Orientador: Maricilda Palandi de Mello / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Insituto de Campinas / Made available in DSpace on 2018-08-13T00:56:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coeli_FernandaBorchers_D.pdf: 7777269 bytes, checksum: 053a66d2bc3df6ad0d5de7c2038f3246 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A hiperplasia congênita da adrenal é causada pela deficiência de uma das cinco enzimas responsáveis pela síntese do cortisol na esteroidogênese, sendo que mais de 90% dos casos ocorrem devido à deficiência de 21-hidroxilase (21-OH). O genoma haplóide humano possui duas cópias em tandem do gene que codifica para a 21-OH, denominados CYP21A2 e o CYP21A1P. Embora as duas cópias, CYP21A1P e CYP21A2, tenham aproximadamente 98% de homologia, CYP21A1P é classificado como um pseudogene, devido a algumas alterações deletérias em sua seqüência. Foram mapeados no braço curto do cromossomo 6, assim como os genes RP, C4 e TNX também duplicados em tandem. Este loco é denominado modulo RCCX, onde cada letra representa um gene. Uma conseqüência esperada deste tipo de organização é que esta favorece eventos de crossingover desigual, produzindo cromátides irmãs assimétricas e pares de gametas com um número variável de unidades completas. O crossover desigual não gera somente um tipo definido de deleção (alelos monomodulares), de duplicação (alelo trimodular) ou de conversão (alelo bimodular), mas pode, dependendo da sua exata localização, produzir um grande número de alelos diferentes, com significados funcionais variáveis. O objetivo deste trabalho foi investigar a variabilidade dos genes híbridos CYP21A21P/CYP21A2 quanto à região de recombinação nos alelos monomodulares, bimodulares e trimodulares de indivíduos com deficiência de 21- hidroxilase. Foram incluídos 55 pacientes com deficiência de 21 - hidroxilase, que foram avaliados por Southern blot, Multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA), PCR - Alelo especifico (ASO-PCR) e seqüenciamento. Na triagem por Southern blot foram identificados 26 alelos mono-, 26 bi- e 5 trimodulares com prováveis genes híbridos. Foi identificado um alelo monomodular novo portador da variante C4A [6,4 kb] que se mostrou único inclusive quanto à formação híbrida CYP21A21P/CYP21A2. Com a técnica de MLPA foi possível mapear três regiões principais de recombinação dos genes híbridos CYP21A21P/CYP21A2 nas três configurações alélicas. Além disso, foram identificados possíveis híbridos dos genes C4A e B, tanto nas configurações mono quanto nas bimodulares. Assim, ficaram definidos 5 haplótipos monomodulares, 7 bimodulares e 3 trimodulares. As técnicas de ASO-PCR e sequenciamento para análise dos híbridos CYP21A21P/CYP21A2 e dos CYP21A21P nos alelos bi e trimodulares refinaram a caracterização subdividindo estes haplótipos em 10 mono, 15 bi e 5 trimodulares. Dado o alto grau de variabilidade encontrado não foi possível se identificar efeito fundador de nenhum haplótipo específico para a deficiência de 21-hidroxilase. Por outro lado, um haplótipo novo correspondendo a cerca de 15% dos monomodulares foi caracterizado como portador das mutações p.P34L e p.H62L e um haplótipo igualmente não descrito portador da p.H62L foi encontrado entre os bimodulares. SNPs no terminal 5'UTR, no íntron 2 e no éxon 7 responderam pela diferenciação principal entre os híbridos tanto nos haplótipos de mesmo grupo como na comparação entre os de grupos diferentes. Este trabalho indica que a combinação de quatro técnicas e o estudo de segregação nas famílias foram fundamentais para o esclarecimento dos genótipos dos pacientes. Os genes híbridos podem estar relacionados às formas clínicas perdedora de sal, não perdedora de sal e não clássica dependendo da região onde ocorre a recombinação para sua formação. / Abstract: Congenital adrenal hyperplasia is caused by deficiency of one of the five enzymes responsible for cortisol synthesis in the steroidogenesis. More than 90% of the cases occur due to deficiency of 21-hidroxilase (21-OH). The haploid human genome bears two copies in tandem of 21-OH coding gene, CYP21A2 and CYP21A1P. Although the two copies are approximately 98% homologous, CYP21A1P is a pseudogene, due to some deleterious mutations. They map to the short arm of chromosome 6, as well as RP, C4 and TNX genes which are also duplicated in tandem. This locus is called RCCX module, each letter representing one gene. An expected consequence of such organization is that it favors events of unequal crossing-overs, producing pairs of gametes with different number of complete units. The aim of this investigation was to estimate the variability of CYP21A21P/CYP21A2 chimeric genes based on the region of recombination in the monomodular, bimodular and trimodular alleles in patients with 21-hydroxylase deficiency. Fifty-five patients were included for Southern blot, Multiplex ligationdependent probe amplification (MLPA), Allele-specific PCR (ASO-PCR) and sequencing analyses. Southern blot identified alleles which were: mono (n = 26), bi (n = 26) and trimodular (n = 5) with chimeric genes. A novel monomodular allele was identified that carry C4A [6,4 kb] variant and also bore an unique CYP21A21P/CYP21A2 formation. MLPA technique mapped three main recombination regions in CYP21A21P/CYP21A2 chimerical genes in the three RCCX configurations. Moreover, it indicated possible chimeric C4A and B genes in both mono- and bimodular configurations. Therefore, five mono-, seven bi- and three trimodular haplotypes had been defined. Both ASO-PCR and sequencing techniques for CYP21A21P/CYP21A2 and CYP21A21P analysis had refined the characterization subdividing these haplotypes in ten mono-, fifteen bi- and five trimodular. Considering the high degree of variability observed it was not possible to identify a founder effect of any specific haplotype for the deficiency of 21-hidroxilase. Conversely, a novel haplotype corresponding to about 15% of the monomodular alleles was characterized as carrying the mutations p.P34L and p.H62L and, similarly one haplotype carrying the p.H62L was found among bimodular alleles. SNPs in the 5 ' UTR, intron 2 and exon 7 were responsible for the main differentiation among chimerical genes within a group as well as upon comparison between different groups. The results presented here indicate that the combination of four different techniques and the study of segregation in the families had been essential for defining the genotypes of the patients. It is also shown that CYP21A21P/CYP21A2 chimeric genes can be related to different clinical forms: salt losing, non-salt losing and non-classical depending on the region where the recombination for its formation occurs. / Doutorado / Genetica Animal e Evolução / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

O núcleo motor do trigêmeo (Mo5) está cercado por um anel de neurônios pré-motores localizados na região h. Estudos demonstram que neurônios que inervam o Mo5 estão distribuídos no tronco encefálico e no prosencéfalo. Após implante de traçador retrógrado no Mo5, verificamos células retrogradamente marcadas no núcleo mesencefálico do trigêmeo (Me5), na região h e em núcleos prosencefálicos como o central da amígdala (CeA), a área hipotalâmica lateral (LH) e o parasubtalâmico (PSTh). Para confirmação, realizamos injeção de traçador anterógrado e investigamos, também, a neuroquímica das projeções. Neurônios do CeA que se projetam para o Mo5 recebem inervação de fibras imunorreativas ao fator liberador de corticotrofina (CFR-ir) e/ou à tirosina hidroxilase (TH-ir); alguns neurônios da LH que se projetam para o Mo5 são imunorreativos à orexina (ORX) e alguns neurônios do PSTh que se projetam para o Mo5 são innervados por fibras TH-ir. O Me5 recebe grande inervação do CeA e moderada da LH e do PSTh, possuindo grande aferência de fibras imunorreativas ao CRF, ORX e TH / The trigeminal motor nucleus (Mo5) is surrounded by a ring of premotor neurons defined as the h region. Studies have shown that neurons innervating the Mo5 are located in brainstem and in forebrain nuclei. Through the injection of the retrograde tracer cholera toxin b subunit/CTb in the Mo5, we found retrograde labeled neurons in the brainstem including the h region and the mesencephalic trigeminal nucleus (Me5), and in forebrain nuclei such as the central nucleus of amygdala (CeA), the lateral hypothalamic area (LH) and the parasubthalamic nucleus (PSTh). As control, we injected the anterograde tracer biotin dextran amine and found that these areas project direct or indirectly via the h region or the Me5 to the Mo5. Some CeA neurons that project to the Mo5 receive corticotrophin releasing factor (CRF) and tyrosine hydroxylase (TH) innervation, some LH neurons that project to Mo5 express orexin, and PSTh neurons that project to the Mo5 receive TH innervation. The Me5 is also innervated by CeA, LH and PSTh neurons and by CRF, orexin and TH immunoreactive fibers

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / A caracterizaÃÃo do fenÃtipo acetilador e oxidativo das atividades das enzimas metabolizadoras à de fundamental relevÃncia para avaliaÃÃo da resposta farmacolÃgica aos vÃrios agentes terapÃuticos. Os estudos de fenotipagem e genotipagem tÃm como finalidade detectar e mensurar polimorfismos nestas enzimas. O estudo teve como objetivo determinar o perfil fenotÃpico da atividade metabolizadora das enzimas CYP1A2, CYP2A6, XO e NAT2 em uma amostra de oitenta voluntÃrios saudÃveis da populaÃÃo do estado do CearÃ, utilizando a cafeÃna como fÃrmaco âprobeâ. Os voluntÃrios foram avaliados atravÃs de consulta mÃdica para confirmaÃÃo do estado de higidez; as funÃÃes metabÃlicas, hepÃtica e renal foram avaliadas atravÃs de exames laboratoriais hematolÃgicos e bioquÃmicos. O protocolo clÃnico consistiu de um internamento onde os voluntÃrios receberam um comprimido de 200mg de cafeÃna e coletas de sangue e urina. As amostras de sangue seguiram os seguintes intervalos a partir da administraÃÃo: 0; 0:05; 0:15; 0:25; 0:35; 0:45; 1:00; 1:15; 1:30; 2; 4; 6; 8; 12 e 24 horas. A urina foi colhida em seu volume total durante as 10 horas apÃs a administraÃÃo, o volume urinÃrio total foi quantificado e uma alÃquota foi armazenada para determinaÃÃo dos metabÃlitos. O protocolo analÃtico consistiu de dosagem por HPLC das concentraÃÃes plasmÃticas de cafeÃna e das concentraÃÃes urinÃrias dos cinco principais metabÃlitos da cafeÃna: 1U â Ãcido 1-metilÃrico; 17U â Ãcido 1,7-dimetilÃrico; 1X â metilxantina; 17X â 1,7-dimetilxantina e AFMU â 5-acetilamino-6-formilamino-3-metiluracil. A partir das concentraÃÃes molares urinÃrias dos metabÃlitos foram determinadas as atividades das enzimas: CYP1A2 = (AFMU + 1X + 1U)/ 17U; CYP2A6 = 17U / (AFMU + 1X + 1U + 17X + 17U); NAT2 = AFMU/ (AFMU + 1X + 1U) e XO = 1U/ (1X + 1U). Os valores das atividades enzimÃticas foram submetidos a anÃlise por estatÃstica descritiva (histograma) nÃo apresentando distribuiÃÃo normal. Foram identificados pelo menos trÃs fenÃtipos metabolizadores para as enzimas CYP1A2, NAT2 e XO. Com base na atividade de cada enzima os voluntÃrios foram divididos em dez grupos organizados categoricamente. Os voluntÃrios dos grupos de maior e menor atividade enzimÃtica foram escolhidos para determinaÃÃo dos parÃmetros farmacocinÃticos (ASC; t1/2; ke; Vd/Kg; CL). A comparaÃÃo destes parÃmetros (teste âtâ de Student) entre os dois grupos apresentou diferenÃas significantes (p<0,05). Nossos resultados sugerem a existÃncia de polimorfismo nas enzimas estudadas de acordo com a heterogeneidade das atividades enzimÃticas na amostra da populaÃÃo de voluntÃrios saudÃveis do estado do CearÃ. / Characterization of acetylator and oxidative metabolizers phenotypes is of clinical relevance, as it has been shown that the pharmacological response of several therapeutic agents. The studies of phenotypage and genotipage have as purpose to detect and to mensurar polimorfismos in these enzymes. In this study, we assessed in vivo activities of CYP1A2, CYP2A6, Xantine Oxidase (XO) and NAT2 in sample of 82 volunteers (40 men and 42 women) from Cearà â Brazil using caffeine as probe. The volunteers were free from significant cardiac, hepatic, renal, pulmonary, gastrointestinal and hematological disease, as assessed by physical investigation, ECG and hematological and biochemical tests. The study was open, the volunteers were hospitalized, having already had a normal evening meal, and after an overnight fast they received a single 200 mg dose of caffeine tablet. Blood samples were collected in regular interview ( 0; 5min; 15min; 25min; 35min; 45min; 1h; 1,25h; 1,5h; 2h; 4h; 6h; 8h; 12h and 24 hour) after the administration of caffeine. Urine was harvested in its total volume during the 10 hours after the administration of caffeine, the total urinÃrio volume was quantified and an aliquot one was stored for determination of the metabÃlitos. The caffeine was determined in human plasma and the metabolites were determined in human urinary by HPLC using teobromina as an internal standard. The metabolites assessed were: 1U â 1-methyluric acid; 17U â 1, 7-dimethyluric acid; 1X â 1-methylxantine; 17X â 1, 7-1-dimethylxantine e AFMU â 5-acetylamino-6-formylamino-3methyluracil. The following molar ratios were calculated as an index for CYP1A2 activity [(AFMU + 1X + 1U)/ 17U]; CYP2A6 activity [17U / (AFMU + 1X + 1U + 17X + 17U)]; NAT2 activity [AFMU/ (AFMU + 1X + 1U)] and Xanthine Oxidase activity [1U/ (1X + 1U)]. The enzymatic activities were plotted in histogram. The frequency distributions of the CYP1A2, CYP2A6, XO and NAT2 were not normally distributed, showing three phenotypes. Afterwards the volunteers were classified by enzymatic activities in ten groups, and the lowest and highest metabolizers groups were chosen to determine the following pharmacokinetic parameters: AUC0-24, t1/2, ke, CL and Vd/Kg. The comparison of these parameters (test âtâ de Student) between these two groups it showed significant differences (p<0.05). Our findings may suggest that the heterogeneous population assessed (health volunteers from Cearà - Brazil) has shown polymorphism in the enzymatic activities of the CYP1A2, NAT2, XO and CYP2A6

Orientadores: Maricilda Palandi de Mello, Fernanda Caroline Soardi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T09:56:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lusa_AnaLeticiaGori_D.pdf: 4582728 bytes, checksum: a14d0d0453e90b4a59cb02532b21d83b (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A Hiperplasia congênita da Adrenal (HCA) é uma das doenças mais comuns com herança autossômica recessiva. Uma das causas é a deficiência da 21-hidroxilase que surge por mutações no gene CYP21A2. O desequilíbrio na síntese de cortisol causa um estímulo excessivo das glândulas adrenais pelo hormônio adrenocorticotrópico (ACTH) e, consequentemente, à hiperplasia da glândula e ao aumento na síntese de andrógenos. O presente trabalho teve por objetivo clonar e expressar variantes do gene CYP21A2 e, avaliar as variantes enzimáticas da 21-hidroxilase quanto à atividade residual, comparando suas formas nativa e mutantes. Foi também realizado o estudo in silico para se comparar as estruturas das enzimas 21-hidroxilase e 3?-hidroxiesteróide desidrogenase tipo 2 (HSD3B2) avaliando o impacto das alterações provocadas por mutações sobre a estrutura da proteína nativa. Para a enzima 21-hidroxilase, as mutações analisadas quanto à atividade foram: p.Ser113Phe, p.Pro267Leu, p.Val358Ile, p.Arg426Cis e, as combinações p.Ile172Asn+p.Val358Ile e p.Val281Leu+p.Arg426Cis. Nos testes de atividade enzimática, as enzimas com as mutações p.Val358Ile e as combinações p.Ile172Asn+p.Val358Ile e p.Val281Leu+p.Arg426Cis apresentaram valores de atividade residual compatíveis com a forma perdedora de sal. Por outro lado, a enzima com a mutação p.Pro267Leu apresentou atividade residual maior que 50%, compatível com mutações da forma não clássica. As mutações p.Ser113Phe e p.Arg426Cis, por sua vez, apresentaram atividade residual entre 2 e 7% que, em relação aos controles utilizados, foram correspondentes à forma clássica virilizante simples. Os modelos estruturais gerados para as enzimas 21-hidroxilase portadoras da deleção p.(Gln389_Ala391del) e das mutações individuais ou combinadas acima citadas foram comparados ao da enzima nativa. Estudo similar foi realizado com enzimas HSD3B2 nativa e portadoras de duas mutações, p.Pro222Gln e p.Pro222Thr, relacionadas à forma perdedora de sal da deficiência de HSD3B2. Esse estudo demonstrou boa correlação das mutações encontradas nos pacientes com os seus fenótipos tanto no que diz respeito à atividade enzimática quanto às alterações estruturais. Assim, ficou demonstrado que este tipo de abordagem é eficaz para a avaliação dos aspectos funcionais de mutações inéditas / Abstract: Congenital adrenal hyperplasia (CAH) is one of the most common hereditary autosomal recessive diseases. 21-hydroxylase deficiency is one important cause of the disease and results from mutations in CYP21A2 gene. The unbalance in cortisol synthesis leads to excessive stimulation of adrenal glands by adrenocorticotropic hormone (ACTH), consequently, to adrenal hyperplasia and excessive androgen synthesis. The present study aimed to obtain and express CYP21A2 clones carrying sequence variations and to evaluate 21-hydroxylase enzymatic residual activities of variant enzymes in comparision to the wild-type. In silico studies were also performed to compare the structure of 21-hydroxylase and 3?-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 (HSDB2) evaluating the impact of mutations upon the native structure of the enzymes. Residual activity analyses for 21-hydroxylase enzyme comprised the mutations p.Ser113Phe, p.Pro267Leu, p.Val358Ile and the combined mutations p.Ile172Asn+p.Val358Ile and p.Val281Leu+p.Arg426Cys. The assays indicated that p.Val358Ile and p.Ile172Asn+p.Val358Ile and p.Val281Leu+p.Arg426Cys reduced CYP21A2 activity to levels corresponding to the salt wasting form. Whereas the enzyme bearing p.Pro267Leu mutation showed residual activity higher than 50% indicating a nonclassic mutation. Conversely, p.Ser113Phe and p.Arg426Cys mutations showed residual activities that varied between 2% and 7% that, compared to controls, corresponded to simple virilizing form. Structural models generated for 21-hydroxylase enzyme with p.(Gln389_Ala391del) and each individual or combined mutations cited above have been compared to the native enzime. Similar study was performed with HSD3B2 enzyme in its native and mutated formas with p.Pro222Gln e p.Pro222Thr that are related to the salt wasting form of HSD3B2 deficiency. This study demonstrated a good genotype-phenotype correlation in patients either for residual activities or for structural changes. Therefore, it has been demonstrated that such analyses are effective to evaluate functional aspects for novel mutations / Doutorado / Genetica Animal e Evolução / Doutora em Genética e Biologia Molecular

A deficiência da 21-hidroxilase é uma doença genética comum, causada por mutações no gene CYP21A2, que codifica a enzima 21-hidroxilase (P450c21). A deficiência da 21-hidroxilase afeta a síntese de cortisol e aldosterona e promove acúmulo de precursores, que são desviados para a síntese de andrógenos. Observa-se três principais fenótipos: a forma clássica virilizante simples (VS), na qual as meninas nascem com virilização da genitália externa e ambos os sexos apresentam virilização pós-natal; a forma perdedora de sal (PS), na qual além da virilização, ambos os sexos apresentam crise de perda de sal no período neonatal; e a forma não clássica (NC), na qual os sintomas de hiperandrogenismo iniciam-se mais tardiamente, na infância, adolescência ou idade adulta. Os estudos in vitro das mutações do CYP21A2 demonstram que existe uma boa correlação do grau de comprometimento da atividade enzimática conferido pelo genótipo com o fenótipo. Entretanto, existem algumas divergências como: pacientes que apresentam quadro clínico e hormonal de forma não clássica, nos quais mutações não são identificadas em um ou em ambos os alelos do CYP21A2, e pacientes que apresentam o fenótipo mais leve do que o predito pelo genótipo. Essas divergências sugerem a presença de fatores moduladores do fenótipo na deficiência da 21-hidroxilase. A primeira hipótese foi de que houvesse mutações no gene P450 óxido-redutase (POR), que codifica uma flavoproteína que doa elétrons para as enzimas microssomais P450, inclusive a P450c21, passo fundamental para a atividade enzimática das mesmas. A segunda hipótese foi de que outras enzimas P450, que não a P450c21, tivessem a capacidade de realizar a 21-hidroxilação extra-adrenal da progesterona e 17OH-progesterona (17OHP), sendo então capazes de modular o fenótipo da perda de sal e/ou virilização. Os citocromos P450 hepáticos CYP2C19 e CYP3A4, responsáveis pelo metabolismo de drogas, são capazes de realizar 21-hidroxilação da progesterona, porém essa atividade nunca foi comparada com a atividade de 21-hidroxilação da P450c21, a fim de que se possa extrapolar a importância dessa atividade extra-adrenal in vivo. A casuística desse estudo constou de 11 pacientes com a forma NC e genótipo incompleto, e 6 pacientes com fenótipo discordante do genótipo (5 com genótipo predizendo forma PS e manifestando forma VS, e 1 com genótipo predizendo VS e apresentando forma NC). O gene POR foi sequenciado em todos 17 pacientes e 10/30 alelos não relacionados apresentavam o polimorfismo A503V. O estudo funcional foi realizado através da expressão em bactéria do P450c21, do POR selvagem (PORwt) e da variante do POR A503V, e de estudo enzimático in vitro comparando a 21-hidroxilação da P450c21 promovida pela PORwt e POR A503V. Essa comparação foi realizada através de cálculos dos parâmetros que avaliam cinética enzimática (Km, Vmax e Vmax/Km). Apesar da variante POR A503V diminuir significativamente a atividade da P450c17 in vitro, nosso estudo demonstrou que ela não altera a capacidade de 21-hidroxilase da P450c21. Portanto, não existem substituições no POR que justifiquem as discordâncias de fenótipo/genótipo na deficiência da 21-hidroxilase nesta casuística. Para avaliarmos o papel da 21-hidroxilação extra-adrenal, as enzimas P450c21, as enzimas P450 hepáticas CYP2C19 e CYP3A4 e o POR foram expressos em bactéria. A capacidade das enzimas P450c21, CYP2C19 e CYP3A4 de 21- hidroxilar progesterona e 17OHP foram avaliadas in vitro e medidas através dos mesmos parâmetros de cinética enzimática. Comparado com a P450c21, o Vmax/Km da 21-hidroxilação da progesterona pelos CYP2C19 e CYP3A4 foram 17% e 10%, respectivamente. Os citocromos hepáticos não apresentaram atividade de 21-hidroxilação da 17OHP. Considerando que uma atividade residual mínima de 21-hidroxilação da progesterona é satisfatória para produzir quantidades suficientes de aldosterona para se evitar a perda de sal, este estudo sugere que a atividade de 21-hidroxilação extra-adrenal do CYP2C19 e CYP3A4 é capaz de melhorar o fenótipo de perda de sal, mas não o da deficiência de glicocorticóide. O gene CYP2C19, ao contrário do CYP3A4, é extremamente polimórfico, e são descritos vários haplótipos com diferentes atividades enzimáticas, os quais explicam as diferenças no metabolismo de várias drogas utilizadas na prática clínica. O único polimorfismo ultra-metabolizador é o CYP2C19*17, representado por duas substituições na região promotora que aumentam a transcrição do gene em 2-4 vezes. Os indivíduos que apresentam o haplótipo ultra-metabolizador podem ter maior atividade de 21-hidroxilação extraadrenal da progesterona e, dessa forma, não apresentarem a crise de perda de sal. O gene CYP2C19 foi sequenciado nos cinco pacientes com genótipo de forma perdedora de sal e que não desidrataram como predito, e encontramos o haplótipo ultra-metabolizador em homozigose em 1/5 pacientes e em heterozigose em 1/5 pacientes. Heterozigose para o CYP2C19*17 também foi encontrada no grupo controle (indivíduos perdedores de sal com genótipo/fenótipo concordantes). Portanto, o haplótipo CYP2C19*17 em heterozigose é insuficiente para modular a perda de sal e, provavelmente, em homozigose pode evitar a perda de sal. Em conclusão, pela primeira vez descrevemos o efeito modulador de uma variante alélica dos citocromos hepáticos P450 melhorando o fenótipo da forma perdedora de sal; no entanto, os demais casos permanecem com indefinição do genótipo. Estes resultados sugerem que não apenas uma única enzima, mas múltiplas enzimas extra-adrenais estão possivelmente envolvidas na modulação do fenótipo da deficiência da 21-hidroxilase. / Adrenal 21-hydroxylase deficiency is a common genetic disorder, caused by mutations in the CYP21A2 gene, which encodes the 21-hydroxylase P450c21. The 21-hydroxylase deficiency disrupts cortisol and aldosterone biosynthesis and leads to accumulation of androgen precursors. There are 3 main phenotypes: the simple virilizing (SV) form, in which girls present with virilized external genitalia at birth and both sexes present with precocious pseudopuberty; the salt wasting (SW) form, characterized by additional salt-wasting crisis in the neonatal period in both sexes; and the nonclassic (NC) form, in which the hyperandrogenic signs occur later in life, during childhood, adolescence or adulthood. In vitro studies show a good correlation between the degree of enzymatic impairment determined by genotype and phenotype. However, there are some discrepancies as: patients with clinical and hormonal profiles of nonclassic form in whom mutations are not found in one or both alleles, and patients with milder phenotype than the ones predicted by genotyping. These discrepancies suggest the existence of modulatory factors in 21- hydroxylase deficiency phenotype. The first hypothesis was that there were mutations in P450 oxidoreductase (POR), a gene which encodes a flavoprotein that donates electrons for all microsomal P450s, including P450c21, an essential step for P450s activity. The second hypothesis was that other enzymes that not P450c21 could perform extra-adrenal 21-hydroxylation of progesterone and 17OHprogesterone (17OHP), modulating salt balance and virilization. Hepatic drugmetabolizing P450 enzymes CYP2C19 and CYP3A4 can 21-hydroxylate progesterone; however, this activity was never compared to 21-hydroxylation performed by P450c21, in order to determine the importance of this extra-adrenal activity in vivo. The present cohort consisted of 11 patients with nonclassic form and incomplete genotype and 6 patients with genotype/phenotype discrepancies (genotype-predicted SW form and manifested SV form, n=5; genotyped-predicted SV form and manifested NC form, n=1). The POR gene was sequenced in these 17 patients, and 10/30 alleles presented the polymorphism A503V. P450c21, PORwt and POR A503V were expressed in bacteria, assayed in vitro, and the kinetics parameters Km, Vmax and Vmax/Km were calculated. Although POR A503V variant decreases the activity of P450c17, our study showed that it does not alter the 21-hydroxylation by P450c21. Therefore, there are no POR variants in this cohort that could explain discrepancies between genotype and phenotype in 21- hydroxylase deficiency. To evaluate the hypothesis of extra-adrenal 21- hydroxylation, P450c21, CYP2C19, CYP3A4, and POR were expressed in bacteria, assayed in vitro, and kinetic parameters assessed. Compared to P450c21, the Vmax/Km of 21-hydroxylation of progesterone by CYP2C19 and CYP3A4 was 17% and 10%, respectively. Neither CYP2C19 nor CYP3A4 were able to 21-hydroxylate 17OHP. Considering that little 21-hydroxylation activity is enough to produce sufficient amount of aldosterone to avoid the dehydration, this study suggests that extra-adrenal 21-hydroxylation by CYP2C19 and CYP3A4 may be able to ameliorate the mineralocorticoid, but not the glucocorticoid deficiency. CYP2C19 is very polymorphic, and some haplotypes can modify enzymatic activity. For example, the unique ultrametabolizer allele CYP2C19*17 has two polymorphisms in the promoter region that increase gene transcription in 2-4 times. Thus, patients harboring the CYP2C19 ultra-metabolizer allele could present an increased extraadrenal 21-hydroxylation of progesterone, and hence be able to avoid salt wasting crisis. CYP2C19 gene was sequenced in the 5 patients who did not present salt wasting crisis as expected, and 1/5 patients was homozygous and 1/5 patients was heterozygous for the CYP2C19*17 allele. Heterozygosity was also present in the control group (patients with salt wasting form and genotype/phenotype concordance). Therefore, heterozygosity for CYP2C19*17 seems to be insufficient to modulate salt balance but homozygosity might be able to avoid salt wasting crisis. In conclusion, we described for the first time the modulatory effect of an allelic variant of an extra-adrenal P450 enzyme ameliorating the salt wasting phenotype in a patient with 21-hydroxylase deficiency. Taken together with the remaining undefined genotypes, these results suggest that multiple extra-adrenal enzymes, rather than a single one, modulate the phenotypic expression of defects in 21-hydroxylase.

Introdução: A Hiperplasia Adrenal Congênita por deficiência da 21-hidroxilase (HAC) é uma doença com mortalidade neonatal elevada sendo elegível para programas públicos de Triagem Neonatal (TN). A HAC é causada por mutações no gene CYP21A2, as quais acarretam diferentes comprometimentos da atividade enzimática e resultam em espectro amplo de manifestações clínicas. Apesar da eficiência da TN para diagnosticar os casos graves, a taxa elevada de resultados falso-positivos (RFP), principalmente relacionados à prematuridade, é um dos maiores problemas. Porém, resultados falso-negativos também podem ocorrer em coletas antes de 24 horas de vida. No Brasil, a coleta da amostra neonatal difere entre os municípios, podendo ser no terceiro dia de vida como após. Objetivo: Avaliar se os valores da 17OH-progesterona neonatal (N17OHP) das coletas no terceiro dia de vida diferem significativamente das coletas a partir do quarto dia. Determinar qual percentil (99,5 ou 99,8) pode ser utilizado como valor de corte para a N17OHP, de acordo com o peso ao nascimento e tempo de vida na coleta, a fim de que proporcione taxa menor de RFP. Métodos: Foi avaliada, retrospectivamente, a N17OHP de 271.810 recém-nascidos (Rns) de acordo com o tempo de vida na coleta (G1: 48 - = 72h) e peso ao nascimento (P1: <= 1.500g, P2: 1.501-2.000g, P3: 2.001-2.500g e P4: >= 2.500g), pelo método imunofluorimétrico. Testes com resultados alterados foram confirmados no soro por Espectrometria de Massas em Tandem - LC-MS/MS. Rns afetados e/ou assintomáticos e com valores persistentemente elevados de 17OHP sérica foram submetidos ao estudo molécular, sequenciamento do gene CYP21A2. Resultados: os valores da N17OHP no grupo G1 foram significativamente menores do que em G2 em todos os grupos de peso (p < 0.001). A taxa de RFP em G1 e G2 foi de 0,2% para o percentil 99,8 e de 0,5% para o percentil 99,5 em ambos os grupos. O percentil 99,8 da N17OHP foi o melhor valor de corte para distinguir os Rns não afetados dos afetados, cujos valores são: G1 (P1: 120; P2: 71; P3: 39 e P4: 20 ng /mL) e em G2 (P1: 173; P2: 90; P3: 66 e P4: 25 ng/mL). Vinte e seis Rns do grupo G1 apresentaram a forma perdedora de sal (PS) (13H e 13M), nestes a N17OHP variou de 31 a 524 ng/mL e vinte Rns no grupo G2 (8H e 12M), nestes a N17OHP variou de 53 a 736 ng/mL. Para ambos os grupos foram encontrados três Rns com a forma virilizante simples (1H e 2M) e os valores da N17OHP variaram de 36 a 51 ng/mL. Resultados falso-negativos não foram relatados. O valor preditivo positivo (VPP) no teste do papel filtro foi de 5,6% e 14,1% nos grupos G1 e G2, respectivamente, ao se utilizar o percentil 99,8, e de 2,3% e 7% nos grupos G1 e G2 ao se utilizar o percentil 99,5. Dentre os casos com TN alterada (RFP), 29 deles também apresentaram 17OHP sérica elevada quando dosada por LC-MS/MS. Os casos assintomáticos foram acompanhados até normalização da 17OHP sérica e/ou submetidos ao estudo molecular, que identificou dois Rns com genótipo que prediz a forma não clássica. Conclusão: a melhor estratégia para otimização do diagnóstico da HAC na triagem neonatal é se padronizar valores de corte da N17OHP em dois grupos de acordo com o tempo de vida na coleta (antes e depois de 72 horas), subdivididos em quatro grupos de peso. A utilização dos valores de corte do percentil 99,8 se mantém eficaz no diagnóstico da HAC-21OH na triagem neonatal, reduzindo de forma significativa a taxa de RFP, sem perda do diagnóstico da forma PS / Introduction: Congenital Adrenal Hyperplasia (CAH) due to 21-hydroxylase is disorder with high mortality rate, being eligible for Public Programs of Newborn Screening (NBS). It is caused by mutations in the CYP21A2 gene leading to different impairments of enzyme activity and consequently to a spectrum of clinical manifestations. Despite the efficacy of NBS in diagnosing the severe clinical forms, the main concern is the high rate of false-positive results (FPR), mainly related to prematurity. False-negative results can also occur due to precocious sample collections, especially before 24 hs of life. Neonatal samples are collected at different times across our country, at third day of life or after. Objective: To determine if the values of neonatal 17OH-progesterone (N17OHP) collected on the third day of life differ significantly to the ones collected after the fourth day. To evaluate the best percentile of N17OHP values, according to birth-weight and age at the sample collection, to be used as a cut-off in NBS, in order to result in lower rate of FPR. Methods: N17OHP of 271,810 newborns (NB) according to sample collection time (G1: 48 - = 72 hs) and birth-weight (P1: <= 1,500g, P2: 1,501-2,000g, P3: 2,001-2,500 and P4: >2,500g) were retrospectively evaluated. N17OHP was measured by immunofluorimetric assay. N17OHP tests with altered values were confirmed through serum 17OHP by Tandem Mass Spectrometry - LC-MS/MS. Affected newborns (NB) and those asymptomatic with persistently increased serum 17OHP levels were submitted to molecular analysis, entire CYP21A2 gene sequencing. Results: N17OHP values of G1 on the third day of life were significantly lower than those of G2, in all birth-weight groups (p < 0.001). The FPR rate in G1 and G2 was 0.2% using the 99.8th and 0.5% in G1 and G2 using the 99.5th. The 99.8th percentile of N17OHP values was the best cut-off for distinguishing unaffected from affected NBs: G1 (P1: 120 ng/mL; P2: 71; P3: 39 and P4: 20 ng/mL) and G2 (P1: 173 ng/mL; P2: 90; P3: 66 and P4: 25 ng/mL). Twenty six (13M and 13F) NB were diagnosed with the salt wasting (SW) form, their N17OHP values ranged from 31 to 524 ng/mL. Twenty (8M, 12F) NB were diagnosed with the SW form in G2 group, N17OHP values ranged from 53 to 736 ng/mL. Three NB were diagnosed with the simple virilizing form (1M and 2F) in G1 and G2, their N17OHP values ranged from 36 to 51 ng/mL. False-negative results were not reported. The positive predictive value (PPV) of an altered neonatal test using the 99.8 percentile was 5.6% and 14.1% in G1 and G2, respectively, and using the percentile 99.5 was 2.3% and 7% in G1 and G2, respectively. Among cases with abnormal N17OHP result (RFP), 29 of them still presented with increased serum 17OHP levels through LC-MS/MS. Asymptomatic cases were followed up until normalization of serum 17OHP and/or submitted to molecular analysis, which identified two Rns with genotype that predicts the nonclassical form. Conclusions: the best strategy to optimize the CAH-NBS is to adjust N17OHP levels into two groups according to age at sample collection (before and after 72 hs), subdivided into four birth-weight groups. The use of N17OHP values according to the 99.8th remains effective to perform the CAH diagnosis CAH and significantly reduces the RFP rate without loss of diagnosis of the severe clinical forms

A amígdala expandida central (EAc) inclui os núcleos central da amígdala (CeA), intersticial lateral da estria terminal (BSTl), intersticial do ramo posterior da comissura anterior (IPAC) e amígdala expandida sublenticular (SLEA). A EAc e a concha do acumbens possuem densa inervação dopaminérgica, implicada em processos motivacionais, e cuja origem foi estudada com a técnica de dupla marcação celular, combinando-se imunofluorescência para o traçador retrógrado Fluoro-Gold e para a tirosina hidroxilase. Nossos resultados indicam que a inervação dopaminérgica do CeA e BSTl é semelhante, se originando em igual proporção da área tegmental ventral (A10) e do núcleo dorsal da rafe/substância cinzenta periaquedutal (A10dc). A inervação dopaminérgica da SLEA, IPAC e concha do acumbens se origina principalmente do grupo A10. Com um anticorpo específico para dopamina vimos que parte da projeção do A10dc para o CeA é de fato dopaminérgica. Os grupos dopaminérgicos diencefálicos não inervam a EAc e a concha do acumbens. / The central extended amygdala (EAc) includes the central amygdaloid nucleus (CeA), lateral bed nucleus of the stria terminalis (BSTl), interstitial nucleus of the posterior limb of the anterior commissure (IPAC) and sublenticular extended amygdala (SLEA). The dopaminergic innervation of the EAc and nucleus accumbens shell is functionally related to motivational processes. Its origin was studied by combining immunofluorescence to tyrosine hydroxylase and Fluoro-Gold, used as retrograde tracer. Our results show that dopaminergic fibers to the CeA and BSTl derive in equal proportion from neurons in ventral tegmental area (A10) and in dorsal raphe nucleus/periaqueductal gray (A10dc). Dopaminergic inputs to SLEA, IPAC and accumbens shell arise mainly from A10 neurons. Using a dopamine antibody, we confirmed that A10dc projections to CeA are in part dopaminergic. Futhermore, the present data indicate that the diencephalic dopaminergic groups do not project to EAc and accumbens shell.

As rãs são utilizadas como modelos experimentais em diferentes situações experimentais. Uma delas é o estudo dos efeitos da seção do nervo isquiático (SNI) sobre o tecido nervoso. Essa ampla utilização desses animais como modelos experimentais justifica a realização de estudos que visam o conhecimento morfofuncional de seus tecidos. Inúmeros estudos mostram que, assim como nos mamíferos, o principal substrato energético no tecido nervoso de rãs é a glicose. Porém, é desconhecida a distribuição dos transportadores de glicose no tecido nervoso de rãs, bem como se a SNI altera esse transporte. Outra questão em aberto é se o lactato, cuja concentração está aumentada no plasma de rãs durante períodos de hibernação e após atividades motoras, é usado como substrato energético pelo tecido nervoso, o que está demonstrado em outras espécies de vertebrados. É desconhecida ainda no gânglio da raiz dorsal (GRD) de rãs a distribuição e os efeitos da SNT sobre a reação à nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato diaforase (NADPH-diaforase), enzima considerada equivalente a óxido nítrico sintase, responsável pela síntese de óxido nítrico, e a reação ao ácido periódico-reativo de Schiff (PAS), que indica a presença de mucopolissarídeos, incluindo o glicogênio, uma importante reserva energética no tecido nervoso de rãs. Desconhece-se também a distribuição e os efeitos da SNT sobre a imunorreatividade à serotonina, importante molécula com função neurotransmissora e/ou moduladora no sistema nervoso, tirosina hidroxilase, enzima limitante na síntese de catecolaminas, moléculas com diversos papéis fisiológicos, incluindo ação neurotransmissora e/ou neuromoduladora no tecido nervoso, e c-Fos, proteína considerada marcadora de ativação neural por estimulação nociva. Outras questões ainda em aberto são os efeitos da SNT sobre: a captação do análogo da glicose 1-14C 2-deoxi-D-glicose (14C-2-DG) e concentração plasmática de glicose e lactato; se os tipos II e III de células gliais satélites (CGSs), recentemente descritas no GRD de coelho, estão presentes nesse gânglio de rãs; e os efeitos da SNT sobre a ultraestrutura de CGSs e neurônios do GRD. Assim, o objetivo dessa tese foi determinar: 1) a ultraestrutura de neurônios e CGSs; 2) a distribuição das reações à NADPH-diaforase e PAS, e a imunoistoquímica à serotonina, tirosina hidroxilase, c-Fos e transportadores de glicose tipo 1 e 3; e 3) a captação de 14C-2-DG, na presença e ausência de lactato, em GRD de rãs Lithobates catesbianus com e sem SNI. A escolha pelos transportadores de glicose tipos 1 e 3 foi pelo fato de ocorrerem na membrana de endotélio, células gliais e de neurônios. Para a realização do estudo inicialmente 12 rãs Lithobates catesbianus, adultas, machos, com peso de 100-200g, que não sofreram qualquer manipulação cirúrgica foram mortas por decapitação e os gânglios das raízes dorsais (GRDs) do nervo isquiático retirados e preparados para análises ultraestrutural, histoquímica à NADPH-diaforase e PAS, e imunoistoquímica à serotonina, tirosina hidroxilase e transportadores de glicose dos tipos 1 e 3. Feito isso, 18 outras rãs, nas mesmas condições físicas, foram divididas em três grupos experimentais (n=6/grupo): controle (rãs que não sofreram qualquer manipulação cirúrgica), sham (rãs onde foram efetuados apenas os procedimentos para isolamento do nervo isquiático) e SNI (rãs que tiveram o nervo isquiático direito totalmente seccionado em seu tronco comum). Esses animais foram mortos três dias após a intervenção cirúrgica e seus GRDs do nervo isquiático usados para demonstrar os efeitos da secção nervosa sobre a ultraestrutura, a reação à NADPH-diaforase, e a imunoistoquímica à serotonina, tirosina hidroxilase, c-Fos e transportadores de glicose dos tipos 1 e 3 no GRD. Outros 20 animais, divididos nos mesmos grupos experimentais, foram usados para demonstrar os efeitos da SNI sobre a captação de 14C-2-DG, na presença ou ausência de lactato, e a taxa de produção de 14CO2 a partir de 14C-L-lactato e de 14C-glicose no GRD. Essas rãs foram usadas ainda para demonstrar os efeitos da denervação periférica sobre a concentração plasmática de glicose e lactato. Nossos resultados mostraram que os neurônios sensoriais do GRD de rã Lithobates catesbianus tiveram distribuição, diâmetro e morfologia que foi similar àquela descrita para essas células em gânglio de mamíferos. As CGSs apresentaram morfologia similar àquela descrita para essas células em gânglios de outras espécies de vertebrados. As células dos tipos II e III, observadas no GRD de coelho, não ocorreram no GRD de Lithobates catesbianus. O padrão de atividade à NADPH-diaforase e a distribuição da imunorreatividade à serotonina, tirosina hidroxilase e Glut 1 e 3 foram também similares ao descrito em mamíferos. Pela primeira vez foi demonstrada, em anfíbios, a presença de reação à NADPH-diaforase em CGCs do GRD. A captação de 14C-2-DG foi reduzida quando o lactato foi acrescentado ao meio de incubação. As alterações induzidas pela SNI foram também similares àquelas descritas nos mamíferos. Houve acréscimo no número de mitocôndrias, retículo endoplasmático, ribossomas e filamentos no citoplasma das CGSs, mais neurônios e CGCs com reação positiva à NADPH-diaforase, um maior número de prolongamentos imunorreativos à tirosina hidroxilase em torno de somas de neurônios sensoriais, e mais núcleos neuronais imunorreativos a c-Fos. Nenhuma alteração ocorreu na imunorreatividade a serotonina e transportadores de glicose. Houve aumento na captação de 14C-2-DG, que foi reduzido quando o lactato foi acrescentado ao meio de incubação. Porém, a formação de 14CO2 a partir de 14C-L-lactato e de 14C-glicose não alterou nessas condições. Todavia, diferentemente dos mamíferos, a SNI não provocou mudança no número de CGCs no GRD, mostrando uma peculiaridade na resposta das rãs à SNI. Assim, nosso estudo reforça o uso de rãs como modelo experimental para estudo dos efeitos da SNI, um modelo de dor fantasma, sobre o tecido nervoso. Porém, dada a diferença peculiar ocorrida no GRD de rãs com SNI, é evidente a necessidade de mais conhecimento dos efeitos dessa situação experimental nesses animais. / Frogs have been used as experimental models in different experimental situations. One of these is the study of the effects of the sciatic nerve transection (SNT) on the nerve tissue. The wide use of these animals as experimental models justifies the studies aimed at morphofunctionally understanding of their tissues. Numerous studies have shown that glucose is the main energy substrate in the nerve tissue of frogs as well as in mammals. However, the distribution of glucose transporters in the nerve tissue of frogs is unknown as well as whether SNT alters such transportation. Another unanswered question is whether the lactate, whose concentration is increased in the frog plasma during hibernation periods and after motor activities, is used as an energy substrate by the nerve tissue, which has been demonstrated in other vertebrate species. In the dorsal root ganglion (DRG) cells of frogs are still unknown the distribution and effects of SNT on the reaction of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate diaphorase (NADPH-diaphorase), an enzyme that is considered equivalent to nitric oxide synthase, responsible for the synthesis of nitric oxide, and on the reaction of periodic acid-Schiff (PAS), which indicates the presence of mucopolysaccharides, including glycogen, an important energy reserve in frog nerve tissue. Moreover, the distribution and effects of SNT on immunoreactivity to serotonin, an important molecule that functions as a neurotransmitter and / or neuromodulator in the nervous system, tyrosine hydroxylase, the rate-limiting enzyme in catecholamine biosynthesis, molecules with various physiological roles, including neurotransmitter and / or neuromodulator action in the nerve tissue, and c-Fos, a protein that is regarded as a marker of neuronal activation by noxious stimulation are also unknown. Other questions regarding is the effect of SNT on the uptake of glucose analogue 2-Deoxy-D-glucose-1-14C (14C-2-DG) and glucose and lactate concentration plasma; whether the types II and III of satellite glial cells (SGCs), recently described in rabbit DRG, are present in this ganglion of frogs; and the effects of SNT on the ultrastructure of SGCs and DRG neurons remain unanswered as well. Thus, this thesis aimed to determine: 1) the ultrastructure of neurons and SGCs; 2) the distribution of NADPH-diaphorase and PAS reaction, and immunohistochemistry for serotonin, tyrosine hydroxylase, c-Fos and glucose transporters types 1 and 3; and 3) the uptake of 2-DG-14C, in the presence and absence of lactate, in DRG of frogs, Lithobates catesbianus, with and without SNT. Glucose transporters types 1 and 3 were chosen because they occur in the membrane of endothelial cells, glial cells and neurons. Initially, 12 adult male frogs, Lithobates catesbianus, weighing 100-200g, not having undergone any previous surgical manipulation, were killed by decapitation. The DRGs of the sciatic nerve were removed and prepared for ultrastructural analysis, histochemistry of NADPH-diaphorase and PAS, and immunohistochemistry for serotonin, tyrosine hydroxylase and glucose transporters types 1 and 3. After that, 18 other frogs in the same physical conditions were divided into three experimental groups (n = 6/group): control group (frogs not subjected to any surgical manipulation), sham (frogs in which only surgical procedures for isolating the sciatic nerve were performed), and SNT (frogs in which the right sciatic nerve was completely transected). These animals were killed three days after the procedure, and their sciatic nerve DRGs used to demonstrate the effects of nerve transection on the ultrastructure, NADPH-diaphorase reaction, and immunohistochemical serotonin, tyrosine hydroxylase, c-Fos and glucose transporters types 1 and 3 in the DRG. Other 20 animals, divided into the same experimental groups, were used to demonstrate the effects of SNI on the uptake of 14C-2-DG in the presence or absence of lactate, the production rate of 14CO2 from 14C-L-lactate and 14C-glucose in the DRG. These frogs were used to further demonstrate the effects of peripheral denervation on plasma glucose and lactate levels. Our results have demonstrated that sensory neurons of bullfrog, Lithobates catesbianus, DRG showed distribution, diameter and morphology similar to those described for these ganglion cells in mammals. The CGSs showed morphology similar to that described for these cells in the lymph nodes of other vertebrate species. Cells types II and III, observed in rabbit DRG did not occur in the Lithobates catesbianus DRG. The pattern of NADPH-diaphorase activity and distribution of immunoreactivity of serotonin, tyrosine hydroxylase and Glut 1 and 3 were also similar to those described in mammals. For the first time, it has been demonstrated the presence of NADPH-diaphorase reaction on SGCs of DRG in amphibians. The uptake of 14C-2-DG was reduced when lactate was added to the incubation medium. SNT-induced changes were also similar to those ones described in mammals. There was an increase in the number of mitochondria, endoplasmic reticulum, ribosomes and filaments in the SGCs cytoplasm; more neurons and SGCs with positive reaction to NADPH-diaphorase; a greater number of tyrosine hydroxylase immunoreactive extensions around body sensory neurons; and more c-Fos immunoreactivity in neuronal nuclei. No changes occurred in serotonin immunoreactivity and glucose transporters. There was an increase in the uptake of 14C-2-DG, which was reduced when lactate was added to the incubation medium. However, the formation of 14C-2-DG from 14C-L-lactato and glucose did not change under these conditions. Unlike mammals, SNT caused no change in the number of SGCs in DRG, showing a peculiarity in the response of frogs to SNT. Therefore, our study supports the use of frogs as an experimental model to study the effects of SNT, a model of phantom pain on the nerve tissue. However, given the peculiar differences occurred in the DRG of frogs with SNT, it is clearly necessary to carry out further studies to better understand the effects of an experimental situation like this in such animals.

As rãs são utilizadas como modelos experimentais em diferentes situações experimentais. Uma delas é o estudo dos efeitos da seção do nervo isquiático (SNI) sobre o tecido nervoso. Essa ampla utilização desses animais como modelos experimentais justifica a realização de estudos que visam o conhecimento morfofuncional de seus tecidos. Inúmeros estudos mostram que, assim como nos mamíferos, o principal substrato energético no tecido nervoso de rãs é a glicose. Porém, é desconhecida a distribuição dos transportadores de glicose no tecido nervoso de rãs, bem como se a SNI altera esse transporte. Outra questão em aberto é se o lactato, cuja concentração está aumentada no plasma de rãs durante períodos de hibernação e após atividades motoras, é usado como substrato energético pelo tecido nervoso, o que está demonstrado em outras espécies de vertebrados. É desconhecida ainda no gânglio da raiz dorsal (GRD) de rãs a distribuição e os efeitos da SNT sobre a reação à nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato diaforase (NADPH-diaforase), enzima considerada equivalente a óxido nítrico sintase, responsável pela síntese de óxido nítrico, e a reação ao ácido periódico-reativo de Schiff (PAS), que indica a presença de mucopolissarídeos, incluindo o glicogênio, uma importante reserva energética no tecido nervoso de rãs. Desconhece-se também a distribuição e os efeitos da SNT sobre a imunorreatividade à serotonina, importante molécula com função neurotransmissora e/ou moduladora no sistema nervoso, tirosina hidroxilase, enzima limitante na síntese de catecolaminas, moléculas com diversos papéis fisiológicos, incluindo ação neurotransmissora e/ou neuromoduladora no tecido nervoso, e c-Fos, proteína considerada marcadora de ativação neural por estimulação nociva. Outras questões ainda em aberto são os efeitos da SNT sobre: a captação do análogo da glicose 1-14C 2-deoxi-D-glicose (14C-2-DG) e concentração plasmática de glicose e lactato; se os tipos II e III de células gliais satélites (CGSs), recentemente descritas no GRD de coelho, estão presentes nesse gânglio de rãs; e os efeitos da SNT sobre a ultraestrutura de CGSs e neurônios do GRD. Assim, o objetivo dessa tese foi determinar: 1) a ultraestrutura de neurônios e CGSs; 2) a distribuição das reações à NADPH-diaforase e PAS, e a imunoistoquímica à serotonina, tirosina hidroxilase, c-Fos e transportadores de glicose tipo 1 e 3; e 3) a captação de 14C-2-DG, na presença e ausência de lactato, em GRD de rãs Lithobates catesbianus com e sem SNI. A escolha pelos transportadores de glicose tipos 1 e 3 foi pelo fato de ocorrerem na membrana de endotélio, células gliais e de neurônios. Para a realização do estudo inicialmente 12 rãs Lithobates catesbianus, adultas, machos, com peso de 100-200g, que não sofreram qualquer manipulação cirúrgica foram mortas por decapitação e os gânglios das raízes dorsais (GRDs) do nervo isquiático retirados e preparados para análises ultraestrutural, histoquímica à NADPH-diaforase e PAS, e imunoistoquímica à serotonina, tirosina hidroxilase e transportadores de glicose dos tipos 1 e 3. Feito isso, 18 outras rãs, nas mesmas condições físicas, foram divididas em três grupos experimentais (n=6/grupo): controle (rãs que não sofreram qualquer manipulação cirúrgica), sham (rãs onde foram efetuados apenas os procedimentos para isolamento do nervo isquiático) e SNI (rãs que tiveram o nervo isquiático direito totalmente seccionado em seu tronco comum). Esses animais foram mortos três dias após a intervenção cirúrgica e seus GRDs do nervo isquiático usados para demonstrar os efeitos da secção nervosa sobre a ultraestrutura, a reação à NADPH-diaforase, e a imunoistoquímica à serotonina, tirosina hidroxilase, c-Fos e transportadores de glicose dos tipos 1 e 3 no GRD. Outros 20 animais, divididos nos mesmos grupos experimentais, foram usados para demonstrar os efeitos da SNI sobre a captação de 14C-2-DG, na presença ou ausência de lactato, e a taxa de produção de 14CO2 a partir de 14C-L-lactato e de 14C-glicose no GRD. Essas rãs foram usadas ainda para demonstrar os efeitos da denervação periférica sobre a concentração plasmática de glicose e lactato. Nossos resultados mostraram que os neurônios sensoriais do GRD de rã Lithobates catesbianus tiveram distribuição, diâmetro e morfologia que foi similar àquela descrita para essas células em gânglio de mamíferos. As CGSs apresentaram morfologia similar àquela descrita para essas células em gânglios de outras espécies de vertebrados. As células dos tipos II e III, observadas no GRD de coelho, não ocorreram no GRD de Lithobates catesbianus. O padrão de atividade à NADPH-diaforase e a distribuição da imunorreatividade à serotonina, tirosina hidroxilase e Glut 1 e 3 foram também similares ao descrito em mamíferos. Pela primeira vez foi demonstrada, em anfíbios, a presença de reação à NADPH-diaforase em CGCs do GRD. A captação de 14C-2-DG foi reduzida quando o lactato foi acrescentado ao meio de incubação. As alterações induzidas pela SNI foram também similares àquelas descritas nos mamíferos. Houve acréscimo no número de mitocôndrias, retículo endoplasmático, ribossomas e filamentos no citoplasma das CGSs, mais neurônios e CGCs com reação positiva à NADPH-diaforase, um maior número de prolongamentos imunorreativos à tirosina hidroxilase em torno de somas de neurônios sensoriais, e mais núcleos neuronais imunorreativos a c-Fos. Nenhuma alteração ocorreu na imunorreatividade a serotonina e transportadores de glicose. Houve aumento na captação de 14C-2-DG, que foi reduzido quando o lactato foi acrescentado ao meio de incubação. Porém, a formação de 14CO2 a partir de 14C-L-lactato e de 14C-glicose não alterou nessas condições. Todavia, diferentemente dos mamíferos, a SNI não provocou mudança no número de CGCs no GRD, mostrando uma peculiaridade na resposta das rãs à SNI. Assim, nosso estudo reforça o uso de rãs como modelo experimental para estudo dos efeitos da SNI, um modelo de dor fantasma, sobre o tecido nervoso. Porém, dada a diferença peculiar ocorrida no GRD de rãs com SNI, é evidente a necessidade de mais conhecimento dos efeitos dessa situação experimental nesses animais. / Frogs have been used as experimental models in different experimental situations. One of these is the study of the effects of the sciatic nerve transection (SNT) on the nerve tissue. The wide use of these animals as experimental models justifies the studies aimed at morphofunctionally understanding of their tissues. Numerous studies have shown that glucose is the main energy substrate in the nerve tissue of frogs as well as in mammals. However, the distribution of glucose transporters in the nerve tissue of frogs is unknown as well as whether SNT alters such transportation. Another unanswered question is whether the lactate, whose concentration is increased in the frog plasma during hibernation periods and after motor activities, is used as an energy substrate by the nerve tissue, which has been demonstrated in other vertebrate species. In the dorsal root ganglion (DRG) cells of frogs are still unknown the distribution and effects of SNT on the reaction of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate diaphorase (NADPH-diaphorase), an enzyme that is considered equivalent to nitric oxide synthase, responsible for the synthesis of nitric oxide, and on the reaction of periodic acid-Schiff (PAS), which indicates the presence of mucopolysaccharides, including glycogen, an important energy reserve in frog nerve tissue. Moreover, the distribution and effects of SNT on immunoreactivity to serotonin, an important molecule that functions as a neurotransmitter and / or neuromodulator in the nervous system, tyrosine hydroxylase, the rate-limiting enzyme in catecholamine biosynthesis, molecules with various physiological roles, including neurotransmitter and / or neuromodulator action in the nerve tissue, and c-Fos, a protein that is regarded as a marker of neuronal activation by noxious stimulation are also unknown. Other questions regarding is the effect of SNT on the uptake of glucose analogue 2-Deoxy-D-glucose-1-14C (14C-2-DG) and glucose and lactate concentration plasma; whether the types II and III of satellite glial cells (SGCs), recently described in rabbit DRG, are present in this ganglion of frogs; and the effects of SNT on the ultrastructure of SGCs and DRG neurons remain unanswered as well. Thus, this thesis aimed to determine: 1) the ultrastructure of neurons and SGCs; 2) the distribution of NADPH-diaphorase and PAS reaction, and immunohistochemistry for serotonin, tyrosine hydroxylase, c-Fos and glucose transporters types 1 and 3; and 3) the uptake of 2-DG-14C, in the presence and absence of lactate, in DRG of frogs, Lithobates catesbianus, with and without SNT. Glucose transporters types 1 and 3 were chosen because they occur in the membrane of endothelial cells, glial cells and neurons. Initially, 12 adult male frogs, Lithobates catesbianus, weighing 100-200g, not having undergone any previous surgical manipulation, were killed by decapitation. The DRGs of the sciatic nerve were removed and prepared for ultrastructural analysis, histochemistry of NADPH-diaphorase and PAS, and immunohistochemistry for serotonin, tyrosine hydroxylase and glucose transporters types 1 and 3. After that, 18 other frogs in the same physical conditions were divided into three experimental groups (n = 6/group): control group (frogs not subjected to any surgical manipulation), sham (frogs in which only surgical procedures for isolating the sciatic nerve were performed), and SNT (frogs in which the right sciatic nerve was completely transected). These animals were killed three days after the procedure, and their sciatic nerve DRGs used to demonstrate the effects of nerve transection on the ultrastructure, NADPH-diaphorase reaction, and immunohistochemical serotonin, tyrosine hydroxylase, c-Fos and glucose transporters types 1 and 3 in the DRG. Other 20 animals, divided into the same experimental groups, were used to demonstrate the effects of SNI on the uptake of 14C-2-DG in the presence or absence of lactate, the production rate of 14CO2 from 14C-L-lactate and 14C-glucose in the DRG. These frogs were used to further demonstrate the effects of peripheral denervation on plasma glucose and lactate levels. Our results have demonstrated that sensory neurons of bullfrog, Lithobates catesbianus, DRG showed distribution, diameter and morphology similar to those described for these ganglion cells in mammals. The CGSs showed morphology similar to that described for these cells in the lymph nodes of other vertebrate species. Cells types II and III, observed in rabbit DRG did not occur in the Lithobates catesbianus DRG. The pattern of NADPH-diaphorase activity and distribution of immunoreactivity of serotonin, tyrosine hydroxylase and Glut 1 and 3 were also similar to those described in mammals. For the first time, it has been demonstrated the presence of NADPH-diaphorase reaction on SGCs of DRG in amphibians. The uptake of 14C-2-DG was reduced when lactate was added to the incubation medium. SNT-induced changes were also similar to those ones described in mammals. There was an increase in the number of mitochondria, endoplasmic reticulum, ribosomes and filaments in the SGCs cytoplasm; more neurons and SGCs with positive reaction to NADPH-diaphorase; a greater number of tyrosine hydroxylase immunoreactive extensions around body sensory neurons; and more c-Fos immunoreactivity in neuronal nuclei. No changes occurred in serotonin immunoreactivity and glucose transporters. There was an increase in the uptake of 14C-2-DG, which was reduced when lactate was added to the incubation medium. However, the formation of 14C-2-DG from 14C-L-lactato and glucose did not change under these conditions. Unlike mammals, SNT caused no change in the number of SGCs in DRG, showing a peculiarity in the response of frogs to SNT. Therefore, our study supports the use of frogs as an experimental model to study the effects of SNT, a model of phantom pain on the nerve tissue. However, given the peculiar differences occurred in the DRG of frogs with SNT, it is clearly necessary to carry out further studies to better understand the effects of an experimental situation like this in such animals.

A deficiência da 21-hidroxilase é uma doença genética comum, causada por mutações no gene CYP21A2, que codifica a enzima 21-hidroxilase (P450c21). A deficiência da 21-hidroxilase afeta a síntese de cortisol e aldosterona e promove acúmulo de precursores, que são desviados para a síntese de andrógenos. Observa-se três principais fenótipos: a forma clássica virilizante simples (VS), na qual as meninas nascem com virilização da genitália externa e ambos os sexos apresentam virilização pós-natal; a forma perdedora de sal (PS), na qual além da virilização, ambos os sexos apresentam crise de perda de sal no período neonatal; e a forma não clássica (NC), na qual os sintomas de hiperandrogenismo iniciam-se mais tardiamente, na infância, adolescência ou idade adulta. Os estudos in vitro das mutações do CYP21A2 demonstram que existe uma boa correlação do grau de comprometimento da atividade enzimática conferido pelo genótipo com o fenótipo. Entretanto, existem algumas divergências como: pacientes que apresentam quadro clínico e hormonal de forma não clássica, nos quais mutações não são identificadas em um ou em ambos os alelos do CYP21A2, e pacientes que apresentam o fenótipo mais leve do que o predito pelo genótipo. Essas divergências sugerem a presença de fatores moduladores do fenótipo na deficiência da 21-hidroxilase. A primeira hipótese foi de que houvesse mutações no gene P450 óxido-redutase (POR), que codifica uma flavoproteína que doa elétrons para as enzimas microssomais P450, inclusive a P450c21, passo fundamental para a atividade enzimática das mesmas. A segunda hipótese foi de que outras enzimas P450, que não a P450c21, tivessem a capacidade de realizar a 21-hidroxilação extra-adrenal da progesterona e 17OH-progesterona (17OHP), sendo então capazes de modular o fenótipo da perda de sal e/ou virilização. Os citocromos P450 hepáticos CYP2C19 e CYP3A4, responsáveis pelo metabolismo de drogas, são capazes de realizar 21-hidroxilação da progesterona, porém essa atividade nunca foi comparada com a atividade de 21-hidroxilação da P450c21, a fim de que se possa extrapolar a importância dessa atividade extra-adrenal in vivo. A casuística desse estudo constou de 11 pacientes com a forma NC e genótipo incompleto, e 6 pacientes com fenótipo discordante do genótipo (5 com genótipo predizendo forma PS e manifestando forma VS, e 1 com genótipo predizendo VS e apresentando forma NC). O gene POR foi sequenciado em todos 17 pacientes e 10/30 alelos não relacionados apresentavam o polimorfismo A503V. O estudo funcional foi realizado através da expressão em bactéria do P450c21, do POR selvagem (PORwt) e da variante do POR A503V, e de estudo enzimático in vitro comparando a 21-hidroxilação da P450c21 promovida pela PORwt e POR A503V. Essa comparação foi realizada através de cálculos dos parâmetros que avaliam cinética enzimática (Km, Vmax e Vmax/Km). Apesar da variante POR A503V diminuir significativamente a atividade da P450c17 in vitro, nosso estudo demonstrou que ela não altera a capacidade de 21-hidroxilase da P450c21. Portanto, não existem substituições no POR que justifiquem as discordâncias de fenótipo/genótipo na deficiência da 21-hidroxilase nesta casuística. Para avaliarmos o papel da 21-hidroxilação extra-adrenal, as enzimas P450c21, as enzimas P450 hepáticas CYP2C19 e CYP3A4 e o POR foram expressos em bactéria. A capacidade das enzimas P450c21, CYP2C19 e CYP3A4 de 21- hidroxilar progesterona e 17OHP foram avaliadas in vitro e medidas através dos mesmos parâmetros de cinética enzimática. Comparado com a P450c21, o Vmax/Km da 21-hidroxilação da progesterona pelos CYP2C19 e CYP3A4 foram 17% e 10%, respectivamente. Os citocromos hepáticos não apresentaram atividade de 21-hidroxilação da 17OHP. Considerando que uma atividade residual mínima de 21-hidroxilação da progesterona é satisfatória para produzir quantidades suficientes de aldosterona para se evitar a perda de sal, este estudo sugere que a atividade de 21-hidroxilação extra-adrenal do CYP2C19 e CYP3A4 é capaz de melhorar o fenótipo de perda de sal, mas não o da deficiência de glicocorticóide. O gene CYP2C19, ao contrário do CYP3A4, é extremamente polimórfico, e são descritos vários haplótipos com diferentes atividades enzimáticas, os quais explicam as diferenças no metabolismo de várias drogas utilizadas na prática clínica. O único polimorfismo ultra-metabolizador é o CYP2C19*17, representado por duas substituições na região promotora que aumentam a transcrição do gene em 2-4 vezes. Os indivíduos que apresentam o haplótipo ultra-metabolizador podem ter maior atividade de 21-hidroxilação extraadrenal da progesterona e, dessa forma, não apresentarem a crise de perda de sal. O gene CYP2C19 foi sequenciado nos cinco pacientes com genótipo de forma perdedora de sal e que não desidrataram como predito, e encontramos o haplótipo ultra-metabolizador em homozigose em 1/5 pacientes e em heterozigose em 1/5 pacientes. Heterozigose para o CYP2C19*17 também foi encontrada no grupo controle (indivíduos perdedores de sal com genótipo/fenótipo concordantes). Portanto, o haplótipo CYP2C19*17 em heterozigose é insuficiente para modular a perda de sal e, provavelmente, em homozigose pode evitar a perda de sal. Em conclusão, pela primeira vez descrevemos o efeito modulador de uma variante alélica dos citocromos hepáticos P450 melhorando o fenótipo da forma perdedora de sal; no entanto, os demais casos permanecem com indefinição do genótipo. Estes resultados sugerem que não apenas uma única enzima, mas múltiplas enzimas extra-adrenais estão possivelmente envolvidas na modulação do fenótipo da deficiência da 21-hidroxilase. / Adrenal 21-hydroxylase deficiency is a common genetic disorder, caused by mutations in the CYP21A2 gene, which encodes the 21-hydroxylase P450c21. The 21-hydroxylase deficiency disrupts cortisol and aldosterone biosynthesis and leads to accumulation of androgen precursors. There are 3 main phenotypes: the simple virilizing (SV) form, in which girls present with virilized external genitalia at birth and both sexes present with precocious pseudopuberty; the salt wasting (SW) form, characterized by additional salt-wasting crisis in the neonatal period in both sexes; and the nonclassic (NC) form, in which the hyperandrogenic signs occur later in life, during childhood, adolescence or adulthood. In vitro studies show a good correlation between the degree of enzymatic impairment determined by genotype and phenotype. However, there are some discrepancies as: patients with clinical and hormonal profiles of nonclassic form in whom mutations are not found in one or both alleles, and patients with milder phenotype than the ones predicted by genotyping. These discrepancies suggest the existence of modulatory factors in 21- hydroxylase deficiency phenotype. The first hypothesis was that there were mutations in P450 oxidoreductase (POR), a gene which encodes a flavoprotein that donates electrons for all microsomal P450s, including P450c21, an essential step for P450s activity. The second hypothesis was that other enzymes that not P450c21 could perform extra-adrenal 21-hydroxylation of progesterone and 17OHprogesterone (17OHP), modulating salt balance and virilization. Hepatic drugmetabolizing P450 enzymes CYP2C19 and CYP3A4 can 21-hydroxylate progesterone; however, this activity was never compared to 21-hydroxylation performed by P450c21, in order to determine the importance of this extra-adrenal activity in vivo. The present cohort consisted of 11 patients with nonclassic form and incomplete genotype and 6 patients with genotype/phenotype discrepancies (genotype-predicted SW form and manifested SV form, n=5; genotyped-predicted SV form and manifested NC form, n=1). The POR gene was sequenced in these 17 patients, and 10/30 alleles presented the polymorphism A503V. P450c21, PORwt and POR A503V were expressed in bacteria, assayed in vitro, and the kinetics parameters Km, Vmax and Vmax/Km were calculated. Although POR A503V variant decreases the activity of P450c17, our study showed that it does not alter the 21-hydroxylation by P450c21. Therefore, there are no POR variants in this cohort that could explain discrepancies between genotype and phenotype in 21- hydroxylase deficiency. To evaluate the hypothesis of extra-adrenal 21- hydroxylation, P450c21, CYP2C19, CYP3A4, and POR were expressed in bacteria, assayed in vitro, and kinetic parameters assessed. Compared to P450c21, the Vmax/Km of 21-hydroxylation of progesterone by CYP2C19 and CYP3A4 was 17% and 10%, respectively. Neither CYP2C19 nor CYP3A4 were able to 21-hydroxylate 17OHP. Considering that little 21-hydroxylation activity is enough to produce sufficient amount of aldosterone to avoid the dehydration, this study suggests that extra-adrenal 21-hydroxylation by CYP2C19 and CYP3A4 may be able to ameliorate the mineralocorticoid, but not the glucocorticoid deficiency. CYP2C19 is very polymorphic, and some haplotypes can modify enzymatic activity. For example, the unique ultrametabolizer allele CYP2C19*17 has two polymorphisms in the promoter region that increase gene transcription in 2-4 times. Thus, patients harboring the CYP2C19 ultra-metabolizer allele could present an increased extraadrenal 21-hydroxylation of progesterone, and hence be able to avoid salt wasting crisis. CYP2C19 gene was sequenced in the 5 patients who did not present salt wasting crisis as expected, and 1/5 patients was homozygous and 1/5 patients was heterozygous for the CYP2C19*17 allele. Heterozygosity was also present in the control group (patients with salt wasting form and genotype/phenotype concordance). Therefore, heterozygosity for CYP2C19*17 seems to be insufficient to modulate salt balance but homozygosity might be able to avoid salt wasting crisis. In conclusion, we described for the first time the modulatory effect of an allelic variant of an extra-adrenal P450 enzyme ameliorating the salt wasting phenotype in a patient with 21-hydroxylase deficiency. Taken together with the remaining undefined genotypes, these results suggest that multiple extra-adrenal enzymes, rather than a single one, modulate the phenotypic expression of defects in 21-hydroxylase.