A tragédia da talidomida ocorreu há mais de 50 anos e a medicação ainda hoje é amplamente utilizada, embora diversas questões ligadas à sua teratogênese permaneçam não solucionadas. Casos de embriopatia talidomídica (ET) ainda são registrados e os processos moleculares que dão origem às malformações decorrentes da exposição intra-útero não foram completamente identificados. Nesse trabalho nosso objetivo foi implementar um sistema de vigilância para identificação de ET no Brasil e identificar alvos que subjazem a resposta farmacogenética à talidomida. Realizamos um estudo piloto de base hospitalar para o estabelecimento do fenótipo de vigilância de ET, chamado de TEP (do inglês thalidomide embryopathy phenotype), para avaliar a viabilidade desta. Foi identificada uma maior prevalência de TEP no período de vigilância (2000-2008) (3,10/10.000 nascimentos; IC 95%: 2,50 – 3,70) do que no período de base (1982-1999) (1,92/10.000 nascimentos; IC 95%: 1,60 – 2,20) coincidindo com a maior disponibilidade de talidomida no Brasil. A seguir, essa ferramenta foi aplicada em nível nacional através da Declaração de Nascido Vivo (DNV) - um registro oficial de todos os nascimentos ocorridos no país. Nessa etapa, foram identificados agrupamentos e isolados geográficos de TEP. Além disso, observou-se correlação direta entre a quantidade de talidomida dispensada e a ocorrência de TEP: a cada 100 mil comprimidos dispensados, ocorre um novo caso deste fenótipo característico, sendo essa a primeira correlação direta observada após a tragédia da década de 1960. A investigação de polimorfismos em genes que são possíveis alvos de susceptibilidade à teratogênese causada pela talidomida foi elaborada a partir de hipóteses geradas por modelos animais: (1) inativação do complexo ubiquitina E3 ligase, através da ligação da talidomida à proteína Cereblon (Crbn); (2) diminuição na expressão de genes de desenvolvimento embrionário; e (3) mecanismos antiangiogênicos. Indivíduos sem malformações e com ET foram comparados quanto à constituição genética da região que codifica 104 aminoácidos no local de ligação da talidomida à Crbn. Nessa região extremamente conservada do gene CRBN foram identificadas dez variantes, nove em regiões intrônicas e uma na região 3’ não traduzida (3’UTR). As variantes raras (menos de 1%) mostraram estar mais presentes em indivíduos com ET do que nos não-afetados, embora sem significância estatística. As análises com polimorfismos de base única (SNPs) em alguns genes importantes para o desenvolvimento embrionário (tais como, FGF8, FGF10, BMP4, SHH e TP53) e metabolização da talidomida (como, CYP2C19 e TNF-ALFA) não mostraram diferenças entre os indivíduos com e sem malformações. No entanto, a análise de um polimorfismo no promotor do gene que codifica a óxido nítrico sintase endotelial (eNOS) - enzima que sintetiza o óxido nítrico (molécula importante para a angiogênese), mostrou que os indivíduos com a variante associada à atividade diminuída dessa enzima estavam presentes mais frequentemente em indivíduos com ET do que naqueles sem defeitos congênitos (p=0.03). Aspectos farmacogenéticos do efeito da talidomida no tratamento do eritema nodoso hansênico (ENH) – principal utilização da talidomida no Brasil – foi também estudada através da análise de polimorfismos em genes de metabolização da talidomida e da prednisona (fármaco usualmente associado à talidomida no tratamento dessa condição). A avaliação preliminar de polimorfismos em ambas as vias de metabolização dessas drogas (NR3C1, ABCB1, CYP2C19 e TNF-ALFA) não pareceram influenciar a dose de talidomida e prednisona durante o tratamento do ENH, embora esses resultados possam estar limitados a situações clínicas muito heterogêneas que necessitem de doses diferentes de ambas as medicações. Os dados fármaco-epidemiológicos apresentados nesse trabalho reforçam a necessidade da vigilância continuada da ET no Brasil e atenção especial na dispensação do fármaco, principalmente em áreas endêmicas de hanseníase. Além disso, nosso trabalho sugere que genes importantes na angiogênese podem conferir susceptibilidade aumentada à ET, assim como gene CRBN deve ser investigado mais detalhadamente para compreensão do papel das variantes raras nessa condição, de modo a gerar novas perspectivas sobre os mecanismos de teratogênese, bem como desenvolvimento de análogos da talidomida mais seguros. / Despite the thalidomide tragedy which occurred more than 50 years ago and the medication still being widely used, several issues remain unsolved regarding its teratogenicity. Cases of thalidomide embryopathy (TE) are still being registered and molecular processes that cause malformations from in utero exposure have not yet been fully identified. In this work, our goal was to implement a surveillance system to identify TE in Brazil and identify targets that underlie pharmacogenetic responses to thalidomide. We conducted a hospital-based pilot study to establish surveillance of the Thalidomide Embryopathy Phenotype (TEP) and to evaluate the viability of such surveillance. We identified a higher prevalence of TEP in the surveillance period from 2000 to 2008 (3.10/10,000 births, 95% CI: 2.50 to 3.70) compared to the baseline period from 1982 to 1999 (1.92/10,000 births, 95% CI: 1.60 to 2.20), coinciding with a higher availability of thalidomide in Brazil. This tool was later applied at the national level through of Birth Certificates (declaration of live birth known as a DNV in Brazil) which is an official record that is mandatory for all live births in the country. In this surveillance, clusters and geographical isolates of TEP were identified. Moreover, we observed a direct correlation between the amount of thalidomide dispensed and the occurrence of this screening phenotype: for every 100,000 tablets dispensed, there is a new case of TEP. This is the first direct correlation observed after the tragedy of the 1960s. Investigations of polymorphisms in genes that are susceptible to teratogenesis caused by thalidomide have been developed using hypotheses generated by animal models: (1) inactivation of the E3 ubiquitin ligase complex by binding of thalidomide to CRBN which is the protein part of this complex; (2) decreased gene expression in embryonic development; and (3) anti-angiogenic mechanisms. Individuals without malformations and with TE were compared in regards to the genetic constitution of the region encoding 104 amino acids which are in the region where thalidomide binds to CRBN. In this region, where CRBN is highly conserved, ten variants were identified: nine in intronic regions and one in the 3' untranslated region (3'UTR). The rare variants (less than 1%) were shown to be more present in patients with TE than in those unaffected. The analysis of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in several genes that are important for both embryonic development (FGF8, FGF10, BMP4, SHH, and TP53) and metabolization of thalidomide (CYP2C19 and TNF-alpha) did not differ between individuals with or without malformations. However, the analysis of a polymorphism in the promoter of the gene encoding the endothelial nitric oxide synthase (eNOS) – an enzyme that synthesizes nitric oxide and is an important molecule in angiogenesis – showed that the variants associated with decreased activity in this enzyme were present more often in individuals with TE than in those without birth defects (p = 0.03). The pharmacogenetics aspects of thalidomide used in treating erythema nodosum leprosum (ENL) – the main use of thalidomide in Brazil – have also been studied by analyzing polymorphisms in thalidomide metabolization genes and prednisone which is normally used with thalidomide for treating ENL. A preliminary assessment of polymorphisms in both metabolic pathways of these drugs (in the NR3C1, ABCB1, CYP2C19 and TNF-alpha genes) seems to indicate that there is no influence in the thalidomide and prednisone doses for the treatment of ENL. However, these results may be of limited use because they included very heterogeneous clinical situations in which different doses were required for each drug. Pharmacoepidemiological data presented in this study reinforce the need for continued vigilance of TE in Brazil and for special attention to be given to the dispensing of this drug, especially in areas where leprosy is endemic. Furthermore, our work suggests that angiogenesis-related genes may confer an increased susceptibility to ET and that the CRBN gene should be investigated in more detail in order to understand the role of rare variants in this condition and to generate new insights into teratogenic mechanisms so that safer thalidomide analogues can be developed.

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O período neonatal em cães possui uma alta taxa de mortalidade e as causas são atribuídas a vários fatores, entre estes a hipoxemia durante o parto e as malformações congênitas. O estudo objetivou avaliar dois fatores para a viabilidade neonatal sendo estes a hipoxemia e os defeitos congênitos. No primeiro estudo, determinou-se e compararou-se a viabilidade neonatal pelo escore de Apgar e reflexos neonatais, entre dois grupos, neonatos que foram submetidos ao clampeamento e neonatos submetidos ao não clampeamento do cordão umbilical. Houve diferença significante no escore Apgar e reflexos entre os grupos, demonstrando uma maior vitalidade neonatal do grupo não clampeado. O segundo estudo avaliou e determinou a incidência de defeitos congênitos encontrados em cães neonatos, relacionou as possíveis causas e determinou a taxa de mortalidade nos recém-nascidos acometidos. Do total de 74 ninhadas com 355 neonatos atendidos, 20 (27%) das ninhadas apresentaram malformações congênitas. As 20 ninhadas possuíam 98 neonatos, dos quais 29 (29,6%) estavam acometidos, e destes, 20 vieram a óbito. O defeito congênito mais comumente encontrado foi a fenda palatina (10/29) 34,5%, seguido pela hidrocefalia (6/29) 20,7%. A taxa de mortalidade total por defeitos congênitos foi de 5,6% (20/355), isto representa 68,9% (20/29) de mortalidade entre os neonatos acometidos. As malformações congênitas em cães possuem incidência significativa e um grande impacto na mortalidade de recém-nascidos. A neonatologia veterinária é uma área em ascensão, as pesquisas na área auxiliarão na intervenção clínica, em melhor qualidade dos tratamentos médicos, na prevenção e com isso maior sobrevida neonatal. As informações obtidas nos presentes estudos auxiliam no diagnóstico, prognóstico e na realização de medidas preventivas durante a gestação, o parto e o período neonatal, minimizando a taxa de mortalidade neonatal canina. / The Veterinary Medicine still has lower rates of neonatal survival when compared to Medicine. The neonatal period in dogs has a high mortality rate and the causes are attributed to several factors, including hypoxemia during birth and congenital malformations. The objective of the study was to evaluate two factors for neonatal viability: hypoxemia and congenital defects. In the first study, neonatal viability was determined and compared with the Apgar score and neonatal reflexes, between two groups, neonates who underwent clamping and neonates submitted to non-clamping of the umbilical cord. There was a significant difference in the Apgar score and reflexes between the groups, demonstrating a greater neonatal vitality of the non-clamped group. The second study evaluated and determined the incidence of congenital defects found in neonatal dogs, related the possible causes and determined the mortality rate in newborns affected. Of the total of 74 litters with 355 newborns attended, 20 (27%) of the litters presented congenital malformations. The 20 litters had 98 neonates, of which 29 (29.6%) were affected, and of these, 20 died. The most commonly found congenital defect was the cleft palate (10/29) 34.5%, followed by hydrocephalus (6/29) 20.7%. The total mortality rate due to congenital defects was 5.6% (20/355), this represents 68.9% (20/29) of mortality among the infants affected. Congenital malformations in dogs have a significant incidence and a great impact on the mortality of newborns. Veterinary neonatology is a growing area, research in the area will aid in clinical intervention, better quality of medical treatments, prevention and with this greater neonatal survival. The information obtained in the present studies helps in the diagnosis, prognosis and in the accomplishment of preventive measures during the gestation, the birth and the neonatal period, minimizing the rate of canine neonatal mortality.

A biotransformação de xenobióticos é feita em duas fases sendo que as principais enzimas de fase I são da superfamília do citocromo P-450 (CYPs) e as glutationas s-transferases (GSTs) estão entre as principais enzimas de fase II, agindo como enzimas inativadoras dos produtos da fase I. A capacidade de metabolização varia entre os indivíduos e está relacionada com uma maior ou menor suscetibilidade a doenças e malformações. Fissura lábio-palatina é um dos mais freqüentes defeitos congênitos e vários estudos relacionam essa malformação a causas multifatoriais. Entre as causas ambientais podemos citar fumo materno, álcool, exposição à drogas e falta de algumas vitaminas no período gestacional. Alguns polimorfismos genéticos parecem estar relacionados à presença de fissuras lábio-palatinas. Analisamos dois genes da família do citocromo P-450 (CYP1A1 e CYP2E1) e três genes da família das GSTs (GSTT1, GSTM1 e GSTP1) e procuramos interação com alguns hábitos maternos, tais como suplementação vitamínica, álcool e fumo durante o período gestacional, na etiologia das fissuras lábio-palatinas. Na análise univariada a comparação de genótipos do sistema CYP1A1, entre casos e controle mostrou associação positiva com fissuras lábio-palatinas (OR= 0,34; IC=0,17-0,65; p=0,005, entre crianças; OR= 0,36; IC= 0,18-0,71; p=0,001, entre mães). A freqüência genotípica do homozigoto CYP1A1*2C foi menor no grupo dos casos, tanto em mães como em crianças. O sistema CYP2E1 não apresentou relação com fissura lábiopalatina. Na análise de regressão múltipla, apenas a suplementação vitamínica mostrou influência na suscetibilidade deste defeito (p=0,000357). Quanto aos genes de fase II, os resultados mostram que a presença do gene GSTT1 (OR=2,0423; IC= 1,0884-3,822; p=0,0369) e o fator ambiental suplementação vitamínica (p=0,000469) apresentam associação positiva com fissuras lábiopalatinas. Os sistemas GSTM1 e GSTP1 não parecem estar envolvidos na etiologia das fissuras lábio-palatinas. Foram feitas análises de regressão múltipla entre os genes de fase I e II e fissura lábio-palatina e não encontramos associação positiva. / Biotransformation of xenobiotics occurs in two phases. The main phase I enzymes belong to the superfamily of cytochrome P-450 (CYPs) and the glutathione s-trasnferases (GSTs) are one of the main phase II enzymes, inactivating the phase I products. Metabolization capacity varies from one individual to another, and is related to a higher or lower susceptibility to diseases and malformation. Labiopalatine cleft is one of the most frequent congenital defects and according to several studies this malformation is due to multifactorial causes. Among the environmental causes, maternal smoking, alcohol, exposure to drugs and lack of some vitamins during pregnancy are mentioned. A few genetic polymorphisms appear to be related to the presence of labiopalatine clefts. We analyzed two genes of the cytochrome P-450 family (CYP1A1 and CYP2E1) and three genes of the GST family (GSTT1, GSTM1 and GSTP1), and we looked for interaction with a few maternal habits, such as vitamin supplementation, alcohol and smoking during pregnancy for the etiology of labiopalatine clefts. In univariate analysis, the case-control comparison of the CYP1A1 system genotypes showed a positive association with labiopalatine clefts (OR= 0.34; CI=0.17-0.65; p=0. 005 among children; OR= 0.36; CI= 0.18-0.71; p=0. 001 among mothers). The genotypic frequency of homozygote CYP1A1*2C was lower in the case group, both in mothers and in children. The CYP2E1 system did not present a relationship with labiopalatine cleft, In multiple regression analysis, only vitamin supplementation showed influence on the susceptibility of this defect (p=0.000357). As to phase II genes, the results show that the presence of gene GSTT1 (OR=2.0423; CI= 1.0884-3.822; p=0.0369) and the environmental factor of vitamin supplementation (p=0.000469) were positively associated with labiopalatine clefts. The GSTM1 and GSTP1 systems do not appear to be involved in the etiology of labiopalatine fissures. Multiple regression analysis was performed between the phase I and II genes and the labiopalatine cleft and no positive association was found.

doença metabólica hereditária bioquimicamente caracterizada pelo acúmulo de ornitina (Orn), homocitrulina (Hcit), amônia e ácido orótico (Oro) no sangue e outros tecidos dos pacientes afetados. Os sintomas neurológicos desse distúrbio são comuns, incluindo retardo mental, convulsões e ataxia, porém os mecanismos que levam ao dano cerebral são praticamente desconhecidos. O presente estudo teve o objetivo de avaliar o efeito dos metabólitos acumulados nesta doença sobre a homeostase energética e redox em cérebro de ratos, bem como sobre o desempenho de animais submetidos à hiperornitinemia em tarefas comportamentais. Inicialmente avaliamos o efeito in vitro da Orn, Hcit e Oro sobre parâmetros do metabolismo energético em cérebro de ratos jovens. Verificamos que a Orn e a Hcit inibem o ciclo dos ácidos tricarboxílicos, (inibição da produção de CO2 a partir de acetato e das enzimas aconitase e α-cetoglutarato desidrogenase), bem como a via glicolítica aeróbica (redução na síntese de CO2 a partir de glicose), além de comprometer o fluxo de elétrons pela cadeia respiratória (inibição do complexo I-III). A Hcit, mas não a Orn, também foi capaz de inibir a atividade da enzima creatina quinase, sendo que essa inibição foi prevenida por GSH, sugerindo um possível papel de espécies reativas oxidando grupamentos tióis, essenciais para a atividade desta enzima. Em contraste, a atividade das outras enzimas do ciclo dos ácidos tricarboxílicos e da cadeia respiratória, bem como a Na+,K+- ATPase não foram alteradas in vitro pela Orn e pela Hcit nas doses testadas (0,1 a 5 mM). Do mesmo modo, o Oro não interferiu em nenhum dos parâmetros testados. O próximo passo deste estudo foi avaliar o efeito in vivo da administração intracerebroventricular (ICV) de Orn e Hcit sobre parâmetros de estresse oxidativo e metabolismo energético em córtex cerebral de ratos jovens. A Orn e a Hcit aumentaram os níveis de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS) e a formação de grupamentos carbonilas, indicativos de peroxidação lipídica e dano oxidativo a proteínas, respectivamente. Além do mais, a N-acetilcisteína e a combinação de ácido ascórbico mais α-tocoferol atenuaram a oxidação lipídica e preveniram totalmente o dano oxidativo protéico provocado pela Orn e pela Hcit, sugerindo que espécies reativas estejam envolvidas nestes efeitos. A administração ICV de Hcit, mas não de Orn, também diminuiu os níveis de glutationa reduzida (GSH), bem como a atividade das enzimas catalase e glutationa peroxidase, indicando que a Hcit provoca uma redução nas defesas antioxidantes cerebrais. Quanto aos parâmetros de metabolismo energético avaliados após a administração ICV de Orn e Hcit, verificamos que a Orn e a Hcit inibem o funcionamento do ciclo dos ácidos tricarboxílicos (inibição da síntese de CO2 a partir de acetato), a via glicolítica (redução na produção de CO2 a partir de glicose) e a atividade do complexo I-III da cadeia respiratória. A Hcit in vivo também inibiu a atividade da aconitase, uma enzima muito susceptível ao ataque de radicais livres. Investigamos também os efeitos da administração ICV de Orn e Hcit na presença ou ausência de hiperamonemia, induzida pela administração intraperitoneal de urease, sobre parâmetros de estresse oxidativo em córtex cerebral de ratos jovens. A Orn aumentou os níveis de TBA-RS e a formação de carbonilas, sem alterar o conteúdo de grupamentos sulfidrilas e os níveis de GSH. Além disso, a combinação de hiperamonemia com Orn resultou em uma diminuição no conteúdo de sulfidrilas e GSH, indicando um efeito sinérgico da Orn com a amônia. Além disso, a Hcit causou um aumento nos valores de TBA-RS e da formação de carbonilas, bem como uma diminuição na concentração de GSH sem alterar o conteúdo de sulfidrilas. Em relação ao tratamento com urease, a indução de hiperamonemia pela urease foi capaz de aumentar os níveis de TBA-RS, indicando que hiperamonemia causa dano oxidativo a lipídeos. Finalmente, produzimos um modelo animal quimicamente induzido de hiperornitinemia através da administração subcutânea de Orn (2-5 μmol/g de peso corporal). Altas concentrações cerebrais de Orn foram alcançadas nesse modelo, indicando que a Orn é permeável a barreira hemato-encefálica. Investigamos, então, o efeito da administração crônica de Orn do 5° ao 28° dia pós-natal sobre o desenvolvimento físico, motor e sobre o desempenho dos ratos adultos nas tarefas de campo aberto e no labirinto aquático de Morris. A administração crônica de Orn não afetou o aparecimento de pelos, a abertura dos olhos, a erupção dos incisivos e o reflexo de queda livre, sugerindo que o desenvolvimento físico e neuromotor não foram comprometidos pela administração crônica de Orn. Similarmente, o desempenho dos ratos no labirinto aquático de Morris na idade adulta não foi alterado pelo tratamento crônico dos mesmos com Orn, indicando que a memória espacial não foi afetada. Entretanto, os animais tratados com Orn não apresentaram habituação ao campo aberto, sugerindo um déficit de aprendizado/memória nesta tarefa. A atividade motora, avaliada pelo número de cruzamentos na tarefa do campo aberto, e pela velocidade de natação no labirinto aquático de Morris foram similares para os animais injetados com Orn e salina, indicando que os animais com hiperornitinemia não apresentaram déficit na atividade locomotora que pudesse atrapalhar seu desempenho nos testes de comportamento. De maneira similar, o número de bolos fecais, o número de grooming e o tempo gasto na área central na tarefa de campo aberto foram iguais em ambos os grupos, indicando que não houve alteração na ansiedade dos animais com o tratamento com Orn. A presente investigação demonstrou pela primeira vez que a Orn e especialmente a Hcit comprometem a homeostase energética e redox celular e que hiperornitinemia crônica durante o período pós-natal prejudica o desempenho de animais adultos na tarefa de campo aberto. É provável, portanto, que as concentrações cerebrais aumentadas de Orn tenham provocado um dano cerebral, possivelmente através do comprometimento do metabolismo energético e da indução de dano oxidativo, alterando vias do metabolismo necessárias para um aprendizado/memória normais. Concluindo, postulamos que alterações na bioenergética e no estado redox cerebral induzido pelos metabólitos acumulados na síndrome HHH, como demonstrado in vitro e in vivo na presente investigação, possam representar mecanismos patogênicos, contribuindo, ao menos em parte, para os sintomas neurológicos dos pacientes afetados por este transtorno. / Tissue accumulation of ornithine (Orn), homocitrulline (Hcit), ammonia and orotic acid (Oro) is the biochemical hallmark of patients affected by hyperornithinemia–hyperammonemia– homocitrullinuria (HHH) syndrome, a disorder clinically characterized by neurological symptoms, whose pathophysiology is practically unknown. The aim of this study was to evaluate the effect of the accumulating metabolite in the HHH syndrome on energetic and redox homeostasis in brain of rats, as well as the rat performance in behavioural tasks when submitted to hiperornithinemia. We first investigated the in vitro effect of Orn, Hcit and Oro on parameters of energy metabolism in brain of young rats. We verified that Orn and Hcit inhibited the citric acid cycle (inhibition of CO2 synthesis from acetate, as well as aconitase and α- ketoglutarate dehydrogenase activities), the aerobic glycolytic pathway (reduced CO2 production from glucose) and moderately the electron transfer flow (inhibitory effect on complex I–III). Hcit, but not Orn, was also able to inhibit the mitochondrial creatine kinase activity. Furthermore, this inhibition was prevented by glutathione, suggesting a possible role of reactive species oxidizing critical thiol groups of the enzyme. In contrast, the other enzyme activities of the citric acid cycle and of the electron transfer chain, as well as synaptic Na+,K+-ATPase were not altered by either Orn or Hcit at concentrations as high as 5.0 mM. Similarly, Oro did not interfere with any of the tested parameters. The next step of this study was to investigate the in vivo effects of intracerebroventricular (ICV) administration of Orn and Hcit on parameters of oxidative stress and energy metabolism in cerebral cortex from young rats. Orn and Hcit increased thiobarbituric acid-reactive substances values and carbonyl formation, indicators of lipid and protein oxidative damage, respectively. Furthermore, N-acetylcysteine and the combination of ascorbic acid plus α- tocopherol attenuated the lipid oxidation and totally prevented the protein oxidative damage provoked by Orn and Hcit, suggesting that reactive species were involved in these effects. The ICV Hcit administration, but not Orn administration, also decreased reduced glutathione (GSH) concentrations, as well as the activity of catalase and glutathione peroxidase, indicating that Hcit provokes a reduction of brain antioxidant defenses. As regards to the parameters of energy metabolism, we verified that Orn and Hcit inhibited the citric acid cycle function (inhibition of CO2 synthesis from acetate), the aerobic glycolytic pathway (reduced CO2 production from glucose) and complex I–III activity of the respiratory chain. Hcit also inhibited the activity of aconitase, an enzyme very susceptible to free radical attack. We also investigated the in vivo effects of ICV administration of Orn and Hcit in the presence or absence of hyperammonemia induced by intraperitoneal urease treatment on important parameters of oxidative stress in cerebral cortex from young. Orn increased thiobarbituric acid-reactive substances levels and carbonyl formation, without altering sulfhydryl content and GSH levels. We also observed that the combination of hyperammonemia with Orn resulted in a decrease of sulfhydryl levels and GSH concentrations, highlighting a synergistic effect of ornithine and ammonia. Furthermore, homocitrulline caused increases of thiobarbituric acid-reactive substances values and carbonyl formation, as well as a decrease of GSH concentrations without altering sulfhydryl content. We also observed that urease treatment per se was able to enhance thiobarbituric acid-reactive substances levels indicating that hiperamonemia induce lipid peroxidation. Finally, we produced a chemical animal model of hiperornithinemia induced by a subcutaneous injection of saline-buffered Orn (2-5 μmol/g body weight) to rats. High brain Orn concentrations were achieved, indicating that Orn is permeable to the blood brain barrier. We then investigated the effect of early chronic postnatal administration of Orn (from the 5th to the 28th day of life) on physical and motor development and on the performance of adult rats in the open field and in the Morris water maze tasks. Chronic postnatal Orn treatment had no effect on the appearance of coat, eye opening or upper incisor eruption, nor on the free-fall righting task, suggesting that physical and motor development were not changed by Orn. However, Orn-treated rats did not habituate to the open field apparatus, implying a deficit of learning/memory. Motor activity was the same for Orn- and saline- injected animals. Motor activity, evaluated by the number of crossings in the open field and by the swimming speed in the Morris water maze, was the same for Orn- and saline- injected animals, indicating no deficit of locomotor activity in rats injected with Orn. Similarly, the number of fecal boli and grooming and the time spent in the central area in the open field task were the same in both groups, implying no alteration of emotionality. The current investigation shows for the first time that Orn and especially Hcit compromise energetic and redox homeostasis and that chronic hyperornithinemia during postnatal period impairs the adult rat performance in the open field task, where the animals did not habituate to the apparatus. It is possible, however, that high sustained cerebral Orn level could provoke a brain damage, possibly through induction of oxidative stress and/or compromising energy metabolism, altering some metabolic pathways essential for normal learning/memory. In conclusion, we postulate that alterations in the cerebral bioenergetic and redox state induced by metabolites accumulated in HHH syndrome, as demonstrated in vitro and in vivo in the present study, may represent pathogenic mechanisms contributing, at least in part, to the neurological symptoms of patients affected by this disorder.

A biotransformação de xenobióticos é feita em duas fases sendo que as principais enzimas de fase I são da superfamília do citocromo P-450 (CYPs) e as glutationas s-transferases (GSTs) estão entre as principais enzimas de fase II, agindo como enzimas inativadoras dos produtos da fase I. A capacidade de metabolização varia entre os indivíduos e está relacionada com uma maior ou menor suscetibilidade a doenças e malformações. Fissura lábio-palatina é um dos mais freqüentes defeitos congênitos e vários estudos relacionam essa malformação a causas multifatoriais. Entre as causas ambientais podemos citar fumo materno, álcool, exposição à drogas e falta de algumas vitaminas no período gestacional. Alguns polimorfismos genéticos parecem estar relacionados à presença de fissuras lábio-palatinas. Analisamos dois genes da família do citocromo P-450 (CYP1A1 e CYP2E1) e três genes da família das GSTs (GSTT1, GSTM1 e GSTP1) e procuramos interação com alguns hábitos maternos, tais como suplementação vitamínica, álcool e fumo durante o período gestacional, na etiologia das fissuras lábio-palatinas. Na análise univariada a comparação de genótipos do sistema CYP1A1, entre casos e controle mostrou associação positiva com fissuras lábio-palatinas (OR= 0,34; IC=0,17-0,65; p=0,005, entre crianças; OR= 0,36; IC= 0,18-0,71; p=0,001, entre mães). A freqüência genotípica do homozigoto CYP1A1*2C foi menor no grupo dos casos, tanto em mães como em crianças. O sistema CYP2E1 não apresentou relação com fissura lábiopalatina. Na análise de regressão múltipla, apenas a suplementação vitamínica mostrou influência na suscetibilidade deste defeito (p=0,000357). Quanto aos genes de fase II, os resultados mostram que a presença do gene GSTT1 (OR=2,0423; IC= 1,0884-3,822; p=0,0369) e o fator ambiental suplementação vitamínica (p=0,000469) apresentam associação positiva com fissuras lábiopalatinas. Os sistemas GSTM1 e GSTP1 não parecem estar envolvidos na etiologia das fissuras lábio-palatinas. Foram feitas análises de regressão múltipla entre os genes de fase I e II e fissura lábio-palatina e não encontramos associação positiva. / Biotransformation of xenobiotics occurs in two phases. The main phase I enzymes belong to the superfamily of cytochrome P-450 (CYPs) and the glutathione s-trasnferases (GSTs) are one of the main phase II enzymes, inactivating the phase I products. Metabolization capacity varies from one individual to another, and is related to a higher or lower susceptibility to diseases and malformation. Labiopalatine cleft is one of the most frequent congenital defects and according to several studies this malformation is due to multifactorial causes. Among the environmental causes, maternal smoking, alcohol, exposure to drugs and lack of some vitamins during pregnancy are mentioned. A few genetic polymorphisms appear to be related to the presence of labiopalatine clefts. We analyzed two genes of the cytochrome P-450 family (CYP1A1 and CYP2E1) and three genes of the GST family (GSTT1, GSTM1 and GSTP1), and we looked for interaction with a few maternal habits, such as vitamin supplementation, alcohol and smoking during pregnancy for the etiology of labiopalatine clefts. In univariate analysis, the case-control comparison of the CYP1A1 system genotypes showed a positive association with labiopalatine clefts (OR= 0.34; CI=0.17-0.65; p=0. 005 among children; OR= 0.36; CI= 0.18-0.71; p=0. 001 among mothers). The genotypic frequency of homozygote CYP1A1*2C was lower in the case group, both in mothers and in children. The CYP2E1 system did not present a relationship with labiopalatine cleft, In multiple regression analysis, only vitamin supplementation showed influence on the susceptibility of this defect (p=0.000357). As to phase II genes, the results show that the presence of gene GSTT1 (OR=2.0423; CI= 1.0884-3.822; p=0.0369) and the environmental factor of vitamin supplementation (p=0.000469) were positively associated with labiopalatine clefts. The GSTM1 and GSTP1 systems do not appear to be involved in the etiology of labiopalatine fissures. Multiple regression analysis was performed between the phase I and II genes and the labiopalatine cleft and no positive association was found.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, 2014. / Submitted by Cristiane Mendes (mcristianem@gmail.com) on 2015-07-01T17:47:03Z No. of bitstreams: 1 2014_HumbertoGabrielRodrigues.pdf: 1013592 bytes, checksum: 588c28fdf3e65e72feecc5430b6dea97 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-07-02T12:35:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_HumbertoGabrielRodrigues.pdf: 1013592 bytes, checksum: 588c28fdf3e65e72feecc5430b6dea97 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-02T12:35:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_HumbertoGabrielRodrigues.pdf: 1013592 bytes, checksum: 588c28fdf3e65e72feecc5430b6dea97 (MD5) / O ácido fólico é um micronutriente imprescindível ao metabolismo normal do organismo, e sua deficiência pode acarretar prejuízos irreversíveis à saúde das gestantes e, principalmente, de seus filhos como os Defeitos do Tubo Neural (DTNs). Em junho de 2004, no Brasil, o Ministério da Saúde determinou a fortificação obrigatória das farinhas de trigo e milho com ácido fólico, para prevenir a ocorrência desses defeitos congênitos. Dessa forma, para testar a hipótese de que a fortificação obrigatória de farinhas com ácido fólico contribuíram para evitar a ocorrência de defeitos no tubo neural, este trabalho apresenta dois importantes objetivos. O primeiro é o de estimar a prevalência desses defeitos, no Brasil, antes e depois da política de fortificação obrigatória, mediante o estudo transversal retrospectivo populacional baseado em dados secundários dos Sistemas de Informações sobre Mortalidade e de Nascidos Vivos, em oito estados brasileiros com alta cobertura de notificação nos períodos pré (2001-2004) e pós-fortificação (2005-2010). O segundo objetivo tem a finalidade de determinar o padrão de consumo de folato por gestantes no Vale do Jequitinhonha, Minas Gerais, Brasil, uma das regiões mais pobres do país e, dessa forma, também verificar a efetividade da política de fortificação obrigatória das farinhas de trigo e milho com ácido fólico. Para a pesquisa nacional de DTNs, foram analisados 12.556.701 registros de nascidos vivos e 142.915 registros de óbitos fetais identificados pelos códigos Q00 (anencefalia), Q01 (encefalocele) e Q05 (espinha bífida) da Classificação Internacional de Doenças, 10ª versão (CID-10). Para a pesquisa regional de dados primários sobre o consumo de ácido fólico entre gestantes, foi realizada uma pesquisa descritiva do tipo transversal, com 492 gestantes atendidas em Unidades Básicas de Saúde do Sistema Único de Saúde (SUS), em 15 municípios do Vale do Jequitinhonha, no ano de 2013, por meio de um questionário padronizado, que incluía dados sócio-econômicos e inquérito de frequência alimentar. Os resultados de ambas as pesquisas foram analisados e comparados estatisticamente, com base em razões de prevalência, com intervalo de confiança de 95%, e mostraram efetividade da política de fortificação obrigatória. A análise nacional de DTNS mostrou que a prevalência média foi de 0,79:1000 nascimentos para o período 2001-2004, e 0,54: 1000 nascimentos no período 2005-2010 (razão de prevalência 1,47, IC95%[1,41-1,53]), mostrando um declínio de 31,6% no número de casos de DTNs após a fortificação obrigatória. As reduções atingiram 34.1% nos casos de anencefalia e 31,0% nos casos de espinha bífida. A análise regional do consumo alimentar realizada no Vale do Jequitinhonha mostrou que a prevalência de consumo insuficiente de folato foi de 94,7%, desconsiderando a inclusão de alimentos fortificados; de 49,2% considerando a dieta com alimentos fortificado (redução de 45,5%) e de 17,1% considerando folato alimentar, alimentos enriquecidos, e suplementação com ácido fólico. Dessa forma, tanto os resultados de prevalência de DTNs como os de consumo alimentar indicam a efetividade da política de fortificação obrigatória de farinhas de trigo e milho com ácido fólico. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Folic acid is a micronutrient that is essential for the normal metabolism of the organism and its deficiency can result in often irreversible health effects to pregnant women and especially for of their children, such as Neural Tube Defects (NTDs). In June 2004, in Brazil, the Ministry of Health established the mandatory fortification of flour with folic acid to prevent these birth defects. Thus, to test the hypothesis that mandatory fortification of flour with folic acid helped to prevent the occurrence of neural tube defects, this work presents two important objectives. The first is to estimate the prevalence of these defects in Brazil before and after mandatory fortification through a population-based retrospective cross-sectional study based on secondary data from the Mortality Information System and Live Births in eight states with high coverage notification in periods before (2001-2004) and after fortification (2005-2010). The second objective is to determine the pattern of consumption of folate by pregnant women in Vale do Jequitinhonha, Minas Gerais state, Brazil, one of the poorest regions of the country and thus also to verity the effectiveness of the mandatory fortification of wheat and corn flour with folic acid policy. For the national survey of NTDs a total of 12,556,701 records of live births and fetal deaths of 142,915 records identified by Q00 (anencephaly), Q01 (encephalocele) and Q05 (spina bifida) International Classification of Diseases codes, 10th version were analyzed. For the regional survey of primary data on the consumption of folic acid among pregnant womem a descriptive cross-sectional study was held with 492 pregnant women assisted in Basic Health Units run by Public Health Service (Sistema Único de Saúde, SUS) in 15 municipalities of Vale do Jequitinhonha in 2013 through a standardized questionnaire, which included socioeconomic indicators and a food frequency questionnaire. The results of both surveys were analyzed and compared statistically based on prevalence ratios with confidence intervals of 95% and showed effectiveness of the policy of mandatory fortification. National NTDs analysis showed that the average incidence was 0.79: 1000 births for the period of 2001-2004 and 0.54: 1000 births in 2005-2010 (prevalence ratio 1.47, CI 95%[1.41- 1.53]), showing a 36.1% decline in the number of cases of NTDs after mandatory fortification. Reductions achieved 34.1% for anencephaly and 31.0% for spina bifida by 31.0%. The regional analysis of food consumption carried out in Vale do Jequitinhonha showed that the prevalence of inadequate folate intake in the diet was 94.7%, excluding the contribution of fortified foods; 49.2% for the diet with fortified foods, (reduction of 45.5%) and 17.1% based on food folate, fortified foods, and folic acid supplementation. Thus the results of prevalence of NTDs, as well as of food consumption, indicate the effectiveness of the mandatory fortification of wheat and corn flour with folic acid policy.

Orientador: Maria Lúcia Gomes Lourenço / Resumo: A Medicina Veterinária ainda apresenta menores índices de sobrevida neonatal quando comparada à Medicina. O período neonatal em cães possui uma alta taxa de mortalidade e as causas são atribuídas a vários fatores, entre estes a hipoxemia durante o parto e as malformações congênitas. O estudo objetivou avaliar dois fatores para a viabilidade neonatal sendo estes a hipoxemia e os defeitos congênitos. No primeiro estudo, determinou-se e compararou-se a viabilidade neonatal pelo escore de Apgar e reflexos neonatais, entre dois grupos, neonatos que foram submetidos ao clampeamento e neonatos submetidos ao não clampeamento do cordão umbilical. Houve diferença significante no escore Apgar e reflexos entre os grupos, demonstrando uma maior vitalidade neonatal do grupo não clampeado. O segundo estudo avaliou e determinou a incidência de defeitos congênitos encontrados em cães neonatos, relacionou as possíveis causas e determinou a taxa de mortalidade nos recém-nascidos acometidos. Do total de 74 ninhadas com 355 neonatos atendidos, 20 (27%) das ninhadas apresentaram malformações congênitas. As 20 ninhadas possuíam 98 neonatos, dos quais 29 (29,6%) estavam acometidos, e destes, 20 vieram a óbito. O defeito congênito mais comumente encontrado foi a fenda palatina (10/29) 34,5%, seguido pela hidrocefalia (6/29) 20,7%. A taxa de mortalidade total por defeitos congênitos foi de 5,6% (20/355), isto representa 68,9% (20/29) de mortalidade entre os neonatos acometidos. As malformações congêni... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The Veterinary Medicine still has lower rates of neonatal survival when compared to Medicine. The neonatal period in dogs has a high mortality rate and the causes are attributed to several factors, including hypoxemia during birth and congenital malformations. The objective of the study was to evaluate two factors for neonatal viability: hypoxemia and congenital defects. In the first study, neonatal viability was determined and compared with the Apgar score and neonatal reflexes, between two groups, neonates who underwent clamping and neonates submitted to non-clamping of the umbilical cord. There was a significant difference in the Apgar score and reflexes between the groups, demonstrating a greater neonatal vitality of the non-clamped group. The second study evaluated and determined the incidence of congenital defects found in neonatal dogs, related the possible causes and determined the mortality rate in newborns affected. Of the total of 74 litters with 355 newborns attended, 20 (27%) of the litters presented congenital malformations. The 20 litters had 98 neonates, of which 29 (29.6%) were affected, and of these, 20 died. The most commonly found congenital defect was the cleft palate (10/29) 34.5%, followed by hydrocephalus (6/29) 20.7%. The total mortality rate due to congenital defects was 5.6% (20/355), this represents 68.9% (20/29) of mortality among the infants affected. Congenital malformations in dogs have a significant incidence and a great impact on the mortalit... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

doença metabólica hereditária bioquimicamente caracterizada pelo acúmulo de ornitina (Orn), homocitrulina (Hcit), amônia e ácido orótico (Oro) no sangue e outros tecidos dos pacientes afetados. Os sintomas neurológicos desse distúrbio são comuns, incluindo retardo mental, convulsões e ataxia, porém os mecanismos que levam ao dano cerebral são praticamente desconhecidos. O presente estudo teve o objetivo de avaliar o efeito dos metabólitos acumulados nesta doença sobre a homeostase energética e redox em cérebro de ratos, bem como sobre o desempenho de animais submetidos à hiperornitinemia em tarefas comportamentais. Inicialmente avaliamos o efeito in vitro da Orn, Hcit e Oro sobre parâmetros do metabolismo energético em cérebro de ratos jovens. Verificamos que a Orn e a Hcit inibem o ciclo dos ácidos tricarboxílicos, (inibição da produção de CO2 a partir de acetato e das enzimas aconitase e α-cetoglutarato desidrogenase), bem como a via glicolítica aeróbica (redução na síntese de CO2 a partir de glicose), além de comprometer o fluxo de elétrons pela cadeia respiratória (inibição do complexo I-III). A Hcit, mas não a Orn, também foi capaz de inibir a atividade da enzima creatina quinase, sendo que essa inibição foi prevenida por GSH, sugerindo um possível papel de espécies reativas oxidando grupamentos tióis, essenciais para a atividade desta enzima. Em contraste, a atividade das outras enzimas do ciclo dos ácidos tricarboxílicos e da cadeia respiratória, bem como a Na+,K+- ATPase não foram alteradas in vitro pela Orn e pela Hcit nas doses testadas (0,1 a 5 mM). Do mesmo modo, o Oro não interferiu em nenhum dos parâmetros testados. O próximo passo deste estudo foi avaliar o efeito in vivo da administração intracerebroventricular (ICV) de Orn e Hcit sobre parâmetros de estresse oxidativo e metabolismo energético em córtex cerebral de ratos jovens. A Orn e a Hcit aumentaram os níveis de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS) e a formação de grupamentos carbonilas, indicativos de peroxidação lipídica e dano oxidativo a proteínas, respectivamente. Além do mais, a N-acetilcisteína e a combinação de ácido ascórbico mais α-tocoferol atenuaram a oxidação lipídica e preveniram totalmente o dano oxidativo protéico provocado pela Orn e pela Hcit, sugerindo que espécies reativas estejam envolvidas nestes efeitos. A administração ICV de Hcit, mas não de Orn, também diminuiu os níveis de glutationa reduzida (GSH), bem como a atividade das enzimas catalase e glutationa peroxidase, indicando que a Hcit provoca uma redução nas defesas antioxidantes cerebrais. Quanto aos parâmetros de metabolismo energético avaliados após a administração ICV de Orn e Hcit, verificamos que a Orn e a Hcit inibem o funcionamento do ciclo dos ácidos tricarboxílicos (inibição da síntese de CO2 a partir de acetato), a via glicolítica (redução na produção de CO2 a partir de glicose) e a atividade do complexo I-III da cadeia respiratória. A Hcit in vivo também inibiu a atividade da aconitase, uma enzima muito susceptível ao ataque de radicais livres. Investigamos também os efeitos da administração ICV de Orn e Hcit na presença ou ausência de hiperamonemia, induzida pela administração intraperitoneal de urease, sobre parâmetros de estresse oxidativo em córtex cerebral de ratos jovens. A Orn aumentou os níveis de TBA-RS e a formação de carbonilas, sem alterar o conteúdo de grupamentos sulfidrilas e os níveis de GSH. Além disso, a combinação de hiperamonemia com Orn resultou em uma diminuição no conteúdo de sulfidrilas e GSH, indicando um efeito sinérgico da Orn com a amônia. Além disso, a Hcit causou um aumento nos valores de TBA-RS e da formação de carbonilas, bem como uma diminuição na concentração de GSH sem alterar o conteúdo de sulfidrilas. Em relação ao tratamento com urease, a indução de hiperamonemia pela urease foi capaz de aumentar os níveis de TBA-RS, indicando que hiperamonemia causa dano oxidativo a lipídeos. Finalmente, produzimos um modelo animal quimicamente induzido de hiperornitinemia através da administração subcutânea de Orn (2-5 μmol/g de peso corporal). Altas concentrações cerebrais de Orn foram alcançadas nesse modelo, indicando que a Orn é permeável a barreira hemato-encefálica. Investigamos, então, o efeito da administração crônica de Orn do 5° ao 28° dia pós-natal sobre o desenvolvimento físico, motor e sobre o desempenho dos ratos adultos nas tarefas de campo aberto e no labirinto aquático de Morris. A administração crônica de Orn não afetou o aparecimento de pelos, a abertura dos olhos, a erupção dos incisivos e o reflexo de queda livre, sugerindo que o desenvolvimento físico e neuromotor não foram comprometidos pela administração crônica de Orn. Similarmente, o desempenho dos ratos no labirinto aquático de Morris na idade adulta não foi alterado pelo tratamento crônico dos mesmos com Orn, indicando que a memória espacial não foi afetada. Entretanto, os animais tratados com Orn não apresentaram habituação ao campo aberto, sugerindo um déficit de aprendizado/memória nesta tarefa. A atividade motora, avaliada pelo número de cruzamentos na tarefa do campo aberto, e pela velocidade de natação no labirinto aquático de Morris foram similares para os animais injetados com Orn e salina, indicando que os animais com hiperornitinemia não apresentaram déficit na atividade locomotora que pudesse atrapalhar seu desempenho nos testes de comportamento. De maneira similar, o número de bolos fecais, o número de grooming e o tempo gasto na área central na tarefa de campo aberto foram iguais em ambos os grupos, indicando que não houve alteração na ansiedade dos animais com o tratamento com Orn. A presente investigação demonstrou pela primeira vez que a Orn e especialmente a Hcit comprometem a homeostase energética e redox celular e que hiperornitinemia crônica durante o período pós-natal prejudica o desempenho de animais adultos na tarefa de campo aberto. É provável, portanto, que as concentrações cerebrais aumentadas de Orn tenham provocado um dano cerebral, possivelmente através do comprometimento do metabolismo energético e da indução de dano oxidativo, alterando vias do metabolismo necessárias para um aprendizado/memória normais. Concluindo, postulamos que alterações na bioenergética e no estado redox cerebral induzido pelos metabólitos acumulados na síndrome HHH, como demonstrado in vitro e in vivo na presente investigação, possam representar mecanismos patogênicos, contribuindo, ao menos em parte, para os sintomas neurológicos dos pacientes afetados por este transtorno. / Tissue accumulation of ornithine (Orn), homocitrulline (Hcit), ammonia and orotic acid (Oro) is the biochemical hallmark of patients affected by hyperornithinemia–hyperammonemia– homocitrullinuria (HHH) syndrome, a disorder clinically characterized by neurological symptoms, whose pathophysiology is practically unknown. The aim of this study was to evaluate the effect of the accumulating metabolite in the HHH syndrome on energetic and redox homeostasis in brain of rats, as well as the rat performance in behavioural tasks when submitted to hiperornithinemia. We first investigated the in vitro effect of Orn, Hcit and Oro on parameters of energy metabolism in brain of young rats. We verified that Orn and Hcit inhibited the citric acid cycle (inhibition of CO2 synthesis from acetate, as well as aconitase and α- ketoglutarate dehydrogenase activities), the aerobic glycolytic pathway (reduced CO2 production from glucose) and moderately the electron transfer flow (inhibitory effect on complex I–III). Hcit, but not Orn, was also able to inhibit the mitochondrial creatine kinase activity. Furthermore, this inhibition was prevented by glutathione, suggesting a possible role of reactive species oxidizing critical thiol groups of the enzyme. In contrast, the other enzyme activities of the citric acid cycle and of the electron transfer chain, as well as synaptic Na+,K+-ATPase were not altered by either Orn or Hcit at concentrations as high as 5.0 mM. Similarly, Oro did not interfere with any of the tested parameters. The next step of this study was to investigate the in vivo effects of intracerebroventricular (ICV) administration of Orn and Hcit on parameters of oxidative stress and energy metabolism in cerebral cortex from young rats. Orn and Hcit increased thiobarbituric acid-reactive substances values and carbonyl formation, indicators of lipid and protein oxidative damage, respectively. Furthermore, N-acetylcysteine and the combination of ascorbic acid plus α- tocopherol attenuated the lipid oxidation and totally prevented the protein oxidative damage provoked by Orn and Hcit, suggesting that reactive species were involved in these effects. The ICV Hcit administration, but not Orn administration, also decreased reduced glutathione (GSH) concentrations, as well as the activity of catalase and glutathione peroxidase, indicating that Hcit provokes a reduction of brain antioxidant defenses. As regards to the parameters of energy metabolism, we verified that Orn and Hcit inhibited the citric acid cycle function (inhibition of CO2 synthesis from acetate), the aerobic glycolytic pathway (reduced CO2 production from glucose) and complex I–III activity of the respiratory chain. Hcit also inhibited the activity of aconitase, an enzyme very susceptible to free radical attack. We also investigated the in vivo effects of ICV administration of Orn and Hcit in the presence or absence of hyperammonemia induced by intraperitoneal urease treatment on important parameters of oxidative stress in cerebral cortex from young. Orn increased thiobarbituric acid-reactive substances levels and carbonyl formation, without altering sulfhydryl content and GSH levels. We also observed that the combination of hyperammonemia with Orn resulted in a decrease of sulfhydryl levels and GSH concentrations, highlighting a synergistic effect of ornithine and ammonia. Furthermore, homocitrulline caused increases of thiobarbituric acid-reactive substances values and carbonyl formation, as well as a decrease of GSH concentrations without altering sulfhydryl content. We also observed that urease treatment per se was able to enhance thiobarbituric acid-reactive substances levels indicating that hiperamonemia induce lipid peroxidation. Finally, we produced a chemical animal model of hiperornithinemia induced by a subcutaneous injection of saline-buffered Orn (2-5 μmol/g body weight) to rats. High brain Orn concentrations were achieved, indicating that Orn is permeable to the blood brain barrier. We then investigated the effect of early chronic postnatal administration of Orn (from the 5th to the 28th day of life) on physical and motor development and on the performance of adult rats in the open field and in the Morris water maze tasks. Chronic postnatal Orn treatment had no effect on the appearance of coat, eye opening or upper incisor eruption, nor on the free-fall righting task, suggesting that physical and motor development were not changed by Orn. However, Orn-treated rats did not habituate to the open field apparatus, implying a deficit of learning/memory. Motor activity was the same for Orn- and saline- injected animals. Motor activity, evaluated by the number of crossings in the open field and by the swimming speed in the Morris water maze, was the same for Orn- and saline- injected animals, indicating no deficit of locomotor activity in rats injected with Orn. Similarly, the number of fecal boli and grooming and the time spent in the central area in the open field task were the same in both groups, implying no alteration of emotionality. The current investigation shows for the first time that Orn and especially Hcit compromise energetic and redox homeostasis and that chronic hyperornithinemia during postnatal period impairs the adult rat performance in the open field task, where the animals did not habituate to the apparatus. It is possible, however, that high sustained cerebral Orn level could provoke a brain damage, possibly through induction of oxidative stress and/or compromising energy metabolism, altering some metabolic pathways essential for normal learning/memory. In conclusion, we postulate that alterations in the cerebral bioenergetic and redox state induced by metabolites accumulated in HHH syndrome, as demonstrated in vitro and in vivo in the present study, may represent pathogenic mechanisms contributing, at least in part, to the neurological symptoms of patients affected by this disorder.

A biotransformação de xenobióticos é feita em duas fases sendo que as principais enzimas de fase I são da superfamília do citocromo P-450 (CYPs) e as glutationas s-transferases (GSTs) estão entre as principais enzimas de fase II, agindo como enzimas inativadoras dos produtos da fase I. A capacidade de metabolização varia entre os indivíduos e está relacionada com uma maior ou menor suscetibilidade a doenças e malformações. Fissura lábio-palatina é um dos mais freqüentes defeitos congênitos e vários estudos relacionam essa malformação a causas multifatoriais. Entre as causas ambientais podemos citar fumo materno, álcool, exposição à drogas e falta de algumas vitaminas no período gestacional. Alguns polimorfismos genéticos parecem estar relacionados à presença de fissuras lábio-palatinas. Analisamos dois genes da família do citocromo P-450 (CYP1A1 e CYP2E1) e três genes da família das GSTs (GSTT1, GSTM1 e GSTP1) e procuramos interação com alguns hábitos maternos, tais como suplementação vitamínica, álcool e fumo durante o período gestacional, na etiologia das fissuras lábio-palatinas. Na análise univariada a comparação de genótipos do sistema CYP1A1, entre casos e controle mostrou associação positiva com fissuras lábio-palatinas (OR= 0,34; IC=0,17-0,65; p=0,005, entre crianças; OR= 0,36; IC= 0,18-0,71; p=0,001, entre mães). A freqüência genotípica do homozigoto CYP1A1*2C foi menor no grupo dos casos, tanto em mães como em crianças. O sistema CYP2E1 não apresentou relação com fissura lábiopalatina. Na análise de regressão múltipla, apenas a suplementação vitamínica mostrou influência na suscetibilidade deste defeito (p=0,000357). Quanto aos genes de fase II, os resultados mostram que a presença do gene GSTT1 (OR=2,0423; IC= 1,0884-3,822; p=0,0369) e o fator ambiental suplementação vitamínica (p=0,000469) apresentam associação positiva com fissuras lábiopalatinas. Os sistemas GSTM1 e GSTP1 não parecem estar envolvidos na etiologia das fissuras lábio-palatinas. Foram feitas análises de regressão múltipla entre os genes de fase I e II e fissura lábio-palatina e não encontramos associação positiva. / Biotransformation of xenobiotics occurs in two phases. The main phase I enzymes belong to the superfamily of cytochrome P-450 (CYPs) and the glutathione s-trasnferases (GSTs) are one of the main phase II enzymes, inactivating the phase I products. Metabolization capacity varies from one individual to another, and is related to a higher or lower susceptibility to diseases and malformation. Labiopalatine cleft is one of the most frequent congenital defects and according to several studies this malformation is due to multifactorial causes. Among the environmental causes, maternal smoking, alcohol, exposure to drugs and lack of some vitamins during pregnancy are mentioned. A few genetic polymorphisms appear to be related to the presence of labiopalatine clefts. We analyzed two genes of the cytochrome P-450 family (CYP1A1 and CYP2E1) and three genes of the GST family (GSTT1, GSTM1 and GSTP1), and we looked for interaction with a few maternal habits, such as vitamin supplementation, alcohol and smoking during pregnancy for the etiology of labiopalatine clefts. In univariate analysis, the case-control comparison of the CYP1A1 system genotypes showed a positive association with labiopalatine clefts (OR= 0.34; CI=0.17-0.65; p=0. 005 among children; OR= 0.36; CI= 0.18-0.71; p=0. 001 among mothers). The genotypic frequency of homozygote CYP1A1*2C was lower in the case group, both in mothers and in children. The CYP2E1 system did not present a relationship with labiopalatine cleft, In multiple regression analysis, only vitamin supplementation showed influence on the susceptibility of this defect (p=0.000357). As to phase II genes, the results show that the presence of gene GSTT1 (OR=2.0423; CI= 1.0884-3.822; p=0.0369) and the environmental factor of vitamin supplementation (p=0.000469) were positively associated with labiopalatine clefts. The GSTM1 and GSTP1 systems do not appear to be involved in the etiology of labiopalatine fissures. Multiple regression analysis was performed between the phase I and II genes and the labiopalatine cleft and no positive association was found.

doença metabólica hereditária bioquimicamente caracterizada pelo acúmulo de ornitina (Orn), homocitrulina (Hcit), amônia e ácido orótico (Oro) no sangue e outros tecidos dos pacientes afetados. Os sintomas neurológicos desse distúrbio são comuns, incluindo retardo mental, convulsões e ataxia, porém os mecanismos que levam ao dano cerebral são praticamente desconhecidos. O presente estudo teve o objetivo de avaliar o efeito dos metabólitos acumulados nesta doença sobre a homeostase energética e redox em cérebro de ratos, bem como sobre o desempenho de animais submetidos à hiperornitinemia em tarefas comportamentais. Inicialmente avaliamos o efeito in vitro da Orn, Hcit e Oro sobre parâmetros do metabolismo energético em cérebro de ratos jovens. Verificamos que a Orn e a Hcit inibem o ciclo dos ácidos tricarboxílicos, (inibição da produção de CO2 a partir de acetato e das enzimas aconitase e α-cetoglutarato desidrogenase), bem como a via glicolítica aeróbica (redução na síntese de CO2 a partir de glicose), além de comprometer o fluxo de elétrons pela cadeia respiratória (inibição do complexo I-III). A Hcit, mas não a Orn, também foi capaz de inibir a atividade da enzima creatina quinase, sendo que essa inibição foi prevenida por GSH, sugerindo um possível papel de espécies reativas oxidando grupamentos tióis, essenciais para a atividade desta enzima. Em contraste, a atividade das outras enzimas do ciclo dos ácidos tricarboxílicos e da cadeia respiratória, bem como a Na+,K+- ATPase não foram alteradas in vitro pela Orn e pela Hcit nas doses testadas (0,1 a 5 mM). Do mesmo modo, o Oro não interferiu em nenhum dos parâmetros testados. O próximo passo deste estudo foi avaliar o efeito in vivo da administração intracerebroventricular (ICV) de Orn e Hcit sobre parâmetros de estresse oxidativo e metabolismo energético em córtex cerebral de ratos jovens. A Orn e a Hcit aumentaram os níveis de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS) e a formação de grupamentos carbonilas, indicativos de peroxidação lipídica e dano oxidativo a proteínas, respectivamente. Além do mais, a N-acetilcisteína e a combinação de ácido ascórbico mais α-tocoferol atenuaram a oxidação lipídica e preveniram totalmente o dano oxidativo protéico provocado pela Orn e pela Hcit, sugerindo que espécies reativas estejam envolvidas nestes efeitos. A administração ICV de Hcit, mas não de Orn, também diminuiu os níveis de glutationa reduzida (GSH), bem como a atividade das enzimas catalase e glutationa peroxidase, indicando que a Hcit provoca uma redução nas defesas antioxidantes cerebrais. Quanto aos parâmetros de metabolismo energético avaliados após a administração ICV de Orn e Hcit, verificamos que a Orn e a Hcit inibem o funcionamento do ciclo dos ácidos tricarboxílicos (inibição da síntese de CO2 a partir de acetato), a via glicolítica (redução na produção de CO2 a partir de glicose) e a atividade do complexo I-III da cadeia respiratória. A Hcit in vivo também inibiu a atividade da aconitase, uma enzima muito susceptível ao ataque de radicais livres. Investigamos também os efeitos da administração ICV de Orn e Hcit na presença ou ausência de hiperamonemia, induzida pela administração intraperitoneal de urease, sobre parâmetros de estresse oxidativo em córtex cerebral de ratos jovens. A Orn aumentou os níveis de TBA-RS e a formação de carbonilas, sem alterar o conteúdo de grupamentos sulfidrilas e os níveis de GSH. Além disso, a combinação de hiperamonemia com Orn resultou em uma diminuição no conteúdo de sulfidrilas e GSH, indicando um efeito sinérgico da Orn com a amônia. Além disso, a Hcit causou um aumento nos valores de TBA-RS e da formação de carbonilas, bem como uma diminuição na concentração de GSH sem alterar o conteúdo de sulfidrilas. Em relação ao tratamento com urease, a indução de hiperamonemia pela urease foi capaz de aumentar os níveis de TBA-RS, indicando que hiperamonemia causa dano oxidativo a lipídeos. Finalmente, produzimos um modelo animal quimicamente induzido de hiperornitinemia através da administração subcutânea de Orn (2-5 μmol/g de peso corporal). Altas concentrações cerebrais de Orn foram alcançadas nesse modelo, indicando que a Orn é permeável a barreira hemato-encefálica. Investigamos, então, o efeito da administração crônica de Orn do 5° ao 28° dia pós-natal sobre o desenvolvimento físico, motor e sobre o desempenho dos ratos adultos nas tarefas de campo aberto e no labirinto aquático de Morris. A administração crônica de Orn não afetou o aparecimento de pelos, a abertura dos olhos, a erupção dos incisivos e o reflexo de queda livre, sugerindo que o desenvolvimento físico e neuromotor não foram comprometidos pela administração crônica de Orn. Similarmente, o desempenho dos ratos no labirinto aquático de Morris na idade adulta não foi alterado pelo tratamento crônico dos mesmos com Orn, indicando que a memória espacial não foi afetada. Entretanto, os animais tratados com Orn não apresentaram habituação ao campo aberto, sugerindo um déficit de aprendizado/memória nesta tarefa. A atividade motora, avaliada pelo número de cruzamentos na tarefa do campo aberto, e pela velocidade de natação no labirinto aquático de Morris foram similares para os animais injetados com Orn e salina, indicando que os animais com hiperornitinemia não apresentaram déficit na atividade locomotora que pudesse atrapalhar seu desempenho nos testes de comportamento. De maneira similar, o número de bolos fecais, o número de grooming e o tempo gasto na área central na tarefa de campo aberto foram iguais em ambos os grupos, indicando que não houve alteração na ansiedade dos animais com o tratamento com Orn. A presente investigação demonstrou pela primeira vez que a Orn e especialmente a Hcit comprometem a homeostase energética e redox celular e que hiperornitinemia crônica durante o período pós-natal prejudica o desempenho de animais adultos na tarefa de campo aberto. É provável, portanto, que as concentrações cerebrais aumentadas de Orn tenham provocado um dano cerebral, possivelmente através do comprometimento do metabolismo energético e da indução de dano oxidativo, alterando vias do metabolismo necessárias para um aprendizado/memória normais. Concluindo, postulamos que alterações na bioenergética e no estado redox cerebral induzido pelos metabólitos acumulados na síndrome HHH, como demonstrado in vitro e in vivo na presente investigação, possam representar mecanismos patogênicos, contribuindo, ao menos em parte, para os sintomas neurológicos dos pacientes afetados por este transtorno. / Tissue accumulation of ornithine (Orn), homocitrulline (Hcit), ammonia and orotic acid (Oro) is the biochemical hallmark of patients affected by hyperornithinemia–hyperammonemia– homocitrullinuria (HHH) syndrome, a disorder clinically characterized by neurological symptoms, whose pathophysiology is practically unknown. The aim of this study was to evaluate the effect of the accumulating metabolite in the HHH syndrome on energetic and redox homeostasis in brain of rats, as well as the rat performance in behavioural tasks when submitted to hiperornithinemia. We first investigated the in vitro effect of Orn, Hcit and Oro on parameters of energy metabolism in brain of young rats. We verified that Orn and Hcit inhibited the citric acid cycle (inhibition of CO2 synthesis from acetate, as well as aconitase and α- ketoglutarate dehydrogenase activities), the aerobic glycolytic pathway (reduced CO2 production from glucose) and moderately the electron transfer flow (inhibitory effect on complex I–III). Hcit, but not Orn, was also able to inhibit the mitochondrial creatine kinase activity. Furthermore, this inhibition was prevented by glutathione, suggesting a possible role of reactive species oxidizing critical thiol groups of the enzyme. In contrast, the other enzyme activities of the citric acid cycle and of the electron transfer chain, as well as synaptic Na+,K+-ATPase were not altered by either Orn or Hcit at concentrations as high as 5.0 mM. Similarly, Oro did not interfere with any of the tested parameters. The next step of this study was to investigate the in vivo effects of intracerebroventricular (ICV) administration of Orn and Hcit on parameters of oxidative stress and energy metabolism in cerebral cortex from young rats. Orn and Hcit increased thiobarbituric acid-reactive substances values and carbonyl formation, indicators of lipid and protein oxidative damage, respectively. Furthermore, N-acetylcysteine and the combination of ascorbic acid plus α- tocopherol attenuated the lipid oxidation and totally prevented the protein oxidative damage provoked by Orn and Hcit, suggesting that reactive species were involved in these effects. The ICV Hcit administration, but not Orn administration, also decreased reduced glutathione (GSH) concentrations, as well as the activity of catalase and glutathione peroxidase, indicating that Hcit provokes a reduction of brain antioxidant defenses. As regards to the parameters of energy metabolism, we verified that Orn and Hcit inhibited the citric acid cycle function (inhibition of CO2 synthesis from acetate), the aerobic glycolytic pathway (reduced CO2 production from glucose) and complex I–III activity of the respiratory chain. Hcit also inhibited the activity of aconitase, an enzyme very susceptible to free radical attack. We also investigated the in vivo effects of ICV administration of Orn and Hcit in the presence or absence of hyperammonemia induced by intraperitoneal urease treatment on important parameters of oxidative stress in cerebral cortex from young. Orn increased thiobarbituric acid-reactive substances levels and carbonyl formation, without altering sulfhydryl content and GSH levels. We also observed that the combination of hyperammonemia with Orn resulted in a decrease of sulfhydryl levels and GSH concentrations, highlighting a synergistic effect of ornithine and ammonia. Furthermore, homocitrulline caused increases of thiobarbituric acid-reactive substances values and carbonyl formation, as well as a decrease of GSH concentrations without altering sulfhydryl content. We also observed that urease treatment per se was able to enhance thiobarbituric acid-reactive substances levels indicating that hiperamonemia induce lipid peroxidation. Finally, we produced a chemical animal model of hiperornithinemia induced by a subcutaneous injection of saline-buffered Orn (2-5 μmol/g body weight) to rats. High brain Orn concentrations were achieved, indicating that Orn is permeable to the blood brain barrier. We then investigated the effect of early chronic postnatal administration of Orn (from the 5th to the 28th day of life) on physical and motor development and on the performance of adult rats in the open field and in the Morris water maze tasks. Chronic postnatal Orn treatment had no effect on the appearance of coat, eye opening or upper incisor eruption, nor on the free-fall righting task, suggesting that physical and motor development were not changed by Orn. However, Orn-treated rats did not habituate to the open field apparatus, implying a deficit of learning/memory. Motor activity was the same for Orn- and saline- injected animals. Motor activity, evaluated by the number of crossings in the open field and by the swimming speed in the Morris water maze, was the same for Orn- and saline- injected animals, indicating no deficit of locomotor activity in rats injected with Orn. Similarly, the number of fecal boli and grooming and the time spent in the central area in the open field task were the same in both groups, implying no alteration of emotionality. The current investigation shows for the first time that Orn and especially Hcit compromise energetic and redox homeostasis and that chronic hyperornithinemia during postnatal period impairs the adult rat performance in the open field task, where the animals did not habituate to the apparatus. It is possible, however, that high sustained cerebral Orn level could provoke a brain damage, possibly through induction of oxidative stress and/or compromising energy metabolism, altering some metabolic pathways essential for normal learning/memory. In conclusion, we postulate that alterations in the cerebral bioenergetic and redox state induced by metabolites accumulated in HHH syndrome, as demonstrated in vitro and in vivo in the present study, may represent pathogenic mechanisms contributing, at least in part, to the neurological symptoms of patients affected by this disorder.