A hipermetioninemia é uma condição caracterizada por altos níveis de metionina no sangue e em outros tecidos, podendo causar danos neurológicos, hepáticos e musculares. Considerando que a placenta transfere a metionina do sangue materno para a circulação fetal e que pouco se sabe sobre o efeito da hipermetioninemia gestacional sobre o feto em desenvolvimento, o principal objetivo deste trabalho foi desenvolver um modelo animal de hipermetioninemia materna quimicamente induzido em ratas e utilizar o mesmo para investigar parâmetros bioquímicos (estresse oxidativo, atividade da Mg2+-ATPase, atividade e imunoconteúdo da Na+,K+-ATPase, número de neurônios, níveis de neurotrofinas, metabolismo energético, inflamação e apoptose), moleculares (expressão gênica da Na+,K+-ATPase) e histológicos (microscopia eletrônica) nos encéfalos da prole, bem como avaliar tarefas comportamentais (campo aberto, esquiva inibitória e reconhecimento de objetos). Também analisamos parâmetros de estresse oxidativo/nitrosativo no músculo esquelético e parâmetros de dano muscular e inflamação no soro da prole. A hipermetioninemia foi induzida em ratas através de duas injeções subcutâneas diárias de metionina durante todo o período gestacional. Um grupo de ratas recebeu a dose 1 (1,34 μmol/g peso corporal) e outro recebeu a dose 2 (2,68 μmol/g peso corporal). O grupo controle recebeu salina. Após o nascimento, um grupo de filhotes foi eutanasiado no sétimo dia de vida e outro grupo foi eutanasiado aos 21 dias. Ambas as doses aumentaram os níveis encefálicos de metionina das mães e a dose 2 aumentou os níveis de metionina nos encéfalos da prole. Após estabelecer o modelo, a dose 2 de metionina foi escolhida para estudar os efeitos do tratamento sobre a prole. Os testes bioquímicos subsequentes foram realizados nos filhotes de 21 dias, a histologia foi realizada na prole de 21 e 30 dias e os testes comportamentais foram realizados em filhotes de 30 dias. Os resultados demonstraram que a hipermetioninemia materna reduziu a atividade da Na+,K+-ATPase, Mg2+- ATPase, catalase e complexo II/succinato desidrogenase, o conteúdo de sulfidrilas, número de neurônios e níveis de NGF e BDNF, bem como aumentou os níveis de RNAm e imunoconteúdo da Na+,K+-ATPase nos encéfalos dos filhotes. Foram observados também alterações morfológicas, indicativas de degeneração celular nos neurônios da prole, e os testes comportamentais indicaram deficit de memória. Com relação aos danos musculares, houve um aumento na produção de espécies reativas de oxigênio e lipoperoxidação e uma redução do conteúdo de sulfidrilas, atividades das enzimas antioxidantes e nos níveis de nitritos no músculo esquelético da prole. A atividade da creatina cinase foi reduzida e os níveis de ureia e proteína C reativa foram aumentados no soro. Esses resultados foram acompanhados por perda de massa muscular. Tais achados mostraram que a hipermetioninemia gestacional induziu alterações bioquímicas, moleculares e histológicas no encéfalo e bioquímicas no músculo esquelético e soro dos filhotes, as quais podem contribuir para o entendimento dos mecanismos fisiopatológicos envolvidos nos danos neurológicos e musculares causados por essa condição. Ressaltamos a importância do desenvolvimento do referido modelo de hipermetioninemia gestacional que além de ampliar o entendimento da toxicidade de altos níveis metionina, também abriu perspectivas para novos estudos a respeito dos efeitos ocasionados pela exposição ao excesso de metionina devido a uma condição genética ou uma dieta rica em proteína durante a vida pré-natal. / Hypermethioninemia is a condition characterized by elevated levels of methionine in blood and other tissues and may cause neurological, hepatic and muscular damages. Considering that placenta transfers methionine from maternal blood to the fetal circulation and little is known about the effect of gestational hypermetioninemia on the developing fetus, the main objective of this work was to develop a chemically induced animal model of maternal hypermethioninemia in rats and to use it to investigate biochemical (oxidative stress, activity of Mg2+-ATPase, activity and immunocontent of Na+,K+-ATPase, number of neurons, neurotrophins levels, energy metabolism, inflammation, and apoptosis), molecular (gene expression of Na+,K+-ATPase) and histological parameters (electron microscopy) in encephalon of the offspring, as well as evaluate behavioral tasks (open field, inhibitory avoidance and object recognition). We also analyzed oxidative/nitrosative stress parameters in skeletal muscle and parameters of muscle damage and inflammation in serum of the offspring. Hypermethioninemia was induced in rats through two daily subcutaneous injections of methionine throughout the gestational period. A group of pregnant rats received dose 1 (1.34 μmol/g body weight) and the other received dose 2 (2.68 μmol/g body weight). The control group received saline. After birth, a first group of pups was euthanized at the 7th day of life and the second group at the 21st day of life. Both doses 1 and 2 increased methionine levels in the brain of the mother rats and dose 2 increased methionine levels in encephalon of the offspring. After establishing the experimental model, the highest dose of methionine was chosen to study the effects of treatment on offspring. The subsequent biochemical tests were performed on 21-day-old pups, histological analyses were performed on offspring of 21 and 30 days of age, and behavioral tests were performed on 30-day-old pups. The results demonstrated that maternal hypermethioninemia reduced Na+,K+-ATPase, Mg2+-ATPase, catalase and complex II/succinate dehydrogenase activities, sulfhydryl content, number of neurons and levels of NGF and BDNF, as well as increased levels of mRNA and immunocontent of Na+,K+-ATPase in the brains of the pups. Morphological changes indicative of cellular degeneration were also observed in offspring neurons, and behavioral tests indicated memory deficit. With regard to muscle damage, there was an increase in the production of reactive oxygen species and lipoperoxidation, and a reduction of the sulfhydryl content, antioxidant enzymes activities and in the levels of nitrites in skeletal muscle of the offspring. Creatine kinase activity was reduced and urea and C-reactive protein levels were increased in serum. These results were accompanied by loss of muscle mass. These findings showed that gestational hypermethioninemia induced biochemical, molecular and histological changes in the brain and biochemical changes in skeletal muscle and serum of pups, which may contribute to the understanding of the pathophysiological mechanisms involved in the neurological and muscular damages caused by this condition. We emphasize the importance of the development of this model of gestational hypermetioninemia that, in addition to increasing the understanding of toxicity of high methionine levels, also opened perspectives for new studies regarding the effects caused by exposure to excess methionine due to a genetic condition or a diet rich in protein during prenatal life.

Orientador: Francesco Langone / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-14T01:41:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rezende_AlexandreCesarSantosde_D.pdf: 5210413 bytes, checksum: 60e511530e7c408001bf455f9968219f (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O fator neurotrófico ciliar (CNTF) despertou grande interesse com a descoberta do seu efeito neuroprotetor sobre motoneurônios após secção de nervos periféricos em ratos neonatos e camundongos adultos. Contudo, seus efeitos colaterais de perda de peso e caquexia impedem seu uso clínico. Uma via alternativa muito promissora, no sentido de eliminar estes efeitos colaterais, parece ser a administração do CNTF conjugado com peptídeos que possuem domínio de translocação de proteínas (PTD-protein transduction domain). Previamente, mostramos que o CNTF conjugado a um PTD derivado da proteína tat do vírus HIV-1 (TAT-CNTF) também tem efeito protetor sobre motoneurônios e não produziu efeitos colaterais no tratamento, por 5 dias, de ratos neonatos (P2-P7) que sofreram secção do nervo isquiático. O presente trabalho teve como objetivo investigar se a administração da TAT-CNTF por tempos mais prolongados seria capaz de manter a sobrevivência de motoneurônios e neurônios sensoriais, bem como de estimular a regeneração axonal, sem a ocorrência dos efeitos colaterais do CNTF. Desta forma, ratos Wistar neonatos (P2) receberam tratamento subcutâneo com CNTF (1,2mg/g/dia) durante 5 dias, TATCNTF (1,2mg/g/dia) ou PBS durante 5 ou 15 dias. Ao final do período de tratamento os animais foram sacrificados por decapitação, sendo coletado para posterior análise o sangue e gorduras marrom interescapular, branca retroperitonial e branca epididimal. Um outro grupo de animais tive o nervo isquiático esquerdo esmagado em P2 e recebeu o mesmo tratamento. No período entre 20 e 60 dias de vida foi realizada a avaliação da recuperação funcional motora por meio de Walking Track Test, e da recuperação funcional sensitiva através da medida do limiar da resposta de retirada da pata a um estímulo elétrico. No 30º ou 60º dia de vida foi realizada marcação retrógrada de neurônios cujos axônios compõem o nervo isquiático utilizando-se Amina Dextrano Biotinilado (BDA). Após 7 dias, os animais foram sacrificados, sendo coletada a intumescência lombar, os gânglios sensoriais L4 e L5 e o nervo isquiático para análise histológica. As análises dos níveis plasmáticos de glicose, triglicérides e ácidos graxos revelaram que o tratamento com TAT-CNTF ou CNTF por igual período (5 dias) produziu modificações no metabolismo energético em relação aos ratos controle (PBS), contudo diferiram quanto à intensidade dos efeitos produzidos. O tratamento prolongado com TAT-CNTF (15 dias) produziu significantes alterações nas concentrações plasmáticas de triglicérides e de colesterol. Entretanto, o tratamento com TAT-CNTF (5 ou 15 dias) produziu efeitos reduzidos sobre os tecidos adiposos quando comparados ao tratamento com CNTF. Os ratos do grupo TAT-CNTF apresentaram peso corporal significativamente menor que aqueles do grupo PBS a partir do 9º dia de tratamento, porém o grupo CNTF apresentou menor peso a partir do 2º dia. Em ambos tratamentos houve reversão desse efeito sobre o peso corporal, porém esta ocorreu mais precocemente nos ratos do grupo TAT-CNTF (P25) quando comparados ao grupo CNTF (P32). A recuperação funcional motora e sensorial dos grupos CNTF e TAT-CNTF foi 50% superior ao grupo controle. Os grupos CNTF e TAT-CNTF também apresentaram maior número de neurônios sensoriais e motores BDA positivos, além de maior número de axônios mielínicos no nervo isquiático quando comparados ao grupo controle. Nossos resultados mostraram que o tratamento com TAT-CNTF, mesmo por períodos mais longos, promoveu a sobrevivência e regeneração axonal de motoneurônios e neurônios sensitivos sem a ocorrência dos efeitos colaterais produzidos pelo tratamento com CNTF. Além disso, tais propriedades da TAT-CNTF contribuíram significativamente para a recuperação funcional motora e sensorial após lesões nervosas periféricas. / Abstract: Ciliary neurotrophic factor (CNTF) is known as a neuroprotective agent on motoneurons after peripheral nerve section in neonatal rats and adult mice. However, side effects like weight loss and caquexia have limited its clinical use. A promising approach for the avoidance of such side effects is the fusion of a protein transduction domain (PTD) with CNTF. Previously we showed that CNTF fused with HIV-1 PTD (TAT-CNTF) also had protective effect on motoneurons and did not produce side effects in a 5 days treatment of sciatic nerve transected neonatal rats (P2-P7). The aim of the present work was investigate if the TAT-CNTF administration for long time was capable to support the motoneurons and sensory neurons survival, as well as to stimulate the axonal regeneration, without CNTF side effects. Thus, neonatal Wistar rats (P2) were subcutaneously treated with CNTF (1.2mg/g/day) for 5 days, TAT-CNTF (1.2mg/g/day) or PBS during 5 or 15 days. By the end of treatment rats were killed by decaptation and blood, intrascapular brown adipose tissue and retroperitonial and epididimal white adipose tissue were collected for further analysis. Another group of animals had the left sciatic nerve crushed (NCE) in P2 and received the same treatment. From 20 to 60 days of age a Walking Track Test was performed in order to evaluate the motor function recovery, and the threshold for paw withdraw was used as a measure of sensitive functional recovery. The retrograde labeling of sciatic nerve neurons using Biotinilated Dextran Amine (BDA) was performed at 30 or 60 days of age. Rats were killed after 7 days and the lumbar enlargement, L4 and L5 dorsal root ganglia and the sciatic nerve were collected for histological analysis. The analysis glucose, triglycerides and fatty acid plasmatic levels demonstrated that 5 days TAT-CNTF or CNTF treatment induced changes in energy metabolism compared to control rats, however the effects of these treatments had different intensities. The long term treatment with TAT-CNTF (15 days) induced important changes in triglycerides and cholesterol plasmatic levels. However TAT-CNTF treatment (5 or 15 days) had reduced effects on adipose tissue when compared to CNTF. After the 9th day of treatment the TAT-CNTF group had a smaller body weight when compared to the PBS group, on the other hand the CNTF group had a smaller body weight after the 2nd day compared to the PBS group. In both treatments (CNTF and TATCNTF) there was a reversion of the body weight effect, however this was earlier in the TAT-CNTF group (P25) than on the CNTF group (P32). The motor and sensorial functional recovery of CNTF and TAT-CNTF groups was 50% greater than the control group. CNTF and TAT-CNTF groups also displayed a greater number of BDA positive motor and sensory neurons, and more myelinic axons in the sciatic nerve compared to the control group. Our results demonstrate that TAT-CNTF long term treatment was able to promote the survival and axonal regeneration of motor and sensory neurons without important CNTF related side effects. Moreover, TAT-CNTF properties had significant contribution for the motor and sensory functional recovery after peripheral nerve lesion. / Doutorado / Biologia Celular / Doutor em Biologia Celular e Estrutural

This review is a brief summary of the effects of nicotine on neural plasticity and behavior, with a focus on the preclinical literature and the effects of nicotine on neurotrophic factors. Focus areas include underlying mechanisms of nicotine addiction and the therapeutic potential for nicotine and nicotinic receptor agonists in Parkinson’s disease, Alzheimer’s disease, traumatic brain injury, as well as cutting across these different areas of research with a brief review of the antiinflammatory effects of nicotine. It is clear that agonists at nicotinic receptors have therapeutic potential, but this should be weighed in the context of the effects of nicotine across the brain and its enhancement of neurotrophic factors. Although nicotine may have neuroprotective properties, it is important to keep in mind that these same effects underlie its addictive characteristics.

Made available in DSpace on 2016-03-22T17:26:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Marta.pdf: 316598 bytes, checksum: 4827ddafff08a3c37d59d9f11b39691c (MD5) Previous issue date: 2010-12-11 / BACKGROUND: Postpartum depression (PPD) is the most common psychiatric complication observed in women after birth. Some women have a particular sensitivity to hormonal changes, starting in early menarche, which increases their vulnerability to psychological stressing agents that are triggered by environment and physiological factors during life. Decreased serum brain-derived neurotrophic factor (BDNF) levels have been associated to different neuropsychiatric conditions and BDN has been considered as a candidate marker for such disfunctions. The goal of this study was to compare the levels of BDNF between mothers with PPD and control mothers as well as to seek for associations between BDNF levels and the severity of PPD. METHODS: This is a case-control study including 36 mothers with PPD and 36 control mothers. PPD was defined according to the Beck Depression Inventory (BDI). Serum BDNF was assayed with the sandwich ELISA method. RESULTS: Serum levels of BDNF were significantly lower in women with PPD than in control mothers (p = 0.026). No significant correlation between BDI score and serum BDNF levels was observed (r= 0.16, p = 0.09). CONCLUSIONS: Our study suggests that low BDNF levels are associated with PPD, although not with PPD severity. This result point out to the potential usage of BDNF in the screening of PPD, which could promote early treatment and, therefore, reduce the burden to the PPD women and to the health system / O BDNF (brain-derived neurotrophic factor) é um fator neurotrófico que parece estar envolvido na fisiopatologia de muitos transtornos psiquiátricos, incluindo depressão 1. O pós-parto é um período de risco psiquiátrico aumentado no ciclo de vida da mulher. A depressão pós-parto pode se manifestar com intensidade variável, tornando-se um fator que dificulta o estabelecimento de um vínculo afetivo seguro entre mãe e filho, podendo interferir nas futuras relações interpessoais estabelecidas pela criança. Fatores neurotróficos, ou neurotrofinas são famílias de proteínas, nas quais são capazes de promover o desenvolvimento, modulação e sobrevivência dos neurônios no sistema nervoso central (SNC) e periférico. Estes fatores são secretados pelos tecidos e vão atuar de diversas maneiras tais como na modulação sináptica, na apoptose, na diferenciação celular, dentre outras. O BDNF é crítico no desenvolvimento e modulação do SNC 2. As diversas funções das neurotrofinas são mediadas via duas classes de receptores: o Trk (cinase do receptor tropomiosina), da família dos RTKs (receptor da tirosina cinase), e o p75NTR (receptor da neurotrofina p75). Os subtipos dos receptores Trk ligam-se a neurotrofinas maduras com diferentes especificidades. O TrkB preferencialmente liga-se ao BDNF e ao NT4 (neurotrofina-4). O p75NTR liga-se a todas neurotrofinas maduras com baixa afinidade. O p75NTR também pode interagir com outros receptores, incluindo os receptores Trks 3. Para a mulher, o ciclo gravídico-puerperal é considerado período de risco para o psiquismo devido à intensidade da experiência vivida 4. A prevalência deste transtorno pode variar de acordo com os critérios utilizados para o diagnóstico, como o período de início dos sintomas e o método utilizado para a avaliação. Uma meta-análise estimou uma prevalência de 10 13% de depressão pós-parto (DPP) em mulheres 5. Recentemente, Moraes et al. (2006) e Pinheiro et al. (2006) encontraram prevalência de DPP de 19,1% em mulheres na cidade de Pelotas/RS 6,7. A partir da primeira semana após o parto 80% das mulheres apresentam um estado de tristeza materna (baby blues), podendo vir a ser confundido com a depressão. O quadro é benigno e regride por si só por volta do primeiro mês. Os sintomas mais freqüentes são: irritabilidade, mudanças bruscas de humor, indisposição, tristeza, insegurança, baixa auto-estima, sensação de incapacidade de cuidar do bebê, entre outros 8. Recentemente, o envolvimento do BDNF, tem sido foco de interesse na pesquisa relacionada com a regulação dos transtornos de humor e depressão. Interessantemente, diversos estudos caso-controle têm encontrado níveis séricos de BDNF diminuídos em pacientes deprimidos. Nos casos em que a depressão é induzida por alterações nos níveis de BDNF, os sintomas desaparecem após o final do tratamento ou com o uso de antidepressivos 1,9,10. A descoberta de novos marcadores pode não só auxiliar no diagnóstico, monitoramento, como também na escolha do tratamento a ser seguido, bem como no desenvolvimento de novos fármacos para o tratamento da depressão. Existem fortes evidências do envolvimento do BDNF na fisiopatologia da depressão, como esses achados envolveram exclusivamente amostras clínicas oriundas de sistema terciário, o fato de utilizarmos uma amostra comunitária aumenta a representatividade dos achados, e é relevante ao entendimento da neurobiologia e conseqüentemente abre caminho à pesquisa de novas abordagens no tratamento da DPP. Sendo assim o presente estudo pretende utilizar medidas mais sofisticadas para o diagnóstico e intervenção no tratamento da DPP, relacionando essa patologia com a concentração sérica de BDNF

Submitted by Marcos Anselmo (marcos.anselmo@unipampa.edu.br) on 2017-06-13T19:37:02Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Leandro Cattelan Souza.pdf: 2067184 bytes, checksum: 57f603dc4ba74cf44e1d1e0b694baa39 (MD5) / Approved for entry into archive by Marcos Anselmo (marcos.anselmo@unipampa.edu.br) on 2017-06-13T19:37:22Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Leandro Cattelan Souza.pdf: 2067184 bytes, checksum: 57f603dc4ba74cf44e1d1e0b694baa39 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-13T19:37:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Leandro Cattelan Souza.pdf: 2067184 bytes, checksum: 57f603dc4ba74cf44e1d1e0b694baa39 (MD5) Previous issue date: 2017-03-11 / A doença de Alzheimer (DA) é uma desordem neurodegenerativa, sendo considerada a principal causa de demência. O envelhecimento é o principal fator de risco para a DA, cuja estimativa anual de incidência e prevalência aumenta dramaticamente com a idade. A principal manifestação clínica da DA é o progressivo declínio das funções cognitivas, com a perda da memória sendo um dos sintomas iniciais da doença. No entanto, os pacientes de DA frequentemente apresentam sintomas comportamentais e psicológicos da demência (BPSD), também conhecidos como sintomas neuropsiquiátricos da demência, e.g. depressão, ansiedade e psicose, piorando a inabilidade e o fardo da doença. Apesar de os exatos mecanismos não estarem totalmente entendidos, evidências emergentes indicam que a ativação da indoleamina-2,3-dioxigenase (IDO), a enzima limitante da via da quinurenina (KP), está envolvida na neurotoxicidade do peptídeo beta-amilóide (A?)1-42 e na patogenia da DA. O exercício físico tem sido considerado uma intervenção efetiva na DA, atenuando ou limitando sua progressão. Não obstante, os mecanismos neurobiológicos subjacentes ao efeito neuroprotetor do exercício ainda não estão totalmente elucidados. Em vista disso, no presente estudo nós buscamos investigar três questões principais. Primeiro, os efeitos de uma infusão intracerebroventricular (i.c.v.) do peptídeo A?1-42 (400 pmol/animal; 3 ?l/sítio) sobre a regulação de biomarcadores da KP (atividade da IDO e níveis de triptofano (TRP) e quinurenina (KYN)) e o impacto deste peptídeo sobre os níveis de fatores neurotróficos foram investigados como potenciais mecanismos de ligação entre a neuroinflamação e os distúrbios cognitivos e emocionais em camundongos. Segundo, nós examinamos se o envelhecimento está associado a uma maior sensibilidade às alterações comportamentais e neuroquímicas provocadas pela infusão de A?1-42, e se a KP está envolvida nesses efeitos. Por fim, nós investigamos o efeito protetor de um treinamento de natação (ST) de 8 semanas sobre as funções cognitivas e não-cognitivas e seu papel em modular os biomarcadores da KP após a administração do peptídeo A?1-42 dentro do cérebro dos camundongos. Os nossos resultados mostraram níveis elevados de citocinas pró-inflamatórias nos camundongos tratados com A?1-42, os quais levaram a um 2 aumento da atividade da IDO no córtex pré-frontal (PFC) e hipocampo (HC). A ativação da IDO subsequentemente aumentou a produção de KYN e a razão KYN:TRP, assim como diminuiu os níveis de fatores neurotróficos no PFC e HC, contribuindo para os seguintes distúrbios comportamentais A?-associados: prejuízos na memória no teste de reconhecimento de objetos (ORT), comportamento tipo-depressivo e tipo-ansiedade no teste de suspensão de cauda (TST) e no labirinto em cruz elevado (EPMT), respectivamente. Além disso, nós confirmamos que os camundongos idosos, quando comparados aos animais jovens, apresentaram maior déficit cognitivo no ORT e maiores níveis de comportamento tipo-ansiedade no EPMT, após a administração de A?1-42. Os camundongos idosos também responderam ao A?1-42 com uma maior deficiência do fator neurotrófico derivado do cérebro, menores níveis de glutationa e menor capacidade antioxidante total, assim como responderam com uma maior atividade da IDO e maiores níveis de KYN e razão KYN:TRP no PFC e HC. Estes efeitos do peptídeo A?1-42 estavam associados a um maior estado pró-inflamatório, como indicado pelos maiores níveis de interleucina-6 e menores níveis de interleucina-10 nestas estruturas cerebrais. Por outro lado, os nossos resultados demonstraram que o ST foi efetivo em prevenir a perda de memória no ORT e os comportamentos tipo-depressivo e tipo-ansiedade, no TST e EPMT, respectivamente. O ST aboliu a resposta neuroinflamatória e a deficiência neurotrófica no PFC e HC induzidos por A?1-42. Ademais, o peptídeo A?1-42 aumentou a atividade da IDO, os níveis de KYN e TRP e a razão KYN:TRP no PFC e HC – alterações que foram bloqueadas pelo ST. Portanto, o presente estudo forneceu 3 principais achados: (I) a ativação da IDO no cérebro desempenha um papel-chave na mediação dos distúrbios da memória e emocionais em um modelo experimental baseado na neuroinflamação A?-induzida; (II) o estado inflamatório associado ao envelhecimento e a infra-regulação de substâncias neuroprotetoras endógenas torna os camundongos idosos mais vulneráveis à perda de memória, aos sintomas de ansiedade e à desregulação da KP induzidos pelo peptídeo A?1-42; e (III) o ST é eficaz em prevenir os déficits comportamentais e neurobiológicos induzidos pelo peptídeo A?1-42 e estes efeitos neuroprotetores estão provavelmente envolvidos com a inibição da ativação da inflamação/IDO e com a supra-regulação de fatores neurotróficos no cérebro de camundongos. Em conclusão, nós sugerimos que o exercício físico pode ser usado como uma intervenção não-farmacológica para aliviar tanto os sintomas cognitivos quanto não-cognitivos associados ao envelhecimento e à DA. / Alzheimer´s disease (AD) is the most common neurodegenerative form of dementia. Aging is the most important risk factor for AD with the estimated annual incidence and prevalence rising dramatically with age. The primary presentation of AD is progressive cognitive decline, with memory loss being a relatively early sign of the disease. Nevertheless, AD patients also frequently exhibit behavioral and psychological symptoms of dementia (BPSD), also known as neuropsychiatric symptoms of dementia, including depression, anxiety and psychosis, worsening the disability and caregiver burden. Despite de exact mechanisms are not completely understood, emerging evidence indicates that the activation of indoleamine-2,3-dyoxigenase (IDO), a first and rate-limiting enzyme in the kynurenine (KYN) pathway, is involved in amyloid-beta (A?1-42)-neurotoxicity and AD pathogenesis. Physical exercise has been considered an effective intervention in AD, attenuating or limiting their progression. Nevertheless, the neurobiological mechanisms underlying the neuroprotective effects of exercise have not yet been fully elucidated. In view of this, in the current study we sought to investigate three main issues. First, the effects of an intracerebroventricular (i.c.v.) injection of A?1-42 peptide (400 pmol/mice; 3 ?l/site) on the regulation of KP biomarkers (IDO activity, tryptophan (TRP) and kynurenine (KYN) levels) and the impact of A?1-42 on neurotrophic factors levels were investigated as potential mechanisms linking neuroinflammation to cognitive/emotional disturbances in mice. Second, we examined whether aging is associated with a higher sensitivity to behavioural and neurochemical alterations elicited by A?1-42 injection, and whether KYN pathway is involved in these effects. Ultimately, we investigated the protective effect of an 8-week swimming training (ST) exercise on cognitive and non-cognitive functions and its role in modulating biomarkers of KYN pathway post A?1-42 administration into the mouse brain. Our results showed increased levels of proinflammatory cytokines in the A?1-42-treated mice, which led to an increase in IDO activity in the prefrontal cortex (PFC) and the hippocampus (HC). The IDO activation subsequently increased KYN production and the KYN/TRP ratio and decreased the levels of neurotrophic factors in the PFC and HC, contributing for the following A?-associated behavioral disturbances: memory impairment in the object recognition test (ORT), depressive-like and anxiety-like behaviour in the tail suspension test (TST) and elevated plus-maze test (EPMT), respectively. In addition, we confirmed that aged mice, when compared to young mice, displayed higher cognitive deficit in the ORT and higher anxiety-like behaviour in 4 the EPMT after the A?1-42 administration. Aged mice also responded to A?1-42 with a higher deficiency of brain-derived neurotrophic factor, glutathione levels and total radical-trapping antioxidant capacity, a higher IDO activity and a higher KYN and KYN/tryptophan ratio in the PFC and HC. These effects of A?1-42 were associated with a higher proinflammatory status, as reflected by elevated interleukin-6 levels and reduced interleukin-10 levels in these brain structures. On the other hand, our results demonstrated that ST was effective in preventing the memory impairment in the ORT and depressive/anxiety-like behaviour in the TST and EPMT, respectively. ST abrogated the neuroinflammatory response and neurotrophic deficiency in the PFC and HC induced by A?1-42. Also, A?1-42 increased IDO activity, KYN and TRP levels and KYN:TRP ratio in the PFC and HC – alterations that were blocked by ST. Therefore, the present study provides three main findings: (I) brain IDO activation plays a key role in mediating the memory and emotional disturbances in an experimental model based on A?-induced neuroinflammation; (II) the age-associated inflammatory signature and down-regulation of endogenous neuroprotectants in the brain render aged mice more vulnerable to A?1-42-induced memory loss, anxiety symptoms and KYN pathway dysregulation; and (III) ST is effective in preventing behavioural and neurobiological deficits induced by A?1-42, and these neuroprotective effects are likely to involve the inhibition of inflammation/IDO activation and up-regulation of neurotrophic factors in brain of mice. In conclusion, we suggest that physical exercise can be used as a non-pharmacological approach to alleviates both cognitive and non-cognitive symptoms associated with aging and AD.

O envelhecimento é um processo no qual ocorrem alterações estruturais e funcionais da maioria dos órgãos, que podem levar ao aumento da susceptibilidade a várias doenças associadas à idade. Assim, várias estratégias têm sido investigadas a fim de se reduzir os sintomas relacionados à idade e o exercício físico tem demonstrado efeito neuroprotetor em diferentes modelos experimentais. Nesta tese, investigamos os efeitos do exercício físico moderado sobre a memória e sobre parâmetros bioquímicos no hipocampo e no músculo sóleo de ratos Wistar de 3, 6 e 22 meses de idade. Para isso, foram realizados três experimentos distintos que deram origem aos três capítulos apresentados na tese. No primeiro experimento, estudamos o efeito do exercício físico em ratos de 3 e 22 meses de idade. Neste experimento, o exercício preveniu o déficit de aquisição da memória de referência relacionado à idade. Além disso, preveniu o aumento do estresse oxidativo no hipocampo de ratos envelhecidos e também promoveu o aumento da expressão dos fatores neurotróficos BDNF, NT-3 e IGF-1 no hipocampo destes animais. É importante ressaltar que houve uma correlação positiva entre a redução do estresse oxidativo e a latência para encontrar a plataforma no 5º dia de treino na tarefa de memória de referência, ou seja, a redução do conteúdo de espécies reativas e da lipoperoxidação pelo exercício está correlacionada com a melhora do desempenho de memória dos ratos envelhecidos. No segundo experimento, avaliamos o efeito do exercício físico em ratos de 3, 6 e 22 meses de idade. Corroborando com os resultados apresentados no experimento anterior, foi demonstrado que o exercício físico moderado preveniu os déficits de memória espacial de referência e de trabalho relacionados à idade. O treinamento cognitivo no Water maze aumentou a atividade das enzimas Na+,K+- ATPase e AChE no hipocampo de ratos adultos e envelhecidos. O aumento na atividade da Na+,K+-ATPase foi ainda maior nos ratos envelhecidos submetidos ao exercício físico combinado com o treinamento cognitivo. Além disso, foi observada uma correlação positiva entre a atividade da Na+,K+-ATPase no hipocampo dos ratos envelhecidos exercitados e a latência para encontrar a plataforma no 5º dia de treino na tarefa de memória de referência, ou seja, o aumento da atividade da Na+,K+-ATPase está associado com a melhora do desempenho de memória relacionado ao exercício físico. De acordo com esses dados, também foi observada uma correlação negativa entre a atividade da Na+,K+-ATPase e a diferença (delta) entre a média das latências entre os trials 1 e 4 na tarefa de memória de trabalho, o que demonstra que os ratos envelhecidos exercitados apresentaram um melhor desempenho na tarefa de memória de trabalho associado com o aumento na atividade da Na+,K+-ATPase. No terceiro experimento, investigamos o efeito do exercício físico em ratos de 3 e 22 meses de idade. O exercício aumentou o conteúdo de espécies reativas e a lipoperoxidação no músculo sóleo de ratos jovens. Ratos envelhecidos apresentaram um aumento da lipoperoxidação e uma redução na atividade da enzima catalase. O exercício induziu um aumento dos níveis de espécies reativas, uma redução no conteúdo de sulfidrilas e o aumento de proteínas carboniladas; contudo, promoveu o aumento da atividade das enzimas superóxido dismutase e catalase no sóleo dos ratos envelhecidos. Assim, os resultados do primeiro e do segundo experimento demonstram que o exercício físico preveniu o declínio da memória espacial relacionado à idade e que esse efeito pode ser mediado por fatores que incluem a redução do estresse oxidativo, o aumento da expressão de fatores neurotróficos e o aumento da atividade da enzima Na+,K+-ATPase no hipocampo de ratos envelhecidos. Os resultados do músculo demonstram que o sóleo dos ratos jovens, embora susceptível ao aumento das espécies reativas e lipoperoxidação, não apresentou dano às proteínas, sugerindo que outros mecanismos, como o sistema de defesa antioxidante não enzimático, possam estar atuando para compensar os efeitos do exercício. Além disso, o músculo dos ratos envelhecidos parece ser mais sensível que o dos ratos jovens às alterações do estado oxidativo celular induzidas pelo exercício físico, porque apesar dos animais envelhecidos exercitados apresentarem um aumento na atividade das enzimas antioxidantes, não houve uma redução do dano oxidativo. / Aging is a process in which structural and functional changes occur in most organs and may lead to increased susceptibility to various age-related diseases. Several approaches have been investigated with the aim of reducing age-related symptoms and physical exercise is a therapeutic strategy that has presented neuroprotective action in different experimental models. In this context, some studies show that regular physical exercise is related to the improvement of quality of life and to the prevention of age-related cognitive decline. In the present thesis, we investigated the effect of moderate physical exercise on memory and on biochemical parameters in the hippocampus and soleus muscle in 3, 6 and 22 months-old rats. For that, three different experiments were carried out, which gave rise to the three chapters presented in this thesis. In the first experiment, we studied the effect of physical exercise in 3 and 22 months-old rats. In this experiment, the exercise prevented the age-related acquisition deficit of reference memory. In addition, exercise prevented the increased in oxidative stress and also was able to increase the expression of neurotrophic factors BDNF, NT-3 and IGF-1 in the hippocampus of aged rats. It is important to note that there was a positive correlation between the reduction of oxidative stress and latency to find the platform on the 5th day of training in the reference memory task, i.e., reduction of reactive species levels and lipid peroxidation, might be associated with the exercise-related memory improvement. In the second experiment, we evaluated the effect of physical exercise in 3, 6 and 22 months-old rats. Corroborating with the results presented in the previous experiment, it was demonstrated that moderate physical exercise prevented age-related spatial reference and working memory deficits. It has also been shown that the cognitive training in Water maze increased the activity of the Na+,K+-ATPase and AChE enzymes in the hippocampus of adult and aged rats. The increase in Na+,K+-ATPase activity was even further increased in aged rats that were submitted to physical exercise combined with cognitive training. In addition, a positive correlation was observed between the Na+,K+-ATPase activity in the hippocampus of aged exercised rats and the latency to find the platform on the 5th day of training in the reference memory task, i.e., the increase in Na+,K+-ATPase activity is associated with the exercise-related memory improvement in aged rats. Consistently, a negative correlation between the Na+,K+-ATPase activity and the difference (delta) between the mean latencies of trials 1 and 4 in the working memory task was also found, i.e., the exercised aged rats showed better performance in the working memory task associated with the increase in Na+,K+-ATPase activity. In the third experiment, we investigated the effect of physical exercise in 3 and 22 months-old rats. Exercise increased the reactive species content and lipid peroxidation in soleus muscle of young rats. Aged rats showed an increase in lipid peroxidation and a reduction in the catalase activity. Exercise induced an increase in reactive species levels, a reduction in sulfhydryl content and an increase in carbonyl proteins; however, the exercise was able to increase the superoxide dismutase and catalase activities in the soleus of aged rats. Thus, the results of first and second experiments demonstrate that physical exercise prevents the age-related decline of spatial memory and this effect might be related to the reduction of oxidative stress, increased expression of neurotrophic factors and the increase in the Na+,K+-ATPase activity in the hippocampus of aged rats. The muscle results demonstrate that soleus of young rats, although susceptible to the increased in reactive species and lipid peroxidation, showed no damage to proteins, suggesting that other mechanisms, such as the non-enzymatic antioxidant defense system, may be acting to compensate the effects of exercise. In addition, the muscle of the aged rats seems to be more sensitive than the young rats to changes in the cellular oxidative state induced by exercise, since aged exercised animals showed an increase in the activity of antioxidant enzymes, but there was no reduction of oxidative damage.

Methamphetamine (METH) is a potent psychostimulant known to cause cognitive abnormalities and neurodegenerative changes in the brains of METH abusers. One approach for developing therapies for METH abuse is to understand the molecular mechanisms of toxicity of the drug. Investigations in our laboratory and elsewhere have shown that single intraperitoneal injections of METH (30-40 mg/kg of body weight) can cause damage to striatal and cortical monoaminergic systems and induce neuronal apoptosis in the striatum of rodents via activation of endoplasmic reticulum (ER) and mitochondrial death pathways. Hence, the purpose of this thesis was to investigate if toxic binge METH injections can cause ER- and mitochondria-induced stress in the rat striatum. Recent studies have suggested that dopamine (DA) D1 and D2 receptors might mediate neuronal apoptosis in the striatum after single toxic METH doses. We therefore hypothesized that signaling through these two types of DA receptors might activate toxic effects of the binge METH regimen. The role of DA D1 or D2 receptors in METH-induced cell death pathways was thus examined by using pharmacological inhibitors of these receptors. In this dissertation, I report that binge METH regimen caused differential changes in immediate early genes (IEGs) that are known to influence synaptic changes in the brain. METH-induced changed in the expression of the IEGs were dependent on DA D1 receptor stimulation. The second study examined the effects of binge METH on the expression of ER stress- and mitochondrial dysfunction-responsive genes. Pretreatment with the DA D1 receptor antagonist, SCH23390, caused complete inhibition of METH-induced ER and mitochondrial stresses whereas the DA D2 receptor antagonist, raclopride, provided only partial blockade. SCH23390 also blocked METH-induced hyperthermia whereas raclopride failed to do so. Interestingly, both antagonists attenuated METH-induced dopaminergic and serotonergic deficits in the striatum. Moreover, SCH23390 but not raclopride blocked METH-induced serotonergic deficits in cortical tissues. I also found that METH treatment induced upregulation of activin βA mRNA, increased TGF-β and phosphorylated Smad2 proteins in the rat striatum. SCH23390 pretreatment completely blocked all these effects whereas raclopride did not block METH-induced increases in TGF-β expression.

O envelhecimento é um processo no qual ocorrem alterações estruturais e funcionais da maioria dos órgãos, que podem levar ao aumento da susceptibilidade a várias doenças associadas à idade. Assim, várias estratégias têm sido investigadas a fim de se reduzir os sintomas relacionados à idade e o exercício físico tem demonstrado efeito neuroprotetor em diferentes modelos experimentais. Nesta tese, investigamos os efeitos do exercício físico moderado sobre a memória e sobre parâmetros bioquímicos no hipocampo e no músculo sóleo de ratos Wistar de 3, 6 e 22 meses de idade. Para isso, foram realizados três experimentos distintos que deram origem aos três capítulos apresentados na tese. No primeiro experimento, estudamos o efeito do exercício físico em ratos de 3 e 22 meses de idade. Neste experimento, o exercício preveniu o déficit de aquisição da memória de referência relacionado à idade. Além disso, preveniu o aumento do estresse oxidativo no hipocampo de ratos envelhecidos e também promoveu o aumento da expressão dos fatores neurotróficos BDNF, NT-3 e IGF-1 no hipocampo destes animais. É importante ressaltar que houve uma correlação positiva entre a redução do estresse oxidativo e a latência para encontrar a plataforma no 5º dia de treino na tarefa de memória de referência, ou seja, a redução do conteúdo de espécies reativas e da lipoperoxidação pelo exercício está correlacionada com a melhora do desempenho de memória dos ratos envelhecidos. No segundo experimento, avaliamos o efeito do exercício físico em ratos de 3, 6 e 22 meses de idade. Corroborando com os resultados apresentados no experimento anterior, foi demonstrado que o exercício físico moderado preveniu os déficits de memória espacial de referência e de trabalho relacionados à idade. O treinamento cognitivo no Water maze aumentou a atividade das enzimas Na+,K+- ATPase e AChE no hipocampo de ratos adultos e envelhecidos. O aumento na atividade da Na+,K+-ATPase foi ainda maior nos ratos envelhecidos submetidos ao exercício físico combinado com o treinamento cognitivo. Além disso, foi observada uma correlação positiva entre a atividade da Na+,K+-ATPase no hipocampo dos ratos envelhecidos exercitados e a latência para encontrar a plataforma no 5º dia de treino na tarefa de memória de referência, ou seja, o aumento da atividade da Na+,K+-ATPase está associado com a melhora do desempenho de memória relacionado ao exercício físico. De acordo com esses dados, também foi observada uma correlação negativa entre a atividade da Na+,K+-ATPase e a diferença (delta) entre a média das latências entre os trials 1 e 4 na tarefa de memória de trabalho, o que demonstra que os ratos envelhecidos exercitados apresentaram um melhor desempenho na tarefa de memória de trabalho associado com o aumento na atividade da Na+,K+-ATPase. No terceiro experimento, investigamos o efeito do exercício físico em ratos de 3 e 22 meses de idade. O exercício aumentou o conteúdo de espécies reativas e a lipoperoxidação no músculo sóleo de ratos jovens. Ratos envelhecidos apresentaram um aumento da lipoperoxidação e uma redução na atividade da enzima catalase. O exercício induziu um aumento dos níveis de espécies reativas, uma redução no conteúdo de sulfidrilas e o aumento de proteínas carboniladas; contudo, promoveu o aumento da atividade das enzimas superóxido dismutase e catalase no sóleo dos ratos envelhecidos. Assim, os resultados do primeiro e do segundo experimento demonstram que o exercício físico preveniu o declínio da memória espacial relacionado à idade e que esse efeito pode ser mediado por fatores que incluem a redução do estresse oxidativo, o aumento da expressão de fatores neurotróficos e o aumento da atividade da enzima Na+,K+-ATPase no hipocampo de ratos envelhecidos. Os resultados do músculo demonstram que o sóleo dos ratos jovens, embora susceptível ao aumento das espécies reativas e lipoperoxidação, não apresentou dano às proteínas, sugerindo que outros mecanismos, como o sistema de defesa antioxidante não enzimático, possam estar atuando para compensar os efeitos do exercício. Além disso, o músculo dos ratos envelhecidos parece ser mais sensível que o dos ratos jovens às alterações do estado oxidativo celular induzidas pelo exercício físico, porque apesar dos animais envelhecidos exercitados apresentarem um aumento na atividade das enzimas antioxidantes, não houve uma redução do dano oxidativo. / Aging is a process in which structural and functional changes occur in most organs and may lead to increased susceptibility to various age-related diseases. Several approaches have been investigated with the aim of reducing age-related symptoms and physical exercise is a therapeutic strategy that has presented neuroprotective action in different experimental models. In this context, some studies show that regular physical exercise is related to the improvement of quality of life and to the prevention of age-related cognitive decline. In the present thesis, we investigated the effect of moderate physical exercise on memory and on biochemical parameters in the hippocampus and soleus muscle in 3, 6 and 22 months-old rats. For that, three different experiments were carried out, which gave rise to the three chapters presented in this thesis. In the first experiment, we studied the effect of physical exercise in 3 and 22 months-old rats. In this experiment, the exercise prevented the age-related acquisition deficit of reference memory. In addition, exercise prevented the increased in oxidative stress and also was able to increase the expression of neurotrophic factors BDNF, NT-3 and IGF-1 in the hippocampus of aged rats. It is important to note that there was a positive correlation between the reduction of oxidative stress and latency to find the platform on the 5th day of training in the reference memory task, i.e., reduction of reactive species levels and lipid peroxidation, might be associated with the exercise-related memory improvement. In the second experiment, we evaluated the effect of physical exercise in 3, 6 and 22 months-old rats. Corroborating with the results presented in the previous experiment, it was demonstrated that moderate physical exercise prevented age-related spatial reference and working memory deficits. It has also been shown that the cognitive training in Water maze increased the activity of the Na+,K+-ATPase and AChE enzymes in the hippocampus of adult and aged rats. The increase in Na+,K+-ATPase activity was even further increased in aged rats that were submitted to physical exercise combined with cognitive training. In addition, a positive correlation was observed between the Na+,K+-ATPase activity in the hippocampus of aged exercised rats and the latency to find the platform on the 5th day of training in the reference memory task, i.e., the increase in Na+,K+-ATPase activity is associated with the exercise-related memory improvement in aged rats. Consistently, a negative correlation between the Na+,K+-ATPase activity and the difference (delta) between the mean latencies of trials 1 and 4 in the working memory task was also found, i.e., the exercised aged rats showed better performance in the working memory task associated with the increase in Na+,K+-ATPase activity. In the third experiment, we investigated the effect of physical exercise in 3 and 22 months-old rats. Exercise increased the reactive species content and lipid peroxidation in soleus muscle of young rats. Aged rats showed an increase in lipid peroxidation and a reduction in the catalase activity. Exercise induced an increase in reactive species levels, a reduction in sulfhydryl content and an increase in carbonyl proteins; however, the exercise was able to increase the superoxide dismutase and catalase activities in the soleus of aged rats. Thus, the results of first and second experiments demonstrate that physical exercise prevents the age-related decline of spatial memory and this effect might be related to the reduction of oxidative stress, increased expression of neurotrophic factors and the increase in the Na+,K+-ATPase activity in the hippocampus of aged rats. The muscle results demonstrate that soleus of young rats, although susceptible to the increased in reactive species and lipid peroxidation, showed no damage to proteins, suggesting that other mechanisms, such as the non-enzymatic antioxidant defense system, may be acting to compensate the effects of exercise. In addition, the muscle of the aged rats seems to be more sensitive than the young rats to changes in the cellular oxidative state induced by exercise, since aged exercised animals showed an increase in the activity of antioxidant enzymes, but there was no reduction of oxidative damage.

La méthamphétamine (METH) est une drogue stimulante qui peut causer des déficiences des fonctions cognitives et des dommages irréversibles dans le cerveau des utilisateurs. Il est important de comprendre les mécanismes moléculaires de la toxicité de la drogue pour pouvoir développer des traitements pour contrer les effets toxiques de la METH. Plusieurs études dans notre laboratoire et autres ont montré qu’une seule dose élevée de METH (30-40 mg/kg de poids corporel) suffit à endommager l’arborisation terminale des neurones dopaminergiques dans le striatum et le cortex chez les rongeurs, de même qu’elle peut causer l’activation des signaux apoptotiques produits a partir du réticulum endoplasmique (RE) et de la mitochondrie dans le striatum. De ce fait, le but de cette thèse était d’analyser si la dose toxique de 40 mg/kg de METH injectée par faibles doses répétées (4 fois, avec des intervalles de 2 heures), appelée « binge METH », peut aussi causer des stress cellulaires du RE et de la mitochondrie dans le striatum. Des travaux récents ont suggéré que les récepteurs D1 et D2 de la dopamine pourraient être les intermédiaires de l’apoptose des neurones dans le striatum causée par l’administration d’une unique toxique dose de METH. Nous avons alors émis l’hypothèse que les messages cellulaires diriges par la stimulation des récepteurs D1 et D2 de la dopamine pourraient être à l’ origine des effets toxiques du « binge modele ». Le rôle des récepteurs de la dopamine sur l’activation des signaux de l’apoptose a été examiné en utilisant des antagonistes de ces récepteurs. Dans cette dissertation, je donne la preuve que « binge METH » affecte l’expression des immediate early genes de façon différente. Il semble que ces effets soient dépendants de la stimulation du récepteur D1. Un autre volet de cette dissertation a analysé les effets de « binge METH » sur l’expression de gènes impliqués dans la réponse au stress du RE et à l’altération de la fonction de la mitochondrie. Le prétraitement avec l’antagoniste du récepteur D1 de la dopamine, SCH23390, a complètement bloqué l’apparition de ces stress cellulaires après les injections de METH, alors que l’antagoniste du récepteur D2, raclopride, a eu des effets minimes. SCH23390 a aussi bloqué l’effet de METH à causer l’augmentation de la température corporelle des animaux, mais pas raclopride. Cependant, les deux antagonistes ont protégés contre les pertes dans plusieurs marqueurs des neurones de dopamine et sérotonine dans le striatum. De plus, SCH23390, mais non raclopride, a aussi protégé les neurones de sérotonine dans le cortex. Durant mes travaux, j’ai aussi identifié qu’il y a une augmentation de l’ARN messager de activin βA, la protéine TGF-β et Smad2 phosphorylée après les injections de METH. Ces effets sont réduits suite à un prétraitement par SCH23390 ; cependant, raclopride n’a eu aucun effet sur l’expression de TGF-β.En résumé, ces nouvelles données suggèrent que le récepteur D1 joue un rôle prédominant dans la toxicité de la METH. / Methamphetamine (METH) is a potent psychostimulant known to cause cognitive abnormalities and neurodegenerative changes in the brains of METH abusers. One approach for developing therapies for METH abuse is to understand the molecular mechanisms of toxicity of the drug. Investigations in our laboratory and elsewhere have shown that single intraperitoneal injections of METH (30-40 mg/kg of body weight) can cause damage to striatal and cortical monoaminergic systems and induce neuronal apoptosis in the striatum of rodents via activation of endoplasmic reticulum (ER) and mitochondrial death pathways. Hence, the purpose of this thesis was to investigate if toxic binge METH injections can cause ER- and mitochondria-induced stress in the rat striatum. Recent studies have suggested that dopamine (DA) D1 and D2 receptors might mediate neuronal apoptosis in the striatum after single toxic METH doses. We therefore hypothesized that signaling through these two types of DA receptors might activate toxic effects of the binge METH regimen. The role of DA D1 or D2 receptors in METH-induced cell death pathways was thus examined by using pharmacological inhibitors of these receptors. In this dissertation, I report that binge METH regimen caused differential changes in immediate early genes (IEGs) that are known to influence synaptic changes in the brain. METH-induced changed in the expression of the IEGs were dependent on DA D1 receptor stimulation. The second study examined the effects of binge METH on the expression of ER stress- and mitochondrial dysfunction-responsive genes. Pretreatment with the DA D1 receptor antagonist, SCH23390, caused complete inhibition of METH-induced ER and mitochondrial stresses whereas the DA D2 receptor antagonist, raclopride, provided only partial blockade. SCH23390 also blocked METH-induced hyperthermia whereas raclopride failed to do so. Interestingly, both antagonists attenuated METH-induced dopaminergic and serotonergic deficits in the striatum. Moreover, SCH23390 but not raclopride blocked METH-induced serotonergic deficits in cortical tissues. I also found that METH treatment induced upregulation of activin βA mRNA, increased TGF-β and phosphorylated Smad2 proteins in the rat striatum. SCH23390 pretreatment completely blocked all these effects whereas raclopride did not block METH-induced increases in TGF-β expression.

O envelhecimento é um processo no qual ocorrem alterações estruturais e funcionais da maioria dos órgãos, que podem levar ao aumento da susceptibilidade a várias doenças associadas à idade. Assim, várias estratégias têm sido investigadas a fim de se reduzir os sintomas relacionados à idade e o exercício físico tem demonstrado efeito neuroprotetor em diferentes modelos experimentais. Nesta tese, investigamos os efeitos do exercício físico moderado sobre a memória e sobre parâmetros bioquímicos no hipocampo e no músculo sóleo de ratos Wistar de 3, 6 e 22 meses de idade. Para isso, foram realizados três experimentos distintos que deram origem aos três capítulos apresentados na tese. No primeiro experimento, estudamos o efeito do exercício físico em ratos de 3 e 22 meses de idade. Neste experimento, o exercício preveniu o déficit de aquisição da memória de referência relacionado à idade. Além disso, preveniu o aumento do estresse oxidativo no hipocampo de ratos envelhecidos e também promoveu o aumento da expressão dos fatores neurotróficos BDNF, NT-3 e IGF-1 no hipocampo destes animais. É importante ressaltar que houve uma correlação positiva entre a redução do estresse oxidativo e a latência para encontrar a plataforma no 5º dia de treino na tarefa de memória de referência, ou seja, a redução do conteúdo de espécies reativas e da lipoperoxidação pelo exercício está correlacionada com a melhora do desempenho de memória dos ratos envelhecidos. No segundo experimento, avaliamos o efeito do exercício físico em ratos de 3, 6 e 22 meses de idade. Corroborando com os resultados apresentados no experimento anterior, foi demonstrado que o exercício físico moderado preveniu os déficits de memória espacial de referência e de trabalho relacionados à idade. O treinamento cognitivo no Water maze aumentou a atividade das enzimas Na+,K+- ATPase e AChE no hipocampo de ratos adultos e envelhecidos. O aumento na atividade da Na+,K+-ATPase foi ainda maior nos ratos envelhecidos submetidos ao exercício físico combinado com o treinamento cognitivo. Além disso, foi observada uma correlação positiva entre a atividade da Na+,K+-ATPase no hipocampo dos ratos envelhecidos exercitados e a latência para encontrar a plataforma no 5º dia de treino na tarefa de memória de referência, ou seja, o aumento da atividade da Na+,K+-ATPase está associado com a melhora do desempenho de memória relacionado ao exercício físico. De acordo com esses dados, também foi observada uma correlação negativa entre a atividade da Na+,K+-ATPase e a diferença (delta) entre a média das latências entre os trials 1 e 4 na tarefa de memória de trabalho, o que demonstra que os ratos envelhecidos exercitados apresentaram um melhor desempenho na tarefa de memória de trabalho associado com o aumento na atividade da Na+,K+-ATPase. No terceiro experimento, investigamos o efeito do exercício físico em ratos de 3 e 22 meses de idade. O exercício aumentou o conteúdo de espécies reativas e a lipoperoxidação no músculo sóleo de ratos jovens. Ratos envelhecidos apresentaram um aumento da lipoperoxidação e uma redução na atividade da enzima catalase. O exercício induziu um aumento dos níveis de espécies reativas, uma redução no conteúdo de sulfidrilas e o aumento de proteínas carboniladas; contudo, promoveu o aumento da atividade das enzimas superóxido dismutase e catalase no sóleo dos ratos envelhecidos. Assim, os resultados do primeiro e do segundo experimento demonstram que o exercício físico preveniu o declínio da memória espacial relacionado à idade e que esse efeito pode ser mediado por fatores que incluem a redução do estresse oxidativo, o aumento da expressão de fatores neurotróficos e o aumento da atividade da enzima Na+,K+-ATPase no hipocampo de ratos envelhecidos. Os resultados do músculo demonstram que o sóleo dos ratos jovens, embora susceptível ao aumento das espécies reativas e lipoperoxidação, não apresentou dano às proteínas, sugerindo que outros mecanismos, como o sistema de defesa antioxidante não enzimático, possam estar atuando para compensar os efeitos do exercício. Além disso, o músculo dos ratos envelhecidos parece ser mais sensível que o dos ratos jovens às alterações do estado oxidativo celular induzidas pelo exercício físico, porque apesar dos animais envelhecidos exercitados apresentarem um aumento na atividade das enzimas antioxidantes, não houve uma redução do dano oxidativo. / Aging is a process in which structural and functional changes occur in most organs and may lead to increased susceptibility to various age-related diseases. Several approaches have been investigated with the aim of reducing age-related symptoms and physical exercise is a therapeutic strategy that has presented neuroprotective action in different experimental models. In this context, some studies show that regular physical exercise is related to the improvement of quality of life and to the prevention of age-related cognitive decline. In the present thesis, we investigated the effect of moderate physical exercise on memory and on biochemical parameters in the hippocampus and soleus muscle in 3, 6 and 22 months-old rats. For that, three different experiments were carried out, which gave rise to the three chapters presented in this thesis. In the first experiment, we studied the effect of physical exercise in 3 and 22 months-old rats. In this experiment, the exercise prevented the age-related acquisition deficit of reference memory. In addition, exercise prevented the increased in oxidative stress and also was able to increase the expression of neurotrophic factors BDNF, NT-3 and IGF-1 in the hippocampus of aged rats. It is important to note that there was a positive correlation between the reduction of oxidative stress and latency to find the platform on the 5th day of training in the reference memory task, i.e., reduction of reactive species levels and lipid peroxidation, might be associated with the exercise-related memory improvement. In the second experiment, we evaluated the effect of physical exercise in 3, 6 and 22 months-old rats. Corroborating with the results presented in the previous experiment, it was demonstrated that moderate physical exercise prevented age-related spatial reference and working memory deficits. It has also been shown that the cognitive training in Water maze increased the activity of the Na+,K+-ATPase and AChE enzymes in the hippocampus of adult and aged rats. The increase in Na+,K+-ATPase activity was even further increased in aged rats that were submitted to physical exercise combined with cognitive training. In addition, a positive correlation was observed between the Na+,K+-ATPase activity in the hippocampus of aged exercised rats and the latency to find the platform on the 5th day of training in the reference memory task, i.e., the increase in Na+,K+-ATPase activity is associated with the exercise-related memory improvement in aged rats. Consistently, a negative correlation between the Na+,K+-ATPase activity and the difference (delta) between the mean latencies of trials 1 and 4 in the working memory task was also found, i.e., the exercised aged rats showed better performance in the working memory task associated with the increase in Na+,K+-ATPase activity. In the third experiment, we investigated the effect of physical exercise in 3 and 22 months-old rats. Exercise increased the reactive species content and lipid peroxidation in soleus muscle of young rats. Aged rats showed an increase in lipid peroxidation and a reduction in the catalase activity. Exercise induced an increase in reactive species levels, a reduction in sulfhydryl content and an increase in carbonyl proteins; however, the exercise was able to increase the superoxide dismutase and catalase activities in the soleus of aged rats. Thus, the results of first and second experiments demonstrate that physical exercise prevents the age-related decline of spatial memory and this effect might be related to the reduction of oxidative stress, increased expression of neurotrophic factors and the increase in the Na+,K+-ATPase activity in the hippocampus of aged rats. The muscle results demonstrate that soleus of young rats, although susceptible to the increased in reactive species and lipid peroxidation, showed no damage to proteins, suggesting that other mechanisms, such as the non-enzymatic antioxidant defense system, may be acting to compensate the effects of exercise. In addition, the muscle of the aged rats seems to be more sensitive than the young rats to changes in the cellular oxidative state induced by exercise, since aged exercised animals showed an increase in the activity of antioxidant enzymes, but there was no reduction of oxidative damage.