A ingestão de ácidos graxos na forma de gordura proveniente da dieta tem aumentado nos últimos anos, principalmente na forma de gordura saturada. Tem sido observado que ácidos graxos saturados podem causar a liberação de citocinas em diversos tecidos e células. Além disso, em indivíduos obesos, tem se observado que há uma inflamação crônica e de baixo grau, que poderia ter entre seus causadores os ácidos graxos provenientes da dieta. Já os ácidos graxos poli-insaturados têm sido citados como sendo neuroprotetores devido a suas propriedades anti-inflamatórias e anti-apoptóticas. A barreira hematoencefálica (BHE) é um dos principais fatores que regulam a captação dos ácidos graxos no sistema nervoso central (SNC). A captação de ácidos graxos pelo cérebro é seletiva, priorizando a entrada de ácidos graxos poli-insaturados e suprimindo a entrada de ácidos graxos saturados. Além disso, a quantidade relativa de ácidos graxos no sangue pode afetar o grau de penetração desses no SNC. Existem diversas condições onde há aumento na permeabilidade da BHE e, nessas situações, o SNC pode ficar mais exposto a substâncias que normalmente não estão presentes ou estão em baixas concentrações, como os ácidos graxos saturados de cadeia longa. Dessa forma, é importante que se analise os efeitos dessas substâncias em células cerebrais. Os astrócitos são células presentes no SNC caracterizadas por expressarem e secretarem a proteína S100B e por expressarem a proteína glial fibrilar ácida (GFAP). Os astrócitos captam glutamato e o metaboliza através da enzima glutamina sintetase (GS), formando glutamina, um processo importante para evitar o acúmulo de glutamato e excitotoxicidade. Essas células são muito resistentes ao estresse oxidativo devido ao seu alto conteúdo de glutationa reduzida (GSH). Em condições patológicas, os astrócitos liberam o fator de necrose tumoral alfa (TNF-α), e a produção dessa citocina é um importante componente da resposta neuroinflamatória que está associada com muitas desordens neurológicas. Os astrócitos possuem o receptor para produtos finais de glicação avançada (RAGE), que tem entre seus ligantes a S100B e sua ativação está envolvida na resposta inflamatória imediata. O receptor tipo toll 4 (TLR4) também está presente nessas células e ligado à resposta inflamatória. A ciclooxigenase 2 (COX-2) é uma enzima associada à inflamação e sua indução é responsável por desencadear muitas citocinas e mediadores inflamatórios presentes em diversos tipos celulares. Utilizando cultura primária de astrócitos de ratos Wistar, nós investigamos a ação dos ácidos graxos saturados e insaturados sobre parâmetros função de astrocitária, oxidativos e inflamatórios. Nosso estudo não encontrou alterações na viabilidade e integridade celular. Observamos um aumento dose-dependente na secreção de S100B nos astrócitos incubados apenas com o ácido palmítico. Não encontramos alterações para nenhum ácido graxo no conteúdo de GFAP, GSH ou captação de glutamato. Para o ácido linoleico observamos um aumento na atividade da GS e na oxidação do DCF. A secreção de TNF-α aumentou para os ácidos graxos saturados e não se alterou para os poli-insaturados. O conteúdo de COX-2, TLR4 e RAGE não foi alterado. Nossos resultados reforçam os dados de que ácidos graxos saturados, e não os insaturados, causam aumento na liberação de citocinas e podem contribuir para o processo neuroinflamatório encontrado em condições de aumento na permeabilidade da BHE. Além disso, verificamos que nem toda inflamação desencadeia aumento na secreção de S100B, visto que só tivemos esse comportamento para o ácido palmítico. Nossos resultados também reforçam o potencial terapêutico do ácido linoleico, que poderia desencadear adaptações nos astrócitos com possíveis benefícios para pacientes acometidos por patologias que envolvam a excitotoxicidade glutamatérgica. / The intake of fatty acids in the form of fat from the diet has increased in recent years, especially in the form of saturated fat. It has been observed that saturated fatty acids can cause the release of cytokines in various tissues and cells. Furthermore, in obese individuals, it has been observed a chronic and low-grade inflammation, which could have among their causers the diet fatty acids. Polyunsaturated fatty acids have been considered neuroprotective because of their antiinflammatory and antiapoptotic properties. The blood-brain barrier (BBB) is one of the major factors regulating the uptake of fatty acids in the central nervous system (CNS). The brain uptake of fatty acids is selective, prioritizing the entry of polyunsaturated fatty acids and suppressing the entry of saturated fatty acids. In addition, the relative amount of fatty acids in the blood can affect the degree of penetration of these into the CNS. There are several conditions where there is an increase in BBB permeability and in these situations the CNS may be more exposed to substances that are not normally present or are in low concentrations, such as saturated long chain fatty acids. Thus, it is important to analyze the effects of these substances in brain cells. Astrocytes are cells present in the CNS characterized by expressing and secreting the S100B protein and by expressing the glial fibrillary acidic protein (GFAP). Astrocytes uptake glutamate and metabolize it through the glutamine synthetase (GS) enzyme, forming glutamine, an important process to avoid the accumulation of glutamate and excitotoxicity. These cells are very resistant to oxidative stress because of their high reduced glutathione content (GSH). In pathological conditions, astrocytes release tumor necrosis factor alpha (TNF-α), and the production of this cytokine is an important component of the neuroinflammatory response that is associated with many neurological disorders. Astrocytes have the receptor for advanced glycation endproducts (RAGE), which has among its ligands S100B and its activation is involved in the immediate inflammatory response. The tolllike receptor 4 (TLR4) is another receptor present in these cells, which is also linked to the inflammatory response. The cycloxygenase-2 (COX-2) is an enzyme associated with inflammation and its induction is responsible for triggering many cytokines and inflammatory mediators in many cell types. Using astrocyte primary cultures from Wistar rats, we investigated the effect of saturated and unsaturated fatty acids on astrocytic function and oxidative and inflammatory parameters. Our study found no changes in cell viability and integrity. We observed a dose-dependent increase in S100B secretion in astrocytes incubated only with palmitic acid. We did not find alterations from fatty acids in the content of GFAP and GSH as well as uptake of glutamate. For linoleic acid, we observed an increase in GS activity and in DCF oxidation. TNF-α secretion increased to the saturated fatty acids and did not change for polyunsaturated. The contents of COX-2, TLR4 and RAGE did not change. Our results reinforce the data that saturated fatty acids, and not unsaturated, cause an increase in the release of cytokines and may contribute to the neuroinflammatory process found under conditions of increase in BBB permeability. In addition, we found that inflammation not always triggers an increase in S100B secretion, since we only had this behavior for palmitic acid. Our results also reinforce the therapeutic potential of linoleic acid, which could trigger adaptations in astrocytes with possible benefits for patients affected by pathologies involving glutamatergic excitotoxicity.

Apesar de representarem cerca de 50% de todas as células do encéfalo humano, as células da glia foram negligenciadas pela Doutrina do Neurônio, no início do século XX, por não serem excitáveis e por não se comunicarem como os neurônios. Durante um longo período, os estudos sobre os astrócitos se restringiam a suas funções de suporte do SNC. Atualmente se sabe que os astrócitos expressam receptores para uma variedade de neurotransmissores, como por exemplo, receptores colinérgicos nicotínicos, sugerindo possíveis mecanismos de resposta aos sinais enviados pela atividade neuronal, de modo variável e dinâmico, espontaneamente ou dependente da atividade neuronal e ativado pela alteração dos níveis intracelulares de Ca2+. Entretanto, os mecanismos específicos que explicam como essas células podem ser ativadas e qual sua contribuição para funcionamento do SNC ainda não estão totalmente esclarecidos. A secreção da proteína trófica S100B pelo astrócito pode ser um exemplo de comunicação celular, bem como também marcador biológico para diversas doenças. O nosso grupo já mostrou o envolvimento de diversos sistemas neuronais na modulação da secreção da proteína S100B. Um outro exemplo de comunicação é a liberação de gliotransmissores e a influência aguda astrocítica na transmissão sináptica. O objetivo dessa tese foi investigar se ativação do sistema colinérgico modula a secreção da proteína S100B em culturas primárias de astrócitos. Ainda, investigamos o uso da optogenética para o estudo da gliotransmissão em fatias de hipocampo. As culturas foram tratadas com inibidores da acetilcolinesterase (huperzina-A e tacrina), agonistas (acetiltiocolina, nicotina e carbacol) e antagonistas (mecamilamina e escopolamina) colinérgicos incubados durante 1 e 24 h. Os estudos em optogenética partiram primeiramente da caracterização do sistema cre/lox através da análise da expressão das proteínas de interesse, seletiva para astrócitos, por imunohistoquímica. Os resultados do primeiro estudo mostraram que a huperzina-A aumentou a secreção de S100B em culturas primárias de astrócitos, assim como o tratamento com nicotina; no segundo, discutiu-se as limitações metodológicas quanto a especificidade das proteínas e alteração da fisiologia dos astrócitos. Os resultados obtidos nessa tese ressaltam para a importância do conhecimento da fisiologia do astrócito, contribuindo para o entendimento de um possível mecanismo de ativação colinérgico dos astrócitos em promover secreção de S100B. Também é preciso ressaltar a relevância de novas metodologias que ajudam a descrever melhor o papel dos astrócitos na atividade sináptica. / Although about half of the brain cells are glial cells, the Neuron Doctrine has neglected them, at the beginning of 20th century, because they were not excitable and also, they were unable to communicate as neurons. For a long time, the studies about astrocytes functions were limited to trophic and metabolic support to neurons by which providing for the homeostasis of the nervous system. A variety of studies have been shown the expression of different neurotransmitters receptors in astrocytes, for instance, nicotinic receptors, suggesting the possibility of astrocytic response to neuronal activity. This response is variable and dynamic and mostly can be activated by changes at the intracellular calcium levels. However, the specific mechanisms of astrocytic Ca2+ excitability and how this process could contribute to CNS functioning are still unclear. The S100B secretion could be an example of cellular communication, as well as biomarker for diverse diseases. S100B is calcium binding protein, produced and secreted mainly by astrocytes. Our group has already demonstrated the relevance of various neuronal systems mediating the S100B secretion. Another astrocytic form of communication could be the release of gliotransmitters and the acute influence at synaptic transmission. The aim of this thesis was to investigate whether cholinergic system activation could modulate S100B secretion in primary astrocytes cultures. Moreover, we investigated the optogenetic properties as a tool for gliotransmission studies in hippocampal slices. The astrocytes cultures were treated with acetylcolinesterase inhibitors (huperzine-A and tacrine), agonists (acetylthiocholine, nicotine and carbachol) and antagonists (mecamylamine and scopolamine) for 1 and 24h. The optogenetic studies were conducted, firstly, from the cre/lox characterization of protein expression, selectively for astrocytes, by immunohistochemistry. The first study results showed that huperzine-A increased S100B secretion, as well as nicotine; in the second study, we have discussed the main methodological limitations concerning the protein specificity and astrocytes physiology changes. These results raise the importance of astrocytes functions investigations, especially S100B secretion, contributing for the first time to the understanding of astrocytes excitability likely trough nicotinic system activation. In addition, it is worthy to note that new methodologies are relevant and can help us in a better description of astrocytes role during synaptic activity and brain functioning.

A estimulação neonatal ocasiona alterações no desenvolvimento neuroendócrino, morfológico e comportamental de ratos. O procedimento de manipulação neonatal promove uma ruptura na relação mãe-filhote que pode perturbar o desenvolvimento do SNC. Uma das alterações morfológicas apresentadas em ratos machos e fêmeas manipulados no período neonatal é a diminuição do número de neurônios no locus coeruleus. A S100B é uma proteína ligante de cálcio secretada por astrócitos que pode apresentar ações extracelulares neurotróficos e neurotóxicas. Diversos estudos relacionam alterações dos níveis de S100B a eventos estressores. O estudo objetivou avaliar o efeito da estimulação neonatal, através da manipulação repetida, em ratos machos e fêmeas de 10 dias de idade sobre a concentração das proteínas S100B e GFAP no locus coeruleus, córtex frontal e bulbo olfatório, além da secreção de S100B no líquor. Os resultados revelaram um aumento da concentração de S100B no líquor apenas nas ratas fêmeas manipuladas, e uma diminuição da concentração de S100B no locus coeruleus em ratos machos e fêmeas manipulados. Ocorreu também, uma diminuição da concentração de S100B no córtex frontal em ratos machos manipulados. Em relação à proteína GFAP foi verificado um aumento no seu conteúdo no locus coeruleus em ratos machos e fêmeas manipulados. Foram encontrados diferenças entre os sexos, os machos não-manipulados têm um maior nível de S100B comparados com fêmeas nãomanipuladas no locus coeruleus. Os resultados sugerem que a manipulação neonatal pode interferir sobre o funcionamento das células gliais e através delas alterar o desenvolvimento das células nervosas. Além disso, os resultados mostram um efeito do sexo dos animais sobre as concentrações de S100B já no período neonatal.

A doença de Alzheimer (DA) resulta de múltiplos eventos patogênicos, que incluem anormalidades no processamento protéico, inflamação e estresse oxidativo, levando à destruição seletiva de populações neuronais, especialmente de neurônios colinérgicos. Tal hipótese colinérgica justifica o uso de inibidores da acetilcolinesterase (AChE) como a estratégia utilizada para tratamento de pacientes com DA. Huperzina A (HupA), um alcalóide Licopodium extraído de uma espécie vegetal (Huperzia serrata) de uso tradicional pela medicina chinesa, parece se apresentar como uma alternativa. A HupA atua como um inibidor potente, reversível e altamente específico da AChE. Sua potência como anticolinesterásico é similar ou superior à da fisostigmina, galantamina, donepezil e tacrina, anticolinesterásicos aprovados para o tratamento da DA Este alcalóide também demonstrou múltiplos efeitos neuroprotetores, incluindo modificação do processamento do peptídeo -amilóide, redução do estresse oxidativo, proteção neuronal contra apoptose e regulação da expressão e secreção de fatores tróficos, tais como fator de crescimento neuronal e em situações de injúria com comprometimento de funções glutamatérgicas. A S100B é uma proteína da família S100 de proteínas ligantes de cálcio, produzida e secretada por astrócitos no SNC. Quando em baixas concentrações no meio extracelular (nanomolar), ela é trófica; já em concentrações maiores (micromolar), é tóxica, podendo levar à apoptose. Sabe-se que a S100B está envolvida na patofisiologia de diversas doenças neurodegenerativas, como por exemplo, na DA, no qual ocorre um aumento dos níveis dessa proteína no líquor em sua fase precoce. Neste trabalho investigamos o efeito da HupA, da tacrina (tetraaminoacridina ou THA) e da acetiltiocolina (ATCh) em astrócitos e em fatias hipocampais, quanto à secreção e conteúdo intracelular de S100B e proteína fibrilar glial ácida (GFAP), durante 1 e 24 h. A HupA (100 μM) aumentou a secreção em cultura de astrócitos em 1 h, mas diferentemente causou uma redução em fatias hipocampais, bem como ATCh (100 μM). Após 24 h de tratamento, foi possível observar em cultura de astrócitos um efeito da tacrina a 100 μM sobre a redução do conteúdo de S100B intracelular, mas não de HupA ou ATCh. O imunocontéudo de GFAP não foi alterado após os tratamentos. Uma análise geral desses resultados nos mostra que a HupA pode regular mecanismos de secreção da S100B. Além disto, a modulação de secreção desta proteína parece ser modulada por receptores colinérgicos. / Alzheimer´s Disease (AD) results in multiple pathogenic events, which include abnormalities of protein process, inflammation and oxidative stress, leading to a neuronal population destruction, especially of cholinergic neurons. This cholinergic hypothesis justifies the use of acetylcholinesterase inhibitors (IAChE) as the strategy for patients with AD. Huperzine A (HupA), a novel Lycopodium alkaloid isolated originally from a traditional Chinese medicine, seems to be an alternative. HupA is a reversible, potent and selective IAChE. Its potency and duration of AChE inhibition rival those of physostigmine, galanthamine, donepezil and tacrine, approved for treatment of DA. HupA also demonstrated multiple neuroprotector effects, including modifying the β-amyloid processing, decreasing oxidative stress, protecting neurons against apoptosis and also expressing and regulating secretion of trophic factors, such as neuronal growth factor (NGF) and also acts reducing glutamatergic excitotoxicity. S100B is a calcium-binding protein, produced and secreted by astrocytes in the central nervous system (CNS) and plays a regulatory role in the cytoskeleton and cell cycle. Moreover, extracellular S100B, a marker of glial activation in several conditions of brain injury, for example in AD, has a trophic or apoptotic effect on neurons, depending on its concentration. Here we investigated the effect of HupA, tacrina (tetraminoacridine or THA) and acetilthiocholine (ATCh), on S100B secretion, S100B and GFAP intracellular contend in cortical astrocytes cultures and hippocampal slices treated for 1 and 24 h. For 1 h, HupA and ATCh (100 μM) increased the secretion in astrocytes for 1 h, but caused a reduction on hippocampal slices (P < 0.05). After 24 h of treatment, tacrine (100 μM) reduced the S100B intracellular contend in astrocytes cultures, but it was not observed with HupA or ATCh. The GFAP immunocontent did not change after these treatments. Generally, our data show that HupA can regulate S100B secretion mechanisms and that this modulation could be activated by cholinergic receptors.

Na doença de Alzheimer, o grau de demência pode ser correlacionado com o dano dos neurônios colinérgicos, particularmente aqueles que inervam o hipocampo e neocórtex. Lesões no núcleo basal magnocelular (nbm) são extremamente utilizados para estudar déficits cognitivos e alterações comportamentais envolvendo a disfunção colinérgica. Neste modelo, astrogliose cortical é descrita, mas ainda não está claro se há ativação dos astrócitos hipocampais. Para tanto, este estudo buscou avaliar possíveis alterações astrogliais no hipocampo de ratos Wistar machos adultos após lesão do nbm através da infusão de ácido ibotênico. Foram investigados os conteúdos de GFAP (proteína glial fibrilar ácida), S100B (tecido e líquor), GSH (glutationa), atividade da GS (glutamina sintetase) e da AChE (acetilcolinesterase), além da captação de glutamato, secreção de S100B (com alta e baixa concentração de K+) e imunoistoquímica para GFAP após 7 e 28 dias de lesão. O déficit cognitivo foi confirmado através da tarefa de esquiva inibitória (parâmetro demência/não demência). Nossos resultados confirmam alterações astrogliais hipocampais, particularmente uma diminuição da defesa antioxidante (diminuição do conteúdo de GSH), diminuição da captação de glutamato, diminuição do conteúdo de GFAP e S100B (tecido) e diminuição da atividade da AChE após 28 dias de lesão no nbm. O conteúdo de S100B e GFAP após 7 dias de lesão não sofreu modificações significativas assim como o conteúdo de S100B no líquor. A atividade da GS também não alterou após 7 ou 28 dias de lesão com ácido ibotênico, bem como a secreção de S100B, que se manteve em níveis basais após 28 dias de lesão. Esses dados contribuem para o entendimento de lesão no nbm através da infusão de IBO, particularmente provocando uma disfunção colinérgica no hipocampo acompanhada de hipofunção glial; este procedimento pode ser considerado um modelo adequado para estudar alguns aspectos da demência, comumente associada à disfunção colinérgica. / In Alzheimer’s disease, the degree of dementia could be correlated with the damage of cholinergic neurons, particularly with those supply the hippocampus and neocortex. Lesions of the nucleus basalis magnocellularis (nbm) was extremely used to study cognitive deficits and behavior alterations involved cholinergic dysfunction. In this model cortical astrogliosis is described, but it is not clear if the activation of hippocampal neurons exist. Despite this, the present study evaluates the possible astroglial alterations in the hippocampus of Wistar male rats after lesion in the nbm with ibotenic acid infusion. Was investigate the GFAP, S100B, GSH content and AChE and GS activity, glutamate uptake, secretion of S100B (with high and low concentration of K+) and immunohistochemistry of GFAP after 7 and 28 days of lesion. The cognitive deficit was confirmed through the stepdown inhibitory avoidance task (dementia/no dementia). Our results confirm hippocampal astroglial alterations, particularly a decrease of antioxidant defense (decrease of GSH content), decrease of glutamate uptake, decrease of GFAP and S100B content and decrease of AChE activity after 28 days of lesion. The content of GFAP and S100B after 7 days of lesion was not modified as well as the S100B content in the CSF (cerebrospinal fluid). The GS activity was not altered after 7 or 28 days of lesion and the S100B secretion was maintained in basal levels after 28 days of insult. These data contribute to understand the nbm lesion with ibotenic acid, particularly a cholinergic dysfunction caused in the hippocampus together with glial hypofunction; this procedure could be considered a good model to study some aspects of dementia, commonly associated with cholinergic dysfunction.

A ingestão de ácidos graxos na forma de gordura proveniente da dieta tem aumentado nos últimos anos, principalmente na forma de gordura saturada. Tem sido observado que ácidos graxos saturados podem causar a liberação de citocinas em diversos tecidos e células. Além disso, em indivíduos obesos, tem se observado que há uma inflamação crônica e de baixo grau, que poderia ter entre seus causadores os ácidos graxos provenientes da dieta. Já os ácidos graxos poli-insaturados têm sido citados como sendo neuroprotetores devido a suas propriedades anti-inflamatórias e anti-apoptóticas. A barreira hematoencefálica (BHE) é um dos principais fatores que regulam a captação dos ácidos graxos no sistema nervoso central (SNC). A captação de ácidos graxos pelo cérebro é seletiva, priorizando a entrada de ácidos graxos poli-insaturados e suprimindo a entrada de ácidos graxos saturados. Além disso, a quantidade relativa de ácidos graxos no sangue pode afetar o grau de penetração desses no SNC. Existem diversas condições onde há aumento na permeabilidade da BHE e, nessas situações, o SNC pode ficar mais exposto a substâncias que normalmente não estão presentes ou estão em baixas concentrações, como os ácidos graxos saturados de cadeia longa. Dessa forma, é importante que se analise os efeitos dessas substâncias em células cerebrais. Os astrócitos são células presentes no SNC caracterizadas por expressarem e secretarem a proteína S100B e por expressarem a proteína glial fibrilar ácida (GFAP). Os astrócitos captam glutamato e o metaboliza através da enzima glutamina sintetase (GS), formando glutamina, um processo importante para evitar o acúmulo de glutamato e excitotoxicidade. Essas células são muito resistentes ao estresse oxidativo devido ao seu alto conteúdo de glutationa reduzida (GSH). Em condições patológicas, os astrócitos liberam o fator de necrose tumoral alfa (TNF-α), e a produção dessa citocina é um importante componente da resposta neuroinflamatória que está associada com muitas desordens neurológicas. Os astrócitos possuem o receptor para produtos finais de glicação avançada (RAGE), que tem entre seus ligantes a S100B e sua ativação está envolvida na resposta inflamatória imediata. O receptor tipo toll 4 (TLR4) também está presente nessas células e ligado à resposta inflamatória. A ciclooxigenase 2 (COX-2) é uma enzima associada à inflamação e sua indução é responsável por desencadear muitas citocinas e mediadores inflamatórios presentes em diversos tipos celulares. Utilizando cultura primária de astrócitos de ratos Wistar, nós investigamos a ação dos ácidos graxos saturados e insaturados sobre parâmetros função de astrocitária, oxidativos e inflamatórios. Nosso estudo não encontrou alterações na viabilidade e integridade celular. Observamos um aumento dose-dependente na secreção de S100B nos astrócitos incubados apenas com o ácido palmítico. Não encontramos alterações para nenhum ácido graxo no conteúdo de GFAP, GSH ou captação de glutamato. Para o ácido linoleico observamos um aumento na atividade da GS e na oxidação do DCF. A secreção de TNF-α aumentou para os ácidos graxos saturados e não se alterou para os poli-insaturados. O conteúdo de COX-2, TLR4 e RAGE não foi alterado. Nossos resultados reforçam os dados de que ácidos graxos saturados, e não os insaturados, causam aumento na liberação de citocinas e podem contribuir para o processo neuroinflamatório encontrado em condições de aumento na permeabilidade da BHE. Além disso, verificamos que nem toda inflamação desencadeia aumento na secreção de S100B, visto que só tivemos esse comportamento para o ácido palmítico. Nossos resultados também reforçam o potencial terapêutico do ácido linoleico, que poderia desencadear adaptações nos astrócitos com possíveis benefícios para pacientes acometidos por patologias que envolvam a excitotoxicidade glutamatérgica. / The intake of fatty acids in the form of fat from the diet has increased in recent years, especially in the form of saturated fat. It has been observed that saturated fatty acids can cause the release of cytokines in various tissues and cells. Furthermore, in obese individuals, it has been observed a chronic and low-grade inflammation, which could have among their causers the diet fatty acids. Polyunsaturated fatty acids have been considered neuroprotective because of their antiinflammatory and antiapoptotic properties. The blood-brain barrier (BBB) is one of the major factors regulating the uptake of fatty acids in the central nervous system (CNS). The brain uptake of fatty acids is selective, prioritizing the entry of polyunsaturated fatty acids and suppressing the entry of saturated fatty acids. In addition, the relative amount of fatty acids in the blood can affect the degree of penetration of these into the CNS. There are several conditions where there is an increase in BBB permeability and in these situations the CNS may be more exposed to substances that are not normally present or are in low concentrations, such as saturated long chain fatty acids. Thus, it is important to analyze the effects of these substances in brain cells. Astrocytes are cells present in the CNS characterized by expressing and secreting the S100B protein and by expressing the glial fibrillary acidic protein (GFAP). Astrocytes uptake glutamate and metabolize it through the glutamine synthetase (GS) enzyme, forming glutamine, an important process to avoid the accumulation of glutamate and excitotoxicity. These cells are very resistant to oxidative stress because of their high reduced glutathione content (GSH). In pathological conditions, astrocytes release tumor necrosis factor alpha (TNF-α), and the production of this cytokine is an important component of the neuroinflammatory response that is associated with many neurological disorders. Astrocytes have the receptor for advanced glycation endproducts (RAGE), which has among its ligands S100B and its activation is involved in the immediate inflammatory response. The tolllike receptor 4 (TLR4) is another receptor present in these cells, which is also linked to the inflammatory response. The cycloxygenase-2 (COX-2) is an enzyme associated with inflammation and its induction is responsible for triggering many cytokines and inflammatory mediators in many cell types. Using astrocyte primary cultures from Wistar rats, we investigated the effect of saturated and unsaturated fatty acids on astrocytic function and oxidative and inflammatory parameters. Our study found no changes in cell viability and integrity. We observed a dose-dependent increase in S100B secretion in astrocytes incubated only with palmitic acid. We did not find alterations from fatty acids in the content of GFAP and GSH as well as uptake of glutamate. For linoleic acid, we observed an increase in GS activity and in DCF oxidation. TNF-α secretion increased to the saturated fatty acids and did not change for polyunsaturated. The contents of COX-2, TLR4 and RAGE did not change. Our results reinforce the data that saturated fatty acids, and not unsaturated, cause an increase in the release of cytokines and may contribute to the neuroinflammatory process found under conditions of increase in BBB permeability. In addition, we found that inflammation not always triggers an increase in S100B secretion, since we only had this behavior for palmitic acid. Our results also reinforce the therapeutic potential of linoleic acid, which could trigger adaptations in astrocytes with possible benefits for patients affected by pathologies involving glutamatergic excitotoxicity.

A amônia é uma neurotoxina implicada em desordens metabólicas cerebrais associadas com hiperamonemia. A neurotoxicidade aguda da amônia pode ser mediada por mecanismos excitotóxicos envolvendo o sistema glutamatérgico, incluindo a ativação do receptor NMDA e o subsequente aumento na concentração de Ca2+. O estresse oxidativo está relacionado à neurotoxicidade da amônia e o óxido nítrico parece estar envolvido nesta condição. Os astrócitos desempenham um papel essencial na proteção dos neurônios contra excitotoxicidade por captar o excesso de amônia e glutamato e convertê-los em glutamina, usando a enzima glutamina sintetase, e também protegendo contra o estresse oxidativo. A proteína S100B, particularmente a S100B extracelular, é usada como parâmetro de ativação ou comprometimento em várias situações de dano cerebral, incluindo hiperamonemia. Antioxidantes, como o resveratrol, apresentam muitos efeitos biológicos, incluindo a modulação de parâmetros gliais como a captação de glutamato, a atividade da glutamina sintetase e a secreção de S100B. Neste estudo, foi investigado o efeito de antioxidantes sobre a secreção de S100B induzida pela amônia em células astrogliais. O resveratrol foi capaz de prevenir o aiumento da secreção de S100B, após 24 h de exposição à amônia, provavelmente via inibição de óxido nítrico e proteína cinase A (PKA). Então, o resveratrol pode ser um possível agente protetor contra a neurotoxicidade induzida pela amônia. / Ammonia is a neurotoxin implicated in brain metabolic disorders associated with hyperammonemia. Acute ammonia neurotoxicity can be mediated by excitotoxic mechanism involving glutamatergic system, including NMDA receptor activation and subsequent increase in intracellular Ca2+ concentration. Oxidative stress is related to ammonia neurotoxicity and nitric oxide can be involved in this condition. Astrocytes play an essential role in protecting neurons against excitotoxicity uptake excess ammonia and glutamate and converting it into glutamine, using enzyme glutamine synthetase and also protected against oxidative stress. S100B protein, particularly extracellular S100B, is used as a parameter of glial activation or commitment in several situations of brain injury, including hyperammonemia. Antioxidants, such as resveratrol, showed many biological effects, including modulation of glial parameters as glutamate uptake, glutamine synthetase activity and S100B secretion. In this study, we investigated the effect of antioxidants on S100B secretion induced by ammonia in astroglial cells. Resveratrol was able to prevent the increase of S100B secretion, after 24 h ammonia exposure, probably via nitric oxide and protein kinase A (PKA) inhibition. Then, resveratrol may be a possible protective agent against neurotoxicity induced by ammonia.

Apesar de representarem cerca de 50% de todas as células do encéfalo humano, as células da glia foram negligenciadas pela Doutrina do Neurônio, no início do século XX, por não serem excitáveis e por não se comunicarem como os neurônios. Durante um longo período, os estudos sobre os astrócitos se restringiam a suas funções de suporte do SNC. Atualmente se sabe que os astrócitos expressam receptores para uma variedade de neurotransmissores, como por exemplo, receptores colinérgicos nicotínicos, sugerindo possíveis mecanismos de resposta aos sinais enviados pela atividade neuronal, de modo variável e dinâmico, espontaneamente ou dependente da atividade neuronal e ativado pela alteração dos níveis intracelulares de Ca2+. Entretanto, os mecanismos específicos que explicam como essas células podem ser ativadas e qual sua contribuição para funcionamento do SNC ainda não estão totalmente esclarecidos. A secreção da proteína trófica S100B pelo astrócito pode ser um exemplo de comunicação celular, bem como também marcador biológico para diversas doenças. O nosso grupo já mostrou o envolvimento de diversos sistemas neuronais na modulação da secreção da proteína S100B. Um outro exemplo de comunicação é a liberação de gliotransmissores e a influência aguda astrocítica na transmissão sináptica. O objetivo dessa tese foi investigar se ativação do sistema colinérgico modula a secreção da proteína S100B em culturas primárias de astrócitos. Ainda, investigamos o uso da optogenética para o estudo da gliotransmissão em fatias de hipocampo. As culturas foram tratadas com inibidores da acetilcolinesterase (huperzina-A e tacrina), agonistas (acetiltiocolina, nicotina e carbacol) e antagonistas (mecamilamina e escopolamina) colinérgicos incubados durante 1 e 24 h. Os estudos em optogenética partiram primeiramente da caracterização do sistema cre/lox através da análise da expressão das proteínas de interesse, seletiva para astrócitos, por imunohistoquímica. Os resultados do primeiro estudo mostraram que a huperzina-A aumentou a secreção de S100B em culturas primárias de astrócitos, assim como o tratamento com nicotina; no segundo, discutiu-se as limitações metodológicas quanto a especificidade das proteínas e alteração da fisiologia dos astrócitos. Os resultados obtidos nessa tese ressaltam para a importância do conhecimento da fisiologia do astrócito, contribuindo para o entendimento de um possível mecanismo de ativação colinérgico dos astrócitos em promover secreção de S100B. Também é preciso ressaltar a relevância de novas metodologias que ajudam a descrever melhor o papel dos astrócitos na atividade sináptica. / Although about half of the brain cells are glial cells, the Neuron Doctrine has neglected them, at the beginning of 20th century, because they were not excitable and also, they were unable to communicate as neurons. For a long time, the studies about astrocytes functions were limited to trophic and metabolic support to neurons by which providing for the homeostasis of the nervous system. A variety of studies have been shown the expression of different neurotransmitters receptors in astrocytes, for instance, nicotinic receptors, suggesting the possibility of astrocytic response to neuronal activity. This response is variable and dynamic and mostly can be activated by changes at the intracellular calcium levels. However, the specific mechanisms of astrocytic Ca2+ excitability and how this process could contribute to CNS functioning are still unclear. The S100B secretion could be an example of cellular communication, as well as biomarker for diverse diseases. S100B is calcium binding protein, produced and secreted mainly by astrocytes. Our group has already demonstrated the relevance of various neuronal systems mediating the S100B secretion. Another astrocytic form of communication could be the release of gliotransmitters and the acute influence at synaptic transmission. The aim of this thesis was to investigate whether cholinergic system activation could modulate S100B secretion in primary astrocytes cultures. Moreover, we investigated the optogenetic properties as a tool for gliotransmission studies in hippocampal slices. The astrocytes cultures were treated with acetylcolinesterase inhibitors (huperzine-A and tacrine), agonists (acetylthiocholine, nicotine and carbachol) and antagonists (mecamylamine and scopolamine) for 1 and 24h. The optogenetic studies were conducted, firstly, from the cre/lox characterization of protein expression, selectively for astrocytes, by immunohistochemistry. The first study results showed that huperzine-A increased S100B secretion, as well as nicotine; in the second study, we have discussed the main methodological limitations concerning the protein specificity and astrocytes physiology changes. These results raise the importance of astrocytes functions investigations, especially S100B secretion, contributing for the first time to the understanding of astrocytes excitability likely trough nicotinic system activation. In addition, it is worthy to note that new methodologies are relevant and can help us in a better description of astrocytes role during synaptic activity and brain functioning.

Embora a inflamação seja um processo de defesa fisiológica, neuroinflamação desequilibrada tem sido associada com a fisiopatologia de doenças do SNC. Além disso, a exposição pré-natal à infecção bacteriana e/ou viral tem sido implicada em vários estudos como um importante fator ambiental capaz de afetar prejudicialmente o neurodesenvolvimento, aumentando assim o risco de esquizofrenia. Resposta imune materna, em vez de infecção direta do feto, poderia ser responsável pelo desenvolvimento da doença. Glia ativada libera uma variedade de citocinas pró-inflamatórias que contribuem para a disfunção neuronal. Além disso, as alterações de marcadores astrogliais parecem estar intimamente relacionadas à patologia da esquizofrenia, por exemplo, níveis elevados de S100B, uma proteína derivada da glia, foram observados no soro e LCR de pacientes com esquizofrenia. Nesta tese avaliou-se se a secreção de S100B (em células de glioma C6 e fatias de hipocampo de ratos Wistar) poderia ser diretamente modulada por citocinas inflamatórias alteradas na esquizofrenia, assim como o possível envolvimento da via da proteína cinase ativada por mítógeno (MAPK) nestas respostas. Os efeitos dos antipsicóticos típicos e atípicos na secreção de S100B induzida por citocinas foram analisadas. Nós também avaliamos se a administração de LPS em ratas prenhas no final da gestação afeta alguns aspectos comportamentais da prole em sua vida adulta, e investigamos os efeitos deste tratamento sobre parâmetros gliais usando preparação ex vivo dos descendentes, além de observar se o tratamento pré-natal afeta marcadores gliais (S100B e GFAP) da prole adulta. Usamos a prole aos 30 e 60 dias para avaliar as diferenças entre os ratos jovens e adultos e também investigar a existência de diferenças entre os descendentes do sexo masculino e feminino. Avaliamos também os parâmetros de estresse oxidativo NO e GSH. Nós observamos que secreção de S100B foi aumentada pelas citocinas pró-inflamatórias (IL-1, TNF-, IL-6 e IL-8) em glioma C6 e em fatias hipocampais através da via MAPK, e estresse oxidativo pode ser um componente desta modulação. Além disso, IL-6 foi capaz de induzir um aumento no conteúdo de S100B e GFAP em glioma C6 e os antipsicóticos, haloperidol e risperidona, foram capazes de inibir a secreção de S100B estimulada por IL-6. Observamos também que o modelo de alteração imune maternal provocou alterações comportamentais na prole adulta, especialmente no comportamento social dos ratos afetados, além de modificar o padrão de secreção da proteína S100B e da captação de glutamato em fatias ex vivo da prole adulta. Constatamos que conteúdo de glutationa e NO são modificados de forma dependente de idade/gênero. Foi observada também uma pronunciada astrogliose particularmente hipocampal, com GFAP apresentando-se aumentada em ratos juvenis e adultos enquanto que conteúdo de S100B apresentou diminuição na prole juvenil e aumento em ratos adultos em resposta a exposição imune maternal. Aparentemente, infecção pré-natal parece levar a anormalidades comportamentais e neuroquímicas, incluindo modificação de marcadores gliais, na vida pós-natal, possivelmente via citocinas. / Although inflammation may be a physiological defense process, imbalanced neuroinflammation has been associated with the pathophysiology of brain disorders. Furthermore, prenatal exposure to bacterial and viral infection has been implicated by several studies indicating that such exposure is an important environmental factor out that may detrimentally affect neurodevelopment, increasing the risk of schizophrenia. Maternal immune response, rather than direct infection of the fetus, could be responsible for disease development. Activated glia releases a variety of pro-inflammatory cytokines that contribute to neuronal dysfunction. Moreover, changes in astrogliais markers seem to be closely related pathology of schizophrenia, for example, elevated levels of S100B, a glia derived protein, have been observed in the serum and CSF of schizophrenic patients. We evaluated whether S100B secretion (in C6 glioma cells and hippocampal slices in Wistar rats) could be directly modulated by the main inflammatory cytokines altered in schizophrenia, as well as the possible involvement of mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways in these responses. The effects of typical and atypical antipsychotic drugs on glial cytokine-induced S100B release were analyzing. We also evaluated whether administration of LPS to rats dams in late gestation affects some aspects of the offspring behavior in their adult life, and investigated the effects of this treatment on glial parameters using ex vivo preparation of offsprings, and whether it affects astroglial markers (S100B and GFAP) of the offspring in later life. We used the offspring at 30 and 60 days to evaluate the differences between juvenile and adult rats and also investigate the existence of differences between male and female offspring. We also investigated the oxidative stress parameters NO and GSH. We observed that S100B secretion was increased by the pro-inflammatory cytokines (IL-1 , TNF-, IL-6 and IL-8) in C6 glioma and in hippocampal slices via the MAPK, and oxidative stress may be a component this modulation. Furthermore, IL-6 was capable of inducing an increase in content GFAP and S100B in C6 glioma and antipsychotic, haloperidol and risperidone have been capable of inhibiting S100B secretion stimulated by IL-6. We also note that the model of maternal immune changes caused behavioral changes in the adult offspring, especially in the social behavior of rat affected and modified the pattern of secretion of S100B protein and glutamate uptake in ex vivo slices of adult offspring. We found that content of glutathione and NO are modified so age / gender dependent. There was also a pronounced hippocampal astrogliosis, with GFAP presenting increased in juvenile and adult rats while S100B content was reduced in juvenile and increased in adult offspring rats in response to exposure to maternal immune. Apparently, prenatal infection appears to lead to behavioral and neurochemical abnormalities, including modification of glial markers in the postnatal life, possibly via cytokines.

O comportamento-doente e outros efeitos associados a intoxicação pelo lipopolissacarídeo (LPS) tem sido amplamente investigado por diversos campos da ciência contemporânea. Essa macromolécula bacteriana é capaz de ativar o sistema imunitário (SI) inato e gerar mecanismos adaptativos inflamatórios. Os mecanismos inflamatórios humorais e teciduais, tanto periféricos quanto centrais, estão envolvidos com diversas condições neuropsiquiátricas e representam uma importante condição para etiologia e patogênese destas desordens. O trabalho a seguir aborda alguns aspectos comportamentais e bioquímicos de ratos ou camundongos, quando injetados com LPS sistemicamente. Utilizou-se administrações agudas ou múltiplas e tarefas de avaliações comportamentais de memórias aversivas e espaciais, bem como sensibilização locomotora. Os resultados obtidos mostraram que o LPS induziu aumento das latências de teste da esquiva inibitória, que não foram observados nos grupos controle. Em outro experimento utilizando LPS e exercício físico forçado, no labirinto aquático de Morris os animais tratados somente com LPS apresentaram melhor desempenho após reativação de memória remota. Posteriormente não foi observado ansiedade ou déficit de memória. Foram observadas alterações significativas da S100B no líquido cefalorraquidiano de animais tratados com LPS. No soro essas diferenças foram sutis e não puderam discriminar os grupos. A corticosterona plasmática estava alterada nos animais com melhores desempenhos cognitivos. Noutro experimento, utilizando a sensibilização locomotora o LPS foi capaz de promover a expressão desse comportamento quando administrado com uma dose não sensibilizatória de cocaína. As conclusões apontam para o papel facilitador do LPS em tarefas de memória e sensibilização locomotora. Os possíveis mecanismos envolvidos devem estar relacionados com a ativação do eixo-HPA e outros mecanismos neuroimunológicos. Os paralelos traçados vão nas direções da comorbidade existente entre depressão e dependência química. E o autor busca discutir uma possível relação da bases neuroimunobiológicas com pensamentos cognitivistas. / Sickness behavior and other effects induced by lipopolysaccharide (LPS) have been widely used in contemporary neuroscience. This molecule triggers innate immune responses as inflammation, that has been reported to be involved with depression and others neuropsychiatric conditions. The main question of this thesis is about behavioral aspects of rats and mice treated with LPS, and possible relations between depression and addiction. In rats, a single LPS administration facilitated inhibitory avoidance (IA) memory retention but it did not changed serum or cerebrospinal fluid (CSF) S100B levels. The multiple LPS administration improved memory in the Morris water maze task (MWM) during the second testing, which occurred 24 hours after retraining. They also equally increased plasma corticosterone levels. CSF but not serum levels of S100B were increased by both LPS doses. In other experiment, LPS and cocaine were administered intraperitonealy in young-adult male C57bl/6 mice during a 5-day acquisition phase. After a 48-h withdrawal period all groups were challenged with cocaine to evaluate locomotor expression. During the acquisition phase, the LPS-treated groups displayed characteristic hypolocomotion related to sickness behavior. The low dose of cocaine did not increase the distance travelled, characterizing a nonsensitization dose. Groups that received both LPS and cocaine did not display hypolocomotion, indicating that cocaine might counteract hypolocomotion sickness behavior. Moreover, during challenge, only these animals expressed locomotor sensitization. Thus, LPS can induce memory retention and locomotor sensitization. The mechanisms involved in this data may be stress system and other neuroimmunological interactions.