Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2012-04-04T19:47:43Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao_AvaliacaoInVitro.pdf: 748124 bytes, checksum: ed7dfa92b695d7397df08b348a8ec4a3 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos(edisangela@ufpa.br) on 2012-04-04T19:48:10Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertacao_AvaliacaoInVitro.pdf: 748124 bytes, checksum: ed7dfa92b695d7397df08b348a8ec4a3 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-04-04T19:48:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertacao_AvaliacaoInVitro.pdf: 748124 bytes, checksum: ed7dfa92b695d7397df08b348a8ec4a3 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Previous issue date: 2011 / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / A doença de Parkinson (DP) é uma doença neurodegenerativa, que afeta principalmente neurônios dopaminérgicos da substância negra que projetam para o estriado. A rotenona, um composto amplamente usado como pesticida, pode estar relacionada a influências ambientais que aumentam o risco do aparecimento da DP. Estudo com análise de danos no DNA, como o ensaio em eletroforese do cometa foi introduzido neste trabalho para uma melhor compreensão de efeitos neurotóxicos da rotenona em modelo experimental da DP. O teste do cometa foi aplicado em neurônios provenientes de culturas mesencefálicas mistas de ratos expostas a diferentes concentrações em dois tempos de exposição, 24 e 48 horas. A média do índice de dano dos cometas mostrou-se, segundo análise estatística, significativamente diferente em relação ao grupo controle em todas as concentrações de rotenona testadas e nas duas durações analisadas. No entanto, na análise comparativa do índice de dano considerando o tempo de exposição para concentrações equivalentes, somente 20 e 30 nano molares demonstraram diferença significativa entre 24 e 48 horas de exposição. Este trabalho demonstrou que, nas condições empregadas, o teste do cometa detectou danos no material genético sem alteração detectável no teste de viabilidade celular pelo MTT (5 nM de rotenona por 24h), sugerindo que alterações genotóxicas podem anteceder alterações de viabilidade celular em neurônios expostos à rotenona. Entretanto, não é possível afirmar se tais alterações possuem caráter irreversível ou não. / Parkinson’s disease is a neurogenerative disease that affects dopaminergic neurons of the substantia nigra whose neurons Project to the striatum. Rotenone is a compound widely used as pesticide and which has been implicated among the environmental factors that increase the risk of developing PD. An essay that evaluate DNA damage, such as the eletroforesis comet essay, was introduced in the present work, to better understand the neurotoxic effects of the rotenone in a experimental model of PD. The comet assay was applied to neurons from mixed mesencephalic cultures exposed to different concentrations of rotenone in two different exposure times, 24 and 48 hours. The mean comet damage index showed a significant difference between the control condition and all the rotenone concentrations tested in both exposure times. However, in the comparative analysis considering time exposure for equivalent concentrations, there was significant difference only with 20 and 30 nM rotenone concentrations. This study demonstrated that, in the experimental conditions used, the comet assay detected damage to the genetic material without detectable alterations in the MTT viability test (5 nM rotenone, 24h), suggesting that genotoxic alterations may precede viability alterations in rotenone-exposed neurons. It is not possible, however, to assure that such alterations are irreversible or not.

Se evaluó la toxicidad individual y binaria de los plaguicidas metomilo y rotenona en la macrofita Lemna minor (Linnaeus, 1753) para determinar la acción sinérgica o antagónica de una mezcla equitóxica. Los ensayos se realizaron bajo condiciones de laboratorio (T 29 ± 2°C; H 48,6 ± 9,4 %) y los resultados fueron analizados con los programas estadísticos BMDS® y Probit para calcular la concentración efectiva media (CE50) a través de los parámetros Área de la Fronda (AF) y Nuevas Frondas (NF). Los resultados sugieren una mayor precisión al utilizar el Método del Punto de Referencia del programa BMDS® para el cálculo de la concentración efectiva. Adicionalmente, se calculó la concentración total de clorofila (CTC) y peso húmedo (PH) para determinar la inhibición del crecimiento (Ir). Del mismo modo, se realizó una comparación entre los valores NOAEL (nivel de efecto no observado) y LOAEL (nivel bajo de efecto observado) versus los valores de BMDL (límite inferior del punto de referencia) y BMD (nivel de variación en el punto de referencia), respectivamente. El análisis muestra que existe una mayor precisión al emplear los valores BMD y BMDL. La acción fitotóxica varió según el parámetro analizado. La CE50 mostró mayores valores en el parámetro NF (1079,22 mg·L-1 para rotenona; 7147,42 mg·L-1 para metomilo; 597,904 mg·L-1 mezcla binaria: metomilo y 298,93 mg·L-1 mezcla binaria: rotenona) que en el parámetro AF (782,173 mg·L-1 para rotenona; 6919,79 mg·L-1 para metomilo; 629,513 mg·L-1 mezcla binaria: metomilo y 314,754 mg·L-1 mezcla binaria: rotenona). Finalmente, el modelo de concentración-adición mostró que la acción fitotóxica de la mezcla de ambos plaguicidas en Lemna minor tiene un efecto sinérgico. Macrophyte Lemna minor (Linnaeus, 1753) was used to evaluate the phytotoxicity of the individual and mix action of methomyl and rotenone pesticides under laboratory conditions (Temperature 29 ± 2°C; Humidity 48,6 9,4 %). The taken measures to establish half effective concentration (EC50) were the frond area (AF) and production of new fronds (NF). In this study, BMDS® and Probit stadistical data analyses were used to compare the results about effective concentration. Results suggest Benchmark dose method of BMDS® program was more effective than Probit program when EC50 were determined. Additionally, total chlorophyll concentration (CTC) and humidity weight (PH) parameters were calculated to determinate the growth inhibition (Ir). Likewise, NOAEL (no observed adverse effect level) and LOAEL (low observer adverse effect level) were compared with BMDL (lower bench mark dose) and BMD (Bench mark dose), respectively. BMD and BMDL values were more accurate than NOAEL and LOAEL values. Phytotoxic action varied according the parameter. EC50 values of Lemna minor showed poor sensibility to methomyl pesticide with an elevated concentration in both parameters (6919,79 mg•L-1 and 7147,42 mg•L-1 for AF and NF, respectively). Results of rotenone pesticide were lower than methomyl, with 1079,22 mg•L-1 (NF) and 782,173 mg•L-1 (AF). Finally, the mix toxicity was 597,904 mg•L-1 (methomyl: NF), 298,93 mg•L-1 (rotenone: NF), 629,513 mg•L-1 (methomyl: AF) and 314,754 mg•L-1 (rotenone: AF). For synergy calculation, Concentration-Adition value was used, concluding a higher synergism.

Submitted by Ana Maria Fiscina Sampaio (fiscina@bahia.fiocruz.br) on 2016-02-04T16:39:34Z No. of bitstreams: 1 Ana Paula Amaral de Brito Efeito... 2015.pdf: 1294909 bytes, checksum: 78c71eb987dd6a713939584ccdf4650a (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Maria Fiscina Sampaio (fiscina@bahia.fiocruz.br) on 2016-02-04T16:39:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Ana Paula Amaral de Brito Efeito... 2015.pdf: 1294909 bytes, checksum: 78c71eb987dd6a713939584ccdf4650a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-04T16:39:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ana Paula Amaral de Brito Efeito... 2015.pdf: 1294909 bytes, checksum: 78c71eb987dd6a713939584ccdf4650a (MD5) Previous issue date: 2015 / Fundação Oswaldo Cruz, Centro de Pesquisas Gonçalo Moniz. Salvador, BA, Brasil / Universidade Federal da Bahia, Faculdade de Medicina. Salvador, BA, Brasil / Os astrócitos são o tipo celular mais numeroso no sistema nervoso central (SNC). Eles exercem suporte estrutural, trófico, e metabólico para neurônios e modulam a atividade sináptica. Então, o prejuízo nestas funções dos astrócitos pode influenciar na sobrevivência dos neurônios. De fato, numerosas evidências têm descrito a influência dos astrócitos no desenvolvimento de uma variedade de doenças neurodegenerativas. Neurotoxinas ambientais como rotenona, um inibidor específico do complexo I mitocondrial, provêem modelos de doenças neurodegenerativas tanto in vivo quanto in vitro. Sendo assim, a busca de novas substâncias com atividade neuroprotetora é atualmente o foco de estudos, e uma tendência crescente tem sido direcionada para plantas medicinais. Neste trabalho investigou-se a influência do extrato aquoso de Valeriana officinalis (V. officinalis) e da rotenona sobre os aspectos eletrofisiológicos do funcionamento cerebral, e o efeito citoprotetor dos extratos com éter de petróleo (PE) e metanol (MeOH) de V. Officinalis contra a toxicidade induzida pela rotenona. O estudo adotou uma abordagem que associa técnicas químicas, celulares e eletrofisiológicas. Ratos machos albinos, Wistar, adultos, em condições normais de nutrição, foram divididos em: grupo valeriana, tratados, por gavagem, com extrato aquoso de valeriana (250 mg/kg/dias) durante 15 dias; grupo rotenona, tratados, por via subcutânea, com rotenona (10 mg/kg) durante 7 dias; grupo valeriana + rotenona, submetidos a ambos tratamentos. Os respectivos controles foram igualmente tratados com solução salina ou solução de 1% de Tween-80 em água. Após o período de tratamento, os animais foram anestesiados, submetidos à trepanação seguida do registro da depressão alastrante cortical (DAC), na superfície do córtex cerebral, por 4 horas. Para avaliação da citoxicidade da rotenona e da atividade citoprotetora dos extratos de V. officinalis foram realizadas análises de viabilidade celular através da redução do brometo de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolium (MTT) e visualização por microscopia de contraste de fase em células de glioma murino (C6) e humano (GL-15), além de astrócitos de rato como controle de células normais. Os animais tratados com rotenona apresentaram redução da velocidade de propagação DAC enquanto que os animais tratados com valeriana apresentaram um aumento da velocidade de propagação. No entanto, os animais tratados com rotenona e valeriana não apresentaram diferença estatística na velocidade de propagação da DAC quando comparado aos grupos controles. Os resultados demonstraram que a rotenona foi citotóxica nas linhagens testadas, reduzindo a viabilidade e alterando a morfologia celular de maneira dose-dependente. Os extratos de PE e MeOH de V. officinalis foram efetivos em aumentar a viabilidade celular, bem como reduzir as alterações morfológicas induzidas pela rotenona nas linhagens celulares testadas. A análise do RMN 1H dos extratos de V. Officinalis demonstrou a presença de substâncias terpenoides; esse resultado relaciona os efeitos de V. Officinalis a ação antioxidante. O extrato aquoso de V. Officinalis preveniu as alterações eletrofisiológicas induzidas pela rotenona. Os resultados corroboram com estudos pregressos que descrevem os extratos de V. officinalis com função citoprotetora, deixando esse composto muito mais próximo de testes que venham a confirmar sua efetividade em diversas modalidades terapêuticas. / Astrocytes are the most numerous cell type in the central nervous system (CNS). They provide structural, trophic and metabolic support to neurons, and they modulate synaptic activity. Accordingly, impairment in these astrocyte functions can critically influence neuron survival. Indeed, several evidences have presented the influence of astrocytes for the development of a variety of neurodegenerative disorders. Environmental neurotoxins such as rotenone, a specific inhibitor of mitochondrial complex I that generates reactive oxygen species (ROS), provide models of neurodegenerative disorders both in vivo and in vitro. Thus, the search for new substances with neuroprotective activity is currently the focus of studies, and a growing trend has been directed at medicinal plants. In this study, we investigated the influence of of Valeriana officinalis (V. officinalis) and rotenone in the brain function through neurophysiological aspects, and the citoprotective effect of petroleum ether (PE) and methanol (MeOH) extracts of V. officinalis against rotenone-induced toxicity. The study adopted an approach that combines chemical, cellular and eletrophisiological techniques. Wistar male rats (adults), in normal conditions of nutrition, were divided in: valerian group, treated by gavage, for 15 days, with 250 mg/kg/day of the aqueous extract of V. officinalis; rotenone group, treated with s.c. injections at the daily dose of 10 mg/kg for 7 days; rotenone + valerian group treated with both substances. The control groups were treated equally with saline solution or 1% Tween-80 solution in water. After the treatment period, the cortical spreading depression (CSD) was recorded for 4 h at 2 cortical points in the parietal region. In order to investigate the rotenone-induced citotoxicity and the antioxidant activity of V. officinalis extracts, cell viability assays were performed through the reduction of 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT), and visualization by phase contrast microscopy in rat glioma C6 cells and human glioblastoma GL-15 cells, as well as in rat astrocytes for comparison. The rotenone treated-animals presented lower mean CSD velocities, whereas CSD velocities were higher in the valerian-treated animals. When compared to the control animals, the treatment with rotenone plus valerian revealed no significant difference. The results demonstrated that rotenone was cytotoxic in the cell lines tested, reducing the cell viability and changing the cell morphology in a dose-dependent manner. The PE and MeOH extracts of V. officinalis were effective in increase cell ciability and reduce the rotenone-induced morphological changes in the tested cell lines. The 1H NMR analysis of V. Officinalis extracts showed the presence of terpenoid substances; this result relates the effects of V. Officinalis antioxidant action. The results corroborate previous studies describing the V. officinalis extracts with cytoprotective function, leaving the compound much closer to tests that will confirm their effectiveness in various therapeutic modalities

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Among various antioxidant therapeutic applications, neuroprotective action is highlighted sinceoxidative stress is recognized as one of the events involved in cell damage which occur in most of neurological disorders, including Parkinson s disease (PD). Consequently, the search for natural and/or synthetic antioxidants which may be effective in the treatment of neurological disorders has grown over the past years. In this context, several studies have shown the antioxidant potential of selenium organic compound diphenyl diselenide (DPDS) in vitro and in vivo, but there are still few studies talking about antioxidant activity of Valeriana officinalis (V. officinalis). Likewise, there is no research on the possible beneficial effects of these agents in models of neurological diseases such as PD using Drosophila melanogaster (D. melanogaster), an specie that has been used with great reliability in the reproduction of dopaminergic dysfunction models. Thus, the objective of this study was to evaluate the in vitro antioxidant activity of V. officinalis, as well as, the effect of supplementation of extract from roots of this plant and DPDS on behavioral and biochemical changes induced by pesticide rotenone exposure in D. melanogaster. As a result, we verify that: ethanolic extract from V. officinalis inhibited the generation of TBARS caused by various pro-oxidants agents in rat s brain homogenate in vitro, diminished deoxyribose degradation and generation of reactive oxygen species (ROS) caused by quinolinic acid (QA); flies exposed to rotenone were significantly lower than control group in behavioral tests of climbind and open-field (number of crossings and immobility time) and higher incidence of mortality. V. officinalis treatment was effective in reducing these effects, except against the decrease in number of crossings. Exposure to rotenone decreased in flies cell viability and non protein thiol content, but V. officinalis treatment normalized to the control levels. Rotenone increased mRNA expression on superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and tyrosine hydroxilase (TH) enzymes, which were restored by treatment with V. officinalis; DPDS supplementation was not effective in offering protection against locomotor and biochemical alterations induced by rotenone. In addition, DPDS per se induced an increase in ROS production and decreased survival rate of flies. In general, data showed that V. officinalis may be a promising neuroprotective agent, since it was effective in reducing the oxidative damage caused by different neurotoxic agents and toxic effects caused by rotenone exposure. Thus, the use of this plant extract may be beneficial in reducing neurological disorders associated to the oxidative stress. In relation to the use of DPDS, further studies aimed at the concentrations used are necessary, given that the concentration tested in this work did not offer protection against rotenone damage effects, DPDS potentiated the effect of this pesticide on mortality and exhibited toxic effects per se. Overall, these results contribute to the advancement of research focused on the toxicology and pharmacology of natural and synthetic products and screening for agent that provide neuroprotection and may be promising to assist in the treatment of neurodegenerative diseases, including PD. / Dentre as várias aplicações terapêuticas dos antioxidantes, destaca-se a ação neuroprotetora, uma vez que, o estresse oxidativo (EO) é reconhecido como um dos eventos envolvidos nos danos celulares que ocorrem na maioria das doenças neurológicas, incluindo a doença de Parkinson (DP). Consequentemente, a procura por antioxidantes naturais e/ou sintéticos que possam ser eficazes no tratamento de distúrbios neurológicos tem crescido muito ao longo dos últimos anos. Neste contexto, vários trabalhos têm evidenciado o potencial antioxidante do composto orgânico de selênio disseleneto de difenila (DPDS) in vitro e in vivo; mas, ainda, são escassos estudos acerca da atividade antioxidante da planta Valeriana officinalis (V. officinalis). Da mesma forma, ainda não há pesquisas sobre os possíveis efeitos benéficos desses agentes em modelos de doenças neurológicas, como a DP, utilizando a Drosophila melanogaster (D. melanogaster), uma espécie que vem sendo usada com bastante confiabilidade na reprodução de modelos de disfunção dopaminérgica. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade antioxidante in vitro da V. officinalis, bem como, os efeitos oriundos da suplementação com o extrato da raiz desta planta e com DPDS sobre alterações comportamentais e bioquímicas induzidas pela exposição ao pesticida rotenona em D. melanogaster. Como resultados, verificamos que o extrato etanólico de V. officinalis inibiu a geração de TBARS causada por diferentes agentes pró-oxidantes, em homogeneizado de tecido cerebral de rato in vitro; diminuiu a degradação da desoxirribose e a geração de espécies reativas de oxigênio (ERO), causada pelo ácido quinolínico (AQ); as moscas expostas à rotenona tiveram um desempenho significativamente inferior ao grupo controle nos testes comportamentais de escalada e campo-aberto (número de cruzamentos e tempo de imobilidade), bem como, uma maior incidência de mortalidade. O tratamento com V. officinalis foi eficaz em reduzir esses efeitos, exceto frente à diminuição do número de cruzamentos. A exposição à rotenona diminui a viabilidade celular e o conteúdo de tiol protéico das moscas, que foi normalizada aos níveis do controle pelo tratamento com V. officinalis. A rotenona aumentou a expressão de mRNA das enzimas Superóxido dismutase (SOD), Catalase (CAT) e Tirosina hidroxilase (TH) quando comparado ao grupo controle e a alteração observada na expressão da SOD e CAT foi restaurada pelo tratamento com V. officinalis; a suplementação com DPDS não foi eficaz em oferecer proteção contra as alterações locomotoras e bioquímicas induzidas por rotenona. Além disso, o DPDS induziu per se um aumento na produção de ERO e uma diminuição na taxa de sobrevivência das moscas. De forma geral, os dados obtidos mostram que a V. officinalis pode ser considerada um agente neuroprotetor promissor, uma vez que foi eficaz em reduzir os danos oxidativos causados por diferentes pró-oxidantes e os efeitos tóxicos causados pela exposição à rotenona. Assim, o uso do extrato desta planta pode ser benéfico na redução de complicações neurológicas associadas ao EO. Com relação ao uso do DPDS, mais estudos voltados para as concentrações utilizadas são necessários, tendo em vista que, na concentração testada neste modelo experimental, o mesmo não ofereceu proteção contra os efeitos danosos da rotenona, potencializou o efeito do pesticida sobre a taxa de mortalidade e exibiu efeitos tóxicos per se. De forma geral, esses resultados contribuem para o avanço das pesquisas voltadas para a toxicologia e farmacologia de produtos naturais e sintéticos e para a triagem de agentes que ofereçam neuroproteção e possam ser promissores para auxiliar na terapêutica de doenças neurodegenerativas, incluindo a DP.

Orientador: Roger Frigério Castilho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-24T17:18:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Michelini_LuizGuilhermeBueno_M.pdf: 1602537 bytes, checksum: f58032fd3eaf359e8f094658a3612c02 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A inibição parcial do Complexo I da cadeia respiratória mitocondrial em ratos tratados cronicamente com rotenona está associada com o desenvolvimento de características neuroquímicas, comportamentais e neuropatológicas da doença de Parkinson. Os objetivos deste trabalho foram (i) caracterizar os efeitos de uma inibição parcial do Complexo I por rotenona na produção de peróxido de hidrogênio (H2O2) por mitocôndrias de cérebro de ratos (MCR) em diferentes estados respiratórios e (ii) avaliar a suscetibilidade de MCR velhos (24 meses) à inibição do consumo de oxigênio (O2) e ao estímulo da produção de H2O2 por rotenona em comparação a MCR adultos (3-4 meses). A análise do potencial de membrana por citometria de fluxo em mitocôndrias isoladas indicou que a adição de rotenona promoveu uma inibição uniforme da respiração mitocondrial nestas organelas. Quando mitocôndrias foram incubadas na presença de uma baixa concentração de rotenona (10 nM) e de substratos geradores de NADH, o consumo de O2 foi reduzido de 45,9±1,0 para 26,4±2,6 nmol O2.mg-1.min-1 e de 7,8±0,3 para 6,3±0,3 nmol O2.mg-1.min-1 nos estados respiratórios 3 (respiração estimulada por ADP) e 4 (respiração de repouso), respectivamente. Nessas condições, a produção mitocondrial de H2O2 foi estimulada de 12,2±1,1 para 21,0±1,2 pmol H2O2.mg-1.min-1 e de 56,5±4,7 para 95,0±11,1 pmol H2O2.mg-1.min-1 nos estados respiratórios 3 e 4, respectivamente. Resultados similares foram observados ao comparar preparações mitocondriais enriquecidas com organelas sinápticas e não-sinápticas ou quando o íon 1-metil-4-fenilpiridina (MPP+) foi utilizado como inibidor de Complexo I mitocondrial. O estímulo da produção de H2O2 por rotenona nos estados respiratórios 3 e 4 foi associado a um aumento do estado reduzido de nucleotídeos de nicotinamida endógenos. Na respiração mitocondrial com succinato, onde a maior parte da produção de H2O2 se origina do fluxo reverso de elétrons do Complexo II para o I, baixas concentrações de rotenona inibiram a produção de H2O2. Rotenona não exerceu efeito sobre a eliminação mitocondrial de concentrações micromolares de H2O2. Em sinaptossomas intactos, observamos que rotenona 10 nM estimulou a liberação de H2O2 em 20,2±3,3% no estado respiratório basal. Ao compararmos MCR adultos e velhos, verificamos que o consumo de O2 no estado respiratório 3 e a atividade da citrato sintase foram 21,0±3,3% e 17,0±5,4% mais baixos em MCR velhos. Experimentos conduzidos na presença de diferentes concentrações de rotenona (5, 10 e 100 nM) demonstraram sensibilidade similar à inibição do consumo de O2 por rotenona no estado respiratório 3, com IC50 de 7,8±0,4 e 6,5±0,5 nM para MCR adultos e velhos, respectivamente. De acordo com esses resultados, o estímulo da produção de H2O2 observado foi similar em MCR adultos e velhos, tratadas com diferentes concentrações de rotenona. Concluímos que, uma inibição parcial do Complexo I pode resultar em uma crise energética e/ou estresse oxidativo mitocondrial, enquanto o primeiro evento predominaria numa situação de alta demanda de fosforilação oxidativa, o segundo ocorreria em condições de respiração de repouso. Em adição, os experimentos com ratos velhos indicaram que rotenona exerce efeitos similares no consumo de O2 e na produção de H2O2 em MCR adultos e velhos / Abstract: Partial inhibition of mitochondrial Complex I is associated with the development of neurochemical, behavioral, and neuropathological features of Parkinson's disease in rats chronically and systemically treated with rotenone. The aims of this work were (i) to characterize the effects of partial inhibition of respiratory Complex I by rotenone on H2O2 production by rat brain mitochondria in different respiratory states and (ii) to evaluate the susceptibility of brain mitochondria from old rats (24 month-old) to rotenone-induced inhibition of oxygen consumption and increased generation of H2O2 when compared with organelles from adult rats (3-4 month-old). Flow cytometric analysis of membrane potential in isolated mitochondria indicated that rotenone leads to uniform respiratory inhibition when added to a suspension of these organelles. When mitochondria were incubated in the presence of a low concentration of rotenone (10 nM) and NADH-linked substrates, oxygen consumption was reduced from 45.9±1.0 to 26.4±2.6 nmol O2.mg-1.min-1 and from 7.8±0.3 to 6.3±0.3 nmol O2.mg-1.min-1 in respiratory states 3 (ADP-stimulated respiration) and 4 (resting respiration), respectively. Under these conditions, mitochondrial H2O2 production was stimulated from 12.2±1.1 to 21.0±1.2 pmol H2O2.mg-1.min-1 and 56.5±4.7 to 95.0±11.1 pmol H2O2.mg-1.min-1 in respiratory states 3 and 4, respectively. Similar results were observed when comparing mitochondrial preparations enriched with synaptic or nonsynaptic organelles or when 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+) ion was used as a respiratory Complex I inhibitor. Rotenone-stimulated H2O2 production in respiratory states 3 and 4 was associated with a high reduction state of endogenous nicotinamide nucleotides. In succinate-supported mitochondrial respiration, where most of the mitochondrial H2O2 production relies on electron backflow from Complex II to Complex I, low rotenone concentrations inhibited H2O2 production. Rotenone had no effect on mitochondrial elimination of micromolar concentrations of H2O2. In intact synaptosomes, we observed that 10 nM rotenone stimulated H2O2 release by 20.2 ± 3.3% under basal respiratory state. When comparing isolated brain mitochondria from adult and old rats we observed that oxygen consumption under respiratory state 3 and citrate synthase activity were 21.0±3.3% and 17.0±5.4% lower in mitochondria from old rats. Experiments conducted in the presence of different rotenone concentrations (5, 10 and 100 nM) showed that brain mitochondria from adult and old rats have similar sensitive to rotenone-induced inhibition of oxygen consumption in respiratory state 3, with IC50 of 7.8±0.4 and 6.5±0.5 nM for adult and old rats, respectively. In line with these results, similar stimulations in H2O2 production were observed in mitochondria from adult and old rats treated with different concentrations of rotenone. We conclude that partial Complex I inhibition may result in mitochondrial energy crisis and oxidative stress, the former being predominant under oxidative phosphorylation and the latter under resting respiration conditions. Rotenone exerts similar effects on oxygen consumption and H2O2 production by isolated brain mitochondria from adult and old rats / Mestrado / Biologia Estrutural, Celular, Molecular e do Desenvolvimento / Mestre em Ciências

A alteração do tráfego mitocondrial em neurônios leva ao aumento do estresse oxidativo, privação de energia, deficiência da comunicação intercelular e neurodegeneração. Há evidências de que essas alterações de tráfego antecedem a morte neuronal associada à agregação proteica. Portanto, conhecer a relação entre a mobilidade mitocondrial e a formação de agregados proteicos pode ser um passo importante para o melhor entendimento dos mecanismos da neurodegeneração. Com isso, o objetivo do presente estudo é analisar a mobilidade das mitocôndrias em culturas de células do hipocampo, substância negra e locus coeruleus expostas a rotenona e MPTP, como agentes neurodegenerativos, e à rapamicina como ativador da autofagia. Um outro objetivo do estudo é avaliar o papel do cálcio (através do emprego de EGTA e ionomicina) no modelo experimental. Os resultados mostraram aumento da mobilidade mitocondrial no hipocampo e diminuição na substância negra, já no locus coeruleus houve aumento seguido de diminuição da mobilidade mitocondrial dependendo da concentração de rotenona. O emprego do EGTA e ionomicina mostra que a ação da rotenona sobre o tráfego mitocondrial envolve o cálcio, mas não se relaciona com uma possível alteração da integridade mitocondrial, já que não foi observada alteração no potencial de membrana mitocondrial. Foram também realizados experimentos a fim de avaliar a mobilidade mitocondrial em modelo utilizando rapamicina para ativar a autofagia e MPTP como indutor da neurodegeneração em culturas de células, onde foi observado aumento da mobilidade no hipocampo e no locus coeruleus quando exposto a rapamicina e aumento da mobilidade mitocondrial em cultura de células do hipocampo exposto a MPTP já no locus coeruleus houve uma diminuição significativa da mobilidade mitocondrial. Os resultados permitem concluir que o tráfego mitocondrial está alterado antes da agregação proteica podendo contribuir com a neurodegeneração / Altered mitochondrial traffic in neurons can lead to increased oxidative stress, energy deprivation, impaired intercellular communication and neurodegeneration. There are evidences mitochondria disturbing precedes neuronal death associated with protein aggregation. Therefore, the study of mitochondrial traffic and protein aggregation can be an important step towards a better understanding of the mechanisms of neurodegeneration. Thus, the aim of this study is to analyze mitochondria mobility in cultured cells of the hippocampus, substantia nigra and locus coeruleus exposed to rotenone and MPTP, as neurodegeneration-promoting agents, and rapamycin to activate autophagy. The other objective of the study was to analyze the role of calcium (through EGTA and ionomycin) in the experimental model. The results showed increased and decreased mobility mitochondrial in cells from hippocampus and substantia nigra, respectively, while the locus coeruleus cell culture has increased followed by decreased mitochondrial mobility depending upon rotenone concentration. The use of EGTA and ionomycin showed that alteration of mitochondrial traffic is associated with calcium, however it is not related with changes in mitochondrial membrane potential. Additional experiments were also conducted to assess mitochondrial mobility in a model using rapamycin to activate autophagy and MPTP to induce neurodegeneration in cell cultures. The results of these experiments showed increased mitochondrial mobility in the hippocampus and locus coeruleus when exposed to rapamycin; while MPTP also increased mitochondria mobility in hippocampal cell cultures, but decreased it in locus coeruleus. Results suggest that mitochondrial traffic is altered before protein aggregation, which may contribute to neurodegeneration

O desenvolvimento das doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer, está associado à presença de agregados proteicos contendo Tau hiperfosforilada (p-Tau). Esta disfunção da Tau leva a prejuízos na homeostase celular. Um mecanismo chave para diminuir e/ou prevenir os danos promovidos pelos agregados contendo Tau seria o estímulo de sua degradação. Neste sentido, a proposta do presente estudo foi analisar a degradação da proteína Tau após aumento da expressão exógena da cochaperona Bag-2, a qual influencia o sistema proteassomal de degradação; bem como avaliar a ativação dos sistemas de degradação, a fim de correlacionar estes sistemas em cultura de células primárias e organotípica do hipocampo de ratos. Os resultados mostraram que a rotenona foi capaz de aumentar os níveis de p-Tau e que a superexpressão de Bag-2, foi eficiente em prevenir e degradar a p-Tau. O mecanismo envolvido neste processo envolve a coordenação dos sistemas proteassomal e lisossomal, já que a Rab7 e a Rab24 (envolvidas na via lisossomal) mostraram-se diminuídas na fase que antecede a agregação proteica, enquanto houve aumento da Rab24 na presença dos agregados proteicos. Com relação ao peptídeo beta amiloide, foi demonstrado tendência de aumento de p-Tau acompanhado de diminuição da atividade proteassomal e lisossomal. O tratamento com PADK (ativador lisossomal) foi capaz de reverter este efeito nestas diferentes condições. A análise da interrelação entre os sistemas mostrou que uma inibição do proteassoma favorece a via lisossomal e que o inverso não se repete. Os resultados sugerem que a modulação das vias de degradação pode ser interessante para o estudo, prevenção e tratamento das doenças neurodegenerativas associadas à agregação de proteínas / Neurodegenerative diseases, such as Alzheimer\'s, are associated to protein inclusions containing hyperphosphorylated Tau (p-Tau). It is well established that Tau dysfunction impairs cell homeostasis. A key mechanism to prevent and/or reduce the damage promoted by aggregates of Tau might be its degradation. In view of this, the aims of the present study are to evaluate p- Tau clearance following exogenous expression of Bag-2, which stimulates proteasome; as well as to analyze the activation of both lysosome and proteasome pathways in order to understand the crosstalk between these two systems in primary and organotypic cultures of rat hippocampus. Results showed that rotenone was able of increasing p-Tau that was prevented and degraded by Bag-2 overexpression. Mechanisms involved in this process involve the coordination of cell degradation systems, depending upon aggregation status, since Rab7 and Rab24 (involved in lysosomal pathway) were decreased before protein aggregation, while Rab24 increased in the presence of protein inclusions. Amyloid-beta peptide also increased p-Tau accompanied by decreased proteasome and lysosome activity. PADK (lysosomal activator) treatment reverted the inhibition promoted by amyloidbeta peptide. Inhibition of proteasome leads to activation of lysosome, but lysosome inhibition does not affect proteasome. Overall, results suggest that targeting degradation pathways might be useful to understand, prevent and treat neurodegenerative diseases associated with protein deposits

A alteração do tráfego mitocondrial em neurônios leva ao aumento do estresse oxidativo, privação de energia, deficiência da comunicação intercelular e neurodegeneração. Há evidências de que essas alterações de tráfego antecedem a morte neuronal associada à agregação proteica. Portanto, conhecer a relação entre a mobilidade mitocondrial e a formação de agregados proteicos pode ser um passo importante para o melhor entendimento dos mecanismos da neurodegeneração. Com isso, o objetivo do presente estudo é analisar a mobilidade das mitocôndrias em culturas de células do hipocampo, substância negra e locus coeruleus expostas a rotenona e MPTP, como agentes neurodegenerativos, e à rapamicina como ativador da autofagia. Um outro objetivo do estudo é avaliar o papel do cálcio (através do emprego de EGTA e ionomicina) no modelo experimental. Os resultados mostraram aumento da mobilidade mitocondrial no hipocampo e diminuição na substância negra, já no locus coeruleus houve aumento seguido de diminuição da mobilidade mitocondrial dependendo da concentração de rotenona. O emprego do EGTA e ionomicina mostra que a ação da rotenona sobre o tráfego mitocondrial envolve o cálcio, mas não se relaciona com uma possível alteração da integridade mitocondrial, já que não foi observada alteração no potencial de membrana mitocondrial. Foram também realizados experimentos a fim de avaliar a mobilidade mitocondrial em modelo utilizando rapamicina para ativar a autofagia e MPTP como indutor da neurodegeneração em culturas de células, onde foi observado aumento da mobilidade no hipocampo e no locus coeruleus quando exposto a rapamicina e aumento da mobilidade mitocondrial em cultura de células do hipocampo exposto a MPTP já no locus coeruleus houve uma diminuição significativa da mobilidade mitocondrial. Os resultados permitem concluir que o tráfego mitocondrial está alterado antes da agregação proteica podendo contribuir com a neurodegeneração / Altered mitochondrial traffic in neurons can lead to increased oxidative stress, energy deprivation, impaired intercellular communication and neurodegeneration. There are evidences mitochondria disturbing precedes neuronal death associated with protein aggregation. Therefore, the study of mitochondrial traffic and protein aggregation can be an important step towards a better understanding of the mechanisms of neurodegeneration. Thus, the aim of this study is to analyze mitochondria mobility in cultured cells of the hippocampus, substantia nigra and locus coeruleus exposed to rotenone and MPTP, as neurodegeneration-promoting agents, and rapamycin to activate autophagy. The other objective of the study was to analyze the role of calcium (through EGTA and ionomycin) in the experimental model. The results showed increased and decreased mobility mitochondrial in cells from hippocampus and substantia nigra, respectively, while the locus coeruleus cell culture has increased followed by decreased mitochondrial mobility depending upon rotenone concentration. The use of EGTA and ionomycin showed that alteration of mitochondrial traffic is associated with calcium, however it is not related with changes in mitochondrial membrane potential. Additional experiments were also conducted to assess mitochondrial mobility in a model using rapamycin to activate autophagy and MPTP to induce neurodegeneration in cell cultures. The results of these experiments showed increased mitochondrial mobility in the hippocampus and locus coeruleus when exposed to rapamycin; while MPTP also increased mitochondria mobility in hippocampal cell cultures, but decreased it in locus coeruleus. Results suggest that mitochondrial traffic is altered before protein aggregation, which may contribute to neurodegeneration

O desenvolvimento das doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer, está associado à presença de agregados proteicos contendo Tau hiperfosforilada (p-Tau). Esta disfunção da Tau leva a prejuízos na homeostase celular. Um mecanismo chave para diminuir e/ou prevenir os danos promovidos pelos agregados contendo Tau seria o estímulo de sua degradação. Neste sentido, a proposta do presente estudo foi analisar a degradação da proteína Tau após aumento da expressão exógena da cochaperona Bag-2, a qual influencia o sistema proteassomal de degradação; bem como avaliar a ativação dos sistemas de degradação, a fim de correlacionar estes sistemas em cultura de células primárias e organotípica do hipocampo de ratos. Os resultados mostraram que a rotenona foi capaz de aumentar os níveis de p-Tau e que a superexpressão de Bag-2, foi eficiente em prevenir e degradar a p-Tau. O mecanismo envolvido neste processo envolve a coordenação dos sistemas proteassomal e lisossomal, já que a Rab7 e a Rab24 (envolvidas na via lisossomal) mostraram-se diminuídas na fase que antecede a agregação proteica, enquanto houve aumento da Rab24 na presença dos agregados proteicos. Com relação ao peptídeo beta amiloide, foi demonstrado tendência de aumento de p-Tau acompanhado de diminuição da atividade proteassomal e lisossomal. O tratamento com PADK (ativador lisossomal) foi capaz de reverter este efeito nestas diferentes condições. A análise da interrelação entre os sistemas mostrou que uma inibição do proteassoma favorece a via lisossomal e que o inverso não se repete. Os resultados sugerem que a modulação das vias de degradação pode ser interessante para o estudo, prevenção e tratamento das doenças neurodegenerativas associadas à agregação de proteínas / Neurodegenerative diseases, such as Alzheimer\'s, are associated to protein inclusions containing hyperphosphorylated Tau (p-Tau). It is well established that Tau dysfunction impairs cell homeostasis. A key mechanism to prevent and/or reduce the damage promoted by aggregates of Tau might be its degradation. In view of this, the aims of the present study are to evaluate p- Tau clearance following exogenous expression of Bag-2, which stimulates proteasome; as well as to analyze the activation of both lysosome and proteasome pathways in order to understand the crosstalk between these two systems in primary and organotypic cultures of rat hippocampus. Results showed that rotenone was able of increasing p-Tau that was prevented and degraded by Bag-2 overexpression. Mechanisms involved in this process involve the coordination of cell degradation systems, depending upon aggregation status, since Rab7 and Rab24 (involved in lysosomal pathway) were decreased before protein aggregation, while Rab24 increased in the presence of protein inclusions. Amyloid-beta peptide also increased p-Tau accompanied by decreased proteasome and lysosome activity. PADK (lysosomal activator) treatment reverted the inhibition promoted by amyloidbeta peptide. Inhibition of proteasome leads to activation of lysosome, but lysosome inhibition does not affect proteasome. Overall, results suggest that targeting degradation pathways might be useful to understand, prevent and treat neurodegenerative diseases associated with protein deposits