Os objetivos principais desta tese foram avaliar parâmetros bioquímicos gliais, inflamatórios e comportamentais em pacientes com lesão medular (LM) submetidos a um protocolo de dança, e em ratos submetidos aos protocolos de exercício voluntário e forçado. Para tanto, foram realizados 4 experimentos. No primeiro, os ratos foram submetidos a 4 semanas de exercício moderado em esteira ergométrica (20 min por dia). No segundo, os animais foram submetidos à 4 semanas de exercício voluntário em rodas de correr (12 horas por dia). No terceiro experimento, os ratos foram expostos à esteira ergométrica durante 2 semanas (20 min/dia) e, após o último treino, receberam uma injeção intraperitoneal de LPS. Neste último, a memória e aprendizagem dos animais foram investigadas. Ao término do período de exercício, ou após a injeção de LPS, as análises bioquímicas do hipocampo foram realizadas. O quarto experimento foi realizado com indivíduos com LM que foram submetidos a 4 semanas de dança. Análises sorológicas e comportamentais foram efetuadas. Os resultados mostraram que o exercício forçado promoveu o aumento da glutamina sintetase (GS) e diminuição de proteína glial fibrilar ácida (GFAP) e óxido nítrico (NO) no hipocampo, além de aumentar os níveis de corticosterona, o que pode estar mediando os efeitos do exercício sobre os astrócitos. O exercício voluntário induziu o aumento da GS e BDNF. A aplicação de LPS promoveu aumento dos níveis de TNF-α no hipocampo dos animais, o que coincidiu com o aumento dos níveis de S100B no fluído cerebrospinal. Os indivíduos com LM submetidos à dança apresentaram melhora significativa nos escores da Medida de Independência Funcional, Índice de Barthel, Escala de Berg e Escala Hospitalar de Ansiedade e Depressão, e aumento dos níveis sorológicos de BDNF. A dança não teve efeito sobre os parâmetros gliais, metabólicos e inflamatórios periféricos. Estes resultados sugerem que diferentes tipos de exercício físico exercem diferentes efeitos sobre os astrócitos hipocampais, o que pode interferir na indicação de um ou outro dependendo do objetivo a ser alcançado. O exercício em esteira pode ser uma atividade indicada para prevenção de doenças que envolvem neuroinflamação, e a dança pode ser uma intervenção terapêutica eficaz para reabilitação de indivíduos com lesão medular uma vez que contribui para melhora física e psicológica desta população. Tomados juntos, os resultados desta Tese ressaltam a importância da prática de exercício físico para o metabolismo neural, e a relevância de estudar os astrócitos para compreensão dos mecanismos envolvidos no efeito do exercício físico no SNC. / The main aim of this Thesis was to evaluate the biochemical glial, inflammatory and behavioral parameters, in patient with spinal cord injury (SCI) submitted to a protocol of dance, and in rats submitted to voluntary and forced exercise. Four experiments were made. In the 1st, the rats were submitted to 4 weeks of moderate exercise on treadmill (20 min per day). In the 2nd, the animals were submitted to 4 weeks of voluntary exercise on wheel running (12 hours per day). In the 3rd experiment, the rats were exposed to treadmill during 2 weeks (20 min per day) and, after the last session, they received intraperitoneal injection of LPS. In this last experiment, the memory and learning were investigated. At the finish of the exercise period, or after the LPS injection, the biochemical analysis of the hippocampus was realized. The 4th experiment was realized with individuals with spinal cord injury that were submitted to 4 weeks of dance practice. Behavioral and serological analyses were performed. Data show that treadmill running increased glutamine synthetase (GS) activity and decreased hippocampal glial fibrillary acidic protein (GFAP) and nitric oxide (NO) , as well as increased corticosterone level, that can mediate the effects of the exercise on astrocytes. The voluntary exercise increased GS and BDNF. The LPS administration increased hippocampal TNF-α level in rats concomitantly with the increase in the S100B levels in cerebrospinal fluid. The individuals with spinal cord injury submitted to dance showed a significant improve in the scores of Functional Independency Measure, Barthel Index, Berg Scale and Ansiety and Depression Hospitalar Scale, and a increase in the serologic levels of BDNF. The dance had no effect on glial, metabolic and inflammatory parameters. These results suggest that different types of exercise exert different effects on hippocampal astrocytes, which may interfere with the appointment of one or the other depending on the objective to be achieved. The treadmill exercise can be a good strategy in the prevention of neuroinflammatory diseases, and dance can be an effective therapeutic intervention for rehabilitation of individuals with SCI as it helps to improve physical and psychological conditions in this population. Taken together, the present data highlight the importance of physical exercise for neural functions, and the relevance of studying astrocytes to understand the mechanisms involved in the effect of exercise on CNS.

A neuroinflamação vem sendo estudada através da administração aguda, central ou periférica, de lipopolissacarídeos bacterianos (LPS) em roedores. A administração de LPS causa uma mudança na resposta imune do animal, aumentando os níveis de citocinas e outras quimiocinas inflamatórias. Essas alterações levam a um estado comportamental do tipo doente, que tende a ser extinto 24 h depois da administração de LPS, momento no qual se pode visualizar o desenvolvimento de um comportamento do tipo deprimido no animal. O hiperosídeo (HYP) é um flavonoide glicosilado, encontrado em diversas espécies vegetais e apresenta efeito do tipo antidepressivo, atividade citoprotetora, antioxidante e anti-inflamatória em roedores. O objetivo desse trabalho foi avaliar o efeito do flavonoide hiperosídeo (HYP) no modelo do comportamento de doente e do tipo deprimido induzidos pela administração de LPS em camundongos e sobre os níveis hipocampais de citocinas (IL-6, TNF, IFN-γ, IL-12 e IL-10) e quimiocina MCP-1. O modelo consistiu na exposição dos animais a uma sessão de 5 min de natação forçada (estímulo estressor) com posterior administração de LPS (600 μg/kg, i.p.) ou solução salina (10 mL/kg, i.p., SAL, animais controle do modelo). O comportamento de doente foi avaliado em campo aberto, através da medida do número de cruzamentos e score de sintomas, 06 e 24 h após a administração de LPS. O comportamento do tipo deprimido foi avaliado pela medida da imobilidade no teste de suspensão pela cauda (TSC) 24 h após a administração de LPS. Os tratamentos imipramina (IMI, 20 mg/kg), HYP (20 mg/kg) ou solução salina 10 mL/kg (grupo controle do tratamento) foram administrados (i.p.) 30 min antes (protocolo profilático) ou 5 h e 30 min depois (protocolo terapêutico) da administração de LPS ou SAL. Os níveis hipocampais de citocinas foram medidas por citometria de fluxo nos animais eutanasiados uma hora após o TSC. A administração profilática de HYP aumentou 12 os níveis de todas as citocinas tanto no grupo LPS quanto no grupo SAL. A análise da correlação citocinas pró-/anti-inflamatórias demonstrou que o tratamento profilático HYP resultou em uma correlação positiva IL-6/IL10 e TNF/IL-10 tanto nos animais SAL quanto LPS. A administração terapêutica de HYP aumentou somente os níveis de IL-10 e resultou em uma correlação IL-6/IL-10 positiva apenas no grupo SAL. Nos animais do grupo LPS, o tratamento terapêutico HYP aumentou os níveis de MCP-1 e resultou numa correlação positiva TNF/IL-10. O tratamento profilático HYP preveniu parcialmente o desenvolvimento do comportamento de doente, diminuindo o score de sintomas e o comportamento do tipo deprimido no grupo LPS. O tratamento terapêutico HYP preveniu o desenvolvimento do comportamento do tipo deprimido apenas no grupo SAL. A administração profilática de IMI nos animais SAL não alterou os níveis de IL-6, IL-10 e TNF, mas resultou em correlações IL-6/IL-10 e TNF/IL-10 positivas. Nos animais que receberam LPS, a administração profilática de IMI somente diminuiu os níveis de IL-6 e TNF, sem apresentar nenhuma correlação entre os níveis de citocinas. A administração terapêutica de IMI não alterou os níveis de nenhuma citocina, porém resultou em uma correlação TNF/IL-10 positiva. O tratamento profilático IMI preveniu tanto o desenvolvimento do comportamento de doente como do tipo deprimido. O tratamento terapêutico com IMI não reverteu os prejuízos induzidos pela administração de LPS, nem no comportamento de doente nem no do tipo deprimido. Em conclusão, os dados deste trabalho confirmam o efeito do tipo antidepressivo de hiperosídeo em camundongos e demonstram que o tratamento profilático com HYP tem efeito protetor parcial contra a manifestação dos sintomas de doente e comportamento do tipo deprimido induzidos pela natação forçada e administração de LPS. A ação do HYP pode estar relacionada ao aumento dos níveis hipocampais da citocina antiinflamatória IL-10. / The neuroinflammation has been studied through acute, central or peripheral administration of bacterial lipopolysaccharides (LPS) in rodents. LPS alters the animal immune response increasing the cytokines and others inflammatory chemokines levels. These alterations generate a group of symptoms and behavioral changes known as sickness behavior, which tends to be extinct 24 h after LPS administration when the animals develop a depressive-like behavior. Hyperoside (HYP) is a glycosylated flavonoid that present antidepressant, cytoprotective, antioxidant and anti-inflammatory properties in rodents. The aim of this study was to evaluate the HYP effects on sickness and depressive-like behaviors induced by LPS administration in mice as well as to investigate its effect on hippocampal cytokines (IL-6, TNF, IFN-γ, IL-12 e IL-10) and chemokine MCP-1 levels. The model consisted of a 5 min forced swimming session (stressor stimuli) with posterior LPS (600 μg/kg, i.p.) or saline (10 ml/kg, i.p., SAL) administration. The sickness behavior was assessed in the open field test by measuring the number of crossings and by scoring symptoms, 06 and 24 h after LPS administration. The depressive-like behavior was evaluated by measuring the immobility time in the tail suspension test (TST) 24 h after LPS administration. The treatments imipramine (IMI, 20 mg/kg), HYP (20 mg/kg) or saline 10 mL/kg (treatment control group) were administered (i.p.) 30 min before (prophylactic protocol) or 5 h and 30 min after (therapeutic protocol) LPS or saline (SAL - experiment control) administration. The cytokines levels were measured by flow cytometry in animals euthanized by decapitation 1 h after TST. The prophylactic administration of HYP increased all cytokines in both LPS and SAL groups, and resulted in an IL-6/IL-10 and a TNF/IL-10 positive correlation in both SAL and LPS animals. The therapeutic administration of HYP increased IL-10 levels, with an IL-6/IL10 positive correlation in SAL group only. In LPS animal group, the therapeutic 14 administration of HYP increased the MCP-1 levels and resulted in a TNF/IL-10 positive correlation. The prophylactic HYP did not prevent the reduction on spontaneous locomotion induced by LPS but decreased the symptoms score in LPS group and the depressive-like behavior in both LPS and SAL groups. The therapeutic HYP did not revert the sickness behavior and prevented the depressive-like behavior only in SAL group. The prophylactic IMI decreased IL-6 and TNF without any correlation between cytokines levels in animals that received LPS. In SAL animals, the prophylactic administration of IMI did not alter the cytokines levels but resulted in an IL-6/IL-10 and TNF/IL-10 positive correlations. The therapeutic IMI did not alter any cytokine levels, but resulted in a positive TNF/IL-10 correlation. The prophylactic IMI prevented both sickness and depressive-like behavior in LPS and SAL groups. The therapeutic IMI did not revert any LPS impairment. In conclusion, this study confirmed the antidepressant–like effect of hyperoside in mice and demonstrated that prophylactic treatment with this flavonoid partially protect the animals against sickness and depressive-like behaviors induced by LPS combined with forced swimming stress. Ability of HYP to increase the anti-inflammatory cytokine IL-10 hippocampal levels may underlies its effects on this model.

O envelhecimento, processo iminente a todo ser vivo, no SNC é caracterizado por alterações como, por exemplo, a neuroinflamação crônica, que estão associadas a processos de neurodegeneração e ao aumento da incidência de doenças neurológicas ligadas ao surgimento de demência. A insulina, o hormônio anabólico mais importante descoberto até hoje, tem sua sinalização como processo vital que está presente desde bactérias até a espécie humana e desde os tecidos periféricos até o SNC. Mesmo a sinalização cerebral de insulina sendo um tema bem definido na literatura, pouco se sabe sobre a sua função em células da glia, principalmente astrócitos e microglia, componentes chaves do processo de neuroinflamação. A neuroinflamação foi considerada, por muitos anos, tóxica ao SNC, mas atualmente evidências importantes têm sido encontradas sugerindo que processos pró-inflamatórios são primariamente benéficos ao cérebro ou encéfalo e podem assumir papel tóxico à medida que se tornam crônico. Assim, considerando o papel da insulina no SNC, bem como o aumento da expectativa de vida da população mundial que acarreta o aumento dramático da incidência de doenças neurodegenerativas, foi investigada, na presente tese a relação da sinalização fisiológica de insulina com processos cognitivos, neurotróficos e neuroinflamatórios e também a resistência na sinalização da mesma causada pelo envelhecimento cerebral. Foi demonstrado que a administração intracerebroventricular de insulina melhora a cognição de animais jovens, mas o mesmo não ocorre no envelhecimento. A nível celular e molecular, foi visto um distúrbio na conexão da sinalização de insulina e BDNF, bem como na ativação microglial e sinalização pró-inflamatória da insulina que parecem estar comprometidos no envelhecimento. Além disso, foi observado que a microglia é sensível à sinalização direta de insulina via PI3K e que essa sinalização microglial é adaptada e sofre mudanças na vida adulta. Em conjunto com a literatura, foi demostrado por esta tese que existe uma ruptura de paradigmas na interpretação dos processos neuroinflamatórios, que deixam de ser vistos somente como um fator tóxico ao cérebro, mas também como um artifício elementar de adaptação do SNC aos diversos estímulos que as células nervosas recebem durante o curso da vida, desde o nascimento até o envelhecimento. / Aging is a process that is found in all living being in the CNS. It is characterized by modifications, such as chronic neuroinflammation, which are associated with neurodegeneration and represent a risk factor for neurological diseases. Insulin is the most important anabolic hormone ever discovered. Insulin signaling represents an essential process that is present from bacteria to humans and from the periphery to the brain. Insulin signaling in the CNS is a well-defined topic in the literature. Most of the knowledge regarding brain insulin signaling still report findings in neurons and little is known about insulin function in glia, especially astrocytes and microglia that are key players of neuroinflammation. Neuroinflammation has been considered a toxic factor to the CNS, however, in the last few years, important evidences have been found that proinflammatory processes are primarily beneficial and may play a toxic role as soon as they become chronic. Thus, considering the role of insulin in the CNS, as well as the increased populational life spam worldwide, the present thesis investigated the relation of physiological insulin signaling and the brain insulin signaling caused by aging in cognition, neurochemistry and neuroinflammation. We showed that insulin intracerebroventricular administration improved the cognition of young animals, but the same was not observed in aging. At the cellular and molecular level, we found a disruption in the connection of insulin and BDNF signaling. We also show that a microglial activation and pro-inflammation triggered by insulin in young brain appear to be lost during aging. In addition, it was observed that microglia is sensitive to direct insulin signaling via PI3K and that this microglial signaling suffers adaptations and changes during life. Together with the recently changes in the literature, the findings of this work demonstrate that there is a rupture of paradigms in the interpretation of neuroinflammatory processes, which are no longer seen only as a toxic factor to the brain, but also as an smart adaptation of the CNS to the various stimuli that brain cells receive during the course of life, from birth to aging.

O envelhecimento, processo iminente a todo ser vivo, no SNC é caracterizado por alterações como, por exemplo, a neuroinflamação crônica, que estão associadas a processos de neurodegeneração e ao aumento da incidência de doenças neurológicas ligadas ao surgimento de demência. A insulina, o hormônio anabólico mais importante descoberto até hoje, tem sua sinalização como processo vital que está presente desde bactérias até a espécie humana e desde os tecidos periféricos até o SNC. Mesmo a sinalização cerebral de insulina sendo um tema bem definido na literatura, pouco se sabe sobre a sua função em células da glia, principalmente astrócitos e microglia, componentes chaves do processo de neuroinflamação. A neuroinflamação foi considerada, por muitos anos, tóxica ao SNC, mas atualmente evidências importantes têm sido encontradas sugerindo que processos pró-inflamatórios são primariamente benéficos ao cérebro ou encéfalo e podem assumir papel tóxico à medida que se tornam crônico. Assim, considerando o papel da insulina no SNC, bem como o aumento da expectativa de vida da população mundial que acarreta o aumento dramático da incidência de doenças neurodegenerativas, foi investigada, na presente tese a relação da sinalização fisiológica de insulina com processos cognitivos, neurotróficos e neuroinflamatórios e também a resistência na sinalização da mesma causada pelo envelhecimento cerebral. Foi demonstrado que a administração intracerebroventricular de insulina melhora a cognição de animais jovens, mas o mesmo não ocorre no envelhecimento. A nível celular e molecular, foi visto um distúrbio na conexão da sinalização de insulina e BDNF, bem como na ativação microglial e sinalização pró-inflamatória da insulina que parecem estar comprometidos no envelhecimento. Além disso, foi observado que a microglia é sensível à sinalização direta de insulina via PI3K e que essa sinalização microglial é adaptada e sofre mudanças na vida adulta. Em conjunto com a literatura, foi demostrado por esta tese que existe uma ruptura de paradigmas na interpretação dos processos neuroinflamatórios, que deixam de ser vistos somente como um fator tóxico ao cérebro, mas também como um artifício elementar de adaptação do SNC aos diversos estímulos que as células nervosas recebem durante o curso da vida, desde o nascimento até o envelhecimento. / Aging is a process that is found in all living being in the CNS. It is characterized by modifications, such as chronic neuroinflammation, which are associated with neurodegeneration and represent a risk factor for neurological diseases. Insulin is the most important anabolic hormone ever discovered. Insulin signaling represents an essential process that is present from bacteria to humans and from the periphery to the brain. Insulin signaling in the CNS is a well-defined topic in the literature. Most of the knowledge regarding brain insulin signaling still report findings in neurons and little is known about insulin function in glia, especially astrocytes and microglia that are key players of neuroinflammation. Neuroinflammation has been considered a toxic factor to the CNS, however, in the last few years, important evidences have been found that proinflammatory processes are primarily beneficial and may play a toxic role as soon as they become chronic. Thus, considering the role of insulin in the CNS, as well as the increased populational life spam worldwide, the present thesis investigated the relation of physiological insulin signaling and the brain insulin signaling caused by aging in cognition, neurochemistry and neuroinflammation. We showed that insulin intracerebroventricular administration improved the cognition of young animals, but the same was not observed in aging. At the cellular and molecular level, we found a disruption in the connection of insulin and BDNF signaling. We also show that a microglial activation and pro-inflammation triggered by insulin in young brain appear to be lost during aging. In addition, it was observed that microglia is sensitive to direct insulin signaling via PI3K and that this microglial signaling suffers adaptations and changes during life. Together with the recently changes in the literature, the findings of this work demonstrate that there is a rupture of paradigms in the interpretation of neuroinflammatory processes, which are no longer seen only as a toxic factor to the brain, but also as an smart adaptation of the CNS to the various stimuli that brain cells receive during the course of life, from birth to aging.

Os objetivos principais desta tese foram avaliar parâmetros bioquímicos gliais, inflamatórios e comportamentais em pacientes com lesão medular (LM) submetidos a um protocolo de dança, e em ratos submetidos aos protocolos de exercício voluntário e forçado. Para tanto, foram realizados 4 experimentos. No primeiro, os ratos foram submetidos a 4 semanas de exercício moderado em esteira ergométrica (20 min por dia). No segundo, os animais foram submetidos à 4 semanas de exercício voluntário em rodas de correr (12 horas por dia). No terceiro experimento, os ratos foram expostos à esteira ergométrica durante 2 semanas (20 min/dia) e, após o último treino, receberam uma injeção intraperitoneal de LPS. Neste último, a memória e aprendizagem dos animais foram investigadas. Ao término do período de exercício, ou após a injeção de LPS, as análises bioquímicas do hipocampo foram realizadas. O quarto experimento foi realizado com indivíduos com LM que foram submetidos a 4 semanas de dança. Análises sorológicas e comportamentais foram efetuadas. Os resultados mostraram que o exercício forçado promoveu o aumento da glutamina sintetase (GS) e diminuição de proteína glial fibrilar ácida (GFAP) e óxido nítrico (NO) no hipocampo, além de aumentar os níveis de corticosterona, o que pode estar mediando os efeitos do exercício sobre os astrócitos. O exercício voluntário induziu o aumento da GS e BDNF. A aplicação de LPS promoveu aumento dos níveis de TNF-α no hipocampo dos animais, o que coincidiu com o aumento dos níveis de S100B no fluído cerebrospinal. Os indivíduos com LM submetidos à dança apresentaram melhora significativa nos escores da Medida de Independência Funcional, Índice de Barthel, Escala de Berg e Escala Hospitalar de Ansiedade e Depressão, e aumento dos níveis sorológicos de BDNF. A dança não teve efeito sobre os parâmetros gliais, metabólicos e inflamatórios periféricos. Estes resultados sugerem que diferentes tipos de exercício físico exercem diferentes efeitos sobre os astrócitos hipocampais, o que pode interferir na indicação de um ou outro dependendo do objetivo a ser alcançado. O exercício em esteira pode ser uma atividade indicada para prevenção de doenças que envolvem neuroinflamação, e a dança pode ser uma intervenção terapêutica eficaz para reabilitação de indivíduos com lesão medular uma vez que contribui para melhora física e psicológica desta população. Tomados juntos, os resultados desta Tese ressaltam a importância da prática de exercício físico para o metabolismo neural, e a relevância de estudar os astrócitos para compreensão dos mecanismos envolvidos no efeito do exercício físico no SNC. / The main aim of this Thesis was to evaluate the biochemical glial, inflammatory and behavioral parameters, in patient with spinal cord injury (SCI) submitted to a protocol of dance, and in rats submitted to voluntary and forced exercise. Four experiments were made. In the 1st, the rats were submitted to 4 weeks of moderate exercise on treadmill (20 min per day). In the 2nd, the animals were submitted to 4 weeks of voluntary exercise on wheel running (12 hours per day). In the 3rd experiment, the rats were exposed to treadmill during 2 weeks (20 min per day) and, after the last session, they received intraperitoneal injection of LPS. In this last experiment, the memory and learning were investigated. At the finish of the exercise period, or after the LPS injection, the biochemical analysis of the hippocampus was realized. The 4th experiment was realized with individuals with spinal cord injury that were submitted to 4 weeks of dance practice. Behavioral and serological analyses were performed. Data show that treadmill running increased glutamine synthetase (GS) activity and decreased hippocampal glial fibrillary acidic protein (GFAP) and nitric oxide (NO) , as well as increased corticosterone level, that can mediate the effects of the exercise on astrocytes. The voluntary exercise increased GS and BDNF. The LPS administration increased hippocampal TNF-α level in rats concomitantly with the increase in the S100B levels in cerebrospinal fluid. The individuals with spinal cord injury submitted to dance showed a significant improve in the scores of Functional Independency Measure, Barthel Index, Berg Scale and Ansiety and Depression Hospitalar Scale, and a increase in the serologic levels of BDNF. The dance had no effect on glial, metabolic and inflammatory parameters. These results suggest that different types of exercise exert different effects on hippocampal astrocytes, which may interfere with the appointment of one or the other depending on the objective to be achieved. The treadmill exercise can be a good strategy in the prevention of neuroinflammatory diseases, and dance can be an effective therapeutic intervention for rehabilitation of individuals with SCI as it helps to improve physical and psychological conditions in this population. Taken together, the present data highlight the importance of physical exercise for neural functions, and the relevance of studying astrocytes to understand the mechanisms involved in the effect of exercise on CNS.

Orientador: Lília Freire Rodrigues de Souza / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-22T13:01:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teocchi_MarceloAnanias_D.pdf: 2726481 bytes, checksum: e5cce5b510a5bcad6802507e6b36bcce (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A epilepsia do lobo temporal associada à esclerose hipocampal [ELT(EH)] é o tipo mais comum de epilepsia focal que causa crises refratárias. A morte neuronal na EH pode ser desencadeada por danos excitotóxicos e citocinas específicas. Pesquisas em modelos experimentais de crises convulsivas ressaltaram a citocina pleiotrópica fator de necrose tumoral (TNF) como um importante efetor/mediador de neuroinflamação e morte celular. Além disso, esses modelos sugeriram que o TNF possa ter uma ação dicotômica por meio de seus dois receptores: ativação da morte celular programada (via TNFRSF1A) ou atuação na sobrevivência celular (via TNFRSF1B), através do fator nuclear kappa B (NFkB). Klotho (KL), originalmente identificada como uma proteína antienvelhecimento, tem se destacado como um importante hormônio regulador de cálcio e fósforo. Sua função cerebral é desconhecida; porém, camundongos knockout para Kl apresentam características que remetem ao envelhecimento humano, com neurodegeneração e redução de sinapses no hipocampo. Em modelos de doença renal crônica e colite, foi comprovado que o TNF inibe KL através do NFkB. Nosso objetivo é identificar alvos críticos na epileptogênese e na fisiopatologia molecular da ELT(EH). Avaliamos a expressão relativa do RNAm de cinco genes-alvo: TNF, TNFRSF1A, TNFRSF1B, NFKB1 e KL. A expressão gênica foi avaliada em amostras de tecido hipocampal de 14 pacientes com ELT(EH) e comparadas com cinco amostras de controles post mortem. Além disso, ambos os receptores do TNF foram analisados nas amostras hipocampais por imuno-histoquímica. Todos os cinco genes avaliados apresentaram expressão significantemente alterada nos pacientes com ELT(EH) (P<0,05). A expressão de ambos os receptores foi constatada nos tecidos dos pacientes. Este é o primeiro estudo a relacionar KL e epilepsia. Nossos dados reforçam o componente inflamatório da EH e sugerem que o TNF possa inibir a expressão de KL no hipocampo dos pacientes. A repressão de KL abre novas frentes de pesquisa que podem contribuir para a compreensão da complexa fisiopatologia da ELT(EH). Além disso, uma vez que TNF, TNFRSF1A e NFKB1 são protagonistas na via extrínseca da apoptose, concluímos que a sinalização do TNF participe criticamente da neurodegeneração hipocampal associada à ELT. Existem controvérsias sobre o papel do TNFRSF1B. Sua ativação pode estar relacionada a mecanismos de sobrevivência, hipótese corroborada pela concomitante hiperexpressão de NFKB1; todavia, já foi demonstrado que o TNFRSF1B pode reforçar a ação do TNFRSF1A. Apresentamos evidências de que KL e a sinalização do TNF constituem um importante eixo para estudos farmacológicos, especialmente em relação aos benefícios de uma terapia anti-inflamatória nesses pacientes / Abstract: Temporal lobe epilepsy associated with hippocampal sclerosis [TLE(HS)] is the most common form of focal epilepsy that causes refractory seizures. Neuronal death in HS can be triggered by excitotoxic damage and specific cytokines. Previous research in seizure models indicates that the pleiotropic cytokine tumor necrosis factor (TNF) as an important effector/mediator of neuroinflammation and cell death. Through its two receptors, TNF can play a dichotomous role in animal seizures: programmed cell death activation (via TNFRSF1A) or cell survival actuation (via TNFRSF1B), through the nuclear factor kappa B (NFkB) activation. Klotho (KL), originally identified as an antiaging protein, is emerging as an important calciophosphoregulatory hormone. Its cerebral function is unclear; however, the Kl knockout mouse exhibits a phenotype resembling human aging presenting neural degeneration and a reduction of synapses in the hippocampus. Studies have demonstrated that TNF downregulates KL through NFkB in animal models of chronic kidney disease and colitis. Our aim is to identify critical targets in epileptogenesis to clarify the molecular pathophysiology in TLE(HS). We evaluated the relative mRNA expression of five target genes: TNF, TNFRSF1A, TNFRSF1B, NFKB1 and KL. Gene expression was performed in resected hippocampal tissue samples from 14 TLE(HS) patients and compared to five post mortem controls. Moreover, an immunohistochemistry assay was done to verify the activation of both TNF receptors in patient and control tissues. We found that all target genes were differentially regulated in the TLE(HS) patients (P<0.05). Both TNF receptors were clearly activated in patient's tissues. This is the first study relating KL to epilepsy. Our data corroborates the prominent role of inflammation in HS and suggests that TNF might affect KL expression in hippocampus. As a multifunctional protein, KL downregulation in TLE(HS) patients opens several possible avenues of research that will help us to understand the complex pathophysiology in HS. Furthermore, since TNF, TNFRSF1A and NFKB1 are key factors in the death receptor signaling canonical pathway, we conclude that TNF signaling plays a crucial role in TLE hippocampal neurodegeneration. There is still some controversy on TNFRSF1B role. Its augmentation could be related to a survival mechanism because the concomitant NFKB1 upregulation; however, it has already been demonstrated that TNFRSF1B may reinforce TNFRSF1A action. Our evidence reveals KL and the TNF pathway as an important axis for pharmacological studies regarding the benefits of an anti-inflammatory therapy in these patients / Doutorado / Saude da Criança e do Adolescente / Doutor em Ciências

La neuropathie optique glaucomateuse est une pathologie du système visuel entrainant une cécité irréversible qui affectera 80 millions de personnes en 2020. Le principal facteur de risque du glaucome est l'élévation de la pression intraoculaire qui mène à la mort progressive des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) du nerf optique jusqu'aux voies visuelles dans le cerveau. Il a été montré que le glaucome partageait des mécanismes neuro-inflammatoires communs avec les pathologies neurodégénératives. Nous avons émis l'hypothèse que ces mécanismes contribueraient à la progression du glaucome. L'objectif de ma thèse a été d'analyser les processus neuro-inflammatoires observés de la rétine jusqu'aux colliculus supérieurs sur un modèle expérimental d'hypertension oculaire unilatérale chez le rat obtenu après la cautérisation des veines épisclérales. Par des approches de biologie cellulaire et moléculaire, nous avons montré que ce modèle animal se caractérise par 1) une atteinte neuronale des CGR de l'oeil cautérisé; 2) l'augmentation de marqueurs pro-inflammatoires dans la rétine de l'oeil cautérisé, dans la rétine de l'oeil controlatéral, dans le nerf optique et dans les colliculus supérieurs et 3) la transmission de la neuro-inflammation à l'oeil controlatéral se fait majoritairement par les fibres des CGR qui projettent dans les deux colliculus supérieurs. Toutes ces données mettent en évidence le rôle complexe joué par le colliculus supérieur chez le rat dans la propagation de la neuro-inflammation induite par l'hypertension oculaire unilatérale. / Glaucoma is a visual system disorder leading to irreversible blindness and affecting 80 millions people worldwide by 2020. The major risk factor is elevated intraocular pressure leading to progressive retinal ganglion cell (RGC) death from the optic nerve (ON) to visual pathways in the brain. Glaucoma has been reported to share neuroinflammatory mechanisms with neurodegenerative disorders. We therefore hypothesize that mechanisms in central visual pathways may contribute to the spread of glaucoma disease. The aim of the present study was to analyze the neuroinflammation processes that occur from the pathological retina to the superior colliculi (SCs) in a rat model of unilateral ocular hypertension induced by episcleral vein cauterization. By molecular and cell biology methods, we have shown that this animal model is characterized by 1) neuronal damage of CGR from the cauterized eye; 2) the increase in proinflammatory markers in the retina of the cauterized eye, in the retina of the contralateral eye, in the optic nerve and in the superior colliculus and 3) transmission of neuroinflammation in contralateral eye is done mainly by CGR fibers that project into the two superior colliculus. All these data evidence the complex role played by the SCs, in rat, in the propagation of neuroinflammatory events induced by unilateral ocular hypertension.

As head injuries and their sequelae have become an increasingly salient matter of public health, experts in the field have made great progress elucidating the biological processes occurring within the brain at the moment of injury and throughout the recovery thereafter. Given the extraordinary rate at which our collective knowledge of neurotrauma has grown, new insights may be revealed by examining the existing literature across disciplines with a new perspective. This article will aim to expand the scope of this rapidly evolving field of research beyond the confines of the central nervous system (CNS). Specifically, we will examine the extent to which the bidirectional influence of the gut-brain axis modulates the complex biological processes occurring at the time of traumatic brain injury (TBI) and over the days, months, and years that follow. In addition to local enteric signals originating in the gut, it is well accepted that gastrointestinal (GI) physiology is highly regulated by innervation from the CNS. Conversely, emerging data suggests that the function and health of the CNS is modulated by the interaction between 1) neurotransmitters, immune signaling, hormones, and neuropeptides produced in the gut, 2) the composition of the gut microbiota, and 3) integrity of the intestinal wall serving as a barrier to the external environment. Specific to TBI, existing pre-clinical data indicates that head injuries can cause structural and functional damage to the GI tract, but research directly investigating the neuronal consequences of this intestinal damage is lacking. Despite this void, the proposed mechanisms emanating from a damaged gut are closely implicated in the inflammatory processes known to promote neuropathology in the brain following TBI, which suggests the gut-brain axis may be a therapeutic target to reduce the risk of Chronic Traumatic Encephalopathy and other neurodegenerative diseases following TBI. To better appreciate how various peripheral influences are implicated in the health of the CNS following TBI, this paper will also review the secondary biological injury mechanisms and the dynamic pathophysiological response to neurotrauma. Together, this review article will attempt to connect the dots to reveal novel insights into the bidirectional influence of the gut-brain axis and propose a conceptual model relevant to the recovery from TBI and subsequent risk for future neurological conditions.

Current clinical practice of resective surgery in focal epilepsy involves electroencephalogram (EEG) brain source imaging to localize irritative brain areas from where Inter-ictal epileptiform discharges (IEDs) emerge, useful to localize the seizures-onset zones. Unfortunately, there are no previous systematic studies to characterize the pathophysiological mechanisms and abnormal cellular substrates in these irritative areas since histological data are available only from the final resective zones. To address this issue we applied a combination of EEG brain imaging described by Bae et al. (2015) using cutting-edge technology for high-density scalp EEG in rodents and histological analysis on a chronic rat model of focal cortical dysplasia. Post-mortem brain sections were stained for anatomical, functional and inflammatory biomarkers. Abnormal anatomical structures and increased expression of inflammatory biomarkers were found in the irritative regions. We conclude that IED-based brain source imaging can help to localize abnormal tissues highly prospective for epileptogenesis.

Depression occurs in about one third of patients with stroke and cardiac arrest. Hyperactivity of the stress system is the most commonly observed neuroendocrine change in major depressive disorder (MDD), which involves elevated levels in the cerebrospinal fluid of corticotropin-releasing hormone (CRH), a key stress neurohormone. Substantial evidence suggests that normalization of the stress system may be a requirement for successful treatment of MDD through region-specific changes in the mesocorticolimbic circuitry. Thus, alteration in the stress system may underlie the emotional and functional impairments observed following brain ischemic events. In addition, recent findings suggest that ischemic brain injury triggers a restorative process, creating a cerebral environment similar to that of early brain development, a period characterized by rapid neuronal growth and neuroplasticity, critical to optimize functional recovery of individuals post stroke. In particular brain-derived neurotrophic factor (BDNF), has been shown to play an important role in the pathophysiology of major depression and cerebral ischemia. However, whether CRH can mediate the expression of BDNF in the reparative process triggered by ischemic injury remains to be characterized. Therefore, the purpose of the current thesis is to characterize the effect of pharmacological blockade of CRH signaling at the onset of a global ischemic stroke, on emotional and cognitive behaviors, alteration in the neuroendocrine stress system, and markers of neuroplasticity including BDNF. To do this, an animal model of global cerebral ischemia with subsequent behavioral testing and postmortem brain analysis was used to determine underlying biochemical and behavioral changes modulated by CRH signaling following brain ischemia. This doctoral work will help elucidate the relationship between CRH and BDNF in the context of cerebral ischemia, and may provide insights for therapies targeting the stress system. These studies address considerations such as: the interplay between stress, neuroplasticity and emotionality, and whether global ischemia can affect mood via changes in the HPA axis response.