Orientador: Lea Rodrigues Simioni / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-25T13:45:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Floriano_RafaelStuani_D.pdf: 3786286 bytes, checksum: a2855e3dd5b20280b1bf65e08007ab09 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho, nós examinamos a atividade neuromuscular do veneno de Bothriopsis bilineata smaragdina (serpente de floresta) e de sua toxina Bbil-TX (fosfolipase A2 Asp49) em preparações nervo-músculo isoladas de vertebrados. Em preparações BC, o veneno causou bloqueio neuromuscular concentração-dependente (0,1-30 ?g/mL) que não foi reversível por lavagem, com 50% de bloqueio ocorrendo em 90-15 min. Contratura muscular em resposta à ACh exógena e ao KCl não foram afetadas pelo veneno, mas houve um discreto aumento na liberação de CK após 60 min [UI/mL: de 80 ± 15 (basal) para 113 ± 22; n = 6; p > 0,05]. Em preparações NFD, o veneno (1, 10 e 30 ?g/mL) produziu marcante facilitação da neurotransmissão (~120% de aumento acima do basal) com a maior concentração seguida por bloqueio neuromuscular completo após 120 min; os efeitos com as menores concentrações foram considerados menos marcantes. O veneno aumentou o conteúdo quântico após 15 e 30 min de incubação seguido por significativa inibição ?90 min. No entanto, o veneno não alterou o potencial de membrana muscular ou a resposta despolarizante ao carbacol. Em ambas as preparações, incubação a 22-24 °C ao invés de 37 °C atrasou o início do bloqueio, como fez também a inibição da atividade PLA2 do veneno. Em preparações NFD curarizadas, o veneno produziu apenas uma discreta facilitação muscular. Estes resultados indicam que o veneno de B. b. smaragdina causa bloqueio neuromuscular in vitro por um mecanismo pré-sináptico envolvendo PLA2. Também foi investigada a atividade neuromuscular de Bbil-TX, uma PLA2 com atividade catalítica isolada do veneno de B. b. smaragdina, em preparações BC e NFD. Em preparações BC, Bbil-TX (35-702 nM) causou bloqueio tempo- e concentração-dependente que não foi reversível por lavagem; os tempos para causar 50% de bloqueio foram 87 ± 7, 41 ± 7 e 19 ± 2 min (média ± EPM; n = 4-6) para 70, 351 and 702 nM, respectivamente. Contraturas musculares à ACh exógena e KCl não foram alteradas. A toxina (702 nM) também não alterou as respostas contráteis de preparações BC curarizadas (d-Tc; 14,8 ?M) e diretamente estimuladas. No entanto, Bbil-TX (702 nM) produziu moderada alteração morfológica (fibras edemaciadas e/ou hipercrômicas) em BC; houve também uma progressiva liberação de CK [UI/mL: de 116 ± 17 (basal) para 961 ± 48 após 60 min; n = 6; p < 0,05]. O bloqueio neuromuscular induzido por Bbil-TX (351 nM) foi significativamente inibido a 22-24 °C e o pré-tratamento com p-BPB aboliu seu bloqueio. Bbil-TX (210 nM, 702 nM e 2 ?M; n = 4-6) causou bloqueio parcial tempo- e concentração-dependente em preparações NFD (52 ± 2% com a maior concentração). Bbil-TX (2 ?M) também reduziu significativamente a frequência de PsPTM/min [de 26 ± 2,5 (basal) para 10 ± 1 após 60 min; n = 5; p < 0,05] e o conteúdo quântico [de 94 ± 14 (basal) para 24 ± 3 após 60 min; n = 5; p < 0,05] de preparações NFD, mas causou apenas uma discreta alteração do potencial de membrana em repouso [de -80 ± 1 mV (basal) para -66 ± 2 mV após 120 min; n = 5; p < 0,05], com nenhuma alteração significativa na resposta despolarizante ao carbacol. Estes resultados mostram que Bbil-TX é uma PLA2 pré-sináptica que contribui para o bloqueio neuromuscular causado pelo veneno de B. b. smaragdina. A atividade neuromuscular do veneno de B. b. smaragdina e o mecanismo de ação de Bbil-TX no sistema nervoso periférico foi examinado também em outras preparações neuromusculares isoladas de camundongo. Em preparações NFD mantidas em solução fisiológica com baixo Ca2+, o veneno de B. b. smaragdina (3 ?g/mL) produziu uma alteração trifásica nas respostas contráteis enquanto que a maior concentração (10 ?g/mL) produziu uma abrupta e marcante contratura inicial a qual foi seguida por facilitação neuromuscular, oscilações rítmicas das contrações evocadas, alterações na linha de base e progressivo bloqueio neuromuscular. O veneno também atrasou a fase de relaxamento da resposta contrátil aumentando o tempo de decaimento constante. Em condições de baixo Ca2+, Bbil-TX (210 nM) causou um progressivo aumento na amplitude das respostas contráteis (83 ± 19 % acima dos valores basais após 120 min) em preparações NFD; não houve alteração no tempo de decaimento constante após tratamento com a toxina. O veneno de B. b. smaragdina (10 ?g/mL) e Bbil-TX (210 nM) causaram discreta alteração na amplitude do potencial de ação composto registrado em preparações NC de camundongo (veneno: 20 ± 2,1% e toxina: 17 ± 2,4% de redução abaixo dos valores basais; n = 3; p < 0,05) e nenhum efeito significativo sobre o tempo de subida e a latência; Tetrodotoxina (3,1 nM) bloqueou os potenciais no final dos experimentos. Em preparações TSn-m, veneno (10 ?g/mL) e Bbil-TX (210 nM) causaram significativa redução na forma de onda perineural associada à corrente K+ (veneno: 35 ± 7,2% e toxina: 26 ± 1,4% de redução abaixo dos valores basais; p < 0,05; n = 3-5) enquanto que a amplitude da corrente de Na+ não foi significativamente afetada (veneno: 18 ± 3,3% e toxina: 15 ± 2,4% de redução abaixo dos valores basais; p > 0,05; n = 3-5). Bbil-TX (210 nM) causou aumento nos valores de conteúdo quântico de preparações TSn-m mantidas em baixo Ca2+ [de 9,6 ± 1,1 (t0) para 31,4 ± 7,7 (t60), p < 0,05; n = 4]. O veneno (3 ?g/mL) e toxina (210 nM) induziram aumento na fluorescência ao cálcio em células SK-N-SH marcadas com indicador sensível ao Ca2+ Fluo3 AM (4 ?M) e mantidas em solução fisiológica com normais condições de Ca2+ ou com baixo Ca2+. Em células mantidas em Ca2+ normal, o aumento na amplitude de fluorescência foi acompanhado por irregular e frequente movimento de Ca2+. Em preparações TSn-m marcadas com Fluo4 AM (4 ?M), o veneno de B. b. smaragdina causou imediato aumento na concentração de Ca2+ intracelular de fibras musculares seguido por frequente oscilação na fluorescência e contratura muscular; Bbil-TX não induziu nenhuma alteração na fluorescência ao cálcio em fibras musculares de preparações TSn-m. Secções de preparações NFD pré-tratadas com Bbil-TX (210 nM) destinadas à imunohistoquímica foram marcadas positivamente para receptores juncionais de ACh mas houve perda de marcação para as proteínas pré-sináptica sinaptofisina e SNAP25. Juntos, estes dados indicam que Bbil-TX tem alta seletividade de ação sobre a região pré-sináptica semelhantemente a outras neurotoxinas PLA2 modulando a atividade neuromuscular do veneno de B. b. smaragdina / Abstract: In this work, we examined the neuromuscular activity of Bothriopsis bilineata smaragdina (forest viper) venom and its toxin Bbil-TX (Asp49 phospholipase A2) in vertebrate isolated nerve-muscle preparations. In chick biventer cervicis preparations (BC) the venom caused concentration-dependent (0.1-30 ?g/ml) neuromuscular blockade that was not reversed by washing, with 50% blockade occurring in 15-90 min. Muscle contractures to exogenous acetylcholine and KCl were unaffected by the venom, but there was a slight increase in creatine kinase release after 60 min [IU/ml: from 80 ± 15 (basal) to 113 ± 22; n = 6; p > 0.05]. In mouse phrenic nerve-diaphragm preparations (PND), the venom (1, 10 and 30 ?g/ml) produced marked facilitation (~120% increase above basal) at the highest concentration followed by neuromuscular blockade; the effects at lower concentrations were considerably less marked. The venom increased quantal content values after 15 and 30 min followed by significant inhibition at ?90 min. However, the venom did not alter the muscle membrane resting potential or the response to exogenous carbachol. In both preparations, incubation at 22 °C instead of 37 °C delayed the onset of blockade, as did inhibition of venom PLA2 activity. In curarized mouse preparations, the venom produced only muscle facilitation. These results indicate that B. b. smaragdina venom causes neuromuscular blockade in vitro by a presynaptic mechanism involving PLA2. It was also investigated the neuromuscular activity of Bbil-TX, a PLA2 with catalytic activity isolated from B. b. smaragdina venom, in BC and PND preparations. In BC preparations, Bbil-TX (35-702 nM) caused time- and concentration-dependent blockade that was not reversed by washing; the times for 50% blockade were 87 ± 7, 41 ± 7 and 19 ± 2 min (mean ± SEM; n = 4-6) for 70, 351 and 702 nM, respectively. Muscle contractures to exogenous ACh and KCl were unaffected. The toxin (702 nM) also did not affect the twitch-tension of directly stimulated, curarized (d-Tc, 14.8 ?M) BC preparations. However, Bbil-TX (702 nM) produced mild morphological alterations (edematous and/or hyperchromic fibers) in BC; there was also a progressive release of CK [IU/ml: from 116 ± 17 (basal) to 961 ± 48 after 60 min; n = 6; p < 0.05]. Bbil-TX (351 nM)-induced blockade was markedly inhibited at 22-24 °C and pretreatment with p-BPB abolished the neuromuscular blockade. Bbil-TX (210 nM, 702 nM and 2 ?M; n = 4-6) caused partial time- and concentration-dependent blockade in PND preparations (52 ± 2% at the highest concentration). Bbil-TX (2 ?M) markedly reduced the MEPPs frequency/min [from 26 ± 2.5 (basal) to 10 ± 1 after 60 min; n = 5; p < 0.05] and the quantal content [from 94 ± 14 (basal) to 24 ± 3 after 60 min; n = 5; p < 0.05] of PND preparations, but caused only minor depolarization of the membrane resting potential [from -80 ± 1 mV (basal) to -66 ± 2 mV after 120 min; n = 5; p < 0.05], with no significant change in the depolarizing response to exogenous carbachol. These results show that Bbil-TX is a presynaptic PLA2 that contributes to the neuromuscular blockade caused by B. b. smaragdina venom. The neuromuscular activity of B. b. smaragdina venom and the mechanism of action of Bbil-TX on peripheral nervous system have been further examined in mouse nerve-muscle preparations in vitro. In PND preparations maintained in low Ca2+ physiological salt solution (PSS), B. b. smaragdina venom (3 ?g/ml) caused a triphasic change in twitch height while the xv highest concentration (10 ?g/ml) produced an abrupt and marked initial contracture which was followed by neuromuscular facilitation, rhythmic oscillation of nerve evoked twitch, alteration in base line and progressive blockade. The venom also slowed the relaxation phase of the muscle twitch increasing the constant decay time. Under low Ca2+ conditions, Bbil-TX caused a progressive increase in twitch amplitude (83 ± 19 % above basal values after 120 min) in PND preparations; there was no change in the constant decay time after treatment with toxin. B. b. smaragdina venom (10 ?g/ml) and Bbil-TX (210 nM) caused minor changes in the amplitude of the compound action potential (CAP) recorded from SN preparations (venom: 20 ± 2.1 % and toxin: 17 ± 2.4 % of reduction below basal values; n = 3; p < 0.05) and no significant effect on rise time and latency; tetrodotoxin (3.1 M) blocked the CAP at the end of the experiments. In TSn-m preparations, both venom (10 ?g/ml) and Bbil-TX (210 nM) caused significant reduction in the perineural waveform associated with the outward K+ current (venom: 35 ± 7.2 % and toxin: 26 ± 1.4 % of reduction below basal values; p < 0.05; n = 3-5) while the amplitude of the inward Na+ current was not significantly affected (venom: 18 ± 3.3 % and toxin: 15 ± 2.4 % of reduction below basal values; p > 0.05; n = 3-5). Bbil-TX (210 nM) caused progressive increase in quantal content in TSn-m preparations maintained in low Ca2+ PSS [from 9.6 ± 1.1 (t0) to 31.4 ± 7.7 (t60), p < 0.05; n = 4]. Venom (3 ?g/ml) and toxin (210 nM) induced increase in calcium fluorescence in neuroblastoma cell line SK-N-SH loaded with calcium sensitive indicator Fluo3 AM (4 ?M) and maintained in low Ca2+ or normal Ca2+ PSS. In those cells maintained in normal Ca2+ PSS, the increase in fluorescence amplitude was accompanied by irregular and frequent calcium transients. In TSn-m preparations loaded with Fluo4 AM (4 ?M), B. b. smaragdina venom (10 ?g/ml) caused immediate increase in Ca2+ intracellular of muscle fibres followed by frequent oscillation in fluorescence and muscle contracture; Bbil-TX did not induce any change in calcium fluorescence in TSn-m preparations. Immunohistochemical sections of PND preparations pretreated with Bbil-TX (210 nM) were labeled positively for junctional ACh receptors but there was loss of labeling for presynaptic proteins synaptophysin and SNAP25. Together, these data indicate that Bbil-TX has high selectivity of action under the presynaptic region similarly as other PLA2 neurotoxins modulating the neuromuscular activity of B. b. smaragdina venom / Doutorado / Farmacologia / Doutor em Farmacologia

Orientador: Léa Rodrigues Simioni / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-18T22:38:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_DelkiaSeabrade_M.pdf: 1400052 bytes, checksum: a886434537e4c9307797b649e17cd63c (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Bothrops alcatraz é uma serpente do Arquipélago de Alcatrazes no litoral norte do estado de São Paulo, Brasil, recentemente descrita. Neste trabalho foram analisados os efeitos neuromusculares do veneno de B. alcatraz em preparações isoladas de biventer cervicis de pintainho (BC) e nervo frênico-diafragma de camundongo (NFD), sob estimulação elétrica indireta (0.1 Hz; 0.2 ms). Em preparações BC, o veneno causou bloqueio neuromuscular completo e irreversível nas concentrações de 10, 50 e 100 g/ml em 90 ± 2, 80 ± 1 e 50 ± 1 min, respectivamente (n = 6-9). Nestas mesmas concentrações, as respostas contraturantes evocadas pela adição exógena de ACh (110 mM) foram 27±10, 8±4 e 0%, respectivamente, e do KCl (20 mM) em 45±11, 24±6 e 39±7%, respectivamente. O veneno de B. alcatraz mostrou-se pouco ativo na preparação NFD de camundongo, pois mesmo ensaiado na concentração de 100 g/ml (n=4) causou apenas 30±4% de bloqueio neuromuscular após 120 min de incubação. Em preparações BC previamente curarizadas (d-Tc, 10 g/ml), seguida pela adição do veneno (10 g/ml), por 120 min de incubação, observou-se o retorno da resposta contrátil em 81±7% (n= 4), após sucessivas lavagens. O veneno de B. alcatraz exibiu baixa atividade fosfolipásica quando comparado ao veneno de Crotalus durissus terrificus (A425nm 0,06 ± 0,02 vs 0,2 ± 0,03; n = 4). A análise morfológica in vitro da preparação BC, mostrou, em ambas as concentrações de veneno analisadas (10 e 100 g/ml), dano musculares, sendo 18,1±1,5% e 24,7±6,6% (n= 5), respectivamente, quando comparadas ao controle (7,9±2,4%). Paralelamente também foi observado um aumento significativo na medida da liberação de CK, de 1441 ± 173 (10 g/ml) e 1797 ± 343 (100 g/ml) vs 282 ± 27 U/L da preparação controle, aos 120 min. O estudo sobre a neutralização do veneno pelo antiveneno botrópico comercial, mostrou que foram necessárias altas concentrações do antiveneno (15 vezes mais que o recomendado pelo fabricante) para neutralizar a ação do veneno de B. alcatraz (10 g/ml). Conclui-se que o veneno de B. alcatraz promove bloqueio neuromuscular total e irreversível em preparações de ave, por atuar inicialmente nos receptores colinérgicos e por causar efeito miotóxico tardio; todos estes efeitos foram neutralizados pelo antiveneno botrópico comercial dependendo da concentração de veneno utilizada / Abstract: Bothrops alcatraz is a recently described pitviper from the Alcatrazes Archipelago off the northern coast of São Paulo state, Brazil. The neuromuscular effects of B. alcatraz venom were examined in chick isolated biventer cervicis preparations. In indirectly stimulated preparations, venom (10, 50 and 100 g/ml, n=6-9) caused progressive, irreversible neuromuscular blockade that was complete in 90±2, 80±1 and 50±1 min (mean±SEM), respectively. Venom (10 and 100 g/ml) also inhibited contractures to exogenous ACh (110 ?M) (by 73% and 100%, respectively), but only partially inhibited contractures to KCl (20 mM) (by 55% and 61%, respectively). These same venom concentrations increased the proportion of damaged fibers from 7.9±2.4% (saline control) to 18.1±1.5% and 24.7±6.6%, respectively (p<0.05) and increase in the activity of CK release (1441 ± 173 and 1797 ± 343 vs 282 ± 27 U/L respectively). Bothrops alcatraz venom had low PLA2 activity compared to South American rattlesnake (Crotalus durissus terrificus) venom (A425nm 0.06±0.02 vs 0.2±0.03; n=4). Pretreating the preparations with d-tubucurarine (10 g/ml) prevented the neuromuscular blockade. Commercial bothropic antiserum effectively neutralized the neuromuscular action of B. alcatraz venom. In conclusion, B. alcatraz venom causes neuromuscular blockade by interfering with cholinergic receptors but is only mildly myotoxic. Commercial antivenom neutralizes the neuromuscular blockade / Mestrado / Mestre em Farmacologia

Orientador: Humberto Santo Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-20T21:05:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferretti_Renato_D.pdf: 15919724 bytes, checksum: 2e3e4ba8b562aaaaf3dde85b2e810561 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Os músculos intrínsecos da laringe (MIL) são protegidos da mionecrose em camundongos mdx, modelo da distrofia muscular de Duchenne (DMD). A DMD caracteriza-se pela mionecrose, causada pela ausência da proteína distrofina (DIS). A DIS se une a um complexo glicoproteínas (CDG), que auxilia na estabilidade da fibra e interage com proteínas reguladoras do Ca2+. O sarcolema instável dado pela ausência da DIS, diminuição de proteínas do CDG, desregulação de canais de Ca2+ e leva ao influxo de Ca2+ exacerbado, associado à diminuição da homeostase do Ca2+ intracelular e capacidade do estresse oxidativa, resulta na mionecrose. A utrofina (Utrn), semelhante à proteína DIS, se conecta às proteínas do CDG, parece ter papel na agregação dos receptores de acetilcolina (AChRs) nas junções neuromusculares (JNM) e auxiliaria na proteção da mionecrose. Neste trabalho examinamos os níveis das proteínas do CDG (beta-distroglicana [b-DG], beta-sarcoglicana [b-SG] e alfa-sintrofina [a-SIN]), da Utrn, de canais de estoque do Ca2+ (SOCE; proteínas Orai e STIM1) e proteína relacionada ao estresse oxidativo na mitocôndria (PGC-1a) em MIL distróficos. Além disso, analisamos o padrão de distribuição da Utrn e AChRs nas JNM de MIL distróficos. A análise da b-DG, b-SG, a- SIN e da Utrn pela técnica de imunohistoquímica e western blotting, mostrou que nos MIL distróficos os níveis da b-DG e da Utrn são normais em MIL adultos comparados com controle. Com envelhecimento, os níveis de proteínas do CDG e Utrn são alterados em MIL distróficos e parece não estar relacionado a proteção da mionecrose. Com emprego de técnicas moleculares e bioquímicas para análise de canais de estoque do Ca2+ (Orai e STIM1) e proteína do estress oxidativo na mitocôndria (PGC-1a), foram observados níveis aumentados de STIM1, com similar aumento da proteína calmodulina (CaM), bem como aumento da expressão do PGC-1a em MIL distróficos. Músculos acometidos distróficos apresentaram diminuição na expressão destas proteínas. Utilizando imunohistoquimica e microscopia confocal, foi observado que o padrão de distribuição da Utrn e dos AChRs não se altera nas JNM de MIL mdx. Em fibras regeneradas tanto o padrão de distribuição da Utrn quanto dos AChRs mostraram-se alterados. Pode-se concluir que os MIL de camundongos mdx apresentam manutenção dos níveis normais de proteínas do CDG e da Utrn, bem como o aumento de STIM1, CaM e PGC-1a, poderiam auxiliar, pelo menos em parte, à proteção da mionecrose / Abstract: The intrinsic laryngeal muscles (ILM) are protected from myonecrosis in the mdx mouse model of Duchenne muscular dystrophy (DMD). The DMD is characterized by myonecrosis, resulting from the absence of dystrophin protein. Dystrophin links the cytoskeleton to a complex of glycoprotein, the dystrophin-glycoprotein complex (DGC), which interacts with Ca2+-dependent channels for signaling and stability of the muscle membrane. In the absence of dystrophin, the sarcolemma becomes instable due to a decrease in the DGC level, deregulation of Ca2+-dependent channels, which increase Ca2+ influx, decreased Ca2+-handling and oxidative stress capacity, that result in muscle fiber necrosis. Utrophin (Utrn), similarly to the dystrophin, conects to DGC proteins, assembles the acethylcoline receptors (AChRs) at the neuromuscular junctions (NMJ) and may play a role in dystrophic muscle sparing. In this study, we examined the levels of DGC proteins (beta-dystroglycan [b-DG], beta-sarcoglycana [b-SG], alpha-syntrophin [a-SIN]), Utrn, store-operated Ca2+ channels (SOCE; STIM1 and Orai1 proteins), and mitochondrial oxidative protein (PGC-1a) in dystrophic ILM. We also examined the distribution of Utrn and AChRs in the dystrophic ILM NMJ. Immunohistochemistry and western blotting analyses of b-DG, b-SG and a-SIN, and the Utrn showed normal levels in adult dystrophic ILM compared with adult control. In aged mice, a dramatic decrease in DGC levels was observed in all dystrophic muscles compared with control. There are age-related alterations in DGC in the ILM of mdx mice, regardless of their protection against the lack of dystrophin. Using biochemical and molecular techniques to analyze SOCE proteins and mitochondrial oxidative protein (PGC-1a), we observed increased levels of STIM1, associated with increased level of calmodulin (CaM), and increased level of PGC-1a in dystrophic ILM. Dystrophic affected muscles have decreased levels of those proteins. Using molecular and biochemical methods we observed that Utrn and AChRs are fragmented only in affected muscle fibers and remaining unchanged in dystrophic MIL. We conclude that in adult dystrophic MIL the rescue of the DGC, increased levels of STIM1, CaM and PGC-1a, may be associated, at least in part, with their protection against myonecrosis / Doutorado / Anatomia / Doutor em Biologia Celular e Estrutural

Orientador : Maria Julia Marques / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-03T23:03:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendes_ZarifTorresRehder_M.pdf: 784934 bytes, checksum: dac9ec18f5f84c47d0194a64020fd1d8 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: No presente trabalho estudamos o padrão de distribuição dos receptores de acetilcolina (AChRs) e terminais nervosos em animais C57BL/10, após longo período de regeneração muscular. A degeneração-regeneração muscular foi induzida pelo anestésico local cloridrato de lidocaína no músculo esternomastóideo. Após 90 e 150 dias, os músculos foram retirados e os AChRs e terminais nervosos marcados com rodamina-a-bungarotoxina e anti-neurofilamento, respectivamente e observados através de microscopia de fluorescência confocal. Em todas as junções superficiais da fibra regenerada observada (n=416 junções) os receptores estavam distribuídos em ilhas e a fibra muscular apresentava núcleo central, caracterizando sua regeneração. Os terminais possuíam finas arborizações com dilatações em suas extremidades, situadas no centro das ilhas dos receptores. O padrão de distribuição da acetilcolinesterase foi semelhante ao observado para os AChRs. Nas fibras musculares regeneradas e desnervadas (n=900 junções) os AChRs não estavam distribuídos em ilhas. Esses resultados mostram que os receptores colinérgicos, após longo tempo de regeneração muscular, mantêm o padrão de distribuição em ilhas e o terminal nervoso parece determinar este padrão, provavelmente em consequência de brotamentos intraterminais que ocorrem em presença de regeneração muscular / Abstract: Mdx mice have deficiency of dystrophin and cycles of muscle fiber regeneration. Changes in the distribution of acetylcholine receptors have been reported at the neuromuscular junction of mdx and may be a consequence of muscle fiber regeneration. At the present, we verified whether the distribution of receptors is still altered in long-term regenerated muscle fibers from C57Bl/10 mice. The left sternomastoid muscle of adult mice was injected with 60 µl of lidocaine hydrochloride to induce degeneration-regeneration. Some animals had the STN denervated at the time of lidocaine injection. After 90 and 150 days, receptors were labeled with rhodamine-a-bungarotoxin for confocal observation. For both periods studied, receptors were distributed into clusters. In denervated-regenerated fibers, receptors were distributed as branches, similar to normal denervated muscles. This suggests that nerve-dependent mechanisms are involved in the changes in receptor distribution seen in regenerated muscle fibers, after lidocaine treatment and a similar phenomenon might explain the changes in receptor distribution seen in dystrophic muscle fibers / Mestrado / Anatomia / Mestre em Biologia Celular e Estrutural

Orientador: Maria Julia Marques / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:52:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_ElaineCristinaLeite_D.pdf: 915105 bytes, checksum: 44cd1900344bb482d9d7f8badf08d53f (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Músculos distróficos apresentam alterações no complexo distrofinaglicoproteínas, bem como ausência da enzima óxido nítrico sintase neuronal, associada a alterações na estrutura da junção neuromuscular. No presente trabalho, estudamos as respostas dos terminais nervosos e das células de Schwann terminais após lesão nervosa, na ausência de óxido nítrico (NO). Nove dias após lesão nervosa por esmagamento, 24% das junções controle (n=200) apresentaram brotamentos ultraterminais. Na ausência de NO, o mesmo foi observado em 28.5% das junções (n=217; p>0.05 comparado aos controles; X2). Quatorze dias após a lesão nervosa, todas as células de Schwann terminais observadas formaram uma rede de processos citoplasmáticos, que se estendiam para fora do sítio sináptico. Em ausência do NO, as células de Schwann terminais não apresentaram processos fora da região juncional. Estes resultados mostram que o NO está envolvido na resposta das células de Schwann terminais à lesão nervosa. Isto sugere que a sinalização molecular entre os componentes présinápticos da junção neuromuscular pode estar prejudicada nos músculos distróficos, o que poderia influenciar a inervação e sobrevivência das novas fibras musculares obtidas por terapias celulares / Abstract: Dystrophic muscles show alterations in the dystrophinglycoprotein complex and a lack of neuronal nitric oxide (NO) synthase, associated with structural changes in neuromuscular junction. In this study, we examined the nerve terminal and Schwann cell responses after a crush lesion in NOdeficient mice. Nine days after nerve crush, 24% of the control junctions (n=200) showed ultraterminal sprouts. In the absence of NO, this frequency was 28.5% (n=217; p>0.05 compared to the controls; X2 test). Fourteen days after nerve lesion, all of the Schwann cells showed an extensive network of processes away from the synaptic site, whereas in the absence of NO, Schwann cells processes failed to extend away from the endplate. These results show that NO is involved in the Schwann cell response to nerve injury. They also suggest that presynaptic molecular signaling may be impaired in dystrophic muscles, and that this could influence the innervation and survival of newly formed myofibers generated by cellmediated therapies / Doutorado / Anatomia / Doutor em Biologia Celular e Estrutural

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La sclérose latérale amyotrophique est une maladie neurodégénérative fatale caractérisée par la dégénérescence progressive des neurones moteurs centraux et périphériques. L’un des premiers signes de la maladie est la dénervation de la jonction neuromusculaire (JNM). Les diverses unités motrices (UM) ne présentent toutefois pas la même vulnérabilité à la dénervation dans la SLA: les UM rapide fatigables sont en fait les plus vulnérables et les UM lentes sont les plus résistantes. Alors que des études précédentes ont démontré dans plusieurs modèles animaux de la SLA de nombreuses variations synaptiques, les découvertes ont été contradictoires. Par ailleurs, le type d’UM n’a pas été tenu en compte dans ces divers travaux. Nous avons donc émis l’hypothèse que la présence de la mutation SOD1 pourrait affecter différemment la transmission synaptique des UM, en accord avec leur vulnérabilité sélective. En effectuant des enregistrements électrophysiologiques et de l’immunohistochimie, nous avons étudié la transmission synaptique des différents types d’UM du muscle à contraction rapide Extensor Digitorum Longus (EDL; rapide fatigable (FF) MU) et du muscle à contraction lente Soleus (SOL; lente (S) and rapide fatigue-résistante (FR) MU) de la souris SOD1G37R et leur congénères WT. Pour identifier le type d’UM, un marquage par immunohistochimie des chaînes de myosine a été effectué. Un triple marquage de la JNM a également été effectué pour vérifier son intégrité aux différents stades de la maladie. À P160, dans la période asymptomatique de la maladie, alors qu’aucune altération morphologique n’était présente, l’activité évoquée était déjà altérée différemment en fonction des UM. Les JNMs FF mutantes ont démontré une diminution de l’amplitude des potentiels de plaque motrice (PPM) et du contenu quantique, alors que les JNMs lentes démontraient pratiquement le contraire. Les JNMs FR montraient quant à elles une force synaptique semblable au WT. À P380, dans la période présymtomatique, de nombreuses altérations morphologiques ont été observées dans le muscle EDL, incluant la dénervation complète, l’innervation partielle et les extensions du nerf. La transmission synaptique évoquée des UM FF étaient toujours réduites, de même que la fréquence des potentiels de plaque motrice miniatures. À P425, à l’apparition des premiers symptômes, l’activité synaptique des JNMs S était redevenue normale alors que les JNMs FR ont montré à ce moment une diminution du contenu quantique par rapport au contrôle. De manière surprenante, aucun changement du ratio de facilitation n’a été observé malgré les changements flagrants de la force synaptique. Ces résultats révèlent que la fonction de la JNM est modifiée différemment en fonction de la susceptibilité des UM dans l’ALS. Cette étude fournit des pistes pour une meilleure compréhension de la physiologie de la JNM durant la pathologie qui est cruciale au développement d’une thérapie adéquate ciblant la JNM dans la SLA. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal late-onset neurodegenerative disease characterized by the progressive loss of upper and lower motor neurons. Denervation of the neuromuscular junction (NMJ) is an early pathological event in various ALS models. Motor units (MU) appear unequally susceptible to denervation, the fast fatigable (FF) MU being the most vulnerable and the slow (S) MU the most resistant. While previous studies in several ALS models have consistently reported alterations in synaptic transmission, their findings have been contradictory. Interestingly, the MU types were not taken into account in these studies, which could explain these discrepancies. We hypothesized that the MU selective vulnerabilities observed in ALS will be associated with MU-specific NMJ alterations throughout the disease course. Using electrophysiology, we studied synaptic transmission of different types of MU in the fast-twitch Extensor Digitorum Longus (EDL; fast fatigable (FF) MU) and the slow-twitch Soleus (SOL; slow (S) and fast fatigue resistant (FR) MU) of the SOD1 mice and their WT littermates. MU types were identified using immunohistochemical labelling of the respective myosine heavy chains. Immunohistochemistry was also performed to assess NMJ integrity by using antibodies against main NMJ components. At a presymptomatic stage (P160), while no morphological alterations of NMJs were seen in both muscles, evoked activity was altered in a MU-specific manner in SOD1 mice. FF MU from SOD1 mice showed a decrease in EPP amplitude and quantal content whereas S MU showed the opposite. Mutant FR MU showed no difference in evoked activity compared to WT. At presymptomatic stage (P380), various morphological alterations were seen in the SOD1 EDL, including denervation, partial innervation and nerve sprouting. Evoked activity was still reduced in FF MU, as well as mEPP frequency. In contrast, at disease onset (P425), synaptic strength of the S MU was now similar to WT MU, whereas FR NMJs showed a decrease in EPP amplitude and quantal content. Surprisingly, paired-pulse facilitation was not altered in any MU type and at any age despite changes in synaptic strength. Taken together, these results reveal that NMJ function is differentially modified according to MU susceptibility in ALS. This study provides insights for a better understanding of NMJ physiology during the illness that is crucial to the development of a proper NMJ-targeted treatment in ALS.

Les protéines associées aux microtubules (MAP) de structures, telles que celles appartenant à la famille des MAP1 sont connues pour contrôler la stabilité et la dynamique des microtubules (MTs). Elles sont aussi connues pour interagir avec des protéines post-synaptiques telles que les récepteurs GABAergique ou glutamatergique. Cependant, leur rôle pré-synaptique dans la libération de neurotransmetteurs a été très peu étudié. Dans cette thèse, j'utilise l'avantage du modèle Drosophila melanogaster dans lequel il n'y a qu'un seul homologue des MAP1 des vertébrés, nommé Futsch. J'ai étudié la fonction de Futsch à la jonction neuromusculaire (JNM) de larve, où cette protéine n'est trouvée que dans la partie pré-synaptique. Ici, j'ai montré qu'en plus de sa fonction connue sur la morphologie de la JNM (Roos et al., 2000; Gogel et al., 2006), Futsch est également important pour la physiologie de la JNM, par le contrôle de la libération de neurotransmetteurs ainsi que de la densité des zones actives (ZAs). J'ai montré que l'effet physiologique de Futsch n'est pas la conséquence de l'altération du cytosquelette de MTs ou d'un défaut de transport axonal, mais doit être la conséquence d'un effet local de Futsch à la terminaison synaptique. J'ai utilisé la microscopie d'éclairage structuré 3D (3D-SIM) pour étudier plus précisément la localisation de Futsch et des MTs au niveau de la ZA. Futsch et les MTs se trouvent presque toujours à proximité des ZAs, avec Futsch en position intermédiaire entre les MTs et les ZAs. En utilisant la technique de « proximity ligation assays », j'ai aussi démontré la proximité fonctionnelle de Futsch avec Bruchpilot un composant de la ZA, ce qui n'est pas le cas des MTs. En conclusion, mes données sont en faveur d'un modèle pour lequel Futsch stabilise localement les ZAs, en renforçant leur lien avec le cytosquelette de MTs sous-jacent. / Structural microtubule associated proteins like those belonging to the MAP1 family are known to control the stability and dynamics of microtubules (MTs). They are also known to interact with postsynaptic proteins like GABA or glutamate receptors. However, their presynaptic role in neurotransmitter release was barely studied. Here, we took advantage of the Drosophila model in which there is only one MAP1 homologue, called Futsch. We studied the function of Futsch at the larval neuromuscular junction (NMJ), where this protein is found presynaptically only. Here, we show that, in addition to its known function on NMJ morphology (Roos et al., 2000; Gogel et al., 2006), Futsch is also important for NMJ physiology, by controlling neurotransmitter release as well as active zone density. We show that this physiological effect of Futsch is not the consequence of disrupted microtubule bundle and disrupted axonal transport, but must be the consequence of a local effect of Futsch at the synaptic terminal. We used 3D-Structured Illumination Microscopy (3D-SIM) to further study the localization of Futsch and MTs with respect to active zones. Both Futsch and MTs are almost systematically present in close proximity active zones, with Futsch being localized in-between MTs and active zones. Using proximity ligation assays, we further demonstrated the functional proximity of Futsch, but not MTs, with the active zone component Bruchpilot. Altogether our data are in favor of a model by which Futsch locally stabilizes active zones, by reinforcing their link with the underlying MT cytoskeleton.

In dieser Arbeit wird der Transport von Glutamatrezeptoren an der neuromuskulären Synapse von Drosophila-Larven untersucht. Dies geschieht anhand der Analyse von Mikroskopaufnahmen von mit Fluorophoren markierten Glutamatrezeptoren. Hierfür wurden statistische Parameter entwickelt oder angewendet, um die Verteilung der Glutamatrezeptoren quantitativ zu beschreiben. Die Ergebnisse zeigen, dass die Leitfähigkeit der Rezeptoren eine wichtige Rolle bei der Rezeptorlokalisation spielt. Glutamatrezeptoren mit verminderter Leitfähigkeit haben eine erheblich veränderte Lokalisation und akkumulieren verstärkt an jungen Synapsen. Außerdem ist die Anzahl der Rezeptoren nicht mehr an den Aufbau der prä-synaptischen Seite gekoppelt. Diese Arbeit zeigt auch, das Glutamatrezeptoren um synaptische Ankerplätze miteinander konkurrieren. Deshalb ist die Lokalisation eines Rezeptors nicht nur von seinem strukturellen Aufbau abhängig, sondern auch von den Eigenschaften anderer Rezeptoren. / In this thesis the neuromuscular junction of the Drosophila larva is used as a model system to study basic mechanisms of glutamate receptor trafficking. In particular confocal images of glutamate receptors, tagged to fluorophores, are analysed. For this, statistical parameters are developed and used to quantitatively describe the distributions of glutamate receptors. The results show that gating dynamics are an important variable in glutamate receptor trafficking. Glutamate receptors with reduced charge transfer have strong altered localisation and accumulate prematurely at young synapses. Furthermore, their abundance are uncoupled from presynaptic assembly. The thesis also shows that glutamate receptors compete for synaptic anchoring sites in postsynaptic densities. Therefore, the trafficking of one receptor is not only determined by its own structure but is also dependent on the properties of other receptors.