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Spinal Muscular Atrophy with Progressive Myoclonic Epilepsy (SMA-PME), Farber Lipogranulomatosis (FL), and a rare variant form of Neonatal Progeroid Syndrome (NPS) are three monogenetic rare disorders caused by pathogenic variation in genes encoding lipid modifying proteins. FL and SMA-PME are caused by loss of function mutations in ASAH1, encoding the acid ceramidase (aCDase) enzyme. It is not, however, known how aCDase deficiency can produce either the isolated neurological symptoms of SMA-PME or the predominantly systemic symptoms of FL. Further, a recently identified variant form of NPS has been attributed to variants in ANO6, encoding a dual function calcium-activated chloride channel and glycerophosphoserine (GPS) scramblase. Here, it is not known how ANO6 mutation causes the premature aging phenotype that defines NPS. To address these questions, I sought to elucidate pathogenic changes in lipid metabolism that associate clinical phenotype. I show here that the different patient mutations in ANO6 cause a non-physiological gain of channel function and either a loss or gain of scramblase function depending on the variant expressed. Both variants, however, alter GPS metabolic homeostasis suggesting a common mechanism of action. To provide in vivo insight, I characterized a novel mouse model based on our NPS patient genetics, showing extremely low penetrance of disease symptoms in terms of live births yet confirming that affected animals show impaired GPS metabolism in affected organs. Next, I characterized the clinical presentation of six new patients with SMA-PME and identified distinct sphingolipid metabolic fingerprints in FL and SMA-PME cells. I show that FL is defined by a hypometabolic sphingolipid phenotype with cellular and molecular features of a classic lysosomal storage disorder. By contrast, SMA-PME has a hypermetabolic sphingolipid phenotype with features of non-classic lysosomal trafficking disorders. To provide clinical insight, I assessed the potential of enzyme replacement therapy, demonstrating a rescue of sphingolipid metabolism in SMA-PME patient cells. Together, this thesis identified changes in the cellular and tissue lipid profiles of patients with ANO6-NPS, SMA-PME, or FL, elucidating some of the lipid-centric pathomechanisms of these diseases.

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Objective: Activated astroglia is involved in the pathophysiology of neurodegenerative diseases and has also been described in animal models of spinal muscular atrophy (SMA). Given the urgent need of biomarkers for treatment monitoring of new RNA-modifying and gene replacement therapies in SMA, we examined glial fibrillary acidic protein concentrations in cerebrospinal fluid (cGFAP) as a marker of astrogliosis in SMA. - Methods: 58 adult patients and 21 children with genetically confirmed 5q-associated SMA from four German motor neuron disease specialist care centers and 30 age- and sex-matched controls were prospectively included in this study. cGFAP was measured and correlated to motor performance and disease severity. Additionally, we compared fL). - Results: cGFAP concentrations did not differ from controls but showed higher levels in more severely affected patients after adjustment for patients’ age. Normalized cNfL values were associated with disease severity. Within 14 months of nusinersen treatment, cGFAP concentrations did not change, while cNfL decreased significantly. - Interpretation: cGFAP is not an outstanding biomarker in SMA, but might support the hypothesis that glial activation is involved in SMA pathology. Unlike previously suggested, cNfL may be a promising biomarker also in adult patients with SMA, which should be subject to further investigations.

Spinal muscular atrophy (SMA) and Charcot-Marie-Tooth disease type 2D (CMT2D)/distal SMA type V (dSMAV) are two incurable neuromuscular disorders that predominantly manifest during childhood and adolescence. Both conditions are caused by mutations in widely and constitutively expressed genes that encode proteins with essential housekeeping functions, yet display specific lower motor neuron pathology. SMA results from recessive inactivating mutations in the survival motor neuron 1 (SMN1) gene, while CMT2D/dSMAV manifests due to dominant point mutations in the glycyl-tRNA synthetase (GlyRS) gene, GARS. Using a number of different model systems, ranging from Caenorhabditis elegans to the mouse, this thesis aimed to identify potential novel therapeutic compounds for SMA, and to increase our understanding of the mechanisms underlying both diseases. I characterised a novel C. elegans allele, which possesses a point mutation in the worm SMN1 orthologue, smn-1, and showed its potential for large-scale screening by highlighting 4-aminopyridine in a screen for compounds able to improve the mutant motility defect. Previously, the gene encoding three isoforms of chondrolectin (Chodl) was shown to be alternatively spliced in the spinal cord of SMA mice before disease onset. I performed functional analyses of the three isoforms in neuronal cells with experimentally reduced Smn levels, and determined that the dysregulation of Chodl likely reflects a combination of compensatory mechanism and contributor to pathology, rather than mis-splicing. Finally, working with two Gars mutant mice and a new Drosophila model, I have implicated semaphorin-plexin pathways and axonal guidance in the GlyRS toxic gain-of-function disease mechanism of CMT2D/dSMAV.

Várias condições podem estar relacionadas com a atrofia muscular, tais como inatividade, envelhecimento, septicemia, diabetes, câncer e uso de glicocorticoides. Em tentativa prévia de prevenir tal condição catabólica secundário ao uso de glicocorticoide, através da suplementação de ômega-3 (N-3), observamos um agravamento da atrofia muscular, afetando mais tipos de fibras musculares, usualmente poupadas pelo glicocorticoide, fibras tipo 1 por exemplo. Entretanto, não foi possível determinar quais as propriedades dessa interação. Portanto, o objetivo deste estudo foi de avaliar a ação do Ômega-3 associada a dexametasona e de diferentes glicocorticoides em dose equipotente sobre o peso corporal; área de secção transversa muscular; perfil de ácidos graxos; expressão gênica de fatores de transcrição musculares e atrogenes (Atrogina 1 e MuRF-1); expressão proteica de componentes das vias do IGF-1/Akt/mTOR, Ras/Raf/MEK/ERK e Miostatina/Smad2/3; e expressão de receptores de glicocorticoides na musculatura esquelética de ratos. Metodologia: Ratos Wistar suplementados ou não com ômega-3 (100mg/kg/dia de EPA) por 40 dias receberam dexametasona (DX) subcutânea (2,5 e 1,25mg/kg/dia) nos últimos 10 dias de suplementação. Para estudo dos demais glicocorticoides, ratos sem suplementação receberam deflazacorte (DC), metilprednisolona (MP) em dose/volume equipotente ao de dexametasona (DC 10 e 20mg/kg/dia e MP6,7 e 13,3mg/kg/dia) por 10 dias. Constituindo 10 grupos: CT, N-3, DX1,25, DX2,5, DX1,25+N-3, DX2,5+N-3, MP6, MP13, DC10 e DC20. Através de estudo histológico, imuno-histoquímico, PCR em tempo real e Western blotting, foram avaliados a área transversa dos diferentes tipos de fibras musculares; a expressão de receptor de glicocorticoide na fibra muscular; a expressão gênica dos atrogenes e fatores de transcrição; expressão de proteínas das vias IGF-1, Miostatina e MEK/ERK. Resultados: A administração de N-3 influenciou a atrofia por DX causando maior atrofia em fibras do tipo 1 e 2A, aumento na expressão proteica de FoxO3a total, P-Smad3, LC3-II e gênica (mRNA) de REDD-1, Atrogina-1/MAFbx. De forma isolada o ômega-3 reduziu a expressão de P-FoxO3a, PGC1alfa, a quantidade de ácido araquidônico e a expressão de mRNA do IRS-1 com aumento na expressão de LC3-II. A comparação entre glicocorticoides mostrou que a MP (13mg/kg/dia) acarretou maior impacto no peso corporal e muscular; o DC (10mg/kg/dia) causou menor atrofia em fibras 2B em relação aos demais glicocorticoides. A DX causou maior impacto sobre o Akt total em comparação com os demais glicocorticoides, em P-Akt o grupo DX1,25 teve menor expressão em relação a outros glicocorticoides em dose equipotente. Todos os glicocorticoides afetaram a expressão de P-FOXO3a. Na expressão de ERK1/2 e P-ERK1/2, MP6 foi o grupo com maior prejuízo à fosforilação em relação aos demais em dose equipotente. Já na avaliação da via Miostatina/Smad2/3 os grupos MP 6, MP13 e DC20 mostraram maior expressão de Smad2/3 total e P-Smad3. A expressão gênica de REDD-1 e MYOD foi aumentada nos grupos MP6 e MP13 em relação aos demais grupos; REDD2 no grupo DC20 foi menor em relação ao grupo DX2,5. A expressão de Miostatina foi menor nos grupos DX2,5 e DC20, sendo o DC a droga com menor impacto sobre os atrogenes MuRF-1 e Atrogina-1. DX1,25 e DX2,5 causaram menor expressão de IRS-1 entre os grupos de glicocorticoides. Conclusões: Ômega-3 pode aumentar a atrofia muscular causada por DX em fibras 1 e 2A, possivelmente relacionado com aumento da expressão de FoxO3a, REDD-1 e Atrogina-1, diminuição na expressão de PGC1alfa e P-FoxO3a, nas quantidades de ácido araquidônico com aumento da atividade lisossomal. Comparando diferentes glicocorticoides, a MP tende a produzir maior impacto nos pesos corporal e muscular, o DC é menos prejudicial as fibras do tipo 2B, entretanto, afeta predominantemente fibras do tipo 1, da mesma forma que a DX na dosagem de 1,25mg/kg/dia. A DX tende a afetar mais a expressão de Akt total e fosforilado que os demais glicocorticoides. A MP afeta mais a via Ras/Raf/MEK/ERK e expressão de REDD-1 em relação aos demais glicocorticoides, e o DC e MP mostram maior expressão de Smad2/3 total e fosforilada em relação ao DX após 10 dias de administração / Several conditions may be related to muscle atrophy, such as inactivity, aging, septicemia, diabetes, cancer and use of glucocorticoids. In a previous attempt to prevent such glucocorticoid catabolic condition, through the supplementation of omega-3 (N-3), we observed a worsening of muscular atrophy, affecting more types of muscle fibers, usually spared by glucocorticoid, type 1 fibers for example. However, it was not possible to determine the properties of this interaction. Therefore, the objective of this study was to evaluate the action of omega-3 associated with dexamethasone and different glucocorticoids in equipotent dose on body weight; muscle cross-sectional area; fatty acid profile; gene expression of muscle transcription factors and atrogenes (Atrogin-1 and MuRF-1); protein expression of IGF-1/Akt/mTOR, Ras/Raf/MEK/ERK and Myostatin/Smad2/3 pathways components; and expression of glucocorticoid receptors in the skeletal musculature of rats. Methods: Wistar rats given orally or not with omega-3 (100mg/kg/day of EPA) for 40 days received subcutaneous dexamethasone (DX) (2.5 or 1.25mg/kg/day) during the last 10 days of supplementation. For the other glucocorticoids, rats without supplementation received deflazacorte (DC) or methylprednisolone (MP) in dose/volume equivalent to that of dexamethasone (DC 10 or 20mg/kg/day and MP6.7 or 13.3mg/kg/day) for 10 days. Comprising 10 groups: CT, N-3, DX1.25, DX2.5, DX1.25 + N-3, DX2.5 + N-3, MP6, MP13, DC10 and DC20. Through histological, immunohistochemical, real-time PCR and Western blotting, we evaluated the transverse area of the different muscle fibers; the expression of glucocorticoid receptor; the gene expression of atrogenes and transcription factors; protein expression of the IGF-1, Myostatin and MEK/ERK pathways. Results: N-3 administration influenced DEXA atrophy causing increased atrophy in type 1 and 2A fibers, increased protein expression of total FoxO3a, P-Smad3, LC3-II, and REDD-1 gene (mRNA), Atrogin-1/MAFbx isolated omega-3 reduced the expression of P-FoxO3a, PGC1alpha, the amount of arachidonic acid and the expression of IRS-1 mRNA with increased expression of LC3-II. The comparison between glucocorticoids showed that MP13 had a greater impact on body and muscle weight; the DC10 caused less atrophy in 2B fibers in relation to the other glucocorticoids. DX, caused greater impact on total Akt compared to the other glucocorticoids, in P-Akt the DX1,25 group had lower expression to other equipotent dose glucocorticoids. All glucocorticoids affect the expression of P-FOXO3a. In the of ERK1/2 and P-ERK1/2 protein expression, the MP6 was the group with the greatest damage to the phosphorylation in relation to the others in equipotent dose. In the evaluation of the Myostatin/Smad2/3 pathway MP 6, MP13 and DC20 showed higher expression of total Smad2/3 and P-Smad3. The gene expression of REDD-1 and MYOD was increased in the MP6 and MP13 groups compared to the other groups, REDD2 in the DC20 group was lower in relation to the DX2.5 group. Myostatin expression was lower in the DX2.5 and DC20 groups, with DC being the drug with less impact on atrogenes MuRF-1 and Atrogin-1. DX1.25 and DX2.5 caused lower IRS-1 expression among the glucocorticoid groups. Conclusions: Omega-3 may increase muscle atrophy caused by DX in fibers 1 and 2A, possibly related to increased expression of FoxO3a, REDD-1 and Atrogin-1, decreased expression of PGC1alpha and P-FoxO3a, in the amounts of acid arachidonic with increased lysosomal activity. Comparing different glucocorticoids, MP tends to produce a greater impact on body and muscular weights, DC is less harmful to type 2B fibers, however, it predominantly affects type 1 fibers, in the same way as DX in the dosage of 1.25mg/kg/day. DX tends to affect total and phosphorylated Akt expression more than other glucocorticoids. MP affects more the Ras/Raf/MEK/ERK pathway and REDD-1 expression in relation to the other glucocorticoids, and DC and MP show a higher expression of total and phosphorylated Smad2/3 compared to DX after 10 days of administration

Sialidose é uma doença neurossomática causada pela deficiência congênita da neuraminidase-1 (Neu1), enzima envolvida na regulação do catabolismo de sialoglicoconjugados nos lisossomos. Com o acúmulo de sialoglicoconjugados, ocorre comprometimento sistêmico e neurológico. Achados histológicos musculares incluem expansão da matriz extracelular (MEC) devido à proliferação anormal de fibroblastos, invasão das fibras musculares por componentes da MEC, fragmentação do citoplasma, formação vacuolar e atrofia das fibras musculares. Entretanto o mecanismo da atrofia muscular na deficiência de Neu1 não está completamente esclarecido, sendo o objetivo desse estudo. Desnervou-se o músculo gastrocnêmio direito de camundongos com deficiência de Neu1 (Neu1 -/-) e de controles Neu1 +/+. Os animais foram eutanasiados 0, 3, 7, 14 e 21 dias pós desnervação. Os músculos desnervados e contralaterais foram submetidos às seguintes análises: 1) histologia geral e medida da área transversa das fibras; 2) autofagia, através da avaliação da presença de vacúolos autofágicos por estudo ultraestrutural e da análise da expressão da proteína LC3; 3) ativação do sistema lisossomal, por reação de fosfatase ácida e análise da expressão proteica de catepsina L e lamp1; 4) deposição de colágeno e infiltração de tecido conjuntivo no tecido muscular; 5) níveis das proteínas Akt e GSK3b; 6) expressão dos atrogenes MuRF1 e Atrogina-1; 7) níveis da proteína MyoD, relacionada à diferenciação muscular; e 8) expressão dos genes Neu1, Neu2, Neu3 e Neu4. Os animais Neu1-/- apresentaram menor peso corporal e muscular compararando-se com animais Neu1 +/+. Houve redução progressiva da área das fibras dos músculos desnervados em relação aos músculos contralaterais. Os animais Neu1-/- apresentaram atrofia muscular basal, com aumento acentuado dos espaços endomisiais e perimisiais. Ocorreu formação de vacúolos autofágicos a partir de 14 dias de desnervação tanto em animais Neu1+/+ quanto em Neu1-/-. Os níveis de expressão proteica de catepsina L e de lamp1 aumentaram a partir de 14 dias de desnervação, mais notadamente em músculos desnervados de camundongos Neu1-/-. A expressão proteica de colágeno III mostrou-se aumentada em animais Neu1-/-, principalmente após desnervação. A expressão proteica da forma fosforilada do Akt (forma ativada) diminuiu após 21 dias de desnervação principalmente em músculos desnervados de animais Neu1+/+. Os níveis de PGSK3 b, forma inativa de GSK3b, diminuíram após a desnervação, em animais Neu1+/+ e animais Neu1-/-. Houve aumento na expressão gênica de Atrogina-1 e MuRF1 após 3 e 7 dias de desnervação, respectivamente; a expressão gênica de Atrogina-1 nos camundongos Neu1-/- teve um aumento atrasado, mostrando diferença significante após 7 dias de desnervação. Não houve diferença significativa entre níveis proteicos de MyoD. A expressão gênica de Neu1 mostrou-se elevada em músculos desnervados de animais Neu1+/+. Conclui-se, portanto, que a Neu1 parece atuar na regulação da massa muscular principalmente controlando o processo de ativação do sistema lisossomal, porém aparentemente sem afetar a autofagia / Sialidosis, a severe neurosomatic disease, results from congenital neuraminidase-1 (Neu1) deficiency. This enzyme regulates the catabolism of sialoglycoconjugates in the lysosomes. Systemic and neurologic manifestations occur due to the sialoglycoconjugates accumulation. In the mouse model for Neu1 deficiency, the muscle histologic findings include extracellular matrix (ECM) expansion, due to abnormal fibroblast proliferation, muscle fibers invasion by ECM components, cytoplasm fragmentation, vacuolar formation and muscle atrophy. Nevertheless the mechanisms of muscle atrophy in Neu1 deficiency are not completely known. This study was designed to investigate Neu1 involvement in muscle atrophy process. Denervation of gastrocnemius muscle was performed by sectioning sciatic nerve from Neu1 deficient mice (Neu1 -/-) and from normal control Neu1 +/+; the animals were euthanized 0, 3, 7, 14 and 21 days after denervation. Denervated and control muscles were collected and submitted to several analysis: 1) histological; 2) autophagic vacuoles formation, performed by ultrastructural analysis and LC3 protein expression; 3) acid phosphatase reaction, lamp1 and cathepsin L protein expression, to analyze lysosomal activation; 4) collagen deposition and fibrous formation; 5) proteins involved with muscle trophism, Akt and GSK3b; 6) MuRF1 and Atrogin-1 gene expression; 7) MyoD protein expression; 8) Neu1, Neu2, Neu3 and Neu4 genes expression. Neu1 -/- mice presented decreased body and muscle weight comparing to Neu1 +/+ animals. Muscle fiber cross-sectional area was reduced in denervated muscles comparing to contralateral muscles. Neu1 -/- mice muscles presented basal atrophy and increase of endomisial and perimisial spaces, which became more evident after denervation. After 14 days of denervation, autophagosome formation was noticed on Neu1 +/+ and Neu1-/- animals. Cathepsin L protein levels were increased after 14 and 21 days of denervation, especially in denervated muscles from Neu1 -/- mice. Lamp1 protein expression was increased in Neu1-/- animals. Type III collagen protein levels were increased in Neu1-/- animals. There were no significant differences between MyoD protein levels. P-Akt, active form of Akt protein levels, decreased after 21 days of denervation, especially in denervated muscles from control group animals, indicating that protein synthesis is decreased. P-GSK3b, inactive form of GSK3b decreased in denervated muscles from Neu1 -/- and Neu1 +/+ animals, which indicates that this protein remained activated during muscle atrophy process. There were significant differences in Atrogin-1 and MuRF1 gene expression levels after 3 and 7 days of denervation. Neu1 -/- animals muscles presented a delayed Atrogin-1 response. Neu1 gene expression was increased in denervated muscles from Neu1 +/+ mice. These findings suggest that Neu1 seems to act in the regulation of muscle mass mainly by controlling the process of lysosomal system activation, but apparently without affecting autophagy

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Sialidose é uma doença neurossomática causada pela deficiência congênita da neuraminidase-1 (Neu1), enzima envolvida na regulação do catabolismo de sialoglicoconjugados nos lisossomos. Com o acúmulo de sialoglicoconjugados, ocorre comprometimento sistêmico e neurológico. Achados histológicos musculares incluem expansão da matriz extracelular (MEC) devido à proliferação anormal de fibroblastos, invasão das fibras musculares por componentes da MEC, fragmentação do citoplasma, formação vacuolar e atrofia das fibras musculares. Entretanto o mecanismo da atrofia muscular na deficiência de Neu1 não está completamente esclarecido, sendo o objetivo desse estudo. Desnervou-se o músculo gastrocnêmio direito de camundongos com deficiência de Neu1 (Neu1 -/-) e de controles Neu1 +/+. Os animais foram eutanasiados 0, 3, 7, 14 e 21 dias pós desnervação. Os músculos desnervados e contralaterais foram submetidos às seguintes análises: 1) histologia geral e medida da área transversa das fibras; 2) autofagia, através da avaliação da presença de vacúolos autofágicos por estudo ultraestrutural e da análise da expressão da proteína LC3; 3) ativação do sistema lisossomal, por reação de fosfatase ácida e análise da expressão proteica de catepsina L e lamp1; 4) deposição de colágeno e infiltração de tecido conjuntivo no tecido muscular; 5) níveis das proteínas Akt e GSK3b; 6) expressão dos atrogenes MuRF1 e Atrogina-1; 7) níveis da proteína MyoD, relacionada à diferenciação muscular; e 8) expressão dos genes Neu1, Neu2, Neu3 e Neu4. Os animais Neu1-/- apresentaram menor peso corporal e muscular compararando-se com animais Neu1 +/+. Houve redução progressiva da área das fibras dos músculos desnervados em relação aos músculos contralaterais. Os animais Neu1-/- apresentaram atrofia muscular basal, com aumento acentuado dos espaços endomisiais e perimisiais. Ocorreu formação de vacúolos autofágicos a partir de 14 dias de desnervação tanto em animais Neu1+/+ quanto em Neu1-/-. Os níveis de expressão proteica de catepsina L e de lamp1 aumentaram a partir de 14 dias de desnervação, mais notadamente em músculos desnervados de camundongos Neu1-/-. A expressão proteica de colágeno III mostrou-se aumentada em animais Neu1-/-, principalmente após desnervação. A expressão proteica da forma fosforilada do Akt (forma ativada) diminuiu após 21 dias de desnervação principalmente em músculos desnervados de animais Neu1+/+. Os níveis de PGSK3 b, forma inativa de GSK3b, diminuíram após a desnervação, em animais Neu1+/+ e animais Neu1-/-. Houve aumento na expressão gênica de Atrogina-1 e MuRF1 após 3 e 7 dias de desnervação, respectivamente; a expressão gênica de Atrogina-1 nos camundongos Neu1-/- teve um aumento atrasado, mostrando diferença significante após 7 dias de desnervação. Não houve diferença significativa entre níveis proteicos de MyoD. A expressão gênica de Neu1 mostrou-se elevada em músculos desnervados de animais Neu1+/+. Conclui-se, portanto, que a Neu1 parece atuar na regulação da massa muscular principalmente controlando o processo de ativação do sistema lisossomal, porém aparentemente sem afetar a autofagia / Sialidosis, a severe neurosomatic disease, results from congenital neuraminidase-1 (Neu1) deficiency. This enzyme regulates the catabolism of sialoglycoconjugates in the lysosomes. Systemic and neurologic manifestations occur due to the sialoglycoconjugates accumulation. In the mouse model for Neu1 deficiency, the muscle histologic findings include extracellular matrix (ECM) expansion, due to abnormal fibroblast proliferation, muscle fibers invasion by ECM components, cytoplasm fragmentation, vacuolar formation and muscle atrophy. Nevertheless the mechanisms of muscle atrophy in Neu1 deficiency are not completely known. This study was designed to investigate Neu1 involvement in muscle atrophy process. Denervation of gastrocnemius muscle was performed by sectioning sciatic nerve from Neu1 deficient mice (Neu1 -/-) and from normal control Neu1 +/+; the animals were euthanized 0, 3, 7, 14 and 21 days after denervation. Denervated and control muscles were collected and submitted to several analysis: 1) histological; 2) autophagic vacuoles formation, performed by ultrastructural analysis and LC3 protein expression; 3) acid phosphatase reaction, lamp1 and cathepsin L protein expression, to analyze lysosomal activation; 4) collagen deposition and fibrous formation; 5) proteins involved with muscle trophism, Akt and GSK3b; 6) MuRF1 and Atrogin-1 gene expression; 7) MyoD protein expression; 8) Neu1, Neu2, Neu3 and Neu4 genes expression. Neu1 -/- mice presented decreased body and muscle weight comparing to Neu1 +/+ animals. Muscle fiber cross-sectional area was reduced in denervated muscles comparing to contralateral muscles. Neu1 -/- mice muscles presented basal atrophy and increase of endomisial and perimisial spaces, which became more evident after denervation. After 14 days of denervation, autophagosome formation was noticed on Neu1 +/+ and Neu1-/- animals. Cathepsin L protein levels were increased after 14 and 21 days of denervation, especially in denervated muscles from Neu1 -/- mice. Lamp1 protein expression was increased in Neu1-/- animals. Type III collagen protein levels were increased in Neu1-/- animals. There were no significant differences between MyoD protein levels. P-Akt, active form of Akt protein levels, decreased after 21 days of denervation, especially in denervated muscles from control group animals, indicating that protein synthesis is decreased. P-GSK3b, inactive form of GSK3b decreased in denervated muscles from Neu1 -/- and Neu1 +/+ animals, which indicates that this protein remained activated during muscle atrophy process. There were significant differences in Atrogin-1 and MuRF1 gene expression levels after 3 and 7 days of denervation. Neu1 -/- animals muscles presented a delayed Atrogin-1 response. Neu1 gene expression was increased in denervated muscles from Neu1 +/+ mice. These findings suggest that Neu1 seems to act in the regulation of muscle mass mainly by controlling the process of lysosomal system activation, but apparently without affecting autophagy

Várias condições podem estar relacionadas com a atrofia muscular, tais como inatividade, envelhecimento, septicemia, diabetes, câncer e uso de glicocorticoides. Em tentativa prévia de prevenir tal condição catabólica secundário ao uso de glicocorticoide, através da suplementação de ômega-3 (N-3), observamos um agravamento da atrofia muscular, afetando mais tipos de fibras musculares, usualmente poupadas pelo glicocorticoide, fibras tipo 1 por exemplo. Entretanto, não foi possível determinar quais as propriedades dessa interação. Portanto, o objetivo deste estudo foi de avaliar a ação do Ômega-3 associada a dexametasona e de diferentes glicocorticoides em dose equipotente sobre o peso corporal; área de secção transversa muscular; perfil de ácidos graxos; expressão gênica de fatores de transcrição musculares e atrogenes (Atrogina 1 e MuRF-1); expressão proteica de componentes das vias do IGF-1/Akt/mTOR, Ras/Raf/MEK/ERK e Miostatina/Smad2/3; e expressão de receptores de glicocorticoides na musculatura esquelética de ratos. Metodologia: Ratos Wistar suplementados ou não com ômega-3 (100mg/kg/dia de EPA) por 40 dias receberam dexametasona (DX) subcutânea (2,5 e 1,25mg/kg/dia) nos últimos 10 dias de suplementação. Para estudo dos demais glicocorticoides, ratos sem suplementação receberam deflazacorte (DC), metilprednisolona (MP) em dose/volume equipotente ao de dexametasona (DC 10 e 20mg/kg/dia e MP6,7 e 13,3mg/kg/dia) por 10 dias. Constituindo 10 grupos: CT, N-3, DX1,25, DX2,5, DX1,25+N-3, DX2,5+N-3, MP6, MP13, DC10 e DC20. Através de estudo histológico, imuno-histoquímico, PCR em tempo real e Western blotting, foram avaliados a área transversa dos diferentes tipos de fibras musculares; a expressão de receptor de glicocorticoide na fibra muscular; a expressão gênica dos atrogenes e fatores de transcrição; expressão de proteínas das vias IGF-1, Miostatina e MEK/ERK. Resultados: A administração de N-3 influenciou a atrofia por DX causando maior atrofia em fibras do tipo 1 e 2A, aumento na expressão proteica de FoxO3a total, P-Smad3, LC3-II e gênica (mRNA) de REDD-1, Atrogina-1/MAFbx. De forma isolada o ômega-3 reduziu a expressão de P-FoxO3a, PGC1alfa, a quantidade de ácido araquidônico e a expressão de mRNA do IRS-1 com aumento na expressão de LC3-II. A comparação entre glicocorticoides mostrou que a MP (13mg/kg/dia) acarretou maior impacto no peso corporal e muscular; o DC (10mg/kg/dia) causou menor atrofia em fibras 2B em relação aos demais glicocorticoides. A DX causou maior impacto sobre o Akt total em comparação com os demais glicocorticoides, em P-Akt o grupo DX1,25 teve menor expressão em relação a outros glicocorticoides em dose equipotente. Todos os glicocorticoides afetaram a expressão de P-FOXO3a. Na expressão de ERK1/2 e P-ERK1/2, MP6 foi o grupo com maior prejuízo à fosforilação em relação aos demais em dose equipotente. Já na avaliação da via Miostatina/Smad2/3 os grupos MP 6, MP13 e DC20 mostraram maior expressão de Smad2/3 total e P-Smad3. A expressão gênica de REDD-1 e MYOD foi aumentada nos grupos MP6 e MP13 em relação aos demais grupos; REDD2 no grupo DC20 foi menor em relação ao grupo DX2,5. A expressão de Miostatina foi menor nos grupos DX2,5 e DC20, sendo o DC a droga com menor impacto sobre os atrogenes MuRF-1 e Atrogina-1. DX1,25 e DX2,5 causaram menor expressão de IRS-1 entre os grupos de glicocorticoides. Conclusões: Ômega-3 pode aumentar a atrofia muscular causada por DX em fibras 1 e 2A, possivelmente relacionado com aumento da expressão de FoxO3a, REDD-1 e Atrogina-1, diminuição na expressão de PGC1alfa e P-FoxO3a, nas quantidades de ácido araquidônico com aumento da atividade lisossomal. Comparando diferentes glicocorticoides, a MP tende a produzir maior impacto nos pesos corporal e muscular, o DC é menos prejudicial as fibras do tipo 2B, entretanto, afeta predominantemente fibras do tipo 1, da mesma forma que a DX na dosagem de 1,25mg/kg/dia. A DX tende a afetar mais a expressão de Akt total e fosforilado que os demais glicocorticoides. A MP afeta mais a via Ras/Raf/MEK/ERK e expressão de REDD-1 em relação aos demais glicocorticoides, e o DC e MP mostram maior expressão de Smad2/3 total e fosforilada em relação ao DX após 10 dias de administração / Several conditions may be related to muscle atrophy, such as inactivity, aging, septicemia, diabetes, cancer and use of glucocorticoids. In a previous attempt to prevent such glucocorticoid catabolic condition, through the supplementation of omega-3 (N-3), we observed a worsening of muscular atrophy, affecting more types of muscle fibers, usually spared by glucocorticoid, type 1 fibers for example. However, it was not possible to determine the properties of this interaction. Therefore, the objective of this study was to evaluate the action of omega-3 associated with dexamethasone and different glucocorticoids in equipotent dose on body weight; muscle cross-sectional area; fatty acid profile; gene expression of muscle transcription factors and atrogenes (Atrogin-1 and MuRF-1); protein expression of IGF-1/Akt/mTOR, Ras/Raf/MEK/ERK and Myostatin/Smad2/3 pathways components; and expression of glucocorticoid receptors in the skeletal musculature of rats. Methods: Wistar rats given orally or not with omega-3 (100mg/kg/day of EPA) for 40 days received subcutaneous dexamethasone (DX) (2.5 or 1.25mg/kg/day) during the last 10 days of supplementation. For the other glucocorticoids, rats without supplementation received deflazacorte (DC) or methylprednisolone (MP) in dose/volume equivalent to that of dexamethasone (DC 10 or 20mg/kg/day and MP6.7 or 13.3mg/kg/day) for 10 days. Comprising 10 groups: CT, N-3, DX1.25, DX2.5, DX1.25 + N-3, DX2.5 + N-3, MP6, MP13, DC10 and DC20. Through histological, immunohistochemical, real-time PCR and Western blotting, we evaluated the transverse area of the different muscle fibers; the expression of glucocorticoid receptor; the gene expression of atrogenes and transcription factors; protein expression of the IGF-1, Myostatin and MEK/ERK pathways. Results: N-3 administration influenced DEXA atrophy causing increased atrophy in type 1 and 2A fibers, increased protein expression of total FoxO3a, P-Smad3, LC3-II, and REDD-1 gene (mRNA), Atrogin-1/MAFbx isolated omega-3 reduced the expression of P-FoxO3a, PGC1alpha, the amount of arachidonic acid and the expression of IRS-1 mRNA with increased expression of LC3-II. The comparison between glucocorticoids showed that MP13 had a greater impact on body and muscle weight; the DC10 caused less atrophy in 2B fibers in relation to the other glucocorticoids. DX, caused greater impact on total Akt compared to the other glucocorticoids, in P-Akt the DX1,25 group had lower expression to other equipotent dose glucocorticoids. All glucocorticoids affect the expression of P-FOXO3a. In the of ERK1/2 and P-ERK1/2 protein expression, the MP6 was the group with the greatest damage to the phosphorylation in relation to the others in equipotent dose. In the evaluation of the Myostatin/Smad2/3 pathway MP 6, MP13 and DC20 showed higher expression of total Smad2/3 and P-Smad3. The gene expression of REDD-1 and MYOD was increased in the MP6 and MP13 groups compared to the other groups, REDD2 in the DC20 group was lower in relation to the DX2.5 group. Myostatin expression was lower in the DX2.5 and DC20 groups, with DC being the drug with less impact on atrogenes MuRF-1 and Atrogin-1. DX1.25 and DX2.5 caused lower IRS-1 expression among the glucocorticoid groups. Conclusions: Omega-3 may increase muscle atrophy caused by DX in fibers 1 and 2A, possibly related to increased expression of FoxO3a, REDD-1 and Atrogin-1, decreased expression of PGC1alpha and P-FoxO3a, in the amounts of acid arachidonic with increased lysosomal activity. Comparing different glucocorticoids, MP tends to produce a greater impact on body and muscular weights, DC is less harmful to type 2B fibers, however, it predominantly affects type 1 fibers, in the same way as DX in the dosage of 1.25mg/kg/day. DX tends to affect total and phosphorylated Akt expression more than other glucocorticoids. MP affects more the Ras/Raf/MEK/ERK pathway and REDD-1 expression in relation to the other glucocorticoids, and DC and MP show a higher expression of total and phosphorylated Smad2/3 compared to DX after 10 days of administration