Estudamos a homeostase energética no cérebro (córtex cerebral, estriado e hipocampo) e tecidos periféricos (coração e músculo esquelético) de camundongos selvagens (WT) e nocaute para a enzima glutaril-CoA desidrogenase (Gcdh-/-), modelo animal genético para estudo da acidemia glutárica tipo I (AG I), com 15 e 30 dias de vida. Esses animais também foram submetidos a uma sobrecarga de lisina através de uma injeção intraperitoneal (8 μmol/g) desse aminoácido ou de uma dieta rica em lisina (4,7 %) por 60 horas. Os parâmetros da homeostase energética analisados foram as atividades dos complexos I-III, II, II-III e IV da cadeia respiratória, das enzimas do ciclo do ácido cítrico (CAC) citrato sintase (CS), aconitase, isocitrato desidrogenase (IDH), α- cetoglutarato desidrogenase, sucinato desidrogenase e malato desidrogenase, da creatina quinase (CK) e da Na+, K+ - ATPase, bem como a liberação de lactato, os parâmetros respiratórios mitocondriais estados 3 e 4, razão de controle respiratório e o estado desacoplado, além do potencial de membrana mitocondrial na presença ou ausência de Ca2+. Estudos histológicos também foram conduzidos no córtex cerebral e estriado dos camundongos WT e Gcdh-/- de 30, 60 e 90 dias de vida submetidos por um pequeno (60 horas) ou longo (30 dias) período com dieta com alta concentração de lisina (4,7 %). Verificamos leves alterações nas atividades dos complexos da cadeia respiratória no cérebro, coração e músculo esquelético dos animais Gcdh-/- quando comparados aos WT com 15 e 30 dias de vida. Além disso, demonstramos uma diminuição significativa das atividades da CS e IDH em preparações mitocondriais de estriado de camundongos Gcdh-/- submetidos a uma sobrecarga de lisina associada a um pequeno aumento na liberação de lactato. No entanto, não encontramos alterações nos parâmetros respiratórios e no potencial de membrana em mitocôndrias de estriado dos camundongos Gcdh-/-quando comparados aos WT. Por outro lado, as atividades da Na+, K+-ATPase (cérebro) e CK (cérebro e músculo esquelético) foram significativamente menores em camundongos Gcdh-/- com 15 dias de vida quando submetidos a uma injeção intraperitoneal de lisina. Além disso, encontramos uma redução na atividade da Na+, K+-ATPase associada com uma diminuição da sua expressão em córtex cerebral, mas não em estriado e hipocampo, de camundongos Gcdh-/- com 30 dias de vida submetidos ou não a uma dieta rica em lisina. Finalmente, a análise histológica revelou a presença de vacúolos no córtex cerebral dos camundongos Gcdh-/- com 60 e 90 dias de vida, bem como no estriado dos animais Gcdh-/- com 90 dias de vida que foram alimentados com uma dieta rica em lisina por 30 dias. Concluindo, presumimos que uma redução das atividades da Na+, K+-ATPase e CK possa contribuir para o dano neurológico encontrado nos camundongos Gcdh-/- e possivelmente nos pacientes com AG I. / We studied energy homeostasis in the brain (cerebral cortex, striatum and hippocampus) and peripheral tissues (heart and skeletal muscle) from 15 and 30- day-old wild type (WT) and glutaryl-CoA dehydrogenase deficient (Gcdh-/-) mice, which is a genetic animal model to study glutaric academia type I (GA I). These animals were also submitted to lysine overload through an intraperitoneal injection (8 μmol/g) of this amino acid or supplementing the mice with a high lysine (4.7 %) diet for 60 hours. The energy homeostasis parameters evaluated were the activities of the respiratory chain complexes I-III, II, II-III and IV, of the citric acid cycle (CAC) enzymes citrate synthase (CS), aconitase, isocitrate dehydrogenase (IDH), α-ketoglutarate dehydrogenase, succinate dehydrogenase and malate dehydrogenase, creatine kinase (CK) and Na+, K+ - ATPase, as well as the lactate release, the mitochondrial respiratory parameters states 3 and 4, respiratory control ratio and uncoupled state, besides the mitochondrial membrane potential in the presence or absence of Ca2+. Histological studies were also conducted in the cerebral cortex and striatum from 30, 60 and 90-day-old WT and Gcdh-/- mice submitted for a short (60 hours) or long (30 days) period to a high lysine (4.7 %) diet. We verified mild alterations in the respiratory chain activity in the brain, heart and skeletal muscle from Gcdh-/- animals when compared to 15 and 30-day-old WT mice. Furthermore, we demonstrated a reduction in the activities of CS and IDH in striatum mitochondrial preparations from Gcdh-/- mice submitted to a lysine overload associated with a mild increase of lactate release. However, we did not find alterations in the respiratory parameters and membrane potential in striatum mitochondria from Gcdh-/- mice when compared to WT. On the other hand, the activities of Na+, K+-ATPase (brain) and CK (brain and skeletal muscle) were significantly reduced in 15-day-old Gcdh-/- mice when received an intraperitoneal injection of lysine. Moreover, a reduction in the Na+, K+-ATPase activity associated with a diminution of its expression was observed in the cerebral cortex, but not in striatum and hippocampus, from 30-day-old Gcdh-/- mice submitted or not to a high lysine diet. Finally, the histological analyses revealed the presence of vacuoles in the cerebral cortex from 60 and 90-day-old Gcdh-/- mice, as well as in the striatum from 90-day-old Gcdh-/- animals that were fed a high Lys chow for 30 days. In conclusion, we presume that a reduction in the activities of Na+, K+- ATPase and CK may contribute to the brain damage found in Gcdh-/- mice and possibly in GA I patients.

A epilepsia é uma desordem neurológica que afeta aproximadamente 65 milhões de pessoas em todo o mundo. Apesar dos erros inatos do metabolismo (EIM) não serem a causa frequente de epilepsia, o sintoma mais comum presente em desordens metabólicas são crises epilépticas. Dentro dos EIM, estão as acidemias orgânicas que podem levar a geração de crises epiléticas durante um episódio de descompensação metabólica aguda, como por exemplo a acidemia glutárica tipo I (AG I). A AG I é uma doença autossômica recessiva causada pela deficiência da enzima glutaril-CoA desidrogenase (GCDH). Tal alteração leva ao acúmulo de ácidos orgânicos em fluidos e tecidos. Se não diagnosticada e tratada precocemente, a doença evolui com sinais clínicos de macrocefalia, déficits neurológicos e epilepsia. O aumento dos níveis de ácidos orgânicos no cérebro diminui a atividade da enzima Glutamato Descarboxilase (GAD) no parênquima cerebral e inibe a atividade da enzima Na+,K+,-ATPase. De acordo com estes achados, prévias análises bioquímicas de neocórtex e comportamentais de um modelo animal de AG I, camundongo nocaute para a enzima GCDH tratado com dieta com sobrecarga de lisina (4,7%) (Gcdh-/--Lis), mostram decréscimo do imunoconteúdo da GAD cortical, diminuição da liberação de ácido ϒ-aminobutírico (GABA) e diminuição da atividade Na+,K+,-ATPase e presença de crises epilépticas espontâneas Neste trabalho (aprovado pelo CEP-HCPA-140270) usamos este modelo animal de AG I para avaliar a função sináptica GABAérgica neocortical através de estudos eletrofisiológicos e bioquímicos, além de avaliar a expressão e o estado de fosforilação subunidade α da Na+,K+,-ATPase no neocórtex. A atividade da enzima GAD neocortical foi medida pela técnica de HPLC; as correntes inibitórias pós-sinápticas espontâneas e miniaturas (CIPS) nos neurônios piramidais foram avaliadas através da técnica eletrofisiológica de patch-clamp in vitro e avaliação da expressão total e a fosforilação do resíduo de Ser943 da Na+,K+,-ATPase neocortical foi feita através da técnica de Western Blot em camundongos Gcdh-/--Lis (P30-P45). Os resultados foram comparados com animais Gcdh-/- e Gcdh+/+ tratados com dieta normal (Gcdh-/--N e Gcdh+/+, respectivamente). Nossos resultados mostraram uma diminuição significativa da atividade da GAD neocortical nos animais Gcdh-/--Lis quando compara aos animais Gcdh+/+ (P<0,05). A frequência das CIPS espontâneas e miniaturas nas células piramidais da camada V do neocórtex dos animais Gcdh-/-- Lis foi significativamente menor quando comparada às células dos animais Gcdh-/--N e Gcdh+/+ (P<0,0003). A curva de probabilidade cumulativa e a análise estatística de Kolmogorov-Smirnov confirmaram a diminuição na frequência das CIPS espontâneas e miniaturas (P<0,0001). A expressão da subunidade α da bomba Na+,K+-ATPase mostrou-se aumentada no neocórtex dos animais Gcdh-/--Lis quando comparada aos demais grupos (P<0,001). A avaliação do estado de fosforilação do resíduo de Ser943 revelou que os animais Gcdh-/--Lis apresentaram um aumento significativo da expressão do resíduo943 no neocórtex quando comparada aos demais grupos (P<0,001). Nossos dados sugerem que os animais Gcdh-/--Lis apresentam uma redução na transmissão sináptica GABAérgica neocortical que pode estar associada à disfunção da enzima GAD; e uma diminuição da atividade da bomba Na+,K+-ATPase neocortical possivelmente causada pela diminuição da expressão da enzima e pelo aumento da fosforilação do resíduo Ser943 da subunidade α no neocortical. Estas alterações em conjunto podem estar contribuindo para os mecanismos de epileptogênese na AG I. / The epilepsy is a neurological disorder that affects approximately 65 million people throughout the world. Despite of inborn errors of metabolism (IEM) not being a frequent cause of epilepsy, the most common symptom in metabolic disorders are epileptic seizures. Within the IEM, are the organic acidemias, such as, glutaric acidemia type I (GAI), that are associated with epileptic seizures during acute metabolic decompensation. The GAI is an autosomal recessive disease caused by deficiency of the enzyme glutaryl-CoA dehydrogenase (GCDH).This deficiency leads to the accumulation of organic acids in body fluids and tissues. If not diagnosed and treated early, this disease evolves to neurological deficits, macrocephaly and epilepsy. The increased levels of organic acids in the brain, such as glutaric, glutaconic and 3-hydroxyglutaric acids, decreases the activity of the enzyme glutamic acid decarboxylase (GAD) in the brain parenchyma and cause the inhibition of the enzyme activity NA+,K+-ATPase. Interestingly, previous biochemical and behavioral analysis of an animal model of GAI, the GCDH knockout mice treated with lysine overload diet (4.7%) (Gcdh-/--Lis), had shown decreased GAD immune content, reduced GABA release and decreased activity Na+,K+-ATPase in the neocortex; and development of spontaneous seizures. In this work (approved by the CEP-HCPA-140270) we used this animal model to study the neocortical GABAergic synaptic function and the expression and the phosphorylation state of Na+,K+-ATPase α subunit in the neocortex. The GAD activity was measured by HPLC technique; the spontaneous and miniature inhibitory post-synaptic currents (IPSC) were evaluated by in vitro patch-clamping recordings from pyramidal cells; and the expression and the phosphorylation of total residue to Ser943 of Na+, K+- ATPase was performed by Western Blot in mice Gcdh-/--Lis (P30-P45). As controls we used Gcdh (Gcdh-/--N) and Gcdh+/+ animals treated with normal diet. Our results showed a significant decrease in the neocortical GAD activity in Gcdh-/--Lis mice when compared to Gcdh+/+ group (P<0.05). The spontaneous and miniature IPSC frequencies onto layer V pyramidal cells from Gcdh-/--Lis mice were significantly lower when compared to Gcdh-/--N and Gcdh+/+ mice (P<0.0003). The cumulative probability and the statistical analysis the Kolmogorov-Smirnov confirmed the decrease in the frequency of spontaneous and miniature IPSC (P<0.0001). The expression of Na+,K+-ATPase α subunit was higher in the neocortex from Gcdh-/--Lis when compared to the other groups (P<0.001). Also, the Gcdh-/--Lis mice had a significant increased fosforilation of Na+,K+-ATPase residual Ser943 in the neocortex when compared to the other groups (P<0.001). Our data suggested that the neocortex of Gcdh-/--Lys mice exhibited reduction in GABAergic inhibition that may be attributed to a GAD dysfunction level; and decreased Na+,K+-ATPase activity that could be caused by decrease in its expression and increased phosphorylation of residue Ser943 α subunit. Taken altogether, these alterations could contribute to the mechanisms of epileptogenesis observed in GAI.

O ácido metilmalônico (MMA) é um agente convulsivante endógeno que se acumula na acidemia metilmalônica, um erro inato no metabolismo caracterizado por disfunções neurológicas severas, predispondo ao aparecimento de convulsão. O mecanismo responsável pelas convulsões induzidas pelo MMA envolve a ativação do receptor NMDA. O envolvimento GABAérgico nas convulsões induzidas pelo MMA ainda não foi demonstrado. Desta forma, no presente estudo objetivou investigar o envolvimento de macanismos GABAérgicos nas convulsões induzidas pelo MMA. Ratos adultos foram injetados (i.c.v.) com muscimol (46 pmol/1 ml), baclofen (0.03, 0.1 and 0.3 mmol/1 ml), MK- 801 (6 nmol/1 ml), piridoxine (2 mmol/ 4 ml) ou salina (0.15 mmol/1 ml). Após trinta minutos, MMA (0.3, 0.1 and 3 mmol/1 ml) ou NaCl (6 mmol/1 ml, i.c.v.) eram injetados. Após estas injeções, os animais eram transferidos imediatamente para um campo aberto, sendo observado o aparecimento de convulsões. Após a avaliação comportamental, foi dosada a atividade glutamato descarboxilase (GAD) em homogeneizado de córtex cerebral, mensurando a quantidade de 14CO2 liberado do L-[14C]-glutamato. As convulsões foram confirmadas pelo estudo eletrencefalográfico. O MMA induziu convulsões do tipo crônicas de forma dose-dependente e reduziu a atividade da GAD no córtex cerebral ex vivo. A atividade da GAD correlacionou-se negativamente com a duração das convulsões (r=- 0.873, P<0.01), mas somente o MK-801 e a piridoxina reverteram à inibição da GAD pelo MMA. Estes resultados sugerem o envolvimento de mecanismos GABAérgicos nas convulsões induzidas pelo MMA, e que a inibição da GAD depende da ativação de receptores NMDA ou da proteção da enzima pela piridoxina. Por fim, o presente estudo propôs, de forma inovadora, o envolvimento do sistema GABAérgico nas convulsões induzidas pelo MMA e o envolvimento dos receptores NMDA na falha da transmissão GABAérgica. / Methylmalonic acid (MMA) is an endogenous convulsing compound that accumulates in methylmalonic acidemia, an inborn error of the metabolism characterized by severe neurological dysfunction, including seizures. The mechanisms by which MMA causes seizures involves the activation of the NMDA receptors, but whether GABAergic mechanisms are involved in the convulsions induced by MMA is not known. Therefore, in the current study we investigated the involvement of GABAergic mechanisms in the convulsions induced by MMA. Adult rats were injected (i.c.v.) with muscimol (46 pmol/1 ml), baclofen (0.03, 0.1 and 0.3 mmol/1 ml), MK-801 (6 nmol/1 ml), pyridoxine (2 mmol/ 4 ml) or physiological saline (0.15 mmol/1 ml). After thirty minutes, MMA (0.3, 0.1 and 3 mmol/1 ml) or NaCl (6 mmol/1 ml, i.c.v.) was injected. The animals were immediately transferred to an open field and observed for the appearance of convulsions. After behavioral evaluation, glutamate decarboxylase (GAD) activity was determined in cerebral cortex homogenates by measuring the 14CO2 released from L-[14C]-glutamic acid. Convulsions were confirmed by electroencephalographic recording in a subset of animals. MMA caused the appearance of clonic convulsions in a dose-dependent manner and decreased GAD activity in the cerebral cortex ex vivo. GAD activity negatively correlated with duration of MMA-induced convulsions (r=-0.873, P<0.01), in an individual basis. Muscimol, baclofen, MK-801 and pyridoxine prevented MMA-induced convulsions, but only MK-801 and pyridoxine prevented MMA-induced GAD inhibition. These data suggest GABAergic mechanisms are involved in the convulsive action of MMA, and that GAD inhibition by MMA depends on the activation of NMDA receptors or enzyme protection by pyridoxine. While in this study we present novel data about the role of the GABAergic system in MMAinduced convulsions, the central role of NMDA receptors in the neurochemical actions of MMA is further reinforced since they seem to trigger GABAergic failure.

O ácido metilmalônico (MMA) é um agente convulsivante endógeno que se acumula na acidemia metilmalônica, um erro inato no metabolismo caracterizado por disfunções neurológicas severas, predispondo ao aparecimento de convulsão. O mecanismo responsável pelas convulsões induzidas pelo MMA envolve a ativação do receptor NMDA. O envolvimento GABAérgico nas convulsões induzidas pelo MMA ainda não foi demonstrado. Desta forma, no presente estudo objetivou investigar o envolvimento de macanismos GABAérgicos nas convulsões induzidas pelo MMA. Ratos adultos foram injetados (i.c.v.) com muscimol (46 pmol/1 ml), baclofen (0.03, 0.1 and 0.3 mmol/1 ml), MK- 801 (6 nmol/1 ml), piridoxine (2 mmol/ 4 ml) ou salina (0.15 mmol/1 ml). Após trinta minutos, MMA (0.3, 0.1 and 3 mmol/1 ml) ou NaCl (6 mmol/1 ml, i.c.v.) eram injetados. Após estas injeções, os animais eram transferidos imediatamente para um campo aberto, sendo observado o aparecimento de convulsões. Após a avaliação comportamental, foi dosada a atividade glutamato descarboxilase (GAD) em homogeneizado de córtex cerebral, mensurando a quantidade de 14CO2 liberado do L-[14C]-glutamato. As convulsões foram confirmadas pelo estudo eletrencefalográfico. O MMA induziu convulsões do tipo crônicas de forma dose-dependente e reduziu a atividade da GAD no córtex cerebral ex vivo. A atividade da GAD correlacionou-se negativamente com a duração das convulsões (r=- 0.873, P<0.01), mas somente o MK-801 e a piridoxina reverteram à inibição da GAD pelo MMA. Estes resultados sugerem o envolvimento de mecanismos GABAérgicos nas convulsões induzidas pelo MMA, e que a inibição da GAD depende da ativação de receptores NMDA ou da proteção da enzima pela piridoxina. Por fim, o presente estudo propôs, de forma inovadora, o envolvimento do sistema GABAérgico nas convulsões induzidas pelo MMA e o envolvimento dos receptores NMDA na falha da transmissão GABAérgica. / Methylmalonic acid (MMA) is an endogenous convulsing compound that accumulates in methylmalonic acidemia, an inborn error of the metabolism characterized by severe neurological dysfunction, including seizures. The mechanisms by which MMA causes seizures involves the activation of the NMDA receptors, but whether GABAergic mechanisms are involved in the convulsions induced by MMA is not known. Therefore, in the current study we investigated the involvement of GABAergic mechanisms in the convulsions induced by MMA. Adult rats were injected (i.c.v.) with muscimol (46 pmol/1 ml), baclofen (0.03, 0.1 and 0.3 mmol/1 ml), MK-801 (6 nmol/1 ml), pyridoxine (2 mmol/ 4 ml) or physiological saline (0.15 mmol/1 ml). After thirty minutes, MMA (0.3, 0.1 and 3 mmol/1 ml) or NaCl (6 mmol/1 ml, i.c.v.) was injected. The animals were immediately transferred to an open field and observed for the appearance of convulsions. After behavioral evaluation, glutamate decarboxylase (GAD) activity was determined in cerebral cortex homogenates by measuring the 14CO2 released from L-[14C]-glutamic acid. Convulsions were confirmed by electroencephalographic recording in a subset of animals. MMA caused the appearance of clonic convulsions in a dose-dependent manner and decreased GAD activity in the cerebral cortex ex vivo. GAD activity negatively correlated with duration of MMA-induced convulsions (r=-0.873, P<0.01), in an individual basis. Muscimol, baclofen, MK-801 and pyridoxine prevented MMA-induced convulsions, but only MK-801 and pyridoxine prevented MMA-induced GAD inhibition. These data suggest GABAergic mechanisms are involved in the convulsive action of MMA, and that GAD inhibition by MMA depends on the activation of NMDA receptors or enzyme protection by pyridoxine. While in this study we present novel data about the role of the GABAergic system in MMAinduced convulsions, the central role of NMDA receptors in the neurochemical actions of MMA is further reinforced since they seem to trigger GABAergic failure.

Estudamos a homeostase energética no cérebro (córtex cerebral, estriado e hipocampo) e tecidos periféricos (coração e músculo esquelético) de camundongos selvagens (WT) e nocaute para a enzima glutaril-CoA desidrogenase (Gcdh-/-), modelo animal genético para estudo da acidemia glutárica tipo I (AG I), com 15 e 30 dias de vida. Esses animais também foram submetidos a uma sobrecarga de lisina através de uma injeção intraperitoneal (8 μmol/g) desse aminoácido ou de uma dieta rica em lisina (4,7 %) por 60 horas. Os parâmetros da homeostase energética analisados foram as atividades dos complexos I-III, II, II-III e IV da cadeia respiratória, das enzimas do ciclo do ácido cítrico (CAC) citrato sintase (CS), aconitase, isocitrato desidrogenase (IDH), α- cetoglutarato desidrogenase, sucinato desidrogenase e malato desidrogenase, da creatina quinase (CK) e da Na+, K+ - ATPase, bem como a liberação de lactato, os parâmetros respiratórios mitocondriais estados 3 e 4, razão de controle respiratório e o estado desacoplado, além do potencial de membrana mitocondrial na presença ou ausência de Ca2+. Estudos histológicos também foram conduzidos no córtex cerebral e estriado dos camundongos WT e Gcdh-/- de 30, 60 e 90 dias de vida submetidos por um pequeno (60 horas) ou longo (30 dias) período com dieta com alta concentração de lisina (4,7 %). Verificamos leves alterações nas atividades dos complexos da cadeia respiratória no cérebro, coração e músculo esquelético dos animais Gcdh-/- quando comparados aos WT com 15 e 30 dias de vida. Além disso, demonstramos uma diminuição significativa das atividades da CS e IDH em preparações mitocondriais de estriado de camundongos Gcdh-/- submetidos a uma sobrecarga de lisina associada a um pequeno aumento na liberação de lactato. No entanto, não encontramos alterações nos parâmetros respiratórios e no potencial de membrana em mitocôndrias de estriado dos camundongos Gcdh-/-quando comparados aos WT. Por outro lado, as atividades da Na+, K+-ATPase (cérebro) e CK (cérebro e músculo esquelético) foram significativamente menores em camundongos Gcdh-/- com 15 dias de vida quando submetidos a uma injeção intraperitoneal de lisina. Além disso, encontramos uma redução na atividade da Na+, K+-ATPase associada com uma diminuição da sua expressão em córtex cerebral, mas não em estriado e hipocampo, de camundongos Gcdh-/- com 30 dias de vida submetidos ou não a uma dieta rica em lisina. Finalmente, a análise histológica revelou a presença de vacúolos no córtex cerebral dos camundongos Gcdh-/- com 60 e 90 dias de vida, bem como no estriado dos animais Gcdh-/- com 90 dias de vida que foram alimentados com uma dieta rica em lisina por 30 dias. Concluindo, presumimos que uma redução das atividades da Na+, K+-ATPase e CK possa contribuir para o dano neurológico encontrado nos camundongos Gcdh-/- e possivelmente nos pacientes com AG I. / We studied energy homeostasis in the brain (cerebral cortex, striatum and hippocampus) and peripheral tissues (heart and skeletal muscle) from 15 and 30- day-old wild type (WT) and glutaryl-CoA dehydrogenase deficient (Gcdh-/-) mice, which is a genetic animal model to study glutaric academia type I (GA I). These animals were also submitted to lysine overload through an intraperitoneal injection (8 μmol/g) of this amino acid or supplementing the mice with a high lysine (4.7 %) diet for 60 hours. The energy homeostasis parameters evaluated were the activities of the respiratory chain complexes I-III, II, II-III and IV, of the citric acid cycle (CAC) enzymes citrate synthase (CS), aconitase, isocitrate dehydrogenase (IDH), α-ketoglutarate dehydrogenase, succinate dehydrogenase and malate dehydrogenase, creatine kinase (CK) and Na+, K+ - ATPase, as well as the lactate release, the mitochondrial respiratory parameters states 3 and 4, respiratory control ratio and uncoupled state, besides the mitochondrial membrane potential in the presence or absence of Ca2+. Histological studies were also conducted in the cerebral cortex and striatum from 30, 60 and 90-day-old WT and Gcdh-/- mice submitted for a short (60 hours) or long (30 days) period to a high lysine (4.7 %) diet. We verified mild alterations in the respiratory chain activity in the brain, heart and skeletal muscle from Gcdh-/- animals when compared to 15 and 30-day-old WT mice. Furthermore, we demonstrated a reduction in the activities of CS and IDH in striatum mitochondrial preparations from Gcdh-/- mice submitted to a lysine overload associated with a mild increase of lactate release. However, we did not find alterations in the respiratory parameters and membrane potential in striatum mitochondria from Gcdh-/- mice when compared to WT. On the other hand, the activities of Na+, K+-ATPase (brain) and CK (brain and skeletal muscle) were significantly reduced in 15-day-old Gcdh-/- mice when received an intraperitoneal injection of lysine. Moreover, a reduction in the Na+, K+-ATPase activity associated with a diminution of its expression was observed in the cerebral cortex, but not in striatum and hippocampus, from 30-day-old Gcdh-/- mice submitted or not to a high lysine diet. Finally, the histological analyses revealed the presence of vacuoles in the cerebral cortex from 60 and 90-day-old Gcdh-/- mice, as well as in the striatum from 90-day-old Gcdh-/- animals that were fed a high Lys chow for 30 days. In conclusion, we presume that a reduction in the activities of Na+, K+- ATPase and CK may contribute to the brain damage found in Gcdh-/- mice and possibly in GA I patients.

Propionic acid (PA) is found in high amounts in tissues of patients with propionic acidemia, an inherited disorder of amino acid and lipid metabolism caused by severe deficiency of propionil-CoA-carboxylase activity. PA levels in blood and cerebral spinal fluid (CSF) usually reach 2,5- 5,0 mM during crises and can be much higher in the neuronal cells. Among the neurologic symptoms often presented, psychomotor delay/mental retardation, focal and generalized convulsions, cerebral atrophy and abnormalities are the most frequent. After cannula placing, rats received unilateral intrastriatal injections de PA (0,6; 2 and 6 μmol), MK-801 (3 nmol)+PA (6 μmol) or NaCl (9μmol). The effect of the intrastriatal administration of propionic acid on the behavior of rats in an open field and on EEG recording was assessed. PA caused convulsions and increased PA-induced protein carbonylation. MK-801 administration prevented PAinduced convulsions and protein carbonilation. These results suggest the involvement of NMDA receptors and oxidative stress in the PA-induced behavioral alterations. / O ácido propiônico é encontrado em altas quantidades nos tecidos de pacientes com acidemia propiônica, uma doença genética do metabolismo de aminoácidos e lipídeos, causada por deficiência grave na atividade da enzima propionil-CoA carboxilase. Os níveis de ácido propiônico no sangue e fluido cérebro espinhal geralmente alcançam níveis entre 2,5-5,0 mM durante crises, e pode chegar a níveis maiores em células neuronais. Entre os sintomas neurológicos apresentados pelos pacientes o retardo mental e psicomotor, as convulsões locais e generalizadas, a atrofia cerebral e anormalidades do EEG são os mais freqüentes. Depois da implantação da cânula os ratos receberam injeções intraestriatais de PA (0,6; 2 and 6 μmol), Mk-801(3 nmol)+PA (6 μmol) ou NaCl (9 μmol). O presente trabalho avaliou o efeito da administração intraestriatal de ácido propiônico, no comportamento dos ratos na tarefa de open field e em registros eletrencefalográficos. O PA causou convulsões e aumentou a carbonilação protéica. A administração de MK-801 atenuou convulsões e a carbonilação protéica induzidas por ácido propiônico. Esses resultados sugerem o envolvimento dos receptores NMDA e do estresse oxidativo nas alterações comportamentais induzidas por ácido propiônico.

As acidemias D-2-hidroxiglutárica e L-2-hidroxiglutárica são duas distintas desordens neurometabólicas bioquimicamente caracterizadas por níveis aumentados dos ácidos D-2-hidroxiglutárico e L-2-hidroxiglutárico em tecidos e fluidos biológicos, respectivamente. Pacientes acometidos pela acidemia D-2-hidroxiglutárica são classificados em duas variantes, a D-2-hidroxiglutárica do tipo I ou a D-2-hidroxiglutárica do tipo II. A acidemia D-2-hidroxiglutárica do tipo I é causada por uma mutação no gene da D-2-hidroxiglutarato desidrogenase enquanto que a acidemia D-2-hidroxiglutárica do tipo II é causada por uma mutação de ganho de função no gene da isocitrato desidrogenase II. A acidemia L-2-hidroxiglutárica é causada por uma mutação no gene da L-2-hidroxiglutarato desidrogenase. Considerando que a fisiopatologia destas doenças não está totalmente elucidada e que muitos estudos têm demonstrado o envolvimento do estresse oxidativo em erros inatos do metabolismo, este trabalho tem por objetivo principal investigar parâmetros de estresse oxidativo e nitrativo na urina de pacientes com acidemia L-2-hidroxiglutárica e o dano ao DNA in vitro causado pelos ácidos acumulados em ambas as patologias, as acidemias D-2-hidroxiglutárica e L-2-hidroxiglutárica, bem como o efeito protetor da L-carnitina sobre o dano. Dessa forma, verificou-se que as concentrações de 50 μM do ácido D-2-hidroxiglutárico e 30 μM do ácido L-2-hidroxiglutárico induzem dano ao DNA e que concentrações de 30 μM e 150 μM de L-carnitina reduzem significativamente in vitro o dano ao DNA, comparado aos controles. Além disso, foram analisadas amostras de urina dos pacientes com acidemia L-2-hidroxiglutárica. Observou-se aumento significativo de espécies de guanina oxidadas, um marcador bioquímico de dano oxidativo ao DNA, bem como um aumento significativo da excreção de di-tirosina, indicando que os pacientes tem dano a proteínas. Entretanto, não houve diferença significativa nos níveis de isoprostanos urinários e nos níveis de espécies reativas do nitrogênio. Esses resultados sugerem, pelo menos em parte, dano oxidativo a proteínas e ao DNA e ressaltam o potencial antioxidante da L-carnitina como um promissor adjuvante no tratamento de pacientes afetados pelas acidemias L-2-hidroxiglutárica ou D-2-hidroxiglutárica. / D-2-hydroxyglutaric and L-2-hydroxyglutaric acidurias are two distinct neurometabolic disorders biochemically characterized by increased levels of D-2-hydroxyglutaric and L-2-hydroxyglutaric acids in biological fluids and tissues, respectively. Patients affected by D-2-hydroxyglutaric aciduria are classified into two variants, D-2-hydroxyglutaric aciduria type I or D-2-hydroxyglutaric aciduria type II. D-2-hydroxyglutaric aciduria type I is caused by mutation of D-2-hydroxyglutarate dehydrogenase gene while D-2-hydroxyglutaric aciduria type II is caused by a gain of function mutation in isocitrate dehydrogenase 2 gene. L-2-hydroxyglutaric aciduria is caused by mutation in the L-2-hydroxyglutarate dehydrogenase gene. Considering that the pathophysiology of these diseases is not fully understood and that many studies have been shown the involvement of oxidative stress in inborn errors of metabolism, the main objective of this work was investigate oxidative and nitrative stress parameters in the urine of L-2-hydroxyglutaric aciduria patients and to investigate the in vitro DNA damage caused by the accumulated acids of D-2-hydroxyglutaric and L-2-hydroxyglutaric acidurias as well as the protective effect of L-carnitine on this damage. It has been found that concentrations of 50 μM of D-2-hydroxyglutaric acid and 30 μM of L-2-hydroxyglutaric acid induce DNA damage and concentrations of 30 μM and 150 μM of L-carnitine significantly reduced the in vitro DNA damage compared to controls. In addition, urine samples from L-2-hydroxyglutaric aciduria patients were analyzed. It was observed a significant increase of oxidized guanine species, an oxidative DNA damage biomarker as well as a significant increase of urinary di-tyrosine level, indicating protein oxidative damage in the patients. However, there was no significant difference in the levels of urinary isoprostanes and reactive nitrogen species. These results suggest, at least in part, proteins and DNA oxidative damage and highlight the L-carnitine antioxidant potential as a promising adjuvant in the treatment of patients affected by L-2-hydroxyglutaric or D-2-hydroxyglutaric aciduria.

Στόχος της παρούσας εργασίας αποτελεί η έγκαιρη πρόβλεψη οξυαιμίας βασιζόμενη στην ανάλυση των πολύ χαμηλής συχνότητας συστατικών του εμβρυϊκού καρδιακού ρυθμού και των καταγραφών της εμβρυϊκής παλμικής οξυμετρίας (FSpO2) κατά τη διάρκεια του τοκετού. Για τη φασματική ανάλυση έγινε εφαρμογή του συνεχούς μετασχηματισμού κυματιδίων (CWT). Για την ανάλυση των καταγραφών του FSpO2 υπολογίστηκε το ποσοστό του συνολικού χρόνου όπου ο FSpO2 είναι κάτω του ορίου 30% (TFSpO2<30%). Όπως αποδείχθηκε τόσο από την εφαρμογή του CWT, όσο και από την παράμετρο TFSpO2<30%, οι κυματισμοί του εμβρυϊκού καρδιακού ρυθμού στην περιοχή συχνοτήτων του 0.01 Hz, παρουσιάζουν ικανοποιητική ευαισθησία (80% and 90%, αντίστοιχα) για την έγκαιρη πρόβλεψη οξυαιμίας, ενώ ο συνδυασμός τους παρουσιάζει υψηλή προσδιοριστικότητα (89%). Τα αποτελέσματα της ανάλυσης των δεδομένων όπως προκύπτουν από την ανάλυση του εμβρυϊκού καρδιακού ρυθμού – μέσω εφαρμογής του CWT – και των καταγραφών της εμβρυϊκής παλμικής οξυμετρίας δύναται να αποτελέσουν μια επιπρόσθετη πηγή πληροφορίας όσον αφορά την κατάσταση του εμβρύου βοηθώντας ταυτοχρόνως τον γυναικολόγο στην απόφαση για το χρόνο και τον τρόπο διεξαγωγής του τοκετού. / The objective of the present study is the prediction of fetal acidemia based on the Very Low Frequency (VLF) components of the Fetal Heart Rate (FHR) and Fetal Pulse Oximetry (FSpO2) recordings during labor. In order to perform the spectral analysis, we applied the Continuous Wavelet Transform (CWT). The evaluation of FSpO2 was based on calculating the time duration in which the FSpO2 was less than 30% (TFSpO2<30%). We demonstrate that the oscillating activity of the FHR of about 0.01 Hz identified by the CWT and the TFSpO2<30% parameter, show an adequate sensitivity (80% and 90%, respectively) in predicting fetal acidemia, whereas the combination of these two variables shows a very good specificity (89%). The results of the analysis of our data demonstrate that the analysis of the fetal heart rate by the CWT and the fetal pulse oximetry recordings may provide additional source of information about fetal status and to alert the clinician to decide under objective conditions when and how to perform the delivery.

As acidemias D-2-hidroxiglutárica e L-2-hidroxiglutárica são duas distintas desordens neurometabólicas bioquimicamente caracterizadas por níveis aumentados dos ácidos D-2-hidroxiglutárico e L-2-hidroxiglutárico em tecidos e fluidos biológicos, respectivamente. Pacientes acometidos pela acidemia D-2-hidroxiglutárica são classificados em duas variantes, a D-2-hidroxiglutárica do tipo I ou a D-2-hidroxiglutárica do tipo II. A acidemia D-2-hidroxiglutárica do tipo I é causada por uma mutação no gene da D-2-hidroxiglutarato desidrogenase enquanto que a acidemia D-2-hidroxiglutárica do tipo II é causada por uma mutação de ganho de função no gene da isocitrato desidrogenase II. A acidemia L-2-hidroxiglutárica é causada por uma mutação no gene da L-2-hidroxiglutarato desidrogenase. Considerando que a fisiopatologia destas doenças não está totalmente elucidada e que muitos estudos têm demonstrado o envolvimento do estresse oxidativo em erros inatos do metabolismo, este trabalho tem por objetivo principal investigar parâmetros de estresse oxidativo e nitrativo na urina de pacientes com acidemia L-2-hidroxiglutárica e o dano ao DNA in vitro causado pelos ácidos acumulados em ambas as patologias, as acidemias D-2-hidroxiglutárica e L-2-hidroxiglutárica, bem como o efeito protetor da L-carnitina sobre o dano. Dessa forma, verificou-se que as concentrações de 50 μM do ácido D-2-hidroxiglutárico e 30 μM do ácido L-2-hidroxiglutárico induzem dano ao DNA e que concentrações de 30 μM e 150 μM de L-carnitina reduzem significativamente in vitro o dano ao DNA, comparado aos controles. Além disso, foram analisadas amostras de urina dos pacientes com acidemia L-2-hidroxiglutárica. Observou-se aumento significativo de espécies de guanina oxidadas, um marcador bioquímico de dano oxidativo ao DNA, bem como um aumento significativo da excreção de di-tirosina, indicando que os pacientes tem dano a proteínas. Entretanto, não houve diferença significativa nos níveis de isoprostanos urinários e nos níveis de espécies reativas do nitrogênio. Esses resultados sugerem, pelo menos em parte, dano oxidativo a proteínas e ao DNA e ressaltam o potencial antioxidante da L-carnitina como um promissor adjuvante no tratamento de pacientes afetados pelas acidemias L-2-hidroxiglutárica ou D-2-hidroxiglutárica. / D-2-hydroxyglutaric and L-2-hydroxyglutaric acidurias are two distinct neurometabolic disorders biochemically characterized by increased levels of D-2-hydroxyglutaric and L-2-hydroxyglutaric acids in biological fluids and tissues, respectively. Patients affected by D-2-hydroxyglutaric aciduria are classified into two variants, D-2-hydroxyglutaric aciduria type I or D-2-hydroxyglutaric aciduria type II. D-2-hydroxyglutaric aciduria type I is caused by mutation of D-2-hydroxyglutarate dehydrogenase gene while D-2-hydroxyglutaric aciduria type II is caused by a gain of function mutation in isocitrate dehydrogenase 2 gene. L-2-hydroxyglutaric aciduria is caused by mutation in the L-2-hydroxyglutarate dehydrogenase gene. Considering that the pathophysiology of these diseases is not fully understood and that many studies have been shown the involvement of oxidative stress in inborn errors of metabolism, the main objective of this work was investigate oxidative and nitrative stress parameters in the urine of L-2-hydroxyglutaric aciduria patients and to investigate the in vitro DNA damage caused by the accumulated acids of D-2-hydroxyglutaric and L-2-hydroxyglutaric acidurias as well as the protective effect of L-carnitine on this damage. It has been found that concentrations of 50 μM of D-2-hydroxyglutaric acid and 30 μM of L-2-hydroxyglutaric acid induce DNA damage and concentrations of 30 μM and 150 μM of L-carnitine significantly reduced the in vitro DNA damage compared to controls. In addition, urine samples from L-2-hydroxyglutaric aciduria patients were analyzed. It was observed a significant increase of oxidized guanine species, an oxidative DNA damage biomarker as well as a significant increase of urinary di-tyrosine level, indicating protein oxidative damage in the patients. However, there was no significant difference in the levels of urinary isoprostanes and reactive nitrogen species. These results suggest, at least in part, proteins and DNA oxidative damage and highlight the L-carnitine antioxidant potential as a promising adjuvant in the treatment of patients affected by L-2-hydroxyglutaric or D-2-hydroxyglutaric aciduria.

As acidemias D-2-hidroxiglutárica e L-2-hidroxiglutárica são duas distintas desordens neurometabólicas bioquimicamente caracterizadas por níveis aumentados dos ácidos D-2-hidroxiglutárico e L-2-hidroxiglutárico em tecidos e fluidos biológicos, respectivamente. Pacientes acometidos pela acidemia D-2-hidroxiglutárica são classificados em duas variantes, a D-2-hidroxiglutárica do tipo I ou a D-2-hidroxiglutárica do tipo II. A acidemia D-2-hidroxiglutárica do tipo I é causada por uma mutação no gene da D-2-hidroxiglutarato desidrogenase enquanto que a acidemia D-2-hidroxiglutárica do tipo II é causada por uma mutação de ganho de função no gene da isocitrato desidrogenase II. A acidemia L-2-hidroxiglutárica é causada por uma mutação no gene da L-2-hidroxiglutarato desidrogenase. Considerando que a fisiopatologia destas doenças não está totalmente elucidada e que muitos estudos têm demonstrado o envolvimento do estresse oxidativo em erros inatos do metabolismo, este trabalho tem por objetivo principal investigar parâmetros de estresse oxidativo e nitrativo na urina de pacientes com acidemia L-2-hidroxiglutárica e o dano ao DNA in vitro causado pelos ácidos acumulados em ambas as patologias, as acidemias D-2-hidroxiglutárica e L-2-hidroxiglutárica, bem como o efeito protetor da L-carnitina sobre o dano. Dessa forma, verificou-se que as concentrações de 50 μM do ácido D-2-hidroxiglutárico e 30 μM do ácido L-2-hidroxiglutárico induzem dano ao DNA e que concentrações de 30 μM e 150 μM de L-carnitina reduzem significativamente in vitro o dano ao DNA, comparado aos controles. Além disso, foram analisadas amostras de urina dos pacientes com acidemia L-2-hidroxiglutárica. Observou-se aumento significativo de espécies de guanina oxidadas, um marcador bioquímico de dano oxidativo ao DNA, bem como um aumento significativo da excreção de di-tirosina, indicando que os pacientes tem dano a proteínas. Entretanto, não houve diferença significativa nos níveis de isoprostanos urinários e nos níveis de espécies reativas do nitrogênio. Esses resultados sugerem, pelo menos em parte, dano oxidativo a proteínas e ao DNA e ressaltam o potencial antioxidante da L-carnitina como um promissor adjuvante no tratamento de pacientes afetados pelas acidemias L-2-hidroxiglutárica ou D-2-hidroxiglutárica. / D-2-hydroxyglutaric and L-2-hydroxyglutaric acidurias are two distinct neurometabolic disorders biochemically characterized by increased levels of D-2-hydroxyglutaric and L-2-hydroxyglutaric acids in biological fluids and tissues, respectively. Patients affected by D-2-hydroxyglutaric aciduria are classified into two variants, D-2-hydroxyglutaric aciduria type I or D-2-hydroxyglutaric aciduria type II. D-2-hydroxyglutaric aciduria type I is caused by mutation of D-2-hydroxyglutarate dehydrogenase gene while D-2-hydroxyglutaric aciduria type II is caused by a gain of function mutation in isocitrate dehydrogenase 2 gene. L-2-hydroxyglutaric aciduria is caused by mutation in the L-2-hydroxyglutarate dehydrogenase gene. Considering that the pathophysiology of these diseases is not fully understood and that many studies have been shown the involvement of oxidative stress in inborn errors of metabolism, the main objective of this work was investigate oxidative and nitrative stress parameters in the urine of L-2-hydroxyglutaric aciduria patients and to investigate the in vitro DNA damage caused by the accumulated acids of D-2-hydroxyglutaric and L-2-hydroxyglutaric acidurias as well as the protective effect of L-carnitine on this damage. It has been found that concentrations of 50 μM of D-2-hydroxyglutaric acid and 30 μM of L-2-hydroxyglutaric acid induce DNA damage and concentrations of 30 μM and 150 μM of L-carnitine significantly reduced the in vitro DNA damage compared to controls. In addition, urine samples from L-2-hydroxyglutaric aciduria patients were analyzed. It was observed a significant increase of oxidized guanine species, an oxidative DNA damage biomarker as well as a significant increase of urinary di-tyrosine level, indicating protein oxidative damage in the patients. However, there was no significant difference in the levels of urinary isoprostanes and reactive nitrogen species. These results suggest, at least in part, proteins and DNA oxidative damage and highlight the L-carnitine antioxidant potential as a promising adjuvant in the treatment of patients affected by L-2-hydroxyglutaric or D-2-hydroxyglutaric aciduria.