Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 1998. / Vita. Includes bibliographical references (leaves [104]-122).

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Inflammatory and degenerative pathophysiological processes within the central nervous system (CNS) and platelets are important causes of human disease promoted by cigarette smoke. The objective of the present study was to evaluate activity of the enzymes that hydrolyze nucleotides and nucleosides in synaptosomes of cerebral cortex and platelets from rats exposed to aged and sidestream diluted smoke of commercial cigarettes. The animals were randomly divided into two groups (ten rats in each group): control (not exposed to cigarette smoke) and smoke (exposed to cigarette smoke). The smoke group was exposed via inhalation through the nose only 15 minutes per day inside a cigarette smoke exposure chamber during 3 weeks. The results demonstrated that E-NTPDase (with ATP and ADP as substrate) activity was significantly higher in the smoke group (p<0.05), while the 5'- nucleotidase with AMP as substrate demonstrated decreased activity in the smoke group (p<0.05). However, in platelets activities demonstrated that E-NPP and ENTPDase with ATP as substrate and 5´-nucleotidase with AMP as substrate were significantly higher in the smoke group (p<0.05) as compared to the control group, while E-NTPDase with ADP as substrate demonstrated decreased activity in the smoke group (p<0.05). A decrease of adenosine, a neuroprotective nucleoside, was observed in brain, which could lead to damage of the brain tissue. However, in platelets, there was an increase of adenosine, which may reflect adaptative changes. These alterations caused by cigarette smoke on ectonucleotidase activities may assist in verifying pathophysiological effects in biological systems. / Os processos patofisiológicos inflamatórios e degenerativos no sistema nervoso central (SNC) e plaquetas são importantes causas de doenças humanas promovidas pela fumaça de cigarro. O objetivo do presente estudo foi avaliar a atividade das enzimas que hidrolisam nucleotídeos e nucleosídeos em sinaptossomas de córtex cerebral e plaquetas de ratos expostos à fumaça envelhecida e diluída inalada por via secundária de cigarros comerciais. Os animais foram aleatoriamente divididos em dois grupos (10 ratos por grupo): controle (não exposto a fumaça de cigarro) e fumo (exposto a fumaça de cigarro). O grupo fumo foi exposto à fumaça de cigarro 15 minutos por dia no interior de uma câmara de exposição durante 3 semanas. Em relação ao sinaptossoma de córtex cerebral os resultados demonstraram que a atividade da E-NTPDase (ATP e ADP como substrato) aumentou significativamente no grupo exposto à fumaça de cigarro (p<0.05) e a atividade da 5'-nucleotidase (AMP com substrato) diminuiu neste grupo (p<0.05), comparado ao grupo controle. Nas plaquetas foi demonstrado um aumento na atividade das enzimas E-NPP e ENTPDase (ATP como substrato) e 5 -nucleotidase (AMP como substrato) no grupo exposto à fumaça de cigarro (p<0.05) quando comparado ao grupo controle. Já a ENTPDase (ADP como substrato) demonstrou uma diminuição de sua atividade no grupo exposto à fumaça de cigarro (p<0.05). Pode-se sugerir que a provável diminuição da adenosina, uma molécula neuroprotetora, pode levar ao dano no tecido do encéfalo. Entretanto, em plaquetas, houve um aumento da adenosina, a qual pode refletir mudanças adaptativas. As alterações na atividade das ectonucleotidases em animais submetidos à exposição de fumaça de cigarro podem contribuir na elucidação de seus efeitos patológicos em sistemas biológicos.

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The neurological disorder caused by BoHV-5 replication in the brain of infected animals, in the acute phase, may not be associated with significant histological changes or a significant number of antigen-positive neurons. Thus, other mechanisms, such as oxidants and antioxidants mechanisms and important enzymes of the purinergic system might modulate the immune and inflammatory response in animals infected with bovine herpesvirus type 5 (BoHV-5) and contribute to the development of neurological signs observed during infection. This study aimed to understand the mechanisms of the neuropathogenesis of BoHV-5 during acute infection. For this, in article I, alterations in the hydrolysis of adenine nucleotides in synaptosomes of the cortex and hippocampus of rabbits experimentally infected with BoHV-5 were assessed through the activity of enzymes NTPDase and 5'-nucleotidase; in article II, we evaluated the involvement of oxidants and antioxidants mechanisms during BoHV-5 infection in systemic level and central nervous system of rabbits experimentally infected through the evaluation of catalase (CAT), reduced glutathione (GSH) and non-protein thiols (TSH), and the quantitation of reactive oxygen species (ROS) and thiobarbituric acid reactive species (TBARS). For the experiments, the animals were divided into groups, control groups, with no infected animals, and test groups, animals inoculated with BoHV-5. The animals of the test groups were inoculated with the parental strain SV-507/99 containing approximately 107,5TCID50 or 108TCID50, control animals received only minimal essential medium (MEM). All rabbits were inoculated intranasally and monitored for clinical and virological aspects during the experiment. At 7 and 12 days p.i. the rabbits were anesthetized and euthanized for blood and brain structures collection. Regarding the activity of 5'-nucleotidase and NTPDase (Article I), the results showed a decrease in hydrolysis of ATP and ADP at 7 days pi, and in hydrolysis of ADP and AMP at 12 days pi in synaptosomes of cerebral cortex in the infected animals; and increased ectonucleotidases activity in synaptosomes of hippocampus in the infected group compared to the control group, except for the hydrolysis of AMP at 12 days pi. The reduced hydrolysis of ATP in cerebral cortex can cause accumulation of the nucleotide into the extracellular milieu; it is known that the excess of ATP can be cytotoxic. Furthermore, with the decrease in enzyme activity less adenosine is produced, this nucleoside is an anticonvulsant and neuroprotective molecule. The increased enzyme activity in the hippocampus can occur to produce adenosine and confer neuroprotection; however at 12 days pi, it is not observed an increase in the hydrolysis of AMP to adenosine. In article II, the evaluation of oxidative parameters and antioxidants revealed that the levels of TBARS and ROS were higher in the infected group compared to controls, mainly in the cortex at 7 and 12 days pi, but also in the cerebellum at 7 days pi and hippocampus and striatum at 12 days pi. Moreover, GSH levels were decreased in the striatum and cerebellum of animals infected at 7 days pi. The oxidative stress process may occur in response to viral infection, but this process has a low specificity and eventually results in oxidative damage to the cell. Thereby, was possible to observe that there is a participation of the purinergic system and the oxidative stress process in the pathogenesis of BoHV-5, suggesting that these mechanisms may be involved in immunomodulation, dysfunction and neuronal death, and may contribute to the process of herpetic meningoencephalitis. / A doença neurológica causada pela replicação do BoHV-5 no cérebro de animais infectados, em sua fase inicial, pode não estar associada à alterações histológicas significativas ou à um número significativo de neurônios antígeno-positivos. Assim, outros mecanismos, como os mecanismos oxidantes e antioxidantes e importantes enzimas do sistema purinérgico, poderiam modular a resposta imune e inflamatória em animais infectados pelo herpesvírus bovino tipo 5 (BoHV-5) e contribuir para o desenvolvimento dos sinais neurológicos observados durante a infecção. Com este trabalho buscou-se compreender mecanismos da neuropatogenia do BoHV-5 durante infecção aguda. Para isso, no artigo I, foram avaliadas alterações na hidrólise de nucleotídeos de adenina em sinaptossomas de córtex e hipocampo, de coelhos experimentalmente infectados com BoHV-5, através da atividade das enzimas NTPDase e 5 -nucleotidase; no artigo II, foi avaliada a participação de mecanismos oxidantes e antioxidantes na infecção pelo BoHV-5 em nível sistêmico e de sistema nervoso central de coelhos, através da atividade dos antioxidantes catalase (CAT), glutationa reduzida (GSH) e tióis não-proteicos (TSH) e quantificação de espécies reativas de oxigênio totais (ERO-totais) e as espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS). Para realização dos experimentos, os animais foram divididos em grupos, grupos controle, não infectados, e grupos teste, inoculados com BoHV-5. Os animais dos grupos teste foram inoculados com a cepa parental SV-507/99 contendo aproximadamente 107,5TCID50 ou 108TCID50, os demais animais receberam apenas meio essencial mínimo (MEM). Todos os coelhos foram inoculados pela via intranasal e monitorados quanto aos aspectos clínicos e virológicos durante todo o experimento. Aos 7 e 12 dias p.i. os coelhos foram anestesiados e submetidos à eutanásia para coleta sanguínea e de estruturas encefálicas. Em relação à atividade da NTPDase e 5 -nucleotidase (artigo I), os resultados revelaram uma diminuição na hidrólise do ATP e ADP aos 7 dias p.i., e na hidrólise do ADP e AMP aos 12 dias p.i. em sinaptossomas de córtex cerebral dos animais infectados; e um aumento da atividade ectonucleotidásica em sinaptossomas de hipocampo no grupo infectado em relação ao grupo controle, com exceção da hidrólise do AMP aos 12 dias p.i. A reduzida hidrólise do ATP no córtex cerebral poderia causar acúmulo deste nucleotídeo no meio extracelular, sabe-se que o excesso de ATP pode ser citotóxico. Além disso, com a diminuição da atividade enzimática menos adenosina é produzida, sendo esta uma molécula neuroprotetora e anticonvulsivante. O aumento da atividade enzimática no hipocampo poderia ocorrer para produzir adenosina e conferir neuroproteção, no entanto, aos 12 dias p.i. não ocorreu aumento na hidrólise do AMP à adenosina. No artigo II, a avaliação dos parâmetros oxidativos e antioxidantes revelou que ocorre um aumento nos níveis de TBARS e de ERO-totais no grupo infectado em relação ao grupo controle, principalmente no córtex aos 7 e 12 dias p.i., mas também no cerebelo aos 7 dias p.i. e no hipocampo e estriado aos 12 dias p.i. Ainda, os níveis de GSH estavam diminuídos no estriado e cerebelo dos animais infectados aos 7 dias p.i. O processo de estresse oxidativo pode ocorrer em resposta à infecção viral, porém por ter baixa especificidade acaba resultando em danos oxidativos à célula. Desta forma, foi possível observar que existe uma participação do sistema purinérgico e do processo de estresse oxidativo na patogênese da infecção pelo BoHV-5, sugerindo que estes mecanismos possam estar envolvidos na imunomodulação, disfunção e morte neuronal, contribuindo, assim, para a processo da meningoencefalite herpética.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Glutaric acidemia type I (GA-I) is an inborn error of metabolism (EIM) biochemically characterized by the main accumulation of glutaric acid (GA) and 3- hydroxyglutaric acid (3-OH-GA), and pathologically by a characteristic striatal degeneration. Due the absence of effective therapeutic strategies for this acidemia, several studies have investigated new therapies, since that one in three children subject to current treatments show striatal degeneration. In this context, the present work aimed in the first part, to investigate the effects of acute treatment with creatine (Cr), an endogenous compound guanidine which has shown neuroprotective effects in a variety of experimental models of neurodegenerative diseases and also in organic acidemias, on the GA-induced behavioral and neurochemical changes in vivo. Our results demonstrated that acute administration of Cr prevented the GA-induced behavioral and electrographic seizures, the carbonyl protein content increased and the Na+,K+-ATPase enzyme activity reduction in rats. Moreover, the Cr also protected the GA-induced sinaptossomal L-[3H]glutamate uptake reduction in vitro. As was observed in this first part, that the GA in a low concentration (10 nM) was able to reduce the L-[3H]glutamate uptake in striatal sinaptossomas of rats, and since that responsible mechanisms for striatal degeneration observed in patients are still poorly understood, we decided to evaluate in a second step, a primary action mechanism for the neurotoxic effects this low concentration of GA, which possibly may be present at the beginning of GA-I. We find that the GA reduced the L-[3H]glutamate uptake and increased the reactive species (ER) formation in sinaptossomas the striatum of rats in all times tested. Furthermore, we observed for the first time that the GA reduced the efficacy (VMax), but not the affinity (KD) of L-[3H]glutamate uptake in striatal sinaptossomas, suggesting a non-competitive inhibition. The addition of both the L-trans-pyrrolidine-2,4-dicarboxylate (PDC), a glutamate transporters inhibitor, with the GA did not alter the inhibitory effect on the of L-[3H]glutamate uptake induced by organic acid, indicating the involvement of glutamate transporters in the GA-induced uptake reduction. Since the glutamate transporters activity can be inhibited by oxidation, we show that although the antioxidant trolox protects against GA-induced ER formation increase, it did not protect against GA-induced glutamate uptake reduction in the synaptosomes of cerebral structure studied, suggesting that ER formation may be a late event in the neurotoxicity observed in GA-I. Moreover, we can not exclude the possibility that the GA may also directly stimulate the glutamate receptors, since the GA-induced ER formation was reduced by the non-NMDA glutamate receptor antagonist, the CNQX, but not by MK-801, suggesting that these receptors contributed, at least partly, to the GA-induced oxidative stress. Also determined GA, in this low concentration, did not show oxidant activity per se. Therefore, from results in this study it was observed the protective effect of Cr administration in the deleterious actions caused by the GA. Furthermore, we show for the first time that a GA low concentration cause primary excitotoxicity, and oxidative stress in brain structure predominantly affected in this disease. Therefore, we believe that this work may help explain the genesis of GA-I, as well as the development of effective adjuvant therapeutic strategies in the treatment this acidemia. / A acidemia glutárica tipo I (GA-I) é um erro inato do metabolismo (EIM) caracterizada bioquimicamente pelo acúmulo principal de ácido glutárico (GA) e ácido 3-hidroxiglutárico (3-OH-GA), e patologicamente por uma característica degeneração estriatal. Devido à escassez de medidas terapêuticas efetivas para essa acidemia, vários estudos têm investigado novas terapias, já que uma em cada três crianças submetidas aos atuais tratamentos sofre degeneração estriatal. Nesse contexto, o presente trabalho teve por objetivo em sua primeira parte, investigar os efeitos do tratamento agudo com creatina (Cr), um composto guanidínico endógeno que tem mostrado efeitos neuroprotetores em uma variedade de modelos experimentais de doenças neurodegenerativas e também em acidemias orgânicas, sobre as alterações comportamentais e neuroquímicas induzidas pelo GA in vivo. Nossos resultados demonstraram que a administração aguda de Cr preveniu as convulsões comportamentais e eletrográficas, o aumento do conteúdo de proteína carbonil e a redução da atividade da enzima Na+,K+-ATPase induzidos pelo GA em ratos. Além disso, a Cr também protegeu da redução da captação de L-[3H]glutamato sinaptossomal induzida pelo GA in vitro. Como foi observado nesta primeira parte, que o GA em uma baixa concentração (10 nM) foi capaz de reduzir a captação de L-[3H]glutamato em sinaptossomas estriatais de ratos, e desde que os mecanismos responsáveis pela degeneração estriatal observada nos pacientes glutaricoacidêmicos ainda não estão bem esclarecidos, decidimos avaliar em uma segunda etapa, um provável mecanismo de ação primário para os efeitos neurotóxicos desta baixa concentração de GA, que possivelmente pode estar presente no início da GA-I. Verificamos que o GA reduziu a captação de L-[3H]glutamato e aumentou a formação de espécies reativas (ER) em sinaptossomas de estriado de ratos em todos os tempos testados. Além disso, observamos pela primeira vez que o GA reduziu a eficácia (VMax), mas não a afinidade (KD) da captação de L-[3H]glutamato em sinaptossomas estriatais, sugerindo uma inibição do tipo não competitiva. A adição simultânea do L-trans-pirrolidina-2,4-dicarboxilato (PDC), um inibidor dos transportadores de glutamato, com o GA não alterou o efeito inibitório sobre a captação de L-[3H]glutamato induzido pelo ácido orgânico, indicando a participação dos transportadores de glutamato na redução da captação desse neurotransmissor induzida pelo GA. Desde que a atividade dos transportadores de glutamato pode ser inibida por oxidação, evidenciamos que embora o antioxidante trolox proteja do aumento da formação de ER induzidas pelo GA, ele não protege da redução da captação de L-[3H]glutamato induzida por este ácido orgânico em sinaptossomas de estriado. Estes achados sugerem que a formação de ER pode ser um evento tardio na neurotoxicidade observada na GA-I. Além disso, não podemos excluir a possibilidade de que o GA também possa estimular diretamente os receptores de glutamato, desde que a formação de ER induzidas pelo GA foi atenuada pelo antagonista de receptor de glutamato não-NMDA, o CNQX, mas não pelo MK-801 e o GA, nessa baixa concentração, não apresentou atividade oxidante per se. Portanto, os resultados apresentados no presente estudo demonstram que a administração previa de creatina protege das ações deletérias ocasionadas pelo GA. Além disso, evidenciamos, pela primeira vez, que uma baixa concentração de GA causa ações excitotóxicas primárias, bem como, estresse oxidativo na estrutura cerebral predominantemente afetada nesta doença. Assim, acreditamos que este trabalho possa auxiliar na elucidação da gênese da GA-I, bem como no desenvolvimento de estratégias terapêuticas adjuvantes eficazes no tratamento desta acidemia.