The synthesis of nanostructured materials, especially metallic nanoparticles, has accrued utmost interest over the past decade owing to their unique properties that make them applicable in different fields of science and technology. The limitation to the use of these nanoparticles is the paucity of an effective method of synthesis that will produce homogeneous size and shape nanoparticles as well as particles with limited or no toxicity to the human health and the environment. The biological method of nanoparticle synthesis is a relatively simple, cheap and environmentally friendly method than the conventional chemical method of synthesis and thus gains an upper hand. The biomineralization of nanoparticles in protein cages is one of such biological approaches used in the generation of nanoparticles. This method of synthesis apart from being a safer method in the production of nanoparticles is also able to control particle morphology. In this study, a comparative biological synthesis, characterization and biomedical effects of metallic nanoparticles of platinum, gold and silver were investigated. Metallic nanoparticles were biologically synthesized using cage-like (apoferritin), barrel-like (GroEL) and non-caged (ribonuclease) proteins. Nanoparticles generated were characterized using common techniques such as UV-visible spectroscopy, scanning and transmission electron microscopy, inductively coupled optical emission spectroscopy, Fourier transform infra-red spectroscopy and energy dispersion analysis of X-rays (EDAX). Nanoparticles synthesised biologically using apoferritin, GroEL and RNase with exhibited similar chemical and physical properties as thoses nanoparticles generated chemically. In addition, the metallic nanoparticles fabricated within the cage-like and barrel-like cavities of apoferritin and GroEL respectively, resulted in nanoparticles with relatively uniform morphology as opposed to those obtained with the non-caged ribonuclease. The enzymatic (ferroxidase) activity of apoferritin was found to be greatly enhanced with platinum (9-fold), gold (7-fold) and silver (54-fold) nanoparticles. The ATPase activity of GroEL was inhibited by silver nanoparticles (64%), was moderately activated by gold nanoparticles (47%) and considerably enhanced by platinum nanoparticles (85%). The hydrolytic activity of RNase was however, lowered by these metallic nanoparticles (90% in Ag nanoparticles) and to a higher degree with platinum (95%) and gold nanoparticles (~100%). The effect of synthesized nanoparticles on the respective enzyme activities of these proteins was also investigated and the potential neurotoxic property of these particles was also determined by an in vitro interaction with acetylcholinesterase. Protein encapsulated nanoparticles with apoferrtin and GroEL showed a decreased inhibition of acetylcholinesterase (<50%) compared with nanoparticles attached to ribonuclease (>50%). Thus, it can be concluded that the cavities of apoferitin and GroEL acted as nanobiofactories for the synthesis and confinement of the size and shape of nanoparticles. Furthermore, the interior of these proteins provided a shielding effect for these nanoparticles and thus reduced/prevented their possible neurotoxic effect and confirmed safety in their method of production and application. The findings from this study would prove beneficial in the application of these nanoparticles as a potential drug/drug delivery vehicle for the prevention, treatment/management of diseases associated with these enzymes/proteins.

A esclerose múltipla é a principal doença desmielinizante do sistema nervoso central (SNC). É considerada a principal causa de incapacidade neurológica em adultos jovens. O comprometimento cognitivo é muito comum nessa doença, envolvendo o aprendizado, a memória e a organização cortical do movimento, funções vitais que são reguladas pelo sistema colinérgico. O modelo de desmielinização tóxica induzida pelo brometo de etídio (BE) foi utilizado neste estudo, para avaliar a atividade da enzima acetilcolinesterase (AChE) no estriado (ST), hipocampo (HP), córtex cerebral (CC), hipotálamo (HY) e ponte (PN) associado ao tratamento com interferon beta (IFN-b), ciclosporina A (CsA), vitamina E (vit E) e ebselen (Ebs). Além disso, também foi investigado o efeito in vitro do BE na atividade da AChE, juntamente com os parâmetros cinéticos dessa enzima no ST, HP, CC e CB de ratos adultos. Os resultados demonstraram que o BE inibiu significativamente a atividade da AChE no ST, HP, CC e CB nas concentrações de 0,00625, 0,0125, 0,025, 0,05 e 0,1mM e a análise dos dados cinéticos mostraram uma inibição do tipo incompetitiva no ST, HP e CC, enquanto no CB a inibição foi do tipo mista. No estudo in vivo, foi observado uma inibição na atividade da AChE no CC, ST, HP, HY, PN e CB nos diferentes períodos avaliados pós-injeção do BE (3, 7, 15, 21 e 30 dias). Quando ratos desmielinizados com BE foram tratados com IFN-b e CsA, não houve alteração na atividade dessa enzima. Por outro lado, o tratamento com Vit E e Ebs foram capazes de aumentar a atividade da AChE no ST, CC e HP. Estudos imuno-histoquímicos demonstraram que nos ratos tratados com Vit E e Ebs as lesões induzidas pelo BE foram menores, sugerindo que estes compostos interferem no desenvolvimento de lesões desmielinizantes. Foi também avaliado o efeito per se do IFN-b, da CsA, da Vit E e do Ebs na atividade da AChE, os quais demonstraram um efeito inibitório sobre a atividade dessa enzima. Em plaquetas de ratos desmielinizados, foi observado uma diminuição na atividade da NTPDase e o tratamento com a Vit E e o Ebs modularam a hidrólise dos nucleotídeos de adenina. O presente trabalho demonstrou que o BE é um potente inibidor da atividade da AChE in vitro e os resultados in vivo demonstraram que a atividade dessa enzima está alterada após um evento de desmielinização tóxica no SNC. Os resultados deste estudo ajudaram a confirmar que drogas utilizadas no tratamento de pacientes com esclerose múltipla tais como o IFN-b e a CsA causam efeitos na atividade da AChE. A Vit E e o Ebs, além de demonstrarem uma interação com a neurotransmissão colinérgica, também modularam a hidrólise dos nucleotídeos de adenina em plaquetas de ratos, contribuindo no controle da coagulação plaquetária em processos desmielinizantes. Neste contexto, sugere-se que o IFN-b, a CsA, a vitamina E e o ebselen podem ser investigados em estudos futuros com a intenção de encontrar uma melhor terapia para beneficiar pacientes com patologias desmielinizantes. / Multiple sclerosis is the main demyelinating disease of the central nervous system (CNS). It is the most common cause of neurological disability among young adults. The cognitive impairment is very commum in this illness, involving learning, memory and cortical organization of the movement, vital functions regulated by the cholinergic system. The model of toxic demyelination induced by ethidium bromide (EB) was used to evaluate brain acetylcholinesterase (AChE) activity in the striatum (ST), hippocampus (HP), cerebral cortex (CC), cerebellum (CB), hypothalamus (HY) and pons (PN), associated with treatment with interferon beta (IFN-b), ciclosporine A (CsA), vitamin E (Vit E) and ebselen (Ebs). In addition, the per se effect of EB on AChE activity was studied in vitro together with the kinetic parameters of this enzyme in the ST, HP, CC and CB of adult rats. The results showed that EB in vitro significantly inhibited AChE activity in the ST, HP, CC and CB at concentrations of 0.00625, 0.0125, 0.025, 0.05 and 0.1mM. The kinetic analysis demonstrated an uncompetitive inhibition in the ST, HP and CC, whereas in the CB the inhibition type was mixed. In relation to the in vivo results, AChE activity was inhibited after demyelination by EB in the CC, ST, HP, HY, PN and CB at the post-injection points of time evaluated (3-7-15-21 and 30 days). When demyelinated rats were submitted to the treatment with IFN-b and CsA, the results demonstrated that these compounds did not alter AChE activity. However, Vit E and Ebs were able to increase AChE activity in the ST, CC and HP. In addition, immunohistochemistry studies demonstrated that in Vit E and Ebs treated rats, the lesions induced by EB were smaller suggesting that these compounds somehow interfered in the development of the lesions. The per se effect of IFN-b, CsA, Vit E and Ebs were also evaluated, demonstrating that these compounds have an inhibitory effect on AChE activity. Platelets of the demyelinated rats demonstrated a reduction in NTPDase activity and the treatments with Ebs and Vit E modulated adenine nucleotide hydrolysis. The present investigation demonstrated that EB is a strong inhibitor of AChE activity in vitro and the results in vivo showed that the activity of this enzyme is altered after an event of toxic demyelination in the CNS. The results this study help the confirm that drugs used in the treatment of the patients with multiple sclerosis such as IFN-b and CsA cause effects in the AChE activity. The Vit E and Ebs besides of interaction with the cholinergic neurotransmission also modulated adenine nucleotide hydrolysis in platelets of the rats, contributing to the control of the platelet coagulant status in the demyelinating process. In this context, we can suggest that IFN-b, CsA, Vit E and Ebs may be investigated in future studies with the intention of finding a better therapy for to improve patients with demyelinating pathologies.

The protein-energy malnutrition is one of the most serious nutritional problems that occur in developing countries. The energy and nutritional deficiency in early life can cause significant changes in different stages of development of central nervous system, since the cases of hyperplasia, hypertrophy and myelinization occur in more intense. The brain uses glucose as its main energy substrate. However, under certain physiological conditions, as during the weaning or during prolonged fasting, the cells may use other substrates in order to meet their metabolic needs. The transport of glucose to the nerve cells requires the presence of specific transporter proteins called GLUT s (Glucose Transporters) to perform the transport of glucose by facilitated diffusion. Besides the transporters of glucose, transporter proteins of monocarboxilatos (MCTs) are responsible for neuronal influx of lactate, MCT1 being the main responsible for providing energy to neurons during maturation of nervous tissue. The acetylcholine is a major neurotransmitter of the nervous system and is associated with the maintenance processes of attention, learning and memory. In the synaptic cleft acetylcholine is degraded by the enzyme cholinesterase, the acetylcholinesterase (AChE) and the butyrilcholinesterase (BuChE). Increased activity of fractions of AChE has been associated with states of dementia in elderly patients and the loss of cognitive function in patients with Alzheimer's Disease. This work is proposed to study the expression of neuronal glucose transporter GLUT3 and activity of the enzyme acetylcholinesterase (AChE) in brain of young adult rats (84 days of life) who were breastfed in litters formed by 6 (control group) or 12 pups (undernourished group). The results showed that the weight of the brains of malnourished rats was significantly lower (P <0001, Student s t test) compared to controls. The blood glucose levels and the expression of GLUT3 in total cortical membranes was also reduced by malnutrition (P <0001, Student s t test). The activity of AChE in different brain homogenate showed a significant interaction (P = 0019, two-way ANOVA, Tukey s test) between nutritional status and the type of fraction of the homogenate, with a significant reduction (p< 0,05) in activity this enzyme in the brain homogenate in control group. These results show for the first time that malnutrition during the period of weaning reduces the expression of GLUT3 and vi that the increased activity of acetylcholinesterase associated with decreased in the expression of the main glucose transporter in the brain could contribute to cognitive deficits and changes in brain metabolic activity. / A desnutrição energético-protéica consiste em um dos problemas nutricionais mais graves que ocorrem em países em desenvolvimento. A deficiência energética e nutricional no início da vida pode ocasionar importantes alterações nas diferentes fases de desenvolvimento do sistema nervoso central, uma vez que os processos de hiperplasia, hipertrofia e mielinização ocorrem de forma mais intensa. O cérebro utiliza a glicose como seu principal substrato energético. No entanto, em certas condições fisiológicas, como durante a fase de amamentação ou durante o jejum prolongado, as células podem utilizar outros substratos a fim de suprir suas necessidades metabólicas. O transporte de glicose para as células nervosas requer a presença de proteínas transportadoras específicas denominadas GLUTs (glucose transporters) que efetuam o transporte de glicose através de difusão facilitada. Além dos transportadores de glicose, proteínas transportadoras de monocarboxilatos (MCTs) são responsáveis pelo influxo neuronal de lactato, sendo o MCT1 o principal responsável pelo fornecimento energético aos neurônios durante o processo de maturação do tecido nervoso. A acetilcolina é um dos principais neurotransmissores do sistema nervoso, sendo associada com a manutenção de processos de atenção, aprendizagem e memória. Na fenda sináptica a acetilcolina é degradada por enzimas colinesterásicas, a acetilcolinesterase (AChE) e a Butirilcolinesterase (BuChE). O aumento da atividade de frações da AChE vem sendo associada com estados de demência em pacientes idosos e com a perda da função cognitiva em pacientes com Doença de Alzheimer. O presente trabalho se propôs a estudar a expressão do transportador neuronal de glicose GLUT3 e a atividade da AChE no cérebro de ratos adultos jovens (84 dias de vida) que foram amamentados em ninhadas formadas por 6 (grupo controle) ou 12 filhotes (grupo desnutrido). Os resultados demonstraram que o peso dos cérebros dos ratos desnutridos foi significativamente menor (P<0,001, teste t de Student) comparado ao grupo controle. Os níveis glicêmicos e a expressão do GLUT3 nas membranas corticais totais foram também diminuídos pela desnutrição (P<0,001, teste t de Student). A atividade da AChE nos diferentes homogenados do cérebro mostrou uma interação significativa (P = 0,019, ANOVA two-way, Tukey teste) entre o estado iv nutricional e o tipo de fração do homogenado, apresentando uma redução significativa ( p< 0,05) na atividade desta enzima do homogenado de células em animais controle . Esses resultados mostram pela primeira vez que a desnutrição durante o período de amamentação diminui a expressão do GLUT3 e que o aumento da atividade da acetilcolinesterase associado com a diminuição da expressão do principal trnasportador de glicose para o cérebro poderia contribuir para déficits cognitivos e alterações da atividade metabólica cerebral.

Altos níveis de galactose circulantes e cerebrais são encontrados em portadores da galactosemia clássica não tratada, cujos pacientes comumente desenvolvem problemas cognitivos e motores ao longo da vida. Entretanto pouco se conhece a respeito dos mecanismos da disfunção celular e molecular responsáveis por estes sintomas. Assim, o objetivo do presente trabalho foi de investigar o efeito da injeção intracerebroventricular de galactose sobre a memória (aversiva e de reconhecimento de objetos) e a coordenação motora em ratos Wistar. Além disso, a atividade, o imunoconteúdo e a expressão gênica da acetilcolinesterase no hipocampo e córtex cerebral foram também avaliados. No cerebelo, foram medidos parâmetros histológicos (contagem de células e imunohistoquímica) e bioquímicos (imunoconteúdo de caspase-3 ativa e BDNF, atividade e imunoconteúdo da acetilcolinesterase, níveis de glutationa e sulfidrilas, bem como o índice de dano ao DNA). Ratos Wistar receberam uma injeção intracerebroventricular de galactose (4 mM) ou salina (controles) sendo esses submetidos às tarefas comportamentais e/ou decapitados em diferentes tempos (1 h, 3 h ou 24 h), logo após, o hipocampo, córtex cerebral e cerebelo foram dissecados. Os resultados mostraram que a galactose prejudicou a memória aversiva e de reconhecimento de objetos, quando injetada antes do treinamento, bem como alterou a atividade e a expressão gênica da acetilcolinesterase em hipocampo. Em relação ao comportamento motor e aos parâmetros histológicos e bioquímicos realizados no cerebelo, a administração intracerebroventricular de galactose prejudicou a coordenação motora e reduziu o número de células e a imunomarcação de neurônios e astrócitos. A galactose, também aumentou o imunoconteúdo de caspase-3 ativa, a atividade da acetilcolinesterase e o índice de dano ao DNA, bem como diminuiu o imunoconteúdo de BDNF e acetilcolinesterase e os níveis de glutationa e sulfidrilas no cerebelo. Tomados em conjunto, nossos resultados mostram que a administração intracerebroventricular de galactose prejudicou a memória e a coordenação motora. Além disso, o modelo experimental utilizado mostrou diversas alterações a nível celular e molecular, os quais podem contribuir pelo menos em parte com o entendimento da fisiopatologia da galactosemia clássica. / Non-treated patients with classical galactosemia present high levels of galactose in the bloodstream and brain. Patients usually develop cognitive and motor impairments during life. However, little is known about the cellular and molecular mechanisms responsible for these symptoms. Thus, the aim of this study was to investigate the effect of intracerebroventricular galactose injection on memory (aversive and object recognition) and motor coordination in Wistar rats. Acetylcholinesterase activity, immunocontent and gene expression were investigated in hippocampus and cerebral cortex. In the cerebellum, we performed histological (cell counting and immunohistochemistry) and biochemical (active caspase-3 immunocontent, BDNF, acetylcholinesterase activity and immunocontent, glutathione and sulfhydryl levels, as well as DNA damage index) parameters. Wistar rats received a single intracerebroventricular injection of galactose (4 mM) or saline (control). The animals performed behavioral tasks and/or were decapitated at different times (1 h, 3 h or 24 h) after injection. The hippocampus, cerebral cortex and cerebellum were dissected. The results showed that injecting galactose before training provokes impairment on aversive and object recognition memories, as well as altered the activity and gene expression of acetylcholinesterase in hippocampus. Regarding to the histological and biochemical parameters measured in the cerebellum, intracerebroventricular galactose injection impaired motor coordination, reduced the number of cells and immunostaining of neurons and astrocytes. In the cerebellum, galactose also increased active capase-3 immunocontent, acetylcholinesterase activity and DNA damage index, as well as decreased BDNF and acetylcholinesterase immunocontent, and glutathione and sulfhydryl levels. Altogether, our results show that intracerebroventricular injection of galactose impaired memory and motor coordination. Moreover, the experimental model used showed several alterations at cellular and molecular levels. These findings may contribute at least in part with the understanding of the physiopathology in classical galactosemia.

Charles University in Prague Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Department of Pharmacology & Toxicology Performed at: University of defence in Brno, Faculty of Military Health Sciences in Hradec Králové, Department of Toxicology and Military Pharmacology Student: Michaela Mackurová Leader of diploma thesis: PharmDr. Marie Vopršalová, CSc. Supervisor: kpt. PharmDr. Vendula Hepnarová, Ph.D. Title of diploma thesis: Evaluation of the efficacy of quarternary acetylcholinesterase reactivators in vivo NPL belongs to compounds of organic phosphorus and they are very common cause of poisoning as organophosphorus nerve agent. They can be absorbed by various routes - inhalated, ingest or by transdermal penetration. The problem is ineffective therapy and there is still no broad-spectrum reactivator able to efficiently restore AChE activity after intoxication by various organophosphates that will penetrates into CNS. The main aim of this experiment was to determine and compare the reactivating efficacy of two newly developed oximes K869 and K870 with commonly used oximes K160 and HI-6 against intoxication of sarin. The activity of reactivation was determined by standard spectrophotometric Ellman's method with using male Wistar laboraty rats. The results were evaluated as percentage of reactivation...

[pt] Este trabalho visou o desenvolvimento de uma metodologia analítica para a determinação de metomil em solos através da inibição da enzima acetilcolinesterase (AChE), abordando a influência dos parâmetros de fertilidade do solo. As amostras de solos foram coletadas em áreas agrícolas da microbacia do Córrego de São Lourenço, município de Nova Friburgo, RJ, visando contemplar diferentes categorias de solos e de manejo da região, que é uma das principais produtoras de olerícolas do estado do Rio de Janeiro, com registros de intensa utilização de agrotóxicos. Foi realizado um levantamento das culturas e da utilização de agrotóxicos e seus respectivos modos de aplicação, através de entrevistas com meeiros, produtores e fornecedores, a fim de obter um reconhecimento da área. As metodologias de extração e de determinação enzimática foram otimizadas indicando que não há necessidade de clean up, tornando o procedimento de fácil operação, com menor tempo de análise e consumo de reagentes. A utilização de microplacas na medição da atividade enzimática da AChE permitiu o consumo de menores quantidades de enzima e substrato (Acetiltiocolina), reduzindo o tempo de análise. A comparação entre as amostras recentemente contaminadas e as armazenadas por períodos de 24 horas e uma semana, em diferentes condições de temperatura (25ºC, 4ºC e -15ºC), indicou que uma maior estabilidade e conservação das amostras pode ser conseguida a 4ºC, porém é dependente da concentração deste metilcarbamato e da composição da matriz. A metodologia otimizada foi aplicada na quantificação de metomil em amostras de solos da região, com sucesso, indicando que pode ser usada em diagnósticos de avaliação ambiental e em programas de monitoramento de pesticidas anticolinérgicos (carbamatos e/ou organofosforados). A disponibilização de metodologias práticas de baixo custo viabiliza aos órgãos gestores, a implementação efetiva de análises de rotina que poderão, posteriormente, fornecer subsídios para tomadas de decisões governamentais e na elaboração de certificados para o controle fito-sanitário. / [en] The objective of this study was to develop an analytical methodology for the determination of metomyl in soils through the inhibition of the enzime acetylcolinesterase (AChE), also regarding the influence of soil fertility parameters. The soil samples were collected from agricultural areas in the microbasin of São Lourenço stream, in Nova Friburgo district, RJ, in order to contemplate different soil categories and the areas agricultural management. This area is one of the main olericole producers in Rio de Janeiro state, with records of intensive use of agrotoxics. A research on the types of cultures and agrotoxic use and their respective application methods was conducted, through interviews with laborers, producers and suppliers, in order to acquaint ourselves with the area. The extraction and enzymatic determination methods were optimized, indicating no need for clean-up, which renders the procedure an easy operation, with smaller analysis periods and reagent use. The use of microplates in the measurement of the enzymatic activity of AChE permitted the use of smaller amounts of enzyme and substrate (Acetilcoline), reducing the analysis periods. Comparisons between recently contaminated samples and those stocked for periods varying from 24h to 1 week, in different temperature conditions (25ºC, 4ºC and -15ºC), indicated that a higher sample stability and conservation can be obtained at 4ºC, although this is still dependent on the concentration of this methylcarbamate and the matrix constituents. The optimized methodology was applied in the quantification of methomyl in soil samples of the area successfully, indicating that it can be used in environmental evaluation diagnosis and in anticollinergic pesticides (carbamate and/or organophosphates) monitoring programs. The availability of practical and inexpensive methodologies helps controlling government organs in the effective implementation of routine analysis s that aim to subsidiate government decisiontakings and the elaboration of certificates for phyto-sanitary control.

A hipóxia-isquemia neonatal (HI) faz parte da etiologia de diversas patologias neurológicas e é causa de graves sequelas. Os mecanismos patofisiológicos dessa lesão começam com o insulto imediato após a HI e se estendem por dias ou semanas, pelo aumento da liberação de espécies reativas de oxigênio associada a redução da defesas anti-oxidantes e reação glial, sendo a lesão secundária parte crucial no processo que culmina no dano final. A acetilcolina (ACh) é um neurotransmissor do sistema nervoso central (SNC) que parece ter uma importante ação neuroprotetora após a HI. A acetilcolinaesterase (AChE) é responsável pela degradação da ACh, inibidores dessa enzima vêm sendo utilizados para o tratamento de danos neurológicos. Sua ação positiva sobre a HI foi demonstrada em estudos realizados em nosso laboratório, onde a administração do extrato de Huperzia quadrifariata (inibidor de AChE) reduziu os déficits cognitivos e histológicos causados por essa lesão Para avaliar os efeitos das administrações pré e pós-hipóxia de galantamina, inibidor da AChE, no modelo de HI perinatal, ratos Wistar no 7º dia de vida pós-natal (DPN7) foram submetidos à combinação da oclusão unilateral da artéria carótida direita e exposição a uma atmosfera hipóxica (8% de O2) durante 60 minutos. Foram aplicadas injeções intraperitoniais de salina para os grupos Sham e HI+Salina (HIS) e de galantamina nos grupos HI+Galantamina 5 mg/kg pré-hipóxia (HIG5-Pré), HI+Galantamina 10 mg/kg pré-hipóxia (HIG10-Pré), HI+Galantamina 5 mg/kg pós-hipóxia (HIG5-Pós) e HI+Galantamina 10 mg/kg pós-hipóxia (HIG10-Pós). Os grupos Pré receberam galantamina imediatamente antes da hipóxia e os grupos Pós nos intervalos de 1, 24, 48 e 72 horas após a cirurgia. No DPN45 foi feita a análise do volume das estruturas encefálicas que demonstrou a redução do volume do hipocampo do grupo HIS em relação ao Sham e uma prevenção desse efeito no grupo HIG10-Pré, mas não nos demais grupos. Análises bioquímicas foram feitas no hipocampo ipsilesional 24 horas após a lesão e revelaram: através da citometria de fluxo uma redução na sobrevivência de neurônios no grupo HIS em relação ao Sham que foi prevenida no grupo HIG10-Pré; através de ELISA uma hipertrofia dos astrócitos no grupo HIS que foi revertida no grupo HIG10-Pré e um aumento na atividade da enzima anti-oxidante catalase. O tratamento pré-hipóxia com galantamina foi capaz de prevenir os déficits histológicos, aumentar a sobrevivência celular, reduzir a reação astrocitária e aumentar a atividade anti-oxidante em ratos submetidos à HI. / Neonatal hypoxia ischemia (HI) has a role in etiology of several neurological pathologies and causes severe sequelae. The pathophysiological mechanisms of this lesion start immediately after HI and last for days or weeks, with the secondary injury being a crucial part the process that culminates in the final damage. Acetylcholine (ACh) is a neurotransmitter of the central nervous system that seems to have an important neuroprotective action after HI. Acetylcholinesterase (AChE) degradates ACh and inhibitors of this enzyme have been used to treat neurological damage. Its positive action on HI has been demonstrated in studies performed in our laboratory, where the administration of the alkaloid extract of Huperzia quadrifariata (An inhibitor of AChE) reduced the cognitive and histological deficits caused by this lesion. To evaluate the effects of the pre and post-hypoxia administrations of galantamine, a cholinesterase inhibitor, in the model oh perinatal HI, Wistar rats in the post-natal day 7 (PND7) were subjected to a combination of unilateral occlusion of the right charotid artery and of exposure to a hypoxic exposure (8% O2) for 60 minutes. Intraperitoneal injections of saline in the groups Sham anf HI+Saline (HIS) and of galantamine in the groups HI+Galantamine 5 mg/kg pre-hypoxia (HIG5-Pre), HI+Galantamine 10 mg/kg pre-hypoxia (HIG10-Pre), HI+Galantamine 5 mg/kg post-hypoxia (HIG5-Post) and HI+Galantamine 10 mg/kg post-hypoxia (HIG5-Post). The Pre groups received galantamine immediately before hypoxia and the Post groups in the intervals of 1, 24, 48 and 72 hours after HI. On PND45 the analysis of the volume of brain structures showed a reduction of the volume of the ipsilesional hippocampus in the HIS group when compared to the sham and a prevention of this effect in the HIG10-Pre, but not in any other group. Biochemical analysis was performed in the ipsilesional hippocampus 24 hours after the lesion and revealed: a reduction of the number of surviving neurons in the HIS group when compared to the Sham that was prevented in the HIG10-Pre; a hypertrophy of the astrocytes in the HIS group that was prevented in the HIG10-Pre group and an increase in the activity of the anti-oxidant enzyme catalase in the HIG10-Pre group. The treatment with galantamine was able to prevent the histological deficits, increase the survival of neurons, reduce astrocytic reaction and increase the anti-oxidant activity in rats submitted to HI.

Acetylcholinesterase (AChE) belongs to a distinct family of serine hydrolases and is found in both synaptic and non-synaptic locations. At the synapses, it plays a major role in the hydrolysis of the neurotransmitter acetylcholine (ACh) while in non-synaptic tissue its function is unclear. Snake venom, particularly from the Elapidae family, is a common non-synaptic source of AChE. The venom of krait (Bungarus sindanus), an Elapidae snake, contained a high level of AChE activity. As there is no literature study about Bungarus sindanus venom AChE, it was selected as a main source of AChE activity. We characterized the venom AChE following comparative inhibitory studies with human, horse and rat cholinesterase using different ligands (tacrine, malathion, carbofuran, paraquat, antidepressants, TEMED). The enzyme of krait venom showed optimum activity at alkaline pH 8.5 with an optimal temperature of 45oC. We observed a significant reduction in substrate inhibition of krait venom AChE by using a high ionic strength buffer. With a low ionic strength buffer (10 mM PO4 pH 7.5) the enzyme was inhibited by 1.5 mM AcSCh, while with a high ionic strength buffer (62 mM PO4 pH 7.5) the enzyme was inhibited by 1mM AcSCh. Furthermore, we found that krait 5 venom acetylcholinesterase is thermally stable at 45oC. The enzyme lost only 5% of its activity after incubation at 45oC for 40 min. The Michaelis-Menten constant (Km) for the hydrolysis of acetylthiocholine iodide was found to be 0.052 mM. We noted that snake venom AChE was also inhibited by ZnCl2, CdCl2 and HgCl2 in a concentration dependent manner. In addition, this enzyme showed high sensitivity to tacrine, which is known to inhibit synaptic AChE. We observed that tacrine caused a mixed type of inhibition in krait venom as well as in human serum BChE. Snake venom AChE presents similar inhibitory behavior toward commonly used pesticides and herbicides as that of human serum BChE. The snake venom AChE exhibited a mixed type of inhibition for the pesticides malathion and carbofuran and the herbicide paraquat while human serum BChE presented a mixed inhibition for malathion and paraquat and an uncompetitive inhibition for carbofuran. The krait venom AChE was also affected by antidepressants such as paroxetine, imipramine, clomipramine and sertraline. Paroxetine and sertraline caused a mixed type of inhibition, while imipramine and clomipramine exhibited a competitive inhibition. Moreover, the well-known chemical N,N,N´,N´-tetramethylethylene diamine (TEMED) caused a mixed type of inhibition in snake (Bungarus) venom as well as in horse serum BChE. Futhermore, the inhibition of TEMED, was also confirmed from in vivo study in different structures of the brain, such as striatum, hippocampus, cortex, hypothalamus and cerebellum. Decrease in AChE activity was observed in all treated groups. The results suggest that TEMED exhibits toxic effect via inhibition of cholinesterase. Taken together the krait venom AChE showed similar behavior towards different ligands (tacrine, malathion, carbofuran, paraquat, antidepressants, TEMED) like other sources of cholinestease. Furthermore, krait venom contains large amount of acetylcholinesterase having highest catalytic activity and comparatively more stable than any other sources, making it more valuable for biochemical analysis. / A enzima acetilcolinesterase (AChE, E.C. 3.1.1.7) faz parte de uma família distinta de serina hidrolases, sendo uma importante enzima regulatória, encontrada principalmente no encéfalo, músculos, eritrócitos, neurônios colinérgicos e também em veneno de cobra. Nas sinapses, a sua principal função é a hidrólise no neutrotransmissor acetilcolina (ACh), enquanto que em tecidos não-sinápticos a sua função é desconhecida. O veneno de cobra, principalmente da família Elapidae, é uma fonte não sináptica abundante de AChE. Por exemplo, a espécie Bungarus sindanus, possui um alto conteúdo de AChE. No entanto, na literatura não existem muitos relatos sobre o estudo desta enzima neste veneno. Sendo assim, o veneno de cobra da espécie Bungarus sindanus, foi selecionado comno a principal fonte de AChE neste estudo. A partir dele fez-se estudos de caracterização, comparação com outras fontes de colinesterases (soro eqüino, encéfalo de ratos e sangue humano) e estudos de inibição da enzima por diversos agentes (tacrina, malation, carbofuran, paraquat e 2 antidepressivos). Foi observado que a enzima de veneno de cobra possui um pH ótimo alcalino de pH 8.5 e uma temperatura ótima de ensaio de 45oC. A inibição por substrato, característica cinética da AChE, foi reduzida significativamente ao se usar um tampão com alta força iônica (10 mM PO4 pH 7.5). A enzima possui estabilidade térmica a 45oC. A enzima perdeu somente 5% de sua atividade após 45 min de incubação à 45oC. A constante de Michaelis-Menten (Km) para a hidrólise de ACh foi de 0.052 mM com uma Vmax de 530 μmoles/min/mg de proteína. Também, foi observado que a AChE de veneno da cobra Bungarus sindanus é inibida por ZnCl2, CdCl2 e HgCl2. A enzima apresentou alta sensibilidade a tacrina, a aqual é sabidamente um inibidor da AChE sináptica. A inibição observada foi de tipo mista, tanto em veneno de cobra, tanto quanto em cholinesterase de soro humano (BChE). Também, a enzima apresentou padrão inibitório similar com a colinesterase de soro humano quando foram testados agentes pesticidas e herbicidas. A AChE de veneno de cobra exibiu uma inibição de tipo mista para os pesticidas malation e carbofuran e para o herbicida paraquat. A única diferença foi o padrão de inibição da BChE em relação ao carbofuran, que foi do tipo incompetitivo. A atividade da enzima AChE de veneno de cobra foi inibida, também, pelos antidepressivos paroxetina, imipramina, clomipramina e sertralina. A paroxetina e a sertralina causaram uma inibição de tipo mista, enquanto que a imipramina e a clomipramina exibiram um padrão de inibição competitivo. Também, o bem conhecido composto químico N,N,N´,N´-Tetramethylethylene diamine (TEMED), o qual é rotineiramente utilizado para iniciar processos de polimerização de géis de poliacrilamida causou uma inibição de tipo mista na Ache de veneno de cobra bem como em BChE de soro eqüino. Além disto, a inibição da AChE por TEMED foi observada em diferentes estruturas cerebrais de ratos, tais como estriato, hipocampo, cortex, hipotálamo e cerebelo. Estes resultados confirmam a hipótese de que o TEMED é colinotóxico. Analisando, em conjunto, os resultados podemos concluir que a AChE do veneno da cobra Bungarus Sindanus apresentou padrão cinético inibitório quase similar a outras colinesterases para os compostos tacrina, malation, carbofuran, paraquat, antidepressivos e TEMED. Além disto, o veneno desta cobra possui altas quantidades de AChE o que o torna uma fonte valiosa para estudos bioquímicos e cinéticos desta enzima.

A esclerose múltipla é a principal doença desmielinizante do sistema nervoso central (SNC). É considerada a principal causa de incapacidade neurológica em adultos jovens. O comprometimento cognitivo é muito comum nessa doença, envolvendo o aprendizado, a memória e a organização cortical do movimento, funções vitais que são reguladas pelo sistema colinérgico. O modelo de desmielinização tóxica induzida pelo brometo de etídio (BE) foi utilizado neste estudo, para avaliar a atividade da enzima acetilcolinesterase (AChE) no estriado (ST), hipocampo (HP), córtex cerebral (CC), hipotálamo (HY) e ponte (PN) associado ao tratamento com interferon beta (IFN-b), ciclosporina A (CsA), vitamina E (vit E) e ebselen (Ebs). Além disso, também foi investigado o efeito in vitro do BE na atividade da AChE, juntamente com os parâmetros cinéticos dessa enzima no ST, HP, CC e CB de ratos adultos. Os resultados demonstraram que o BE inibiu significativamente a atividade da AChE no ST, HP, CC e CB nas concentrações de 0,00625, 0,0125, 0,025, 0,05 e 0,1mM e a análise dos dados cinéticos mostraram uma inibição do tipo incompetitiva no ST, HP e CC, enquanto no CB a inibição foi do tipo mista. No estudo in vivo, foi observado uma inibição na atividade da AChE no CC, ST, HP, HY, PN e CB nos diferentes períodos avaliados pós-injeção do BE (3, 7, 15, 21 e 30 dias). Quando ratos desmielinizados com BE foram tratados com IFN-b e CsA, não houve alteração na atividade dessa enzima. Por outro lado, o tratamento com Vit E e Ebs foram capazes de aumentar a atividade da AChE no ST, CC e HP. Estudos imuno-histoquímicos demonstraram que nos ratos tratados com Vit E e Ebs as lesões induzidas pelo BE foram menores, sugerindo que estes compostos interferem no desenvolvimento de lesões desmielinizantes. Foi também avaliado o efeito per se do IFN-b, da CsA, da Vit E e do Ebs na atividade da AChE, os quais demonstraram um efeito inibitório sobre a atividade dessa enzima. Em plaquetas de ratos desmielinizados, foi observado uma diminuição na atividade da NTPDase e o tratamento com a Vit E e o Ebs modularam a hidrólise dos nucleotídeos de adenina. O presente trabalho demonstrou que o BE é um potente inibidor da atividade da AChE in vitro e os resultados in vivo demonstraram que a atividade dessa enzima está alterada após um evento de desmielinização tóxica no SNC. Os resultados deste estudo ajudaram a confirmar que drogas utilizadas no tratamento de pacientes com esclerose múltipla tais como o IFN-b e a CsA causam efeitos na atividade da AChE. A Vit E e o Ebs, além de demonstrarem uma interação com a neurotransmissão colinérgica, também modularam a hidrólise dos nucleotídeos de adenina em plaquetas de ratos, contribuindo no controle da coagulação plaquetária em processos desmielinizantes. Neste contexto, sugere-se que o IFN-b, a CsA, a vitamina E e o ebselen podem ser investigados em estudos futuros com a intenção de encontrar uma melhor terapia para beneficiar pacientes com patologias desmielinizantes. / Multiple sclerosis is the main demyelinating disease of the central nervous system (CNS). It is the most common cause of neurological disability among young adults. The cognitive impairment is very commum in this illness, involving learning, memory and cortical organization of the movement, vital functions regulated by the cholinergic system. The model of toxic demyelination induced by ethidium bromide (EB) was used to evaluate brain acetylcholinesterase (AChE) activity in the striatum (ST), hippocampus (HP), cerebral cortex (CC), cerebellum (CB), hypothalamus (HY) and pons (PN), associated with treatment with interferon beta (IFN-b), ciclosporine A (CsA), vitamin E (Vit E) and ebselen (Ebs). In addition, the per se effect of EB on AChE activity was studied in vitro together with the kinetic parameters of this enzyme in the ST, HP, CC and CB of adult rats. The results showed that EB in vitro significantly inhibited AChE activity in the ST, HP, CC and CB at concentrations of 0.00625, 0.0125, 0.025, 0.05 and 0.1mM. The kinetic analysis demonstrated an uncompetitive inhibition in the ST, HP and CC, whereas in the CB the inhibition type was mixed. In relation to the in vivo results, AChE activity was inhibited after demyelination by EB in the CC, ST, HP, HY, PN and CB at the post-injection points of time evaluated (3-7-15-21 and 30 days). When demyelinated rats were submitted to the treatment with IFN-b and CsA, the results demonstrated that these compounds did not alter AChE activity. However, Vit E and Ebs were able to increase AChE activity in the ST, CC and HP. In addition, immunohistochemistry studies demonstrated that in Vit E and Ebs treated rats, the lesions induced by EB were smaller suggesting that these compounds somehow interfered in the development of the lesions. The per se effect of IFN-b, CsA, Vit E and Ebs were also evaluated, demonstrating that these compounds have an inhibitory effect on AChE activity. Platelets of the demyelinated rats demonstrated a reduction in NTPDase activity and the treatments with Ebs and Vit E modulated adenine nucleotide hydrolysis. The present investigation demonstrated that EB is a strong inhibitor of AChE activity in vitro and the results in vivo showed that the activity of this enzyme is altered after an event of toxic demyelination in the CNS. The results this study help the confirm that drugs used in the treatment of the patients with multiple sclerosis such as IFN-b and CsA cause effects in the AChE activity. The Vit E and Ebs besides of interaction with the cholinergic neurotransmission also modulated adenine nucleotide hydrolysis in platelets of the rats, contributing to the control of the platelet coagulant status in the demyelinating process. In this context, we can suggest that IFN-b, CsA, Vit E and Ebs may be investigated in future studies with the intention of finding a better therapy for to improve patients with demyelinating pathologies.

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A espécie vegetal Eugenia jambolana Lam., popularmente conhecida como Jambolão, é utilizada na medicina popular brasileira, principalmente no tratamento de diabetes. O fungo Botryosphaeria parva, isolado das folhas da E. jambolana (L.) e codificado como Ej_F01, foi cultivado em escala ampliada em três meios de cultivo: Czapek®, PDB e Milho. Após o período de fermentação do endófito no meio de milho, foi feita uma extração direta com MeOH, seguida de filtração e evaporação do solvente. O extrato obtido foi solubilizado em AcOEt e fez-se três partições líquido-líquido com H2O, após a evaporação do solvente orgânico, o extrato foi dissolvido em CH3CN e foi feita uma nova partição líquido-líquido com Hexano, após a evaporação da CH3CN, foi obtido o extrato de interesse. Após o período de fermentação do endófito nos meios líquidos (PDB e Czapek®), a suspensão micelar foi filtrada a pressão reduzida, separando os micélios dos meios fermentados. Em seguida, os filtrados aquosos foram submetidos a três partições líquido-líquido com AcOEt, e após a evaporação do solvente orgânico, foram obtidos os extratos brutos de interesse. Todos os extratos foram fracionados utilizando técnicas cromatográficas, como Cromatografia em Coluna e/ou Cromatografia Líquida de Alta Eficiência preparativa. Após o fracionamento dos extratos brutos, foi possível obter sete substâncias oriundas do extrato do milho, seis substâncias do extrato do Czapek®, e uma do extrato de PDB, que foram submetidas a análises espectrométricas (EM, RMN de 1H, 13C, 1D e 2D) para a determinação/identificação estrutural. As substâncias 05, 08, 09 e 11 foram identificadas como 5-hidroximeleina, rel. (3S, 4S)-4-hidroximeleina, meleina e rel. (3S, 4R)-4-hidroximeleina, respectivamente, pertencentes à classe das isocumarinas; as substâncias 01, 03, 06 e 07 foram identificadas como botryosphaerin A, 13,14,15,16-tetranorlabd-7-eno-19,6β:12,17-diolídeo, CJ-14445 e oidiolactona E, respectivamente, pertencentes à classe dos diterpenos tetranorlabdanos; a substância 12 foi identificada como botryosphaerona D, pertencente à classe das naftalenonas. A substância 02, inédita, foi nomeada como rel. (4S, 5R, 6R, 10S)-18-hidroxi-13,14,15,16-tetranorlabd-7,9-dieno-19,6β:12,17-diolídeo, codificada como botryosphaerin I. Os estudos relacionados ao B. parva têm como finalidade verificar sua produção metabólica em diferentes meios de cultivo, bem como a avaliação do potencial biológico dos extratos brutos, frente aos ensaios antioxidante, antifúngico e anticolinesterásico. / Microorganisms have proven to be valuable sources of active principles for clinical use, wherein the penicillin is the best known example of a secondary metabolite of medicinal importance, produced by fungi. The plant species Eugenia jambolana Lam., commonly called Black Plum, is used in traditional Brazilian medicine, especially in the treatment of diabetes. The Botryosphaeria parva fungus, isolated from leaves of E. jambolana (L.) encoded as Ej_F01, was grown on an enlarged scale in three different culture media: Czapek®, PDB and corn. After the fermentation period in the corn media, a direct extraction was done with MeOH followed by filtration and evaporation of the solvent. The extract was disolved in AcOEt and made three liquid-liquid partition with H2O, after evaporation of the organic solvent, the extract was dissolved in CH3CN and was made a new liquid-liquid partition with Hexane, after evaporation of the CH3CN, it was obtained extract of interest. After the fermentation period in liquid media (PDB and Czapek®), the micellar suspension was filtered under reduced pressure, separating the mycelium from the fermented broth. Then, the aqueous filtrates were subjected to three liquid-liquid partition with AcOEt, and after evaporation of the organic solvent, there were obtained the crude extracts of interest. All extracts were fractionated using chromatographic techniques such as column chromatography and/or preparative High Performance Liquid Chromatography efficiency. After the fractioning of crude extracts, it was possible to obtain seven substances derived from corn extract, six substances obtained from Czapek extract, and a substance obtained from the PDB extract, which were submitted to spectrometric analysis (MS-ESI, NMR 1H, 13C, 1D and 2D) for determining and structural identification. The substances 05, 08, 09 and 11 were identified as 5-hydroxymelein, rel. (3S, 4S)-4-hydroxymelein, Melein and rel. (3S, 4R)-4-hydroxymelein, respectively, belonging to the class of isocoumarins; the substances 01, 03, 06 and 07 were identified as botryosphaerin A, 13,14,15,16-tetranorlabd-7-ene-19,6β:12,17-diolide, CJ-14445 and oidiolactone E, respectively, belonging to the class of tetranorlabdanes diterpenoids, and substance 12 was identified as botryosphaerone D, belonging to the class of naftalenones. A new tetranorlabdane diterpenoid was obtained, substance 02, named rel. (4S, 5R, 6R,10S)-18-hydroxy-13,14,15,16-tetranorlabd-7,9-dien-19,6β:12,17-diolide and encoded botryosphaerin I. These studies related to the B. parva are intended to verify your metabolic production in different culture media as well as the evaluation of the biological potential of extracts compared to antioxidant, antifungal and anticholinesterase trials.