Neste trabalho foi investigado o efeito da administração crônica de prolina sobre o conteúdo total de gangliosídios, fosfolipídios e de colesterol, assim como, sobre o perfil de gangliosídios no córtex, no hipocampo, no hipotálamo e no cerebelo de ratos. Também, foi avaliado o conteúdo e o perfil de gangliosídios nas frações solúvel e resistente a detergente obtidas de membranas sinápticas de córtex. Ratos Wistar foram divididos em dois grupos: 1) injetados subcutaneamente com solução 0,9% de NaCl (animais controle) e 2) injetados subcutaneamente com solução de prolina, em concentrações adequadas ao peso corporal (animais hiperprolinêmicos). Tanto a solução de prolina quanto a salina foram administradas do 6° ao 28° dia pós-natal. Doze horas após a última administração, os animais foram sacrificados mediante decapitação sem anestesia. As estruturas cerebrais foram dissecadas e em seguida homogeneizadas em clorofórmio:metanol na proporção 1:1 vpara a extração lipídica. As membranas sinápticas foram obtidas através de centrifugação diferencial e as frações solúvel e resistente a detergente foram isoladas através de tratamento das membranas com Triton X-100 a 4°C para investigação de microdomínios de membrana. Após a realização das análises, os resultados mostraram que os animais submetidos ao tratamento crônico com prolina apresentaram um marcado aumento no conteúdo de gangliosídios no córtex cerebral e no hipocampo, enquanto os conteúdos de fosfolipídios e de colesterol aumentaram somente no hipocampo. Além disso, os conteúdos destes compostos não foram alterados no hipotálamo e no cerebelo de animais hiperprolinêmicos. Por outro lado, o conteúdo de gangliosídios diminuiu nas frações solúvel e resistente a detergente obtidas de membranas sinápticas de córtex de animais hiperprolinêmicos. Embora os perfis de gangliosídios não tenham sido aparentemente modificados, as quantidades absolutas das espécies foram alteradas tanto no extrato total, como nos microdomínios de membrana obtidos do córtex. Estes dados revelam que o tratamento crônico com prolina afeta de forma distinta as diferentes regiões cerebrais quanto à composição lipídica das membranas celulares, refletindo-se sobre a distribuição de lipídios nos microdomínios de membrana do córtex. Entre as conseqüências destes fenômenos poderiam ser sugeridas modulações diferentes nas transmissões sinápticas que contribuiriam para o déficit cognitivo e/ou outras disfunções neurológicas presentes em pacientes com hiperprolinemia tipo II. / In the present work we investigated the effects of chronic proline administration on ganglioside, cholesterol and phospholipid total contents, as well as on ganglioside profile in cerebral cortex, hippocampus, hypothalamus and cerebellum of rats. We also evaluated the ganglioside content and profile in detergent- soluble and resistant fractions isolated from synaptic membranes obtained from cerebral cortex. Wistar rats were divided into two groups: 1) saline (control) and 2) proline injected (hyperprolinemic). Proline solution or saline were administered from 6th to 28th postnatal day, according to body weight. Twelve hours after the last injection, the animals were sacrificed by decapitation without anesthesia. Brain structures were homogenized with chlorophorm:methanol 1:1 for lipid extraction. Synaptic membrane was extracted by differential centrifugation and detergent- soluble and resistant fractions were isolated by cold Triton X-100 treatment. Results showed that rats subjected to chronic proline treatment presented a significant increase of ganglioside content on cortex and hippocampus, while phospholipid and cholesterol contents only increased in hippocampus. However, the content of these components were not altered in hypothalamus and cerebellum of hyperprolinemic rats. On the other hand, ganglioside content decreased in detergent- soluble and resistant fractions isolated from synaptic membrane obtained from hyperprolinemic cortex. Although ganglioside profiles were apparently not modified, the individual absolute quantities were altered in cortex total lipid extract and membrane microdomains obtained from cerebral cortex. Our findings suggest that chronic proline treatment affects, in a distinct manner, different cerebral regions concerning the lipid composition of the cell membranes, reflecting on its distribution in the cortex membrane microdomains. Among these phenomena consequences, different modulations in synaptic transmission may be suggested which may contribute to the impairment in cognition and/or other neurological disfunctions found in hyperprolinemia type II patients.

Neste trabalho foi investigado o efeito da administração crônica de prolina sobre o conteúdo total de gangliosídios, fosfolipídios e de colesterol, assim como, sobre o perfil de gangliosídios no córtex, no hipocampo, no hipotálamo e no cerebelo de ratos. Também, foi avaliado o conteúdo e o perfil de gangliosídios nas frações solúvel e resistente a detergente obtidas de membranas sinápticas de córtex. Ratos Wistar foram divididos em dois grupos: 1) injetados subcutaneamente com solução 0,9% de NaCl (animais controle) e 2) injetados subcutaneamente com solução de prolina, em concentrações adequadas ao peso corporal (animais hiperprolinêmicos). Tanto a solução de prolina quanto a salina foram administradas do 6° ao 28° dia pós-natal. Doze horas após a última administração, os animais foram sacrificados mediante decapitação sem anestesia. As estruturas cerebrais foram dissecadas e em seguida homogeneizadas em clorofórmio:metanol na proporção 1:1 vpara a extração lipídica. As membranas sinápticas foram obtidas através de centrifugação diferencial e as frações solúvel e resistente a detergente foram isoladas através de tratamento das membranas com Triton X-100 a 4°C para investigação de microdomínios de membrana. Após a realização das análises, os resultados mostraram que os animais submetidos ao tratamento crônico com prolina apresentaram um marcado aumento no conteúdo de gangliosídios no córtex cerebral e no hipocampo, enquanto os conteúdos de fosfolipídios e de colesterol aumentaram somente no hipocampo. Além disso, os conteúdos destes compostos não foram alterados no hipotálamo e no cerebelo de animais hiperprolinêmicos. Por outro lado, o conteúdo de gangliosídios diminuiu nas frações solúvel e resistente a detergente obtidas de membranas sinápticas de córtex de animais hiperprolinêmicos. Embora os perfis de gangliosídios não tenham sido aparentemente modificados, as quantidades absolutas das espécies foram alteradas tanto no extrato total, como nos microdomínios de membrana obtidos do córtex. Estes dados revelam que o tratamento crônico com prolina afeta de forma distinta as diferentes regiões cerebrais quanto à composição lipídica das membranas celulares, refletindo-se sobre a distribuição de lipídios nos microdomínios de membrana do córtex. Entre as conseqüências destes fenômenos poderiam ser sugeridas modulações diferentes nas transmissões sinápticas que contribuiriam para o déficit cognitivo e/ou outras disfunções neurológicas presentes em pacientes com hiperprolinemia tipo II. / In the present work we investigated the effects of chronic proline administration on ganglioside, cholesterol and phospholipid total contents, as well as on ganglioside profile in cerebral cortex, hippocampus, hypothalamus and cerebellum of rats. We also evaluated the ganglioside content and profile in detergent- soluble and resistant fractions isolated from synaptic membranes obtained from cerebral cortex. Wistar rats were divided into two groups: 1) saline (control) and 2) proline injected (hyperprolinemic). Proline solution or saline were administered from 6th to 28th postnatal day, according to body weight. Twelve hours after the last injection, the animals were sacrificed by decapitation without anesthesia. Brain structures were homogenized with chlorophorm:methanol 1:1 for lipid extraction. Synaptic membrane was extracted by differential centrifugation and detergent- soluble and resistant fractions were isolated by cold Triton X-100 treatment. Results showed that rats subjected to chronic proline treatment presented a significant increase of ganglioside content on cortex and hippocampus, while phospholipid and cholesterol contents only increased in hippocampus. However, the content of these components were not altered in hypothalamus and cerebellum of hyperprolinemic rats. On the other hand, ganglioside content decreased in detergent- soluble and resistant fractions isolated from synaptic membrane obtained from hyperprolinemic cortex. Although ganglioside profiles were apparently not modified, the individual absolute quantities were altered in cortex total lipid extract and membrane microdomains obtained from cerebral cortex. Our findings suggest that chronic proline treatment affects, in a distinct manner, different cerebral regions concerning the lipid composition of the cell membranes, reflecting on its distribution in the cortex membrane microdomains. Among these phenomena consequences, different modulations in synaptic transmission may be suggested which may contribute to the impairment in cognition and/or other neurological disfunctions found in hyperprolinemia type II patients.

Neste trabalho foi investigado o efeito da administração crônica de prolina sobre o conteúdo total de gangliosídios, fosfolipídios e de colesterol, assim como, sobre o perfil de gangliosídios no córtex, no hipocampo, no hipotálamo e no cerebelo de ratos. Também, foi avaliado o conteúdo e o perfil de gangliosídios nas frações solúvel e resistente a detergente obtidas de membranas sinápticas de córtex. Ratos Wistar foram divididos em dois grupos: 1) injetados subcutaneamente com solução 0,9% de NaCl (animais controle) e 2) injetados subcutaneamente com solução de prolina, em concentrações adequadas ao peso corporal (animais hiperprolinêmicos). Tanto a solução de prolina quanto a salina foram administradas do 6° ao 28° dia pós-natal. Doze horas após a última administração, os animais foram sacrificados mediante decapitação sem anestesia. As estruturas cerebrais foram dissecadas e em seguida homogeneizadas em clorofórmio:metanol na proporção 1:1 vpara a extração lipídica. As membranas sinápticas foram obtidas através de centrifugação diferencial e as frações solúvel e resistente a detergente foram isoladas através de tratamento das membranas com Triton X-100 a 4°C para investigação de microdomínios de membrana. Após a realização das análises, os resultados mostraram que os animais submetidos ao tratamento crônico com prolina apresentaram um marcado aumento no conteúdo de gangliosídios no córtex cerebral e no hipocampo, enquanto os conteúdos de fosfolipídios e de colesterol aumentaram somente no hipocampo. Além disso, os conteúdos destes compostos não foram alterados no hipotálamo e no cerebelo de animais hiperprolinêmicos. Por outro lado, o conteúdo de gangliosídios diminuiu nas frações solúvel e resistente a detergente obtidas de membranas sinápticas de córtex de animais hiperprolinêmicos. Embora os perfis de gangliosídios não tenham sido aparentemente modificados, as quantidades absolutas das espécies foram alteradas tanto no extrato total, como nos microdomínios de membrana obtidos do córtex. Estes dados revelam que o tratamento crônico com prolina afeta de forma distinta as diferentes regiões cerebrais quanto à composição lipídica das membranas celulares, refletindo-se sobre a distribuição de lipídios nos microdomínios de membrana do córtex. Entre as conseqüências destes fenômenos poderiam ser sugeridas modulações diferentes nas transmissões sinápticas que contribuiriam para o déficit cognitivo e/ou outras disfunções neurológicas presentes em pacientes com hiperprolinemia tipo II. / In the present work we investigated the effects of chronic proline administration on ganglioside, cholesterol and phospholipid total contents, as well as on ganglioside profile in cerebral cortex, hippocampus, hypothalamus and cerebellum of rats. We also evaluated the ganglioside content and profile in detergent- soluble and resistant fractions isolated from synaptic membranes obtained from cerebral cortex. Wistar rats were divided into two groups: 1) saline (control) and 2) proline injected (hyperprolinemic). Proline solution or saline were administered from 6th to 28th postnatal day, according to body weight. Twelve hours after the last injection, the animals were sacrificed by decapitation without anesthesia. Brain structures were homogenized with chlorophorm:methanol 1:1 for lipid extraction. Synaptic membrane was extracted by differential centrifugation and detergent- soluble and resistant fractions were isolated by cold Triton X-100 treatment. Results showed that rats subjected to chronic proline treatment presented a significant increase of ganglioside content on cortex and hippocampus, while phospholipid and cholesterol contents only increased in hippocampus. However, the content of these components were not altered in hypothalamus and cerebellum of hyperprolinemic rats. On the other hand, ganglioside content decreased in detergent- soluble and resistant fractions isolated from synaptic membrane obtained from hyperprolinemic cortex. Although ganglioside profiles were apparently not modified, the individual absolute quantities were altered in cortex total lipid extract and membrane microdomains obtained from cerebral cortex. Our findings suggest that chronic proline treatment affects, in a distinct manner, different cerebral regions concerning the lipid composition of the cell membranes, reflecting on its distribution in the cortex membrane microdomains. Among these phenomena consequences, different modulations in synaptic transmission may be suggested which may contribute to the impairment in cognition and/or other neurological disfunctions found in hyperprolinemia type II patients.

Diferentes abordagens teóricas têm sido utilizadas em estudos de sistemas biomoleculares com o objetivo de contribuir com o tratamento de diversas doenças. Para a dor neuropática, por exemplo, o estudo de compostos que interagem com o receptor sigma-1 (Sig-1R) pode elucidar os principais fatores associados à atividade biológica dos mesmos. Nesse propósito, estudos de Relações Quantitativas Estrutura-Atividade (QSAR) utilizando os métodos de regressão por Mínimos Quadrados Parciais (PLS) e Rede Neural Artificial (ANN) foram aplicados a 64 antagonistas do Sig-1R pertencentes à classe de 1-arilpirazóis. Modelos PLS e ANN foram utilizados com o objetivo de descrever comportamentos lineares e não lineares, respectivamente, entre um conjunto de descritores e a atividade biológica dos compostos selecionados. O modelo PLS foi obtido com 51 compostos no conjunto treinamento e 13 compostos no conjunto teste (r² = 0,768, q² = 0,684 e r²teste = 0,785). Testes de leave-N-out, randomização da atividade biológica e detecção de outliers confirmaram a robustez e estabilidade dos modelos e mostraram que os mesmos não foram obtidos por correlações ao acaso. Modelos também foram gerados a partir da Rede Neural Artificial Perceptron de Multicamadas (MLP-ANN), sendo que a arquitetura 6-12-1, treinada com as funções de transferência tansig-tansig, apresentou a melhor resposta para a predição da atividade biológica dos compostos (r²treinamento = 0,891, r²validação = 0,852 e r²teste = 0,793). Outra abordagem foi utilizada para simular o ambiente de membranas sinápticas utilizando bicamadas lipídicas compostas por POPC, DOPE, POPS e colesterol. Os estudos de dinâmica molecular desenvolvidos mostraram que altas concentrações de colesterol induzem redução da área por lipídeo e difusão lateral e aumento na espessura da membrana e nos valores de parâmetro de ordem causados pelo ordenamento das cadeias acil dos fosfolipídeos. As bicamadas lipídicas obtidas podem ser usadas para simular interações entre lipídeos e pequenas moléculas ou proteínas contribuindo para as pesquisas associadas a doenças como Alzheimer e Parkinson. As abordagens usadas nessa tese são essenciais para o desenvolvimento de novas pesquisas em Química Medicinal Computacional. / Different theoretical approaches have been used in the studies of biomolecular systems aiming to contribute with the treatment of several diseases. For neuropathic pain, for example, the study of compounds that interact with sigma-1 receptor (Sig-1R) can elucidate the main factors associated to their biological activities. For this purpose, studies of Quantitative Structure-Activity Relationships (QSAR) using Partial Least Squares (PLS) and Artificial Neural Network (ANN) methods were applied to 64 Sig-1R antagonists belong to 1-arylpyrazole class. PLS and ANN models were used in order to describe linear and nonlinear behavior, respectively, between a set of descriptors and the biological activity of the selected compounds. The PLS model was obtained with 51 compounds in the training set and 13 compounds in the test set (r² = 0.768, q² = 0.684 and r²test = 0.785). Leave-N-out tests, biological activity randomization and outliers detection confirmed the robustness and stability of the models and showed that they were not obtained by chance correlations. Models were also generated from Multilayer Perceptron Artificial Neural Network (MLP-ANN) and the 6-12-1 architecture, trained by tansig-tansig transfer functions, showed the best result for the biological activity prediction of the compounds (r²training = 0.891, r²validation = 0.852 and r²test = 0.793). Another approach was used to simulate synaptic membranes environment using lipid bilayers composed by POPC, DOPE, POPS and cholesterol. Performed molecular dynamics studies showed that high cholesterol concentration induces decrease of area per lipid and lateral diffusion and increase of membrane thickness and order parameter caused by ordering of phospholipids acil chains. The obtained lipid bilayers can be used to simulate interactions between lipids and small molecules or proteins contributing for researches associated to Alzheimer and Parkinson diseases. The approaches used in this thesis are essential for the development of new researches in Computational Medicinal Chemistry.

Diferentes abordagens teóricas têm sido utilizadas em estudos de sistemas biomoleculares com o objetivo de contribuir com o tratamento de diversas doenças. Para a dor neuropática, por exemplo, o estudo de compostos que interagem com o receptor sigma-1 (Sig-1R) pode elucidar os principais fatores associados à atividade biológica dos mesmos. Nesse propósito, estudos de Relações Quantitativas Estrutura-Atividade (QSAR) utilizando os métodos de regressão por Mínimos Quadrados Parciais (PLS) e Rede Neural Artificial (ANN) foram aplicados a 64 antagonistas do Sig-1R pertencentes à classe de 1-arilpirazóis. Modelos PLS e ANN foram utilizados com o objetivo de descrever comportamentos lineares e não lineares, respectivamente, entre um conjunto de descritores e a atividade biológica dos compostos selecionados. O modelo PLS foi obtido com 51 compostos no conjunto treinamento e 13 compostos no conjunto teste (r² = 0,768, q² = 0,684 e r²teste = 0,785). Testes de leave-N-out, randomização da atividade biológica e detecção de outliers confirmaram a robustez e estabilidade dos modelos e mostraram que os mesmos não foram obtidos por correlações ao acaso. Modelos também foram gerados a partir da Rede Neural Artificial Perceptron de Multicamadas (MLP-ANN), sendo que a arquitetura 6-12-1, treinada com as funções de transferência tansig-tansig, apresentou a melhor resposta para a predição da atividade biológica dos compostos (r²treinamento = 0,891, r²validação = 0,852 e r²teste = 0,793). Outra abordagem foi utilizada para simular o ambiente de membranas sinápticas utilizando bicamadas lipídicas compostas por POPC, DOPE, POPS e colesterol. Os estudos de dinâmica molecular desenvolvidos mostraram que altas concentrações de colesterol induzem redução da área por lipídeo e difusão lateral e aumento na espessura da membrana e nos valores de parâmetro de ordem causados pelo ordenamento das cadeias acil dos fosfolipídeos. As bicamadas lipídicas obtidas podem ser usadas para simular interações entre lipídeos e pequenas moléculas ou proteínas contribuindo para as pesquisas associadas a doenças como Alzheimer e Parkinson. As abordagens usadas nessa tese são essenciais para o desenvolvimento de novas pesquisas em Química Medicinal Computacional. / Different theoretical approaches have been used in the studies of biomolecular systems aiming to contribute with the treatment of several diseases. For neuropathic pain, for example, the study of compounds that interact with sigma-1 receptor (Sig-1R) can elucidate the main factors associated to their biological activities. For this purpose, studies of Quantitative Structure-Activity Relationships (QSAR) using Partial Least Squares (PLS) and Artificial Neural Network (ANN) methods were applied to 64 Sig-1R antagonists belong to 1-arylpyrazole class. PLS and ANN models were used in order to describe linear and nonlinear behavior, respectively, between a set of descriptors and the biological activity of the selected compounds. The PLS model was obtained with 51 compounds in the training set and 13 compounds in the test set (r² = 0.768, q² = 0.684 and r²test = 0.785). Leave-N-out tests, biological activity randomization and outliers detection confirmed the robustness and stability of the models and showed that they were not obtained by chance correlations. Models were also generated from Multilayer Perceptron Artificial Neural Network (MLP-ANN) and the 6-12-1 architecture, trained by tansig-tansig transfer functions, showed the best result for the biological activity prediction of the compounds (r²training = 0.891, r²validation = 0.852 and r²test = 0.793). Another approach was used to simulate synaptic membranes environment using lipid bilayers composed by POPC, DOPE, POPS and cholesterol. Performed molecular dynamics studies showed that high cholesterol concentration induces decrease of area per lipid and lateral diffusion and increase of membrane thickness and order parameter caused by ordering of phospholipids acil chains. The obtained lipid bilayers can be used to simulate interactions between lipids and small molecules or proteins contributing for researches associated to Alzheimer and Parkinson diseases. The approaches used in this thesis are essential for the development of new researches in Computational Medicinal Chemistry.