Thesis (Ph. D.)--Cornell University, May, 2008. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 146-166).

O exercício físico pode atenuar os efeitos do envelhecimento sobre o sistema nervoso central, por meio do aumento da expressão de neurotrofinas, tais como fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF), o qual promove a ramificação dendrítica e melhora da maquinaria sináptica, pela interação com seu receptor TrkB. Receptores TrkB são produzidos no corpo da célula e transportados aos terminais axonais, por meio de SLP1, CRMP2, Rab27B e Sortilina onde são ancorados para realizar seu papel fisiológico. Sabendo que a relação entre o tráfego de receptores de neurotrofinas e o treinamento físico ainda é pouco conhecida, o objetivo do presente trabalho é analisar os níveis do receptor TrkB, bem como de seus transportadores anterógrados e retrógrados, no sistema nervoso central de ratos idosos, modelos de neurodegeneração, expostos a diferentes protocolos de treinamento físico moderado. Os ratos do primeiro grupo experimental foram expostos a 1mg/kg/dia de Rotenona ou DMSO durante 4 semanas, depois, juntamente com a exposição à rotenona, realizaram treinamento físico moderado em esteira, 5 vezes por semana, durante 40 minutos; ou permaneceram em repouso. Os ratos do segundo grupo experimental realizaram 6 semanas de treinamento, sendo em seguida expostos à rotenona por 4 semanas, e subdividos em dois grupos, um que continuou o exercício e outro que ficou sedentário. Os resultados encontrados sugerem que o treinamento físico parece reverter ou prevenir de maneira geral os danos presentes na neurodegeneração considerando as proteínas do tráfego de BDNF e seu receptor, e ainda, que a magnitude e direção destas alterações está diretamente relacionada ao protocolo de treinamento físico, bem como, a região do sistema nervoso central analisada / Physical exercise can attenuate the effects of aging on the central nervous system by increasing the expression of neurotrophins such as brain-derived neurotrophic factor (BDNF), which promotes dendritic branching and enhances synaptic machinery, through interaction with its receptor TrkB. TrkB receptors are synthesized in the cell body and are transported to the axonal terminals, through SLP1, CRMP2, Sortilin and Rab27B, to where receptors are anchored to perform its physiological role. However, the aspects of the neurotrophin receptors traffic after physical training is still a matter of investigation. Thus, the present study aims to analyze the expression levels of TrkB receptor and their anterograde carriers in aged Lewis rats, model of neurodegeneration, and its relationship with moderate exercise training. Rats from the first experimental group were exposed to 1mg/kg/day of Rotenone (ROT) or DMSO for 4 weeks, and then subjected or not to moderate exercise running on treadmill, five days a week, 40 minutes a day, combined with the drug. Rats from the second experimental group were trained for 6 weeks, followed by exposure to rotenone during 4 weeks, rats were then subdivided into two groups, one that continued the exercise and the other became sedentary. Results suggest that exercise training appears to reverse or prevent the impairment related to neurodegeneration considering the proteins involved in BDNF signaling, and also that the magnitude and direction of these changes in directly related to the physical training protocol, as well as the area of the central nervous system analyzed

O exercício físico pode atenuar os efeitos do envelhecimento sobre o sistema nervoso central, por meio do aumento da expressão de neurotrofinas, tais como fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF), o qual promove a ramificação dendrítica e melhora da maquinaria sináptica, pela interação com seu receptor TrkB. Receptores TrkB são produzidos no corpo da célula e transportados aos terminais axonais, por meio de SLP1, CRMP2, Rab27B e Sortilina onde são ancorados para realizar seu papel fisiológico. Sabendo que a relação entre o tráfego de receptores de neurotrofinas e o treinamento físico ainda é pouco conhecida, o objetivo do presente trabalho é analisar os níveis do receptor TrkB, bem como de seus transportadores anterógrados e retrógrados, no sistema nervoso central de ratos idosos, modelos de neurodegeneração, expostos a diferentes protocolos de treinamento físico moderado. Os ratos do primeiro grupo experimental foram expostos a 1mg/kg/dia de Rotenona ou DMSO durante 4 semanas, depois, juntamente com a exposição à rotenona, realizaram treinamento físico moderado em esteira, 5 vezes por semana, durante 40 minutos; ou permaneceram em repouso. Os ratos do segundo grupo experimental realizaram 6 semanas de treinamento, sendo em seguida expostos à rotenona por 4 semanas, e subdividos em dois grupos, um que continuou o exercício e outro que ficou sedentário. Os resultados encontrados sugerem que o treinamento físico parece reverter ou prevenir de maneira geral os danos presentes na neurodegeneração considerando as proteínas do tráfego de BDNF e seu receptor, e ainda, que a magnitude e direção destas alterações está diretamente relacionada ao protocolo de treinamento físico, bem como, a região do sistema nervoso central analisada / Physical exercise can attenuate the effects of aging on the central nervous system by increasing the expression of neurotrophins such as brain-derived neurotrophic factor (BDNF), which promotes dendritic branching and enhances synaptic machinery, through interaction with its receptor TrkB. TrkB receptors are synthesized in the cell body and are transported to the axonal terminals, through SLP1, CRMP2, Sortilin and Rab27B, to where receptors are anchored to perform its physiological role. However, the aspects of the neurotrophin receptors traffic after physical training is still a matter of investigation. Thus, the present study aims to analyze the expression levels of TrkB receptor and their anterograde carriers in aged Lewis rats, model of neurodegeneration, and its relationship with moderate exercise training. Rats from the first experimental group were exposed to 1mg/kg/day of Rotenone (ROT) or DMSO for 4 weeks, and then subjected or not to moderate exercise running on treadmill, five days a week, 40 minutes a day, combined with the drug. Rats from the second experimental group were trained for 6 weeks, followed by exposure to rotenone during 4 weeks, rats were then subdivided into two groups, one that continued the exercise and the other became sedentary. Results suggest that exercise training appears to reverse or prevent the impairment related to neurodegeneration considering the proteins involved in BDNF signaling, and also that the magnitude and direction of these changes in directly related to the physical training protocol, as well as the area of the central nervous system analyzed

Meduloblastoma é o tumor maligno intracranial mais comum em crianças. A desregulação da sinalização BDNF/TrkB tem sido associada a aumento da proliferação, invasão e resistência a quimioterapia, em diversos tipos de câncer, incluindo tumores de sistema nervoso. No entanto, seus efeitos biológicos e relevância clínica em meduloblastoma não estão compreendidos. Neste estudo foram analisados os efeitos do inibidor seletivo de TrkB, ANA-12, na viabilidade, sobrevivência e ciclo celular de linhagens de meduloblastoma humano. Este estudo demonstrou que o bloqueio seletivo de TrkB reduziu significativamente a viabilidade e sobrevivência de linhagens celulares representativas de diferentes subgrupos moleculares de meduloblastoma. Estes resultados fornecem uma base racional para investigar a inibição de TrkB como uma nova e potencial estratégia para o tratamento de meduloblastoma. / Medulloblastoma (MB) is the most common malignant pediatric brain tumor. Deregulation of BDNF/TrkB signaling has been associated with increased proliferative capabilities, invasiveness and chemo-resistance in several types of cancer. However, the relevance of this pathway in MB remains unknown. Here, we show that the selective TrkB inhibitor ANA-12 markedly reduced the viability and survival of human cell lines representative of different MB molecular subgroups. These findings provide a rationale to further investigate TrkB inhibition as a potential novel strategy for MB treatment.

Os efeitos benéficos da administração crônica de cafeína sobre a memória têm sido observados em diferentes condições e modelos animais, mas os mecanismos subjacentes aos seus efeitos permanecem desconhecidos. Este estudo buscou investigar se a administração crônica de cafeína pode melhorar o desempenho em uma tarefa de memória em ratos adultos e de meia-idade. Além disso, os efeitos da cafeína sobre o imunoconteúdo do fator neurotrófico derivado encéfalo(BDNF) foi analisado para estabelecer uma conexão entre os achados comportamentais e BDNF, uma das neurotrofinas estritamente envolvida na memória e processos de aprendizagem. Além disso, analisou-se o imunoconteúdo do receptor tirosina cinase (Trk B), o precursor do BDNF (proBDNF) e o fator de transcrição CREB. Ratos Wistar adultos (2 meses) e de meia-idade (12 meses de idade) receberam água ou cafeína (1 mg / mL) na água de beber durante 30 dias. Ambos os grupos foram submetidos às tarefas de avaliação da atividade locomotora e esquiva inibitória. Ratos de meia-idade apresentaram uma diminuição da atividade locomotora em relação aos adultos e o tratamento com cafeína não modificou esse parâmetro em nenhuma das idades. Na tarefa de esquiva inibitória, a memória de curta e longa duração foi avaliada. Ratos de meia-idade apresentaram um comprometimento total da memória de curta duração em relação aos adultos. Quando a memória de longa duração foi avaliada, os ratos de meia-idade apresentaram uma diminuição do seu desempenho em relação aos adultos, e tratamento de cafeína foi capaz de melhorar esse desempenho. Análise de Western blot do hipocampo de ratos tratados com cafeína revelou um aumento do imunoconteudo de BDNF no hipocampo em ratos de meia-idade, um efeito atenuado pelo tratamento crônico de cafeína. Além disso, o tratamento com cafeína aumentou o imunoconteúdo de pro-BDNF e CREB em ambas as idades, e, ainda, foi encontrado um aumento do imunoconteúdo de CREB em ratos de meia-idade. O imunoconteúdo de TrkB diminuiu no hipocampo de ratos de meia-idade quando comparados aos adultos, e o tratamento com cafeína foi capaz de diminuir o imunoconteúdo de TrkB em ambas as idades. Os dados encontrados indicam uma estreita associação entre a modificação do desempenho da memória e imunoconteúdo BDNF. Portanto, nossos dados sugerem que a cafeína é capaz de normalizar o desempenho da memória durante o envelhecimento e pode estar relacionada à capacidade da cafeína de normalizar os níveis de BDNF. / The beneficial effects of chronic caffeine administration in memory performance have been observed in different conditions and animal models but the underlying mechanisms remain unknown. This study was designed to investigate whether chronic caffeine administration could improve the performance in different memory tasks used in adult and middle-aged rats. In addition, the effects of caffeine on brain derived neurotrophic factor (BDNF) immunocontent was analyzed to establish a connection between the behavioral findings and BDNF, one of the neurotrophins strictly involved in memory and learning processes. Moreover, it was analyzed the immunocontent of tirosine kinase receptor (Trk B), the precursor of BDNF (proBDNF) and the transcription factor CREB. Adult (2 months old) and middle-aged (12 months old) Wistar rats received either drinking water or caffeine (1 mg/mL) during 30 days. Both groups were submitted to open field and inhibitory avoidance tasks. Middle-aged rats presented decreased locomotor activity as compared to adults and caffeine was devoid of effect at any age. In the inhibitory avoidance task, short- and long-term memory was evaluated. Middle-aged rats presented impaired performance compared to adult ones for short-term memory. When long-term memory was evaluated, middle-aged rats showed a decreased in their perfomances compared to adult rats, and caffeine treatment was able to improve it. Western blot analysis of hippocampus from caffeine-treated rats revealed that BDNF increased by aging and caffeine treatment prevented it. In addition, caffeine treatment increased the pro-BDNF and CREB immunocontent in both ages. Furthermore, CREB densities increased with aging. TrkB immunocontent was decreased in the hippocampus from middle-aged rats when compared to adult ones, and caffeine decreased the density of TrkB in both ages. The present findings indicate a close association between the modification of memory performance and BDNF immunocontent. Therefore, our data suggest caffeine normalyze memory performance upon aging and may be related to the ability of caffeine to normalyze the levels of BDNF.

Objetivo: Em nossos estudos objetivamos investigar os níveis séricos de BDNF e também da PCR em pacientes bipolares durante a mania, a depressão e a eutimia, comparando com controles normais. Método: Somente pacientes com THB tipo I, diagnóstico confirmado através da SCID I, tiveram seus sintomas maníacos e depressivos analisados através das escalas Young (YMRS) e Hamilton (HDRS). Os pacientes foram considerados eutímicos com score menor que 7 em ambas as escalas. O grupo controle foi composto por voluntários correspondentes em idade e gênero com os pacientes bipolares. Resultados: Nível sérico do BDNF estavam diminuídos em maníacos (p=0,019) e depressivos (p=0,027), quando comparados com eutímicos e controles. O nível sérico do BDNF foi negativamente correlacionado com a gravidade dos sintomas maníacos (r= -0,37,p=0,005) e depressivos (r= -0,30, p=0,033). Já o nível sérico da PCR estava aumentado em pacientes no episódio maníaco, quando comparados com pacientes deprimidos, eutímicos e com controles normais (p=0,001). Conclusão: Nos pacientes com THB tem sido demonstrado evidências de disfunção mitocondrial, aumento dos marcadores do estresse oxidativo, ativação de mecanismos inflamatórios, danos ao DNA e apoptose. Atualmente sabemos que o sistema imune, através das citocinas, e o sistema nervoso, através dos fatores neurotróficos, modulam o crescimento e a diferenciação celular. Nossos achados sugerem o envolvimento do BDNF na fisiopatologia do THB e do sistema inflamatório na fase maníaca do THB. / Objective: In our studies we investigated the serum levels of BDNF and PCR in bipolar patients during mania, depression and euthimic episodes, comparing to normal controls. Method: Only bipolar patients type I with confirmed diagnostic through SCID I instrument had their manic and depressive symptoms analyzed through the Young (YMRS) and Hamilton (HDRS) scales. The patients were considered euthimic when they scored less than 7 in both scales. The control group was formed by volunteers with corresponding age and gender to the bipolar patients. Results: Serum levels of BDNF were diminished in manic (p=0,019) and depressive (p=0,027) patients, when compared to euthimics and controls. Serum levels of BDNF were negatively correlated with the severity of the manic (r=-0,37, p=0,005) and depressive (r=- 0,30, p=0,033) symptoms. The serum levels of PCR were increased in patients in manic episode, when compared to depressed, euthimic and normal controls (p=0,001). Conclusion: Evidences of mitochondrial dysfunction, increase of oxidative stress, activation of inflammatory mechanisms, DNA damage and apoptosis have been demonstrated in patientes with Bipolar Disorder. Nowadays we know that the immune system, through the cytokines, and the nervous system, through the neurotrophic factors, modulate the cellular growth and differentiation. Our findings suggest the involvement of BDNF in the pathofisiology of bipolar disorder and of the inflammatory system in the manic phase of bipolar disorder.

Meduloblastoma é o tumor maligno intracranial mais comum em crianças. A desregulação da sinalização BDNF/TrkB tem sido associada a aumento da proliferação, invasão e resistência a quimioterapia, em diversos tipos de câncer, incluindo tumores de sistema nervoso. No entanto, seus efeitos biológicos e relevância clínica em meduloblastoma não estão compreendidos. Neste estudo foram analisados os efeitos do inibidor seletivo de TrkB, ANA-12, na viabilidade, sobrevivência e ciclo celular de linhagens de meduloblastoma humano. Este estudo demonstrou que o bloqueio seletivo de TrkB reduziu significativamente a viabilidade e sobrevivência de linhagens celulares representativas de diferentes subgrupos moleculares de meduloblastoma. Estes resultados fornecem uma base racional para investigar a inibição de TrkB como uma nova e potencial estratégia para o tratamento de meduloblastoma. / Medulloblastoma (MB) is the most common malignant pediatric brain tumor. Deregulation of BDNF/TrkB signaling has been associated with increased proliferative capabilities, invasiveness and chemo-resistance in several types of cancer. However, the relevance of this pathway in MB remains unknown. Here, we show that the selective TrkB inhibitor ANA-12 markedly reduced the viability and survival of human cell lines representative of different MB molecular subgroups. These findings provide a rationale to further investigate TrkB inhibition as a potential novel strategy for MB treatment.

Objetivo: Em nossos estudos objetivamos investigar os níveis séricos de BDNF e também da PCR em pacientes bipolares durante a mania, a depressão e a eutimia, comparando com controles normais. Método: Somente pacientes com THB tipo I, diagnóstico confirmado através da SCID I, tiveram seus sintomas maníacos e depressivos analisados através das escalas Young (YMRS) e Hamilton (HDRS). Os pacientes foram considerados eutímicos com score menor que 7 em ambas as escalas. O grupo controle foi composto por voluntários correspondentes em idade e gênero com os pacientes bipolares. Resultados: Nível sérico do BDNF estavam diminuídos em maníacos (p=0,019) e depressivos (p=0,027), quando comparados com eutímicos e controles. O nível sérico do BDNF foi negativamente correlacionado com a gravidade dos sintomas maníacos (r= -0,37,p=0,005) e depressivos (r= -0,30, p=0,033). Já o nível sérico da PCR estava aumentado em pacientes no episódio maníaco, quando comparados com pacientes deprimidos, eutímicos e com controles normais (p=0,001). Conclusão: Nos pacientes com THB tem sido demonstrado evidências de disfunção mitocondrial, aumento dos marcadores do estresse oxidativo, ativação de mecanismos inflamatórios, danos ao DNA e apoptose. Atualmente sabemos que o sistema imune, através das citocinas, e o sistema nervoso, através dos fatores neurotróficos, modulam o crescimento e a diferenciação celular. Nossos achados sugerem o envolvimento do BDNF na fisiopatologia do THB e do sistema inflamatório na fase maníaca do THB. / Objective: In our studies we investigated the serum levels of BDNF and PCR in bipolar patients during mania, depression and euthimic episodes, comparing to normal controls. Method: Only bipolar patients type I with confirmed diagnostic through SCID I instrument had their manic and depressive symptoms analyzed through the Young (YMRS) and Hamilton (HDRS) scales. The patients were considered euthimic when they scored less than 7 in both scales. The control group was formed by volunteers with corresponding age and gender to the bipolar patients. Results: Serum levels of BDNF were diminished in manic (p=0,019) and depressive (p=0,027) patients, when compared to euthimics and controls. Serum levels of BDNF were negatively correlated with the severity of the manic (r=-0,37, p=0,005) and depressive (r=- 0,30, p=0,033) symptoms. The serum levels of PCR were increased in patients in manic episode, when compared to depressed, euthimic and normal controls (p=0,001). Conclusion: Evidences of mitochondrial dysfunction, increase of oxidative stress, activation of inflammatory mechanisms, DNA damage and apoptosis have been demonstrated in patientes with Bipolar Disorder. Nowadays we know that the immune system, through the cytokines, and the nervous system, through the neurotrophic factors, modulate the cellular growth and differentiation. Our findings suggest the involvement of BDNF in the pathofisiology of bipolar disorder and of the inflammatory system in the manic phase of bipolar disorder.

Os efeitos benéficos da administração crônica de cafeína sobre a memória têm sido observados em diferentes condições e modelos animais, mas os mecanismos subjacentes aos seus efeitos permanecem desconhecidos. Este estudo buscou investigar se a administração crônica de cafeína pode melhorar o desempenho em uma tarefa de memória em ratos adultos e de meia-idade. Além disso, os efeitos da cafeína sobre o imunoconteúdo do fator neurotrófico derivado encéfalo(BDNF) foi analisado para estabelecer uma conexão entre os achados comportamentais e BDNF, uma das neurotrofinas estritamente envolvida na memória e processos de aprendizagem. Além disso, analisou-se o imunoconteúdo do receptor tirosina cinase (Trk B), o precursor do BDNF (proBDNF) e o fator de transcrição CREB. Ratos Wistar adultos (2 meses) e de meia-idade (12 meses de idade) receberam água ou cafeína (1 mg / mL) na água de beber durante 30 dias. Ambos os grupos foram submetidos às tarefas de avaliação da atividade locomotora e esquiva inibitória. Ratos de meia-idade apresentaram uma diminuição da atividade locomotora em relação aos adultos e o tratamento com cafeína não modificou esse parâmetro em nenhuma das idades. Na tarefa de esquiva inibitória, a memória de curta e longa duração foi avaliada. Ratos de meia-idade apresentaram um comprometimento total da memória de curta duração em relação aos adultos. Quando a memória de longa duração foi avaliada, os ratos de meia-idade apresentaram uma diminuição do seu desempenho em relação aos adultos, e tratamento de cafeína foi capaz de melhorar esse desempenho. Análise de Western blot do hipocampo de ratos tratados com cafeína revelou um aumento do imunoconteudo de BDNF no hipocampo em ratos de meia-idade, um efeito atenuado pelo tratamento crônico de cafeína. Além disso, o tratamento com cafeína aumentou o imunoconteúdo de pro-BDNF e CREB em ambas as idades, e, ainda, foi encontrado um aumento do imunoconteúdo de CREB em ratos de meia-idade. O imunoconteúdo de TrkB diminuiu no hipocampo de ratos de meia-idade quando comparados aos adultos, e o tratamento com cafeína foi capaz de diminuir o imunoconteúdo de TrkB em ambas as idades. Os dados encontrados indicam uma estreita associação entre a modificação do desempenho da memória e imunoconteúdo BDNF. Portanto, nossos dados sugerem que a cafeína é capaz de normalizar o desempenho da memória durante o envelhecimento e pode estar relacionada à capacidade da cafeína de normalizar os níveis de BDNF. / The beneficial effects of chronic caffeine administration in memory performance have been observed in different conditions and animal models but the underlying mechanisms remain unknown. This study was designed to investigate whether chronic caffeine administration could improve the performance in different memory tasks used in adult and middle-aged rats. In addition, the effects of caffeine on brain derived neurotrophic factor (BDNF) immunocontent was analyzed to establish a connection between the behavioral findings and BDNF, one of the neurotrophins strictly involved in memory and learning processes. Moreover, it was analyzed the immunocontent of tirosine kinase receptor (Trk B), the precursor of BDNF (proBDNF) and the transcription factor CREB. Adult (2 months old) and middle-aged (12 months old) Wistar rats received either drinking water or caffeine (1 mg/mL) during 30 days. Both groups were submitted to open field and inhibitory avoidance tasks. Middle-aged rats presented decreased locomotor activity as compared to adults and caffeine was devoid of effect at any age. In the inhibitory avoidance task, short- and long-term memory was evaluated. Middle-aged rats presented impaired performance compared to adult ones for short-term memory. When long-term memory was evaluated, middle-aged rats showed a decreased in their perfomances compared to adult rats, and caffeine treatment was able to improve it. Western blot analysis of hippocampus from caffeine-treated rats revealed that BDNF increased by aging and caffeine treatment prevented it. In addition, caffeine treatment increased the pro-BDNF and CREB immunocontent in both ages. Furthermore, CREB densities increased with aging. TrkB immunocontent was decreased in the hippocampus from middle-aged rats when compared to adult ones, and caffeine decreased the density of TrkB in both ages. The present findings indicate a close association between the modification of memory performance and BDNF immunocontent. Therefore, our data suggest caffeine normalyze memory performance upon aging and may be related to the ability of caffeine to normalyze the levels of BDNF.

Meduloblastoma é o tumor maligno intracranial mais comum em crianças. A desregulação da sinalização BDNF/TrkB tem sido associada a aumento da proliferação, invasão e resistência a quimioterapia, em diversos tipos de câncer, incluindo tumores de sistema nervoso. No entanto, seus efeitos biológicos e relevância clínica em meduloblastoma não estão compreendidos. Neste estudo foram analisados os efeitos do inibidor seletivo de TrkB, ANA-12, na viabilidade, sobrevivência e ciclo celular de linhagens de meduloblastoma humano. Este estudo demonstrou que o bloqueio seletivo de TrkB reduziu significativamente a viabilidade e sobrevivência de linhagens celulares representativas de diferentes subgrupos moleculares de meduloblastoma. Estes resultados fornecem uma base racional para investigar a inibição de TrkB como uma nova e potencial estratégia para o tratamento de meduloblastoma. / Medulloblastoma (MB) is the most common malignant pediatric brain tumor. Deregulation of BDNF/TrkB signaling has been associated with increased proliferative capabilities, invasiveness and chemo-resistance in several types of cancer. However, the relevance of this pathway in MB remains unknown. Here, we show that the selective TrkB inhibitor ANA-12 markedly reduced the viability and survival of human cell lines representative of different MB molecular subgroups. These findings provide a rationale to further investigate TrkB inhibition as a potential novel strategy for MB treatment.