Orientador: Carlos Henrique Inácio Ramos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-16T01:01:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Correa_DanielHenriquedoAmaral_D.pdf: 14618006 bytes, checksum: 0865223d71dcf2f775b71ebcedecc875 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Proteínas enoveladas incorretamente, com freqüência levam à formação de agregados fibrilares contendo extensas estruturas em folha-?, comumente denominadas de fibrilas amilóides. A hipótese acerca da capacidade de formar fibrilas amilóides com estruturas idênticas e ricas em estruturas beta, ser uma propriedade genérica de toda proteína, apoia-se no fato de até mesmo proteínas sem conexão com doenças, como a mioglobina, serem capazes de gerar estruturas fibrilares. Embora várias proteínas sejam intrinsecamente desordenadas, muitas são apropriadamente empacotadas, podendo se desenovelar totalmente ou parcialmente de maneira a expor regiões propensas à agregação, que podem converter o polipeptídeo em fibrilas amilóides. De fato, vários estudos sugerem que intermediários parcialmente enovelados estão envolvidos na fibrilogênese. A apomioglobina (apoMb) de baleia do espermacete é uma proteína bem caracterizada, que forma um intermediário durante o desenovelamento do estado nativo ou após a diluição do estado desenovelado em tampão de enovelamento. A mioglobina é uma proteína altamente solúvel, cujas propriedades do estado nativo não sugerem uma predisposição dessa em formar fibrilas amilóides, corroborado pela organização de sua seqüência de resíduos de aminoácidos em hélices-? bem definidas sem elementos de estrutura em folha-?. Contudo, até a mioglobina forma fibrilas amilóides em certas condições, sugerindo que a capacidade de formar fibrilas seja uma característica comum de toda proteína e, portanto, não estando relacionada a uma estrutura primária específica. Neste projeto, visamos mapear as potenciais interações envolvidas na agregação e formação de fibrilas amilóides em apomioglobinas. Para tanto, apresentamos aqui os estudos dos efeitos de 19 mutantes de apoMb na cinética amiloidogênica da mesma. A indução de fibrilas amilóides foi realizada através da incubação das apoMbs em tampão borato de sódio 50 mM, pH 9 e aquecidas a 65°C. O processo de agregação foi acompanhado por medidas da emissão de fluorescência de Tioflavina T (ThT) e espectroscopia de dicroísmo circular (CD). Outras propriedades morfo-fisicoquímicas das amilóides de apoMb foram também estudadas: energia de ativação da formação de fibrilas, organização estrutural, citotoxicidade, efeito de semeadura, desmontagem por uréia. Nossos resultados mostram que alguns mutantes (7 no total) afetaram a cinética de formação das amilóides, e surpreendentemente, esses efeitos correlacionam-se bem com o efeito que a mutação tem sobre a estabilidade do estado nativo, mas não com o efeito sobre a estabilidade do estado intermediário do enovelamento. As estruturas globais (investigadas por difração de raios-X) das fibrilas formadas pelas ampomioglobinas selvagem e mutantes mostram-se indistinguíveis. Experimentos de citotoxicidade, utilizando um modelo de células neuronais N2A (neuroblastoma de camundongo), e semeadura, confirmam que as diferentes formas de agregados das proteínas são capazes de diminuir a viabilidade celular e de acelerar a formação das fibrilas. Generalizando, nossos resultados suportam a hipótese de que, embora o desenovelamento parcial preceda a formação de fibrilas em apomioglobina, a formação do intermediário de enovelamento não parece ser um passo obrigatório no processo e assim, o enovelamento e a formação de agregados/fibrilas são aparentemente distintos para essa proteína. / Abstract: Protein misfolding usually leads to the formation of fibrillar aggregates with extensive ?-sheet structure, commonly termed amyloid fibrils. The hypothesis that the ability to form ordered ?-rich amyloid fibers with identical structures is a generic property of proteins is supported by the fact that even proteins with no connection to disease, such as myoglobin, are able to generate fibrillar structures. Although several proteins are intrinsically disordered, many are properly packed and should unfold totally or partially exposing aggregation-prone regions that can convert the polypeptide into amyloid fibrils. Actually, several studies suggest that partially folded intermediates are involved in fibrillogenesis. Sperm whale apomyoglobin (apoMb) is a well-characterized protein that forms an intermediate after either unfolding from the native state or dilution of the unfolded protein in a folding buffer. Mb is a highly soluble protein whose native state properties do not suggest a predisposition to form amyloid fibrils, corroborated by its amino acid residues sequence organization in well-defined ?-helices with no ?-sheet elements. However, even Mb forms amyloid fibrils under certain conditions, suggesting that the ability to form fibrils is a common feature of all proteins and is not related to a specific primary structure. In this work, we aim to map potential interactions involved in apomioglobin aggregation and fibrils formation. To such aim, we present here the studies of effects on amiloidogenic kinetics of 19 apoMb mutants. The induction of amyloid fibrils was performed by incubating apoMb proteins on 50 mM sodium borate buffer at pH 9 and heat to 65°C. The aggregation process was monitored both by thioflavin T (ThT) emitted fluorescence and circular dichroism (CD) spectroscopy measurements. Other morph-physicochemical properties of apoMb amyloids were also studied: activation energy of fibril formation, structure organization, cytotoxicity, seeding effect, disassembly by urea. Our results show that some mutants (7 in total) affect the amyloid formation kinetics, and surprisingly, these effects are well correlated with the effect that the mutation has on the stability of the native state but not with the effect on the stability of the folding intermediate. The overall structures, probed by X-ray diffraction, of fibers formed by mutants and wild-type apomyoglobin are indistinguishable. Cytotoxicity experiments, using a neuronal cell line model N2A (murine neuroblastoma), and seeding experiments, confirm that different aggregated forms of proteins are capable of decreasing the cell viability and to speed up the formation of fibrils. Generally, our results support the hypothesis that although partially unfolding precedes fibril formation in apomyoglobin, formation of the folding intermediate is not an obligatory step in the process and thus folding and aggregation/fibril formation are apparently distinct in this protein. / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

O aumento da expectativa de vida da população mundial tem se associado com uma maior prevalência de doenças neurodegenerativas. A Doença de Alzheimer (DA) é a doença neurodegenerativa mais comum e a principal causa de demência em indivíduos com mais de 60 anos, sendo caracterizada por um declínio progressivo na memória e função mental dos pacientes. Esses sintomas são acompanhados por alterações histopatológicas no cérebro desses indivíduos, incluindo a presença de uma grande quantidade de placas senis, formadas pela deposição do peptídeo beta-amiloide (Aβ), e de emaranhados neurofibrilares formados pela hiperfosforilação da proteína Tau. Estudos indicam que a deposição do Aβ é uma das principais responsáveis pelo desenvolvimento da DA, causando dano neuronal através da ativação de várias vias pró-apoptóticas e dando origem aos sintomas de demência típicos dessa doença. Até o momento, não existem tratamentos eficazes para o combate à DA, de forma que a maior parte das intervenções farmacológicas é destinada apenas ao tratamento de alguns de seus sintomas. A proteína translocadora (TSPO) se localiza em pontos de contato entre as membranas mitocondriais interna e externa e está relacionada com o transporte de colesterol para o interior da mitocôndria e com a regulação da esteroidogênese e da apoptose. Estudos mostram que ligantes da TSPO apresentam efeitos neuroprotetores em diferentes modelos experimentais de lesão cerebral e doenças neurodegenerativas. Especificamente em relação à DA, um estudo indicou que o 4’-clorodiazepam (4’-CD), um ligante da TSPO, apresenta efeitos neuroprotetores em um modelo animal dessa doença, sendo um possível candidato para o seu tratamento. Dessa forma, o objetivo desse estudo foi verificar o efeito neuroprotetor do 4’-CD em diferentes modelos in vitro de toxicidade induzida pelo Aβ, além de seus efeitos sobre o desenvolvimento de neurônios hipocampais. Inicialmente, demonstramos que o 4’-CD reduziu a morte celular de células SH-SY5Y expostas a um modelo de toxicidade induzida pela administração de Aβ. Esses efeitos estiveram associados com a redução da expressão da proteína pró-apoptótica Bax e com um aumento da expressão da survivina, uma proteína anti-apoptótica. A expressão das proteínas Bcl-xl e procaspase-3, por outro lado, não foi alterada pelos tratamentos. Posteriormente, estudamos os efeitos neuroprotetores do 4’-CD contra a toxicidade induzida pela administração do Aβ em culturas organotípicas de hipocampo. Nesses experimentos, foi demonstrado que o 4’-CD reduz a morte celular de culturas organotípicas de hipocampo expostas ao Aβ através de um aumento na expressão da enzima SOD, sem alterar, no entanto, a expressão das proteínas Akt e procaspase-3. Por fim, foi avaliado o efeito do 4’-CD sobre o desenvolvimento de culturas primárias de neurônios hipocampais de camundongos machos e fêmeas. Foi observado que as culturas de neurônios hipocampais das fêmeas apresentaram um desenvolvimento mais rápido do que as dos machos. O 4’-CD acelerou a maturação e aumentou a ramificação neurítica dos neurônios hipocampais dos machos, mas não exerceu qualquer efeito sobre os neurônios das fêmeas. Em suma, foi observado que o 4’-CD apresenta efeitos neuroprotetores contra o Aβ em células SH-SY5Y e em culturas organotípicas do hipocampo, apresentando-se como um fármaco em potencial para o tratamento da DA. Além disso, foi observado que o 4’-CD exerceu um efeito dependente do sexo sobre o desenvolvimento de culturas primárias de neurônios hipocampais, estimulando o desenvolvimento e a ramificação neurítica de neurônios hipocampais de machos, mas não de fêmeas. / The increase in life expectancy of the world population has been associated with a higher prevalence of neurodegenerative diseases. The Alzheimer’s Disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder and the main cause of dementia among people over 60 years, being characterized by a progressive decline in the memory and mental function of the patients. These symptoms are associated with histopathological changes in the brain of these patients, including the presence of senile plaques, formed by the deposition of amyloid-beta (Aβ), and neurofibrillary tangles, which are related to the hyperphosphorylation of Tau protein. Studies indicate that Aβ deposition is a major contributor to AD progression, promoting neuronal damage through the activation of different pro-apoptotic pathways and giving rise to the typical dementia symptoms of this disease. To date, there are no effective treatments for AD, so that most of the pharmacological intervention is intended for the treatment of some of its symptoms. The translocator protein (TSPO) is located in contact sites between the outer and the inner mitochondrial membranes and is involved in the cholesterol transport into the mitochondria and in the regulation of steroidogenesis and apoptosis. Studies show that TSPO ligands present neuroprotective effects in different experimental models of brain injury and neurodegenerative diseases. Specifically regarding AD, a study indicated that 4’-chlorodiazepam (4’-CD), a TSPO ligand, is neuroprotective in an animal model of this disease, being a possible candidate for its treatment. Therefore, the aim of this study was to evaluate the neuroprotective effect of 4’-CD in different experimental models of Aβ- induced neurotoxicity in vitro, as well as its effects on the development of hipocampal neurons. First, it was demonstrated that 4’-CD decreased the cell death of SH-SY5Y cells exposed to the Aβ. This effect was associated with the inhibition of the Aβ-induced upregulation of Bax, a pro-apoptotic protein, and downregulation of survivin, a prosurvival protein. On the other hand, the expression of Bcl-xl and procaspase-3 was not change by the treatments. After, it was studied the neuroprotective effects of 4’-CD against Aβ in organotypic hipocampal cultures. In these experiments, it was shown that 4’-CD decreases the cell death of organotypic hippocampal slices exposed to the Aβ by increasing the protein expression of SOD, but without changing the expression of Akt and procaspase-3. Finally, due to the importance of the processes of neuronal development and maturation in the regeneration of CNS after injury, it was evaluated the effect of 4’-CD on the development of primary hippocampal neurons of male and female mice. It was observed that female primary hippocampal neurons presented an increased rate of development than male neurons. 4’-CD stimulated the development and increased the neuritic branching of male but not from female neurons. In summary, it was observed that 4’-CD presented a neuroprotective effect against Aβ in SH-SY5Y cells and in rat organotypical hippocampal slices, presenting itself as a promising agent for the treatment of AD. Also, it was observed that 4’-CD modulates the development of hippocampal neurons in a sex-dependent manner, stimulating the development of male but not from female cells.

As vias amiloidogênica e não-amiloidogênica, representadas pelas enzimas secretases como a enzima clivadora do sítio beta da APP (BACE) e a enzima conversora do fator de necrose tumoral-alfa (TACE) respectivamente, são responsáveis pela clivagem da proteína precursora amiloide (APP). Alterações no processamento da APP associadas ao acúmulo do peptídeo β-amiloide (Aβ) parecem estar relacionadas aos déficits cognitivos observados na doença de Alzheimer (DA), no entanto, estudos avaliando a maquinaria de processamento da APP durante o envelhecimento fisiológico são raros. O Aβ é formado através da clivagem da proteína precursora amiloide (APP) pela enzima BACE. Por outro lado, a APP pode ser clivada por secretases como a TACE gerando APPα, o qual é considerado neuroprotetor. Alguns estudos têm sugerido um envolvimento de vesículas denominadas exossomos no transporte de proteínas como o peptídeo Aβ além de um papel dos exossomos durante o estresse oxidativo e no processo de envelhecimento. No entanto, estudos avaliando a relação entre exossomos e marcadores oxidativos no envelhecimento ainda não foram realizados. Além disso, apesar de diversas evidências demonstrarem os efeitos benéficos do exercício físico, os efeitos exercidos sobre a modulação da atividade das secretases, especificamente TACE e BACE, e sobre o perfil dos exossomos durante o envelhecimento fisiológico têm sido pouco investigados. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos do exercício físico sobre a atividade das secretases e sobre o perfil de exossomos circulantes em ratos durante o envelhecimento. Ratos Wistar de 3, 21 e 26 meses de idade foram divididos em sedentários e exercitados, o protocolo de exercício consistiu em 20 min/ dia durante 14 dias e após a última a sessão de exercício todos os animais foram submetidos ao teste da esquiva inibitória. As estruturas cerebrais e o sangue troncular foram coletados 1h (período da tarde) e 18 h (período da manhã) após a última sessão de exercício com o objetivo de avaliar os efeitos transitórios e tardios do protocolo de exercício. O hipocampo e o córtex pré-frontal foram dissecados e utilizados para quantificar o conteúdo de APP e avaliar a atividade das enzimas TACE e BACE. Os exossomos foram isolados do soro e utilizados para quantificar CD63, atividade da acetilcolinesterase (AChE), conteúdo de espécies reativas, atividade da superóxido dismutase (SOD) e conteúdo de Aβ. / The amyloidogenic and non-amyloidogenic pathways, represented by secretases named β-site APP cleaving enzyme(BACE) and tumor necrosis factor-alpha converting enzyme (TACE), respectively, are responsible for amyloid protein precursor (APP) processing. APP cleavage modifications leading to increased β-amyloid (Aβ) peptide levels seem to be related to cognitive decline observed in Alzheimer disease (AD), however, works evaluating the APP processing machinery in the normal aging process are rarely studied. The Aβ is formed through APP cleavage by BACE enzyme, named amyloidogenic pathway. On the other hand, APP can be cleaved by a non-amyloidogenic pathway through secretase enzymes such as TACE producing APPα, which is a neuroprotective product. Some evidences suggested that extracellular vesicles named exosomes could carry proteins including the Aβ peptide between different cells. Yet, exosomes appear to be linked to oxidative stress and aging process. However, studies evaluating the relationship between exosomes and oxidative stress marks in the aging were not yet performed. The beneficial exercise impact in the aging process are widely described, nevertheless, its effects on secretase activities, specifically BACE and TACE, and exosome profile during normal aging remains understood. Therefore, the aim of this study was to evaluate the exercise effects on secretase activities and circulating exosomes profile in the aging process. Wistar rats (3-, 21- and 26-month-old) were divided into sedentary and exercised groups; the exercise protocol consisted in a daily moderate treadmill exercise (20 min each day during 2 weeks). After the last exercise sessions, all animals were subjected to inhibitory avoidance task. To identify transitory and delayed exercise effects, specifically 1 and 18 hours after the last exercise training session, hippocampi and prefrontal cortices as well as blood were obtained at different times of day, respectively, in the afternoon and early morning. The brain areas were used to quantify the APP content and BACE and TACE activities. The circulating exosomes were isolated from serum and used to quantify CD63, reactive species and Aβ content, besides AChE and superoxide dismutase (SOD) activities.

O aumento da expectativa de vida da população mundial tem se associado com uma maior prevalência de doenças neurodegenerativas. A Doença de Alzheimer (DA) é a doença neurodegenerativa mais comum e a principal causa de demência em indivíduos com mais de 60 anos, sendo caracterizada por um declínio progressivo na memória e função mental dos pacientes. Esses sintomas são acompanhados por alterações histopatológicas no cérebro desses indivíduos, incluindo a presença de uma grande quantidade de placas senis, formadas pela deposição do peptídeo beta-amiloide (Aβ), e de emaranhados neurofibrilares formados pela hiperfosforilação da proteína Tau. Estudos indicam que a deposição do Aβ é uma das principais responsáveis pelo desenvolvimento da DA, causando dano neuronal através da ativação de várias vias pró-apoptóticas e dando origem aos sintomas de demência típicos dessa doença. Até o momento, não existem tratamentos eficazes para o combate à DA, de forma que a maior parte das intervenções farmacológicas é destinada apenas ao tratamento de alguns de seus sintomas. A proteína translocadora (TSPO) se localiza em pontos de contato entre as membranas mitocondriais interna e externa e está relacionada com o transporte de colesterol para o interior da mitocôndria e com a regulação da esteroidogênese e da apoptose. Estudos mostram que ligantes da TSPO apresentam efeitos neuroprotetores em diferentes modelos experimentais de lesão cerebral e doenças neurodegenerativas. Especificamente em relação à DA, um estudo indicou que o 4’-clorodiazepam (4’-CD), um ligante da TSPO, apresenta efeitos neuroprotetores em um modelo animal dessa doença, sendo um possível candidato para o seu tratamento. Dessa forma, o objetivo desse estudo foi verificar o efeito neuroprotetor do 4’-CD em diferentes modelos in vitro de toxicidade induzida pelo Aβ, além de seus efeitos sobre o desenvolvimento de neurônios hipocampais. Inicialmente, demonstramos que o 4’-CD reduziu a morte celular de células SH-SY5Y expostas a um modelo de toxicidade induzida pela administração de Aβ. Esses efeitos estiveram associados com a redução da expressão da proteína pró-apoptótica Bax e com um aumento da expressão da survivina, uma proteína anti-apoptótica. A expressão das proteínas Bcl-xl e procaspase-3, por outro lado, não foi alterada pelos tratamentos. Posteriormente, estudamos os efeitos neuroprotetores do 4’-CD contra a toxicidade induzida pela administração do Aβ em culturas organotípicas de hipocampo. Nesses experimentos, foi demonstrado que o 4’-CD reduz a morte celular de culturas organotípicas de hipocampo expostas ao Aβ através de um aumento na expressão da enzima SOD, sem alterar, no entanto, a expressão das proteínas Akt e procaspase-3. Por fim, foi avaliado o efeito do 4’-CD sobre o desenvolvimento de culturas primárias de neurônios hipocampais de camundongos machos e fêmeas. Foi observado que as culturas de neurônios hipocampais das fêmeas apresentaram um desenvolvimento mais rápido do que as dos machos. O 4’-CD acelerou a maturação e aumentou a ramificação neurítica dos neurônios hipocampais dos machos, mas não exerceu qualquer efeito sobre os neurônios das fêmeas. Em suma, foi observado que o 4’-CD apresenta efeitos neuroprotetores contra o Aβ em células SH-SY5Y e em culturas organotípicas do hipocampo, apresentando-se como um fármaco em potencial para o tratamento da DA. Além disso, foi observado que o 4’-CD exerceu um efeito dependente do sexo sobre o desenvolvimento de culturas primárias de neurônios hipocampais, estimulando o desenvolvimento e a ramificação neurítica de neurônios hipocampais de machos, mas não de fêmeas. / The increase in life expectancy of the world population has been associated with a higher prevalence of neurodegenerative diseases. The Alzheimer’s Disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder and the main cause of dementia among people over 60 years, being characterized by a progressive decline in the memory and mental function of the patients. These symptoms are associated with histopathological changes in the brain of these patients, including the presence of senile plaques, formed by the deposition of amyloid-beta (Aβ), and neurofibrillary tangles, which are related to the hyperphosphorylation of Tau protein. Studies indicate that Aβ deposition is a major contributor to AD progression, promoting neuronal damage through the activation of different pro-apoptotic pathways and giving rise to the typical dementia symptoms of this disease. To date, there are no effective treatments for AD, so that most of the pharmacological intervention is intended for the treatment of some of its symptoms. The translocator protein (TSPO) is located in contact sites between the outer and the inner mitochondrial membranes and is involved in the cholesterol transport into the mitochondria and in the regulation of steroidogenesis and apoptosis. Studies show that TSPO ligands present neuroprotective effects in different experimental models of brain injury and neurodegenerative diseases. Specifically regarding AD, a study indicated that 4’-chlorodiazepam (4’-CD), a TSPO ligand, is neuroprotective in an animal model of this disease, being a possible candidate for its treatment. Therefore, the aim of this study was to evaluate the neuroprotective effect of 4’-CD in different experimental models of Aβ- induced neurotoxicity in vitro, as well as its effects on the development of hipocampal neurons. First, it was demonstrated that 4’-CD decreased the cell death of SH-SY5Y cells exposed to the Aβ. This effect was associated with the inhibition of the Aβ-induced upregulation of Bax, a pro-apoptotic protein, and downregulation of survivin, a prosurvival protein. On the other hand, the expression of Bcl-xl and procaspase-3 was not change by the treatments. After, it was studied the neuroprotective effects of 4’-CD against Aβ in organotypic hipocampal cultures. In these experiments, it was shown that 4’-CD decreases the cell death of organotypic hippocampal slices exposed to the Aβ by increasing the protein expression of SOD, but without changing the expression of Akt and procaspase-3. Finally, due to the importance of the processes of neuronal development and maturation in the regeneration of CNS after injury, it was evaluated the effect of 4’-CD on the development of primary hippocampal neurons of male and female mice. It was observed that female primary hippocampal neurons presented an increased rate of development than male neurons. 4’-CD stimulated the development and increased the neuritic branching of male but not from female neurons. In summary, it was observed that 4’-CD presented a neuroprotective effect against Aβ in SH-SY5Y cells and in rat organotypical hippocampal slices, presenting itself as a promising agent for the treatment of AD. Also, it was observed that 4’-CD modulates the development of hippocampal neurons in a sex-dependent manner, stimulating the development of male but not from female cells.

O aumento da expectativa de vida da população mundial tem se associado com uma maior prevalência de doenças neurodegenerativas. A Doença de Alzheimer (DA) é a doença neurodegenerativa mais comum e a principal causa de demência em indivíduos com mais de 60 anos, sendo caracterizada por um declínio progressivo na memória e função mental dos pacientes. Esses sintomas são acompanhados por alterações histopatológicas no cérebro desses indivíduos, incluindo a presença de uma grande quantidade de placas senis, formadas pela deposição do peptídeo beta-amiloide (Aβ), e de emaranhados neurofibrilares formados pela hiperfosforilação da proteína Tau. Estudos indicam que a deposição do Aβ é uma das principais responsáveis pelo desenvolvimento da DA, causando dano neuronal através da ativação de várias vias pró-apoptóticas e dando origem aos sintomas de demência típicos dessa doença. Até o momento, não existem tratamentos eficazes para o combate à DA, de forma que a maior parte das intervenções farmacológicas é destinada apenas ao tratamento de alguns de seus sintomas. A proteína translocadora (TSPO) se localiza em pontos de contato entre as membranas mitocondriais interna e externa e está relacionada com o transporte de colesterol para o interior da mitocôndria e com a regulação da esteroidogênese e da apoptose. Estudos mostram que ligantes da TSPO apresentam efeitos neuroprotetores em diferentes modelos experimentais de lesão cerebral e doenças neurodegenerativas. Especificamente em relação à DA, um estudo indicou que o 4’-clorodiazepam (4’-CD), um ligante da TSPO, apresenta efeitos neuroprotetores em um modelo animal dessa doença, sendo um possível candidato para o seu tratamento. Dessa forma, o objetivo desse estudo foi verificar o efeito neuroprotetor do 4’-CD em diferentes modelos in vitro de toxicidade induzida pelo Aβ, além de seus efeitos sobre o desenvolvimento de neurônios hipocampais. Inicialmente, demonstramos que o 4’-CD reduziu a morte celular de células SH-SY5Y expostas a um modelo de toxicidade induzida pela administração de Aβ. Esses efeitos estiveram associados com a redução da expressão da proteína pró-apoptótica Bax e com um aumento da expressão da survivina, uma proteína anti-apoptótica. A expressão das proteínas Bcl-xl e procaspase-3, por outro lado, não foi alterada pelos tratamentos. Posteriormente, estudamos os efeitos neuroprotetores do 4’-CD contra a toxicidade induzida pela administração do Aβ em culturas organotípicas de hipocampo. Nesses experimentos, foi demonstrado que o 4’-CD reduz a morte celular de culturas organotípicas de hipocampo expostas ao Aβ através de um aumento na expressão da enzima SOD, sem alterar, no entanto, a expressão das proteínas Akt e procaspase-3. Por fim, foi avaliado o efeito do 4’-CD sobre o desenvolvimento de culturas primárias de neurônios hipocampais de camundongos machos e fêmeas. Foi observado que as culturas de neurônios hipocampais das fêmeas apresentaram um desenvolvimento mais rápido do que as dos machos. O 4’-CD acelerou a maturação e aumentou a ramificação neurítica dos neurônios hipocampais dos machos, mas não exerceu qualquer efeito sobre os neurônios das fêmeas. Em suma, foi observado que o 4’-CD apresenta efeitos neuroprotetores contra o Aβ em células SH-SY5Y e em culturas organotípicas do hipocampo, apresentando-se como um fármaco em potencial para o tratamento da DA. Além disso, foi observado que o 4’-CD exerceu um efeito dependente do sexo sobre o desenvolvimento de culturas primárias de neurônios hipocampais, estimulando o desenvolvimento e a ramificação neurítica de neurônios hipocampais de machos, mas não de fêmeas. / The increase in life expectancy of the world population has been associated with a higher prevalence of neurodegenerative diseases. The Alzheimer’s Disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder and the main cause of dementia among people over 60 years, being characterized by a progressive decline in the memory and mental function of the patients. These symptoms are associated with histopathological changes in the brain of these patients, including the presence of senile plaques, formed by the deposition of amyloid-beta (Aβ), and neurofibrillary tangles, which are related to the hyperphosphorylation of Tau protein. Studies indicate that Aβ deposition is a major contributor to AD progression, promoting neuronal damage through the activation of different pro-apoptotic pathways and giving rise to the typical dementia symptoms of this disease. To date, there are no effective treatments for AD, so that most of the pharmacological intervention is intended for the treatment of some of its symptoms. The translocator protein (TSPO) is located in contact sites between the outer and the inner mitochondrial membranes and is involved in the cholesterol transport into the mitochondria and in the regulation of steroidogenesis and apoptosis. Studies show that TSPO ligands present neuroprotective effects in different experimental models of brain injury and neurodegenerative diseases. Specifically regarding AD, a study indicated that 4’-chlorodiazepam (4’-CD), a TSPO ligand, is neuroprotective in an animal model of this disease, being a possible candidate for its treatment. Therefore, the aim of this study was to evaluate the neuroprotective effect of 4’-CD in different experimental models of Aβ- induced neurotoxicity in vitro, as well as its effects on the development of hipocampal neurons. First, it was demonstrated that 4’-CD decreased the cell death of SH-SY5Y cells exposed to the Aβ. This effect was associated with the inhibition of the Aβ-induced upregulation of Bax, a pro-apoptotic protein, and downregulation of survivin, a prosurvival protein. On the other hand, the expression of Bcl-xl and procaspase-3 was not change by the treatments. After, it was studied the neuroprotective effects of 4’-CD against Aβ in organotypic hipocampal cultures. In these experiments, it was shown that 4’-CD decreases the cell death of organotypic hippocampal slices exposed to the Aβ by increasing the protein expression of SOD, but without changing the expression of Akt and procaspase-3. Finally, due to the importance of the processes of neuronal development and maturation in the regeneration of CNS after injury, it was evaluated the effect of 4’-CD on the development of primary hippocampal neurons of male and female mice. It was observed that female primary hippocampal neurons presented an increased rate of development than male neurons. 4’-CD stimulated the development and increased the neuritic branching of male but not from female neurons. In summary, it was observed that 4’-CD presented a neuroprotective effect against Aβ in SH-SY5Y cells and in rat organotypical hippocampal slices, presenting itself as a promising agent for the treatment of AD. Also, it was observed that 4’-CD modulates the development of hippocampal neurons in a sex-dependent manner, stimulating the development of male but not from female cells.

As vias amiloidogênica e não-amiloidogênica, representadas pelas enzimas secretases como a enzima clivadora do sítio beta da APP (BACE) e a enzima conversora do fator de necrose tumoral-alfa (TACE) respectivamente, são responsáveis pela clivagem da proteína precursora amiloide (APP). Alterações no processamento da APP associadas ao acúmulo do peptídeo β-amiloide (Aβ) parecem estar relacionadas aos déficits cognitivos observados na doença de Alzheimer (DA), no entanto, estudos avaliando a maquinaria de processamento da APP durante o envelhecimento fisiológico são raros. O Aβ é formado através da clivagem da proteína precursora amiloide (APP) pela enzima BACE. Por outro lado, a APP pode ser clivada por secretases como a TACE gerando APPα, o qual é considerado neuroprotetor. Alguns estudos têm sugerido um envolvimento de vesículas denominadas exossomos no transporte de proteínas como o peptídeo Aβ além de um papel dos exossomos durante o estresse oxidativo e no processo de envelhecimento. No entanto, estudos avaliando a relação entre exossomos e marcadores oxidativos no envelhecimento ainda não foram realizados. Além disso, apesar de diversas evidências demonstrarem os efeitos benéficos do exercício físico, os efeitos exercidos sobre a modulação da atividade das secretases, especificamente TACE e BACE, e sobre o perfil dos exossomos durante o envelhecimento fisiológico têm sido pouco investigados. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos do exercício físico sobre a atividade das secretases e sobre o perfil de exossomos circulantes em ratos durante o envelhecimento. Ratos Wistar de 3, 21 e 26 meses de idade foram divididos em sedentários e exercitados, o protocolo de exercício consistiu em 20 min/ dia durante 14 dias e após a última a sessão de exercício todos os animais foram submetidos ao teste da esquiva inibitória. As estruturas cerebrais e o sangue troncular foram coletados 1h (período da tarde) e 18 h (período da manhã) após a última sessão de exercício com o objetivo de avaliar os efeitos transitórios e tardios do protocolo de exercício. O hipocampo e o córtex pré-frontal foram dissecados e utilizados para quantificar o conteúdo de APP e avaliar a atividade das enzimas TACE e BACE. Os exossomos foram isolados do soro e utilizados para quantificar CD63, atividade da acetilcolinesterase (AChE), conteúdo de espécies reativas, atividade da superóxido dismutase (SOD) e conteúdo de Aβ. / The amyloidogenic and non-amyloidogenic pathways, represented by secretases named β-site APP cleaving enzyme(BACE) and tumor necrosis factor-alpha converting enzyme (TACE), respectively, are responsible for amyloid protein precursor (APP) processing. APP cleavage modifications leading to increased β-amyloid (Aβ) peptide levels seem to be related to cognitive decline observed in Alzheimer disease (AD), however, works evaluating the APP processing machinery in the normal aging process are rarely studied. The Aβ is formed through APP cleavage by BACE enzyme, named amyloidogenic pathway. On the other hand, APP can be cleaved by a non-amyloidogenic pathway through secretase enzymes such as TACE producing APPα, which is a neuroprotective product. Some evidences suggested that extracellular vesicles named exosomes could carry proteins including the Aβ peptide between different cells. Yet, exosomes appear to be linked to oxidative stress and aging process. However, studies evaluating the relationship between exosomes and oxidative stress marks in the aging were not yet performed. The beneficial exercise impact in the aging process are widely described, nevertheless, its effects on secretase activities, specifically BACE and TACE, and exosome profile during normal aging remains understood. Therefore, the aim of this study was to evaluate the exercise effects on secretase activities and circulating exosomes profile in the aging process. Wistar rats (3-, 21- and 26-month-old) were divided into sedentary and exercised groups; the exercise protocol consisted in a daily moderate treadmill exercise (20 min each day during 2 weeks). After the last exercise sessions, all animals were subjected to inhibitory avoidance task. To identify transitory and delayed exercise effects, specifically 1 and 18 hours after the last exercise training session, hippocampi and prefrontal cortices as well as blood were obtained at different times of day, respectively, in the afternoon and early morning. The brain areas were used to quantify the APP content and BACE and TACE activities. The circulating exosomes were isolated from serum and used to quantify CD63, reactive species and Aβ content, besides AChE and superoxide dismutase (SOD) activities.

As vias amiloidogênica e não-amiloidogênica, representadas pelas enzimas secretases como a enzima clivadora do sítio beta da APP (BACE) e a enzima conversora do fator de necrose tumoral-alfa (TACE) respectivamente, são responsáveis pela clivagem da proteína precursora amiloide (APP). Alterações no processamento da APP associadas ao acúmulo do peptídeo β-amiloide (Aβ) parecem estar relacionadas aos déficits cognitivos observados na doença de Alzheimer (DA), no entanto, estudos avaliando a maquinaria de processamento da APP durante o envelhecimento fisiológico são raros. O Aβ é formado através da clivagem da proteína precursora amiloide (APP) pela enzima BACE. Por outro lado, a APP pode ser clivada por secretases como a TACE gerando APPα, o qual é considerado neuroprotetor. Alguns estudos têm sugerido um envolvimento de vesículas denominadas exossomos no transporte de proteínas como o peptídeo Aβ além de um papel dos exossomos durante o estresse oxidativo e no processo de envelhecimento. No entanto, estudos avaliando a relação entre exossomos e marcadores oxidativos no envelhecimento ainda não foram realizados. Além disso, apesar de diversas evidências demonstrarem os efeitos benéficos do exercício físico, os efeitos exercidos sobre a modulação da atividade das secretases, especificamente TACE e BACE, e sobre o perfil dos exossomos durante o envelhecimento fisiológico têm sido pouco investigados. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos do exercício físico sobre a atividade das secretases e sobre o perfil de exossomos circulantes em ratos durante o envelhecimento. Ratos Wistar de 3, 21 e 26 meses de idade foram divididos em sedentários e exercitados, o protocolo de exercício consistiu em 20 min/ dia durante 14 dias e após a última a sessão de exercício todos os animais foram submetidos ao teste da esquiva inibitória. As estruturas cerebrais e o sangue troncular foram coletados 1h (período da tarde) e 18 h (período da manhã) após a última sessão de exercício com o objetivo de avaliar os efeitos transitórios e tardios do protocolo de exercício. O hipocampo e o córtex pré-frontal foram dissecados e utilizados para quantificar o conteúdo de APP e avaliar a atividade das enzimas TACE e BACE. Os exossomos foram isolados do soro e utilizados para quantificar CD63, atividade da acetilcolinesterase (AChE), conteúdo de espécies reativas, atividade da superóxido dismutase (SOD) e conteúdo de Aβ. / The amyloidogenic and non-amyloidogenic pathways, represented by secretases named β-site APP cleaving enzyme(BACE) and tumor necrosis factor-alpha converting enzyme (TACE), respectively, are responsible for amyloid protein precursor (APP) processing. APP cleavage modifications leading to increased β-amyloid (Aβ) peptide levels seem to be related to cognitive decline observed in Alzheimer disease (AD), however, works evaluating the APP processing machinery in the normal aging process are rarely studied. The Aβ is formed through APP cleavage by BACE enzyme, named amyloidogenic pathway. On the other hand, APP can be cleaved by a non-amyloidogenic pathway through secretase enzymes such as TACE producing APPα, which is a neuroprotective product. Some evidences suggested that extracellular vesicles named exosomes could carry proteins including the Aβ peptide between different cells. Yet, exosomes appear to be linked to oxidative stress and aging process. However, studies evaluating the relationship between exosomes and oxidative stress marks in the aging were not yet performed. The beneficial exercise impact in the aging process are widely described, nevertheless, its effects on secretase activities, specifically BACE and TACE, and exosome profile during normal aging remains understood. Therefore, the aim of this study was to evaluate the exercise effects on secretase activities and circulating exosomes profile in the aging process. Wistar rats (3-, 21- and 26-month-old) were divided into sedentary and exercised groups; the exercise protocol consisted in a daily moderate treadmill exercise (20 min each day during 2 weeks). After the last exercise sessions, all animals were subjected to inhibitory avoidance task. To identify transitory and delayed exercise effects, specifically 1 and 18 hours after the last exercise training session, hippocampi and prefrontal cortices as well as blood were obtained at different times of day, respectively, in the afternoon and early morning. The brain areas were used to quantify the APP content and BACE and TACE activities. The circulating exosomes were isolated from serum and used to quantify CD63, reactive species and Aβ content, besides AChE and superoxide dismutase (SOD) activities.