et corticales pendant la phase progressive de la SEP et proposent de nouvelles cibles thérapeutiques / Multiple sclerosis (MS) is a chronic neuro-inflammatory disease and the most common cause of chronic neurological disability in young adults. No treatment is currently available to prevent the aggravation of symptoms in the progressive forms of the disease. The involvement of macrophages and microglia in demyelination and axonal injury is well known but need to be further characterized. Especially, the high level of functional plasticity harboured by macrophages/ microglia suggests that these cells engage specific activation programs depending on the disease, its evolution stage and the localization of lesions. In this context, this phD thesis was essentially aimed to characterize macrophage/microglia activation programs in two categories of tissue alterations observed in the post-mortem central nervous system from MS patients: 1) partially demyelinated areas at the border of spinal cord plaques and 2) cortical lesions. These two particular types of lesions are both highly frequent in progressive forms of MS and suspected to be involved in chronic and irreversible neurological disability. Using an in silico approach, the macrophage/microglia activation programs identified in MS were then compared to those observed in neurodegenerative and inflammatory disorders such as Alzheimer's disease and Parkinson's disease. Overall, our results suggest that the chronic activation of macrophages and microglia largely contributes to the slow and chronic expansion of MS lesions in progressive forms of the disease. Our work also proposes new therapeutic targets

A tubulização tem sido considerada uma alternativa eficaz no reparo de lesões de nervos por permitir a aplicação local de fatores neurotróficos e facilitar estudos experimentais. A compreensão do mecanismo de ação no processo regenerativo é intrinsecamente dependente da identificação dos componentes moleculares ao longo dos processos degenerativo e regenerativo. A presente tese visa o estudo sequencial da identificação do perfil molecular da resposta imune no processo de regeneração de nervo entre duas técnicas microcirúrgicas: a tubulização látero-terminal (TLT) e a tubulização término-terminal (TTT). Ratas Wistar adultas foram submetidas à transecção bilateral do nervo fibular comum. Na técnica TLT: o nervo fibular foi seccionado e retirado 5mm de sua extensão, o coto proximal foi suturado na musculatura e um tubo de silicone vazio (6mm) foi interposto entre a lateral do nervo tibial (doador) e o coto distal do fibular. Na técnica TTT: o nervo fibular foi seccionado e retirado 5mm de sua extensão, e ambos os cotos foram suturados às extremidades do tubo de silicone vazio. Foram realizados os grupos experimentais: TLT convencional (TLT padrão), TLT com tubo fechado suturado a porção proximal (TLT F-P), TLT com tubo fechado suturado na porção distal (TLT FD), TTT convencional (TTT padrão), TTT com tubo fechado suturado ao coto proximal (TTT F-P), TTT com tubo fechado suturado ao coto distal (TTT F-D). O controle normal (grupo GN) foi o segmento de nervo retirado para a interposição do tubo. As análises foram realizadas em três tempos pós-cirurgia: 24 horas, 96 horas e 8 dias. As amostras foram processadas em teste comercial para identificação de anticorpos com intuito de determinar a intensidade de expressão de citocinas, quimiocinas e fatores de crescimento presentes no cone de crescimento dos diferentes grupos. Em 24h a expressão de citocinas foi similar entre os grupos, entretanto, o TLT apresentou maior número de quimiocinas expressas em relação ao TTT. O tempo de 96h foi o período com maior número de elementos que apresentaram aumento da expressão em ambos os grupos TLT e TTT, sendo o grupo TLT a apresentar número maior de quimiocinas e fatores de crescimento expressos. Em 8 dias, houve redução dos níveis de expressão de todos os elementos estudados em ambos os grupos, com exceção do CNTF que apresentou aumento de sua expressão no grupo TTT. Os grupos fechados proximais (TLT F-P e TTT F-P) apresentaram perfis de expressão distintos no tempo de 24h, não houve mudanças dos níveis de expressão de nenhum dos elementos do grupo TLT, sendo que, inversamente, o grupo TTT apresentou aumento da expressão de grande parte das proteínas estudadas. Em ambos os grupos TLT F-P e TTT F-P, os elementos investigados retornaram aos níveis basais de expressão em 96h e 8 dias. Os grupos fechados distais (TLT F-D e TTT F-D) apresentaram expressão mínima ou nenhuma dos elementos estudados. O presente estudo demonstrou que há diferenças quanto ao perfil molecular da resposta imune induzida por lesão de nervo entre as técnicas TLT e TTT. / Nerve tubulization has been considered an effective alternative to repair nerve damages due to allow the local application of growth factors and to facilitate experimental studies. The action mechanisms comprehension in nerve regeneration is intrinsically dependente of the molecular components identification over the degenerative and regenerative processes. The aim of this study was the sequencial analysis of the molecular identification of the imune response in nerve regeneration process between two microsurgical repair techniques: the end-to-side tubulization (EST) and the end-to-end tubulization (ETE). Bilateral transection of the common fibular nerve was done in adults female Wistar rats. EST model: the fibular nerve was sectioned and 5mm from his extension was removed, the proximal stump was sutured in the musculature and an empty silicone tube (6mm) was interposed between the lateral portion of the intact tibial donor nerve and the fibular nerve distal stump. ETE model: the fibular nerve was sectioned and 5mm from his extension was removed, both stumps were sutured to the silicone tube extremities. The experimentals groups done: EST conventional (EST standard), EST with closed tube sutured on the proximal portion (EST C-P), EST with closed tube sutured on the distal portion (EST C-D), ETE conventional (ETE standard), ETE with closed tube sutured on the proximal stump (ETE C-P), ETE with closed tube sutured on the distal stump (ETE C-D). The normal control (NG group) was the nerve extension removed to the tube interposition. The analyzes were performed in three times: 24 hours, 96 hours and 8 days. The samples were precessed on an antibody arrays to determine the expression intensity of cytokines, chemokines ans growth factors in the growth cone of the diferente groups. On 24h the cytokine expression was similar between groups, however, the ETE group presented a higher number of the expressed chemokines than ETS. The time 96h was the period with higher number of elements that presented increased expression in both groups EST and ETE, being the group ETS to presents higher number of the chemokines and growth factors expressed. In 8 days there was expression levels reduced of the all studied elements in both groups, with the exception of CNTF that presented increased expression on ETE group. The proximals closed groups (ETS C-P and ETE CP) presented different expression profiles on the time of 24h, there were no changes in the expression levels of any of the elements of the ETS group, whereas, conversely, the ETE group showed increased expression of a large part of the proteins studied. In both groups ETS C-P and ETE C-P, the investigated elements returned to baseline levels of expression at the 96h and 8 days dates. The distal closed groups (ETS C-D and ETE CD) presented minimal expression or no expression of the studied elements. This study demonstrates that there are differences referring to the molecular profile of the immune response induced by nerve damage between the ETS and ETE models.

A tubulização tem sido considerada uma alternativa eficaz no reparo de lesões de nervos por permitir a aplicação local de fatores neurotróficos e facilitar estudos experimentais. A compreensão do mecanismo de ação no processo regenerativo é intrinsecamente dependente da identificação dos componentes moleculares ao longo dos processos degenerativo e regenerativo. A presente tese visa o estudo sequencial da identificação do perfil molecular da resposta imune no processo de regeneração de nervo entre duas técnicas microcirúrgicas: a tubulização látero-terminal (TLT) e a tubulização término-terminal (TTT). Ratas Wistar adultas foram submetidas à transecção bilateral do nervo fibular comum. Na técnica TLT: o nervo fibular foi seccionado e retirado 5mm de sua extensão, o coto proximal foi suturado na musculatura e um tubo de silicone vazio (6mm) foi interposto entre a lateral do nervo tibial (doador) e o coto distal do fibular. Na técnica TTT: o nervo fibular foi seccionado e retirado 5mm de sua extensão, e ambos os cotos foram suturados às extremidades do tubo de silicone vazio. Foram realizados os grupos experimentais: TLT convencional (TLT padrão), TLT com tubo fechado suturado a porção proximal (TLT F-P), TLT com tubo fechado suturado na porção distal (TLT FD), TTT convencional (TTT padrão), TTT com tubo fechado suturado ao coto proximal (TTT F-P), TTT com tubo fechado suturado ao coto distal (TTT F-D). O controle normal (grupo GN) foi o segmento de nervo retirado para a interposição do tubo. As análises foram realizadas em três tempos pós-cirurgia: 24 horas, 96 horas e 8 dias. As amostras foram processadas em teste comercial para identificação de anticorpos com intuito de determinar a intensidade de expressão de citocinas, quimiocinas e fatores de crescimento presentes no cone de crescimento dos diferentes grupos. Em 24h a expressão de citocinas foi similar entre os grupos, entretanto, o TLT apresentou maior número de quimiocinas expressas em relação ao TTT. O tempo de 96h foi o período com maior número de elementos que apresentaram aumento da expressão em ambos os grupos TLT e TTT, sendo o grupo TLT a apresentar número maior de quimiocinas e fatores de crescimento expressos. Em 8 dias, houve redução dos níveis de expressão de todos os elementos estudados em ambos os grupos, com exceção do CNTF que apresentou aumento de sua expressão no grupo TTT. Os grupos fechados proximais (TLT F-P e TTT F-P) apresentaram perfis de expressão distintos no tempo de 24h, não houve mudanças dos níveis de expressão de nenhum dos elementos do grupo TLT, sendo que, inversamente, o grupo TTT apresentou aumento da expressão de grande parte das proteínas estudadas. Em ambos os grupos TLT F-P e TTT F-P, os elementos investigados retornaram aos níveis basais de expressão em 96h e 8 dias. Os grupos fechados distais (TLT F-D e TTT F-D) apresentaram expressão mínima ou nenhuma dos elementos estudados. O presente estudo demonstrou que há diferenças quanto ao perfil molecular da resposta imune induzida por lesão de nervo entre as técnicas TLT e TTT. / Nerve tubulization has been considered an effective alternative to repair nerve damages due to allow the local application of growth factors and to facilitate experimental studies. The action mechanisms comprehension in nerve regeneration is intrinsically dependente of the molecular components identification over the degenerative and regenerative processes. The aim of this study was the sequencial analysis of the molecular identification of the imune response in nerve regeneration process between two microsurgical repair techniques: the end-to-side tubulization (EST) and the end-to-end tubulization (ETE). Bilateral transection of the common fibular nerve was done in adults female Wistar rats. EST model: the fibular nerve was sectioned and 5mm from his extension was removed, the proximal stump was sutured in the musculature and an empty silicone tube (6mm) was interposed between the lateral portion of the intact tibial donor nerve and the fibular nerve distal stump. ETE model: the fibular nerve was sectioned and 5mm from his extension was removed, both stumps were sutured to the silicone tube extremities. The experimentals groups done: EST conventional (EST standard), EST with closed tube sutured on the proximal portion (EST C-P), EST with closed tube sutured on the distal portion (EST C-D), ETE conventional (ETE standard), ETE with closed tube sutured on the proximal stump (ETE C-P), ETE with closed tube sutured on the distal stump (ETE C-D). The normal control (NG group) was the nerve extension removed to the tube interposition. The analyzes were performed in three times: 24 hours, 96 hours and 8 days. The samples were precessed on an antibody arrays to determine the expression intensity of cytokines, chemokines ans growth factors in the growth cone of the diferente groups. On 24h the cytokine expression was similar between groups, however, the ETE group presented a higher number of the expressed chemokines than ETS. The time 96h was the period with higher number of elements that presented increased expression in both groups EST and ETE, being the group ETS to presents higher number of the chemokines and growth factors expressed. In 8 days there was expression levels reduced of the all studied elements in both groups, with the exception of CNTF that presented increased expression on ETE group. The proximals closed groups (ETS C-P and ETE CP) presented different expression profiles on the time of 24h, there were no changes in the expression levels of any of the elements of the ETS group, whereas, conversely, the ETE group showed increased expression of a large part of the proteins studied. In both groups ETS C-P and ETE C-P, the investigated elements returned to baseline levels of expression at the 96h and 8 days dates. The distal closed groups (ETS C-D and ETE CD) presented minimal expression or no expression of the studied elements. This study demonstrates that there are differences referring to the molecular profile of the immune response induced by nerve damage between the ETS and ETE models.

Os objetivos principais desta tese foram avaliar parâmetros bioquímicos gliais, inflamatórios e comportamentais em pacientes com lesão medular (LM) submetidos a um protocolo de dança, e em ratos submetidos aos protocolos de exercício voluntário e forçado. Para tanto, foram realizados 4 experimentos. No primeiro, os ratos foram submetidos a 4 semanas de exercício moderado em esteira ergométrica (20 min por dia). No segundo, os animais foram submetidos à 4 semanas de exercício voluntário em rodas de correr (12 horas por dia). No terceiro experimento, os ratos foram expostos à esteira ergométrica durante 2 semanas (20 min/dia) e, após o último treino, receberam uma injeção intraperitoneal de LPS. Neste último, a memória e aprendizagem dos animais foram investigadas. Ao término do período de exercício, ou após a injeção de LPS, as análises bioquímicas do hipocampo foram realizadas. O quarto experimento foi realizado com indivíduos com LM que foram submetidos a 4 semanas de dança. Análises sorológicas e comportamentais foram efetuadas. Os resultados mostraram que o exercício forçado promoveu o aumento da glutamina sintetase (GS) e diminuição de proteína glial fibrilar ácida (GFAP) e óxido nítrico (NO) no hipocampo, além de aumentar os níveis de corticosterona, o que pode estar mediando os efeitos do exercício sobre os astrócitos. O exercício voluntário induziu o aumento da GS e BDNF. A aplicação de LPS promoveu aumento dos níveis de TNF-α no hipocampo dos animais, o que coincidiu com o aumento dos níveis de S100B no fluído cerebrospinal. Os indivíduos com LM submetidos à dança apresentaram melhora significativa nos escores da Medida de Independência Funcional, Índice de Barthel, Escala de Berg e Escala Hospitalar de Ansiedade e Depressão, e aumento dos níveis sorológicos de BDNF. A dança não teve efeito sobre os parâmetros gliais, metabólicos e inflamatórios periféricos. Estes resultados sugerem que diferentes tipos de exercício físico exercem diferentes efeitos sobre os astrócitos hipocampais, o que pode interferir na indicação de um ou outro dependendo do objetivo a ser alcançado. O exercício em esteira pode ser uma atividade indicada para prevenção de doenças que envolvem neuroinflamação, e a dança pode ser uma intervenção terapêutica eficaz para reabilitação de indivíduos com lesão medular uma vez que contribui para melhora física e psicológica desta população. Tomados juntos, os resultados desta Tese ressaltam a importância da prática de exercício físico para o metabolismo neural, e a relevância de estudar os astrócitos para compreensão dos mecanismos envolvidos no efeito do exercício físico no SNC. / The main aim of this Thesis was to evaluate the biochemical glial, inflammatory and behavioral parameters, in patient with spinal cord injury (SCI) submitted to a protocol of dance, and in rats submitted to voluntary and forced exercise. Four experiments were made. In the 1st, the rats were submitted to 4 weeks of moderate exercise on treadmill (20 min per day). In the 2nd, the animals were submitted to 4 weeks of voluntary exercise on wheel running (12 hours per day). In the 3rd experiment, the rats were exposed to treadmill during 2 weeks (20 min per day) and, after the last session, they received intraperitoneal injection of LPS. In this last experiment, the memory and learning were investigated. At the finish of the exercise period, or after the LPS injection, the biochemical analysis of the hippocampus was realized. The 4th experiment was realized with individuals with spinal cord injury that were submitted to 4 weeks of dance practice. Behavioral and serological analyses were performed. Data show that treadmill running increased glutamine synthetase (GS) activity and decreased hippocampal glial fibrillary acidic protein (GFAP) and nitric oxide (NO) , as well as increased corticosterone level, that can mediate the effects of the exercise on astrocytes. The voluntary exercise increased GS and BDNF. The LPS administration increased hippocampal TNF-α level in rats concomitantly with the increase in the S100B levels in cerebrospinal fluid. The individuals with spinal cord injury submitted to dance showed a significant improve in the scores of Functional Independency Measure, Barthel Index, Berg Scale and Ansiety and Depression Hospitalar Scale, and a increase in the serologic levels of BDNF. The dance had no effect on glial, metabolic and inflammatory parameters. These results suggest that different types of exercise exert different effects on hippocampal astrocytes, which may interfere with the appointment of one or the other depending on the objective to be achieved. The treadmill exercise can be a good strategy in the prevention of neuroinflammatory diseases, and dance can be an effective therapeutic intervention for rehabilitation of individuals with SCI as it helps to improve physical and psychological conditions in this population. Taken together, the present data highlight the importance of physical exercise for neural functions, and the relevance of studying astrocytes to understand the mechanisms involved in the effect of exercise on CNS.

A neuroinflamação vem sendo estudada através da administração aguda, central ou periférica, de lipopolissacarídeos bacterianos (LPS) em roedores. A administração de LPS causa uma mudança na resposta imune do animal, aumentando os níveis de citocinas e outras quimiocinas inflamatórias. Essas alterações levam a um estado comportamental do tipo doente, que tende a ser extinto 24 h depois da administração de LPS, momento no qual se pode visualizar o desenvolvimento de um comportamento do tipo deprimido no animal. O hiperosídeo (HYP) é um flavonoide glicosilado, encontrado em diversas espécies vegetais e apresenta efeito do tipo antidepressivo, atividade citoprotetora, antioxidante e anti-inflamatória em roedores. O objetivo desse trabalho foi avaliar o efeito do flavonoide hiperosídeo (HYP) no modelo do comportamento de doente e do tipo deprimido induzidos pela administração de LPS em camundongos e sobre os níveis hipocampais de citocinas (IL-6, TNF, IFN-γ, IL-12 e IL-10) e quimiocina MCP-1. O modelo consistiu na exposição dos animais a uma sessão de 5 min de natação forçada (estímulo estressor) com posterior administração de LPS (600 μg/kg, i.p.) ou solução salina (10 mL/kg, i.p., SAL, animais controle do modelo). O comportamento de doente foi avaliado em campo aberto, através da medida do número de cruzamentos e score de sintomas, 06 e 24 h após a administração de LPS. O comportamento do tipo deprimido foi avaliado pela medida da imobilidade no teste de suspensão pela cauda (TSC) 24 h após a administração de LPS. Os tratamentos imipramina (IMI, 20 mg/kg), HYP (20 mg/kg) ou solução salina 10 mL/kg (grupo controle do tratamento) foram administrados (i.p.) 30 min antes (protocolo profilático) ou 5 h e 30 min depois (protocolo terapêutico) da administração de LPS ou SAL. Os níveis hipocampais de citocinas foram medidas por citometria de fluxo nos animais eutanasiados uma hora após o TSC. A administração profilática de HYP aumentou 12 os níveis de todas as citocinas tanto no grupo LPS quanto no grupo SAL. A análise da correlação citocinas pró-/anti-inflamatórias demonstrou que o tratamento profilático HYP resultou em uma correlação positiva IL-6/IL10 e TNF/IL-10 tanto nos animais SAL quanto LPS. A administração terapêutica de HYP aumentou somente os níveis de IL-10 e resultou em uma correlação IL-6/IL-10 positiva apenas no grupo SAL. Nos animais do grupo LPS, o tratamento terapêutico HYP aumentou os níveis de MCP-1 e resultou numa correlação positiva TNF/IL-10. O tratamento profilático HYP preveniu parcialmente o desenvolvimento do comportamento de doente, diminuindo o score de sintomas e o comportamento do tipo deprimido no grupo LPS. O tratamento terapêutico HYP preveniu o desenvolvimento do comportamento do tipo deprimido apenas no grupo SAL. A administração profilática de IMI nos animais SAL não alterou os níveis de IL-6, IL-10 e TNF, mas resultou em correlações IL-6/IL-10 e TNF/IL-10 positivas. Nos animais que receberam LPS, a administração profilática de IMI somente diminuiu os níveis de IL-6 e TNF, sem apresentar nenhuma correlação entre os níveis de citocinas. A administração terapêutica de IMI não alterou os níveis de nenhuma citocina, porém resultou em uma correlação TNF/IL-10 positiva. O tratamento profilático IMI preveniu tanto o desenvolvimento do comportamento de doente como do tipo deprimido. O tratamento terapêutico com IMI não reverteu os prejuízos induzidos pela administração de LPS, nem no comportamento de doente nem no do tipo deprimido. Em conclusão, os dados deste trabalho confirmam o efeito do tipo antidepressivo de hiperosídeo em camundongos e demonstram que o tratamento profilático com HYP tem efeito protetor parcial contra a manifestação dos sintomas de doente e comportamento do tipo deprimido induzidos pela natação forçada e administração de LPS. A ação do HYP pode estar relacionada ao aumento dos níveis hipocampais da citocina antiinflamatória IL-10. / The neuroinflammation has been studied through acute, central or peripheral administration of bacterial lipopolysaccharides (LPS) in rodents. LPS alters the animal immune response increasing the cytokines and others inflammatory chemokines levels. These alterations generate a group of symptoms and behavioral changes known as sickness behavior, which tends to be extinct 24 h after LPS administration when the animals develop a depressive-like behavior. Hyperoside (HYP) is a glycosylated flavonoid that present antidepressant, cytoprotective, antioxidant and anti-inflammatory properties in rodents. The aim of this study was to evaluate the HYP effects on sickness and depressive-like behaviors induced by LPS administration in mice as well as to investigate its effect on hippocampal cytokines (IL-6, TNF, IFN-γ, IL-12 e IL-10) and chemokine MCP-1 levels. The model consisted of a 5 min forced swimming session (stressor stimuli) with posterior LPS (600 μg/kg, i.p.) or saline (10 ml/kg, i.p., SAL) administration. The sickness behavior was assessed in the open field test by measuring the number of crossings and by scoring symptoms, 06 and 24 h after LPS administration. The depressive-like behavior was evaluated by measuring the immobility time in the tail suspension test (TST) 24 h after LPS administration. The treatments imipramine (IMI, 20 mg/kg), HYP (20 mg/kg) or saline 10 mL/kg (treatment control group) were administered (i.p.) 30 min before (prophylactic protocol) or 5 h and 30 min after (therapeutic protocol) LPS or saline (SAL - experiment control) administration. The cytokines levels were measured by flow cytometry in animals euthanized by decapitation 1 h after TST. The prophylactic administration of HYP increased all cytokines in both LPS and SAL groups, and resulted in an IL-6/IL-10 and a TNF/IL-10 positive correlation in both SAL and LPS animals. The therapeutic administration of HYP increased IL-10 levels, with an IL-6/IL10 positive correlation in SAL group only. In LPS animal group, the therapeutic 14 administration of HYP increased the MCP-1 levels and resulted in a TNF/IL-10 positive correlation. The prophylactic HYP did not prevent the reduction on spontaneous locomotion induced by LPS but decreased the symptoms score in LPS group and the depressive-like behavior in both LPS and SAL groups. The therapeutic HYP did not revert the sickness behavior and prevented the depressive-like behavior only in SAL group. The prophylactic IMI decreased IL-6 and TNF without any correlation between cytokines levels in animals that received LPS. In SAL animals, the prophylactic administration of IMI did not alter the cytokines levels but resulted in an IL-6/IL-10 and TNF/IL-10 positive correlations. The therapeutic IMI did not alter any cytokine levels, but resulted in a positive TNF/IL-10 correlation. The prophylactic IMI prevented both sickness and depressive-like behavior in LPS and SAL groups. The therapeutic IMI did not revert any LPS impairment. In conclusion, this study confirmed the antidepressant–like effect of hyperoside in mice and demonstrated that prophylactic treatment with this flavonoid partially protect the animals against sickness and depressive-like behaviors induced by LPS combined with forced swimming stress. Ability of HYP to increase the anti-inflammatory cytokine IL-10 hippocampal levels may underlies its effects on this model.

O envelhecimento, processo iminente a todo ser vivo, no SNC é caracterizado por alterações como, por exemplo, a neuroinflamação crônica, que estão associadas a processos de neurodegeneração e ao aumento da incidência de doenças neurológicas ligadas ao surgimento de demência. A insulina, o hormônio anabólico mais importante descoberto até hoje, tem sua sinalização como processo vital que está presente desde bactérias até a espécie humana e desde os tecidos periféricos até o SNC. Mesmo a sinalização cerebral de insulina sendo um tema bem definido na literatura, pouco se sabe sobre a sua função em células da glia, principalmente astrócitos e microglia, componentes chaves do processo de neuroinflamação. A neuroinflamação foi considerada, por muitos anos, tóxica ao SNC, mas atualmente evidências importantes têm sido encontradas sugerindo que processos pró-inflamatórios são primariamente benéficos ao cérebro ou encéfalo e podem assumir papel tóxico à medida que se tornam crônico. Assim, considerando o papel da insulina no SNC, bem como o aumento da expectativa de vida da população mundial que acarreta o aumento dramático da incidência de doenças neurodegenerativas, foi investigada, na presente tese a relação da sinalização fisiológica de insulina com processos cognitivos, neurotróficos e neuroinflamatórios e também a resistência na sinalização da mesma causada pelo envelhecimento cerebral. Foi demonstrado que a administração intracerebroventricular de insulina melhora a cognição de animais jovens, mas o mesmo não ocorre no envelhecimento. A nível celular e molecular, foi visto um distúrbio na conexão da sinalização de insulina e BDNF, bem como na ativação microglial e sinalização pró-inflamatória da insulina que parecem estar comprometidos no envelhecimento. Além disso, foi observado que a microglia é sensível à sinalização direta de insulina via PI3K e que essa sinalização microglial é adaptada e sofre mudanças na vida adulta. Em conjunto com a literatura, foi demostrado por esta tese que existe uma ruptura de paradigmas na interpretação dos processos neuroinflamatórios, que deixam de ser vistos somente como um fator tóxico ao cérebro, mas também como um artifício elementar de adaptação do SNC aos diversos estímulos que as células nervosas recebem durante o curso da vida, desde o nascimento até o envelhecimento. / Aging is a process that is found in all living being in the CNS. It is characterized by modifications, such as chronic neuroinflammation, which are associated with neurodegeneration and represent a risk factor for neurological diseases. Insulin is the most important anabolic hormone ever discovered. Insulin signaling represents an essential process that is present from bacteria to humans and from the periphery to the brain. Insulin signaling in the CNS is a well-defined topic in the literature. Most of the knowledge regarding brain insulin signaling still report findings in neurons and little is known about insulin function in glia, especially astrocytes and microglia that are key players of neuroinflammation. Neuroinflammation has been considered a toxic factor to the CNS, however, in the last few years, important evidences have been found that proinflammatory processes are primarily beneficial and may play a toxic role as soon as they become chronic. Thus, considering the role of insulin in the CNS, as well as the increased populational life spam worldwide, the present thesis investigated the relation of physiological insulin signaling and the brain insulin signaling caused by aging in cognition, neurochemistry and neuroinflammation. We showed that insulin intracerebroventricular administration improved the cognition of young animals, but the same was not observed in aging. At the cellular and molecular level, we found a disruption in the connection of insulin and BDNF signaling. We also show that a microglial activation and pro-inflammation triggered by insulin in young brain appear to be lost during aging. In addition, it was observed that microglia is sensitive to direct insulin signaling via PI3K and that this microglial signaling suffers adaptations and changes during life. Together with the recently changes in the literature, the findings of this work demonstrate that there is a rupture of paradigms in the interpretation of neuroinflammatory processes, which are no longer seen only as a toxic factor to the brain, but also as an smart adaptation of the CNS to the various stimuli that brain cells receive during the course of life, from birth to aging.

Submitted by Marcos Anselmo (marcos.anselmo@unipampa.edu.br) on 2016-04-04T19:33:42Z No. of bitstreams: 1 André Tiago Rossito Goes.pdf: 1026499 bytes, checksum: 77124a4a69965e808db970de8c093af4 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-04T19:33:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 André Tiago Rossito Goes.pdf: 1026499 bytes, checksum: 77124a4a69965e808db970de8c093af4 (MD5) Previous issue date: 2013-01-17 / A doença de Parkinson (DP) é caracterizada por uma degeneração progressiva dos neurônios dopaminérgicos do sistema nigroestriatal e depleção de dopamina (DA) no corpo estriado. O exercício físico tem demonstrado ser uma abordagem não farmacológica promissora para reduzir o risco de doenças neurodegenerativas. Este estudo investigou o efeito potencial neuroprotetor do treinamento de natação (TN) em um modelo animal da DP induzida por 6-hidroxidopamina (6-OHDA) em camundongos. O presente estudo demonstrou que um TN de 4 semanas foi eficaz em atenuar as seguintes deficiências resultantes da exposição a 6-OHDA: depressão como o comportamento em teste de suspensão da cauda, aumento no número de quedas no teste rota-rod; diferenciação na memória de longo prazo no teste de reconhecimento de objeto, o aumento dos níveis de espécies reativas; inibição da enzima glutationa peroxidase (GPx) atividades aumentadas da glutationa redutase (GR) e da glutationa S-transferase (GST), aumento do nível de interleucina 1-beta (IL-1β) e redução os níveis de DA, ácido homovanílico (HVA) e 3,4-di-hidroxifenilacético (DOPAC). Os mecanismos envolvidos no presente estudo são a modulação da atividade da GPx, GR e GST e níveis de IL-1β em um modelo de DP induzida pela 6-OHDA, em camundongos e portanto, a proteção contra a diminuição dos níveis de DA, DOPAC e HVA no estriado. Estes resultados reforçam que um dos efeitos induzidos pelo exercício em doenças neurodegenerativas, tais como DP, é devido ao efeito antioxidante e anti-inflamatório. Sugerimos que o exercício atenua os declínios cognitivos e motores, depressão, estresse oxidativo e neuroinflamação induzidas pela 6-OHDA suportando a hipótese de que o exercício pode ser usado como uma ferramenta não farmacológica para reduzir os sinais da DP. / Parkinson’s disease (PD) is characterized by progressive degeneration of dopaminergic neurons in the nigrostriatal system and dopamine (DA) depletion in the striatum. Exercise has been showed to be a promising non-pharmacological approach to reduce the risk of neurodegeneration disease. This study was designed to investigate the potential neuroprotective effect of swimming training (ST) in a mouse model of PD induced by 6-hydroxydopamine (6-OHDA) in mice. The present study demonstrated that an 4-week ST was effective in attenuating the following impairments resulting from 6-OHDA exposure: depressive-like behavior in tail suspension test; increase in number of falls in rota rod test; impairment on long-term memory in the object recognition test; increased reactive species levels; inhibition of the glutathione peroxidase (GPx) activity and rise the glutathione reductase (GR) and glutathione S-transferase (GST) activities; increased interleukin 1-beta (IL-1β) level and decrease the levels of DA, homovanillic acid (HVA) and 3,4-dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC)). The mechanisms involved in this study are the modulation of GPx, GR and GST activities and IL-1β level in a PD model induced by 6-OHDA in mice, and hence protecting against the decrease of DA, DOPAC and HVA levels in striatum of mice. These findings reinforce that one of the effects induced by exercise on neurodegenerative disease, such as PD, is due to antioxidant and anti-inflammatory properties. We suggest that exercise attenuates cognitive and motor declines, depression, oxidative stress, and neuroinflammation induced by 6-OHDA supporting the hypothesis that exercise can be used as a non-pharmacological tool to reduce the signs of PD.

Submitted by Marcos Anselmo (marcos.anselmo@unipampa.edu.br) on 2016-04-08T18:49:28Z No. of bitstreams: 1 Leandro Cattelan Souza.pdf: 1347752 bytes, checksum: 37af779076bce3e7cf38f50d1bf1dce6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-08T18:49:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leandro Cattelan Souza.pdf: 1347752 bytes, checksum: 37af779076bce3e7cf38f50d1bf1dce6 (MD5) Previous issue date: 2013-01-17 / A doença de Alzheimer (DA) é uma desordem crônico-degenerativa, caracterizada clinicamente por uma perda gradual e progressiva da memória. Há um substancial corpo de evidências demonstrando o papel central do peptídeo beta-amilóide (Aβ) na fisiopatologia da DA. A administração intracerebral desde peptídeo em roedores tem mostrado ser um modelo bastante útil para o estudo desta doença e intervenções neuroprotetoras. Portanto, o objetivo do presente trabalho foi investigar o efeito de um treinamento de natação (ST) sobre o comportamento cognitivo e marcadores de estresse oxidativo e neuroinflamação em um modelo de doença de Alzheimer induzido pelo peptídeo Aβ1-40 em camundongos Swiss Albinos. Os animais foram distribuídos aleatoriamente em 4 grupos: (1) sedentário/veículo; (2) sedentário/Aβ1-40; (3) exercício/veículo; (4) exercício/Aβ1-40. Os grupos Aβ receberam infusão intracerebroventricular (i.c.v.) do peptídeo Aβ1-40 (3μl/sítio; 400pmol/animal) e os grupos veículo infusão i.c.v. de veículo PBS (phosphate-buffered-saline; 3μl/sítio). Os grupos exercício foram submetidos a um ST com aumento progressivo de intensidade e duração por 8 semanas (5x/semana), e os grupos sedentários mantidos em inatividade física. Após 24 horas da última sessão de exercício, os camundongos receberam Aβ1-40 ou PBS (rota i.c.v.). Sete dias após as infusões i.c.v., os camundongos foram submetidos a testes comportamentais e, finalmente, à eutanásia. O hipocampo (HC) e o córtex pré-frontal (PFC) foram removidos para os ensaios bioquímicos. Nossos resultados demonstraram que o ST foi efetivo em atenuar as seguintes alterações causadas pelo peptídeo Aβ1-40: (1) prejuízos nas memórias de curto e longo prazo no teste de reconhecimento de objetos, sem alterar a atividade locomotora; (2) aumento dos níveis de espécies reativas (RS) e diminuição dos níveis de tióis não-protéicos (NPSH) no HC e PFC; (3) inibição da atividade da superóxido dismutase (SOD) e aumento da atividade da glutationa peroxidase (GPx), glutationa redutase (GR) e glutationa-S-transferase (GST) no HC e PFC; (4) Aumento dos níveis de interleucina-1 beta (IL-1β) e fator de necrose tumor-alfa (TNF-α) e diminuição dos níveis de interleucina-10 (IL-10) no HC e PFC. Em conclusão, nós sugerimos que o exercício regular pode prevenir o declínio cognitivo, o estresse oxidativo e a neuroinflamação induzida pelo peptídeo Aβ1-40 em camundongos, suportando a hipótese de que o exercício pode ser utilizado como uma medida não-farmacológica para reduzir os sintomas da DA. / Alzheimer’s disease (AD) is a chronic degenerative disorder, clinically characterized by gradual and progressive decline in memory. There is a substantial body of evidence demonstrating the central role of beta-amyloid (Aβ) peptide in the pathophysiology of AD. The administration of this peptide into the brain of rodents has been shown to be a useful model for the study of this disease and neuroprotective interventions. Thus, the aim of this study was to investigate the effect of swimming training (ST) on cognitive behavioral and markers of oxidative stress and neuroinflammation in a mouse model of DA induced by Aβ1-40 peptide. The animals were randomly assigned into four groups: (1) sedentary/vehicle; (2) sedentary/Aβ1-40; (3) exercise/vehicle; and (4) exercise/Aβ1-40. Aβ1-40 groups received intracerebroventricular (i.c.v.) injection of Aβ1-40 (3μl/site; 400pmol/mouse) and vehicle groups received i.c.v. injection of PBS (phosphate-buffered-saline; 3μl/site). Exercise groups were submitted to swimming training (ST) with progressive increase in time and duration for 8 weeks (5x/week), and sedentary groups were kept in physical inactivity. After 24h of last bout of ST, mice received Aβ1-40 or vehicle (by i.c.v. route). Seven days after i.c.v. injections, mice were submitted to cognitive behavioural tests and, finally, submitted to euthanasia. The hippocampus (HC) and prefrontal cortex (PFC) were removed for biochemical assays. Our results demonstrated that ST was effective in attenuating the following impairments caused by Aβ1-40 peptide: (1) impairment on short-term and long-term memories in object recognition test, without altering the locomotor activity; (2) increased reactive species (RS) levels and decreased non-protein thiols (NPSH) levels in HC and PFC; (3) inhibition of the superoxide dismutase (SOD) activity and increase in glutathione peroxidase (GPx), glutathione reductase(GR) and glutathione S-transferase (GST) activities in HC and PFC; and (4) increased tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) and interleukin-1 beta (IL-1β) levels and reduced and interleukin-10 (IL-10) levels in HC and PFC. In conclusion, we suggest that regular exercise may prevent cognitive decline, oxidative stress and neuroinflammation induced by Aβ1-40 peptide in mice, supporting the hypothesis that exercise can be used as a non-pharmacological tool to reduce the symptoms of DA.

Ethanol causes neurotoxicity via several mechanisms at different points in the cycle of dependence, including neuroinflammation and oxidative stress during ethanol exposure as well as excitotoxicity during ethanol withdrawal. The primary therapeutic implication is that ethanol-induced neurotoxicity requires multifunctional pharmacotherapies which reduce all mechanisms. Using an innovative pharmacological high throughput screening method on a large plant extract library we discovered flavonoids with alpha7 nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) activity. In addition to their well-known anti-inflammatory and antioxidant properties, this novel activity means they can potentially reduce excitotoxicity and therefore makes them ideal for inhibition of ethanol-induced neurotoxicity. Rhamnetin, the candidate compound, was first found to inhibit lipopolysaccharide induced inflammation in immortalized BV2 microglia, in part, via alpha7 nAChRs. We then established an in vitro model of ethanol induced-neurotoxicity using organotypic hippocampal slice cultures which incorporated both neuroinflammatory and excitotoxic components. Neuroinflammation enhanced excitotoxicity under control conditions but the reverse was observed during ethanol withdrawal. Both mechanisms are important but their interaction is not simple. Finally, rhamnetin was evaluated in this model and found to reduce neuroinflammation and excitotoxicity associated with ethanol withdrawal. In conclusion, the studies herein provide strong evidence for alpha7 nAChRs selective flavonoids as potential pharmacotherapies for the treatment of ethanol-induced neurotoxicity and further implicate neuroinflammation, excitotoxicity, and their interaction as critical mechanisms in this pathology.