A doença de Alzheimer (DA) é uma desordem neurodegenerativa caracterizada por perda da memória e das demais funções cognitivas. Sua patogenia envolve a produção do peptídeo β-amiloide (Aβ), através da clivagem da proteína precursora amiloide (APP) por β- e γ-secretases (amiloidogênese), e a posterior agregação do Aβ em oligômeros e/ou fibrilas. A toxicidade do Aβ tem sido associada a diversos mecanismos, a incluir desde seu efeito oxidante e inflamatório, até sua propriedade de induzir necrose por ruptura das membranas neurais, ou apoptose via ativação de cascatas sinalizatórias. Como etapa comum a estes mecanismos de toxicidade, a interação do peptídeo com membranas neurais, em particular com o gangliosídio GM1 (constituinte dos rafts), parece ser indispensável ao dano neural associado ao peptídeo, bem como à ativação da cascata amiloide que caracteriza o ciclo patológico Aβ-amiloidogênese. O GM1 é um gangliosídio de membrana que, quando administrado exogenamente, apresenta propriedades neurotróficas e neuroprotetoras, inclusive em modelos de DA. Os mecanismos envolvidos nesta neuroproteção, no entanto, ainda precisam ser melhor elucidados. Com isto, o objetivo da presente tese foi avaliar o potencial efeito neuroprotetor do GM1 em modelo in vivo e in vitro de toxicidade do Aβ1-42 fibrilado, e propor mecanismos para esta neuroproteção. Inicialmente, demonstramos que o GM1 (0,30 mg/kg), quando co-administrado (icv) com Aβ (2 nmol) previne o déficit cognitivo induzido pelo peptídeo (teste de reconhecimento de objetos), bem como a redução na atividade da Na+,K+-ATPase (enzima envolvida na regulação da transmissão sináptica) no hipocampo de ratos Wistar machos. Demonstrou-se, além disso, que este efeito neuroprotetor do GM1 é acompanhado de aumento nas defesas antioxidantes, em córtex e hipocampo (TRAP). Como a toxicidade do Aβ e a modulação da amiloidogênese parecem ser dependentes de alterações na estrutura dos microdomínios de membrana (rafts), investigamos o efeito da injeção (icv) de Aβ e do tratamento (icv) com GM1 sobre a integridade dos rafts e sobre a distribuição das proteínas APP e BACE1 (β-secretase) nestes microdomínios. Observamos que o Aβ promoveu um desmonte parcial nos rafts, acompanhado de um aumento na distribuição de APP e BACE1 nestes microdomínios, efeitos estes que foram prevenidos pelo tratamento com GM1. Em virtude de os rafts modularem diversas funções neurais, e de a co-localização de APP e BACE1 nos rafts ser um evento necessário a amiloidogênese, os resultados aqui obtidos, reforçam a ideia de que o GM1 exerça sua função neuroprotetora ao preservar a arquitetura das membranas e que o mesmo poderia frear a ativação da amiloidogênese induzida pelo Aβ, ao prevenir a redistribuição das proteínas APP e BACE1 aos rafts lipídicos. A fim de avaliar a atividade neuroprotetora do GM1 em modelo in vitro da DA, e de investigar a sua propriedade de interagir com o Aβ impedindo a interação deste às membranas neurais, avaliamos o efeito da incubação de GM1 (10, 20 e 30μM) frente à toxicidade do Aβ (0,5μM) em células de neuroblastoma humano SH-SY5Y, bem como, verificamos o efeito de uma prévia incubação Aβ-GM1 (in vitro) sobre a toxicidade induzida pelo peptídeo. Como resultado, observamos que o GM1 promoveu neuroproteção nas três concentrações testadas e que esta neuroproteção foi, pelo menos parcialmente, mediada por sua capacidade de interagir in vitro com o Aβ. Nossos dados, em conjunto, reforçam as evidências que apontam o GM1 como uma potencial droga neuroprotetora em modelos de DA. / Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by a loss of memory and impairment of other cognitive functions. Its pathogenesis involves the production of β-amyloid peptide (Aβ) by cleavage of the amyloid precursor protein (APP) by β- and γ-secretases (amyloidogenesis) and the subsequent aggregation of Aβ into oligomers and/or fibrils. Aβ toxicity has been associated with several mechanisms, ranging from its oxidant and inflammatory effects until their property to induce necrosis by neural membrane rupture, or apoptosis via activation of signaling cascades. As a common step to these toxicity mechanisms, the peptide interaction with neural membranes, particularly with GM1 ganglioside (component of membrane rafts), seems to be pivotal to the peptide induced neural damage, as well as the amyloid cascade activation that characterizes the pathological vicious cycle Aβ- amyloidogenesis. GM1 is a membrane ganglioside provided of neurotrophic and neuroprotective properties in AD models, when exogenously administered. The mechanisms of neuroprotection, however, need to be further elucidated. By this way, the aim of this PhD thesis was to evaluate the potential neuroprotective effect of GM1 in in vivo and in vitro models of fibrilar Aβ1-42 toxicity, and to propose mechanisms for this neuroprotection. Initially, we demonstrated that GM1 (0.30 mg/kg.), when co-administered (icv) with Aβ (2nmol), prevents the peptide induced cognitive deficit (object recognition task), as well as Aβ induced reduction in Na+,K+-ATPase activity (a enzyme involved in synaptic transmission regulation) in the hippocampus from male Wistar rats. We have shown, furthermore, that this neuroprotective effect of GM1 is accompanied by an increase in antioxidant defenses in the cortex and hippocampus (TRAP). As Aβ toxicity, as well as the modulation of amyloidogenesis, appear to be dependent on changes in the structure of membrane microdomains (rafts), we have investigated the effect of Aβ icv injection and GM1icv treatment on raft integrity and on the distribution of APP and BACE1 (β- secretase) proteins in these microdomains. As result, Aβ promoted a partial raft disassemble, accompanied by an increase in the distribution of APP and BACE1 to these microdomains, effects that were prevented by GM1 treatment. Considering that rafts modulate several neural functions, and that APP and BACE1 co-localization into lipid rafts is pivotal to amyloidogenesis, our results reinforce the idea that GM1 neuroprotection is mediated by membrane architecture preservation, and that GM1 treatment could slow down the Aβ induced activation of amyloidogenesis, by prevention of APP and BACE1 redistribution into lipid rafts. In order to evaluate the GM1 neuroprotective activity in an in vitro AD model, and to investigate GM1 property of interacting with Aβ and preventing its interaction with neuronal membranes, we evaluated GM1 (10, 20 and 30μM) effect against Aβ (0,5 μM)-induced toxicity in SHSY5Y human neuroblastoma cells, as well as, we verified the effect of a Aβ-GM1 in vitro preincubation on the peptide-induced toxicity. As our results indicate, the three tested GM1 concentrations promoted neuroprotection and this effect was, at least partially, mediated by its ability to in vitro interact with Aβ peptide. Our data, when taken together, reinforce the evidence suggesting GM1 as a potential neuroprotective drug in AD models.

A hipóxia-isquemia (HI) é a principal causa de mortalidade no período perinatal e, nos sobreviventes, a incidência de seqüelas neurológicas é elevada. O encéfalo imaturo, altamente susceptível ao insulto hipóxico-isquêmico, é vulnerável a estímulos ambientais tais como o enriquecimento ambiental (EA). O objetivo deste estudo foi investigar o desempenho comportamental no teste do campo-aberto, reconhecimento de objetos, esquiva-inibitória e no rota-rod, bem como a densidade de espinhos dendríticos no hipocampo, utilizando o método de Golgi, em ratos submetidos à HI e expostos ao EA (1h/dia, 6 dias/semana, 9 semanas). Ratos de 7 dias de idade foram submetidos ao procedimento de HI e divididos em 4 grupos experimentais: controle mantido em ambiente padrão (CTAP), controle em ambiente enriquecido (CTAE), HI em ambiente padrão (HIAP) e HI em ambiente enriquecido (HIAE). Parâmetros comportamentais e morfológicos foram avaliados após 9 semanas de estimulação ambiental. Os dados indicaram que a memória de reconhecimento de objetos foi prejudicada em ratos HI adultos e recuperada após a estimulação pelo ambiente enriquecido; no teste de esquiva-inibitória os animais apresentaramum prejuízo na memória aversiva em animais HI, independentemente do ambiente. Surpreendentemente, no teste do campo-aberto, um maior número de crossings foi identificado nos grupos HI no primeiro minuto quando comparados aos grupos controle. No teste de rota-rod não foram detectadas diferenças entre animais controle e animais HI. Resultados morfológicos demonstraram uma diminuição na densidade de espinhos dendríticos no hipocampo de animais HI, com recuperação pelo EA. A densidade de espinhos dendríticos do hemisfério esquerdo (contralateral à oclusão arterial) obteve os melhores resultados, indicando uma recuperação total do dano hipóxico-isquêmico pelo EA. Os dados dos espinhos dendríticos do hemisfério direito indicaram uma recuperação parcial pela estimulação ambiental nos animais HI. Concluindo, o enriquecimento ambiental foi efetivo na recuperação do déficit comportamental e da densidade de espinhos dendríticos nos neurônios hipocampais conseqüente à hipóxia-isquemia neonatal em ratos. / Hypoxia-ischemia (HI) is the main mortality cause in perinatal period and, in survivors, the incidence of neurological disabilities is elevated. The immature brain, highly susceptible to hypoxic-ischemic insult, is responsive to environmental stimuli, as environmental enrichment (EE). The aim of this study was to investigate behavioral performance in the open field apparatus, objects recognition, inhibitory avoidance and in the Rota-rod apparatus, and dendritic spines density in the hippocampus, using the Golgi technique, in rats submitted to the HI and exposed to EE (1h/day, 6 days/week, 9 weeks). Seven-days old rats were submitted to the HI procedure and divided in 4 groups: control in standard conditions (CTSE), control in enriched environment (CTEE), HI in standard conditions (HISE) and HI in enriched environment (HIEE). Behavioral and morphological parameters were evaluated after 9 weeks of environmental stimulation. Data indicated that object-recognition memory was impaired in HI adult rats and recovered after stimulation by the EE; in the inhibitory avoidance task was demonstrated aversive memory impairment in HI animals, independent of the environment. Interestingly, in the open field task, significant more crossing responses were identified in HI groups, in the first minute, comparing to control groups. No differences between control and HI adult animals were detected in the rota-rod test. Morphological results demonstrated a decreased spines density in the hippocampus of the HI animals, with recovery by the EE. Dendritic spines density from left hemisphere (contralateral to arterial occlusion) obtained the better results, indicating a total recovery effect of the EE on HI damage. Data of dendritic spines from right hemisphere indicated a partial recovery by the environmental stimulation on HI animals. Concluding, environmental enrichment was effective in recovery behavioral impairment and dendritic spine density in hippocampal neurons, consequent to neonatal hypoxia-ischemia in rats.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-04-14Bitstream added on 2014-06-13T19:08:41Z : No. of bitstreams: 1 sales_fp_me_rcla.pdf: 1496460 bytes, checksum: 3bb25fd31fee40da768dcbf5aafdb5b1 (MD5) / As neurotoxinas são excelentes ferramentas moleculares para ativar ou bloquear seletivamente diversos componentes do sistema nervoso central (SNC) de mamíferos, incluindo neuroreceptores, neurotransmissores e canais iônicos. O conhecimento das estruturas e dos mecanismos de ação de diferentes neurotoxinas pode direcionar o desenvolvimento de drogas mais eficazes no tratamento de doenças neurológicas. Durante as décadas de 80 e 90, os compostos de baixas massas moleculares oriundos das secreções tóxicas de aranhas e vespas foram alvos de intensa investigação, as toxinas de aranhas Nephilinae, como NSTX-3 e JSTX-3 são exemplos caracterizados estrutural e funcionalmente. Estudos sobre a função dessas toxinas foram realizados in vitro em junções neuromusculares de crustáceos e em preparações de porções encefálicas de mamíferos. Já os estudos realizados in vivo contemplaram a avaliação comportamental de camundongos, usados como modelo experimental, em detrimento dos aspectos bioquímicos da ação de toxinas. Considerando-se a importância da estrutura desses compostos para a ligação a receptores de membrana e a elevada similaridade das estruturas moleculares das acilpoliaminas NSTX-3 e JSTX-3 a proposta deste trabalho foi a caracterização funcional in vivo dessas duas toxinas. Essas toxinas possuem o mesmo grupo cromóforo e uma longa cadeia de poliaminas, que se diferenciam apenas pela presença de um grupo arginil na extremidade da cadeia da NSTX-3. As acilpoliaminotoxinas NSTX-3 e JSTX-3 foram administradas no ventrículo lateral do cérebro de ratos Wistar (icv), e tiveram suas ações mapeadas no SNC pela análise da proteína Fos. A administração icv da NSTX-3 resultou na ativação de regiões encefálicas relacionadas às vias de resposta ao estresse (hipotálamo), controle das emoções (amígdala e tálamo), resposta a estímulos aversivos... / The neurotoxins are excellent tools for the selective activation or blockage of different components of the central nervous system (CNS) of mammals, including neuroreceptors, neurotransmitters and ion channels. The understanding of different neurotoxins structures and mechanisms of action can direct the development of effective drugs for the therapy of neurological diseases. Since the 80 and 90’s, the compounds of low molecular masses from the toxic secretions of spiders and wasps have been one of the main targets of research in this field. The toxins of Nephilinae spiders such as NSTX-3 and JSTX-3 are examples of well known low molecular mass toxins. Studies developed to elucidate part of their actions were performed in vitro both in crustacean neuromuscular junctions and in portions of mammalian brains. Studies were performed in vivo, analyzing mice behaviors upon the effect toxin administration, as an experimental model, in detriment of the action of toxins. Considering the importance of the structure of these toxins for the binding to membrane receptors and the high structural similarity between these acylpolyamines, the goal of this study was to carry-out a comparative functional characterization in vivo of both toxins. They possess the same aromatic group and a long-chain of polyamines, which differ from each other only by the presence of an arginyl group at the end of polyamine chain of NSTX-3. The acylpolyaminetoxins NSTX-3 and JSTX- 3, were administered in lateral ventricle of rats brain (icv), and their sites of action were mapped through the detection of Fos protein. The icv administration of NSTX-3 resulted in activation of brain regions related to response to stress (hypothalamus), emotions control (amygdala and thalamus), respond to aversive stimuli (piriform cortex). Meanwhile, JSTX-3 increased Fos protein in regions of CNS related to memory and learning (hippocampus)... (Complete abstract click electronic access below)

Compostos antioxidantes e anti-inflamatórios vêm sendo apontados como uma alternativa para auxiliar no tratamento da epilepsia. Ácido rosmarínico (AR) e seu metabolito ácido caféico (AC) têm ação antioxidante e anti-inflamatória relatada em vários estudos. Além disso, AR tem ação inibitória sobre GABA transaminase (GABA-T), enzima que metaboliza um dos principais neurotransmissores envolvidos na epilepsia: o GABA. Nesta tese, investigamos o efeito do AR e AC em modelos de convulsão e sua ação neuroprotetora sobre o estresse oxidativo, neuroinflamação e genotoxicidade relacionados à epilepsia. Para isso, utilizou-se primeiramente o modelo de kindling induzido por pentilenotetrazol (PTZ) para avaliar o efeito dos compostos na epileptogênese. Os compostos não produziram efeito antiepileptogênico in vivo neste modelo, no entanto, algumas doses de AR e AC mostraram um efeito neuroprotetor contra o estresse oxidativo e contra o dano ao DNA induzidos pelo kindling no córtex dos camundongos, demostrando um efeito benéfico contra alterações fisiológicas associadas à epileptogênese. Baseados no fato do AR ser um inibidor da GABA-T, avaliamos o efeito dos compostos na potencialização da ação do agonista GABAérgico diazepam (DZP) sobre as convulsões agudas induzidas por PTZ e pilocarpina (PIL) e no teste do sono induzido por DZP. O efeito de AR e AC na prevenção do dano genotóxico produzido pelos modelos também foi investigado. AR e AC mostraram potencializar a ativação GABAérgica, o que foi evidenciado pelo aumento da latência para a convulsão aguda induzida por PTZ, promovido por AR (4 mg/kg), e pela redução para o início do sono induzido por DZP, promovido por AR (4 mg/kg) e AC (8 mg/kg). Além disso, AR e AC (4 mg/kg) reduziram o dano genotóxico causado por PIL. Complementarmente, verificamos (in vitro) que o pré-tratamento com AR foi capaz modular a ativação microglial, produzindo um padrão de ativação anti-inflamatório, reduzindo a formação de espécies reativas e a expressão de citocinas pró-inflamatórias, e o dano genotóxico induzido pela inflamação. Estas respostas foram relacionadas à possível inibição da via apoptótica por AR. Em suma, os trabalhos aqui apresentados evidenciaram um efeito neuroprotetor de AR e AC por reduzir o estresse oxidativo, a ativação de vias inflamatórias e o dano genotóxico, envolvidos na progressão do processo epiléptico. / Antioxidants and anti-inflammatory compounds have been identified as an alternative to improve the treatment of epilepsy. The rosmarinic acid (RA) and its metabolite caffeic acid (CA) have their antioxidant and anti-inflammatory effects reported in several studies. Moreover, AR has inhibitory action on GABA transaminase (GABA-T), the enzyme that metabolizes an important neurotransmitter involved in epilepsy: GABA. In this thesis, we investigated the effect of RA and CA in seizure models and its neuroprotective action on oxidative stress, neuroinflammation and genotoxicity related to epilepsy. For this, first we used the kindling model induced by pentylenetetrazole (PTZ-induced kindling) for evaluating the effect of compounds on epileptogenesis. The compounds had no effect antiepileptogenic in vivo in this model, however, some doses of RA and CA showed a neuroprotective effect against oxidative stress and DNA damage induced by kindling in the cortex of the mice, demonstrating a beneficial effect against physiological changes related to epileptogenesis. Based on the fact of RA being an inhibitor of GABA-T, we evaluated the effect of compounds over potentiation of action of GABAergic agonist diazepam (DZP) on acute seizures induced by PTZ and pilocarpine (PIL) and in DZP-induced sleep test. The preventive effect of genotoxic damage induced by acute seizure models also was investigated. RA and CA showed potentiate GABAergic activation, which was evidenced by increase in latency to acute seizures PTZ-induced promoted by RA (4 mg/kg), and the reduction in latency to sleep in DZP-induced sleep test promoted by RA (4 mg/kg) and AC (8 mg/kg). In addition, RA and CA (4 mg/kg) reduced the genotoxic damage caused by PIL. Moreover, we found (in vitro) that the pre-treatment with RA was able to modulate microglial activation, producing a pattern of anti-inflammatory activation, reducing the formation of reactive species and the expression of proinflammatory cytokines, consequently reducing genotoxic damage induced by inflammation. These responses were related to the possible inhibition of apoptotic pathway by RA. In short, the works presented here showed a neuroprotective effect of RA and CA because of redution of oxidative stress, inflammatory pathways and genotoxic damage, involved in the progression of the epileptic process.

A hipoperfusão cerebral crônica (HCC) é um importante fator de risco para o declínio cognitivo e outras disfunções cerebrais, tais como Doença de Alzheimer e Demência Vascular. O objetivo deste estudo foi investigar o efeito neuroprotetor do Resveratrol (RSV), avaliando parâmetros comportamentais, bioquímicos e morfológicos, em um modelo experimental de Demência Vascular. Ratos Wistar adultos foram submetidos ao modelo modificado da HCC através da oclusão permanente de 2 vasos (2VO) e tratamento diário, iniciado uma hora após oclusão permanente dos vasos, com injeções intraperitoneais (20 mg/kg) de RSV durante 7 dias. Os testes comportamentais foram realizados entre o 35° e 45° dias após a cirurgia - 2VO, através da tarefa do labirinto aquático de Morris, na qual os animais foram avaliados quanto ao desempenho da memória espacial. Ao final dos testes comportamentais, um grupo dos animais foi perfundido transcardiacamente para análise histológica, outro grupo foi submetido à eutanásia em 3 tempos (3, 14 e 45 dias após a lesão isquêmica) para avaliação da expressão de NGF (fator de crescimento do nervo). Os resultados demonstraram que o tratamento com RSV atenuou significativamente a morte das células piramidais na região CA1 do hipocampo e preveniu o déficit da memória espacial. O aumento da expressão de NGF foi evidenciado no 3° dia após indução da HCC em todos os animais isquêmicos e no 45° dia após indução da HCC nos animais tratados com RSV. Com base nesses dados, hipotetizamos que o aumento, em longo prazo, na expressão de NGF no hipocampo após a HCC pode caracterizar uma das vias envolvidas nos mecanismos neuroprotetores do RSV. / Chronic cerebral hypoperfusion (CCH) is an important risk factor for cognitive decline and other brain dysfunctions, such as Alzheimer’s Disease and Vascular Dementia. The aim of the present study was to investigate the neuroprotective effect of Resveratrol (RSV) on behavioral, biochemical and morphological parameters in an experimental model of Vascular Dementia. Adult Wistar rats were submitted to the CCH modified model by means of permanent 2-vessel occlusion (2VO) and daily treatment, initiated one hour after permanent vessel occlusion, with intraperitoneal injections (20 mg/kg) of RSV for 7 days. Behavioral testing was performed between the 35th and the 45th day after 2VO surgery in the Morris Water Maze task, allowing for the evaluation of spatial memory function. At the end of the behavioral assessment, half of the animals were transcardially perfused for histological analysis and the remaining were euthanized in 3 times (3. 14 and 45 days after ischemic injury) for NGF expression evaluation (neural growth factor). Results demonstrate that the treatment with RSV significantly attenuated pyramidal cell death in CA1 hippocampal field and prevented spatial memory impairment. The increase of NGF expression was evidenced on the 3rd day after CCH induction in all ischemic animals and on the 45th day after CCH induction in animals treated with RSV. On the basis of these data, we hypothesize that the long term increase in NGF expression in the hippocampus after CCH may characterize one pathway involved in the neuroprotective mechanisms of RSV.

A hipóxia-isquemia neonatal (HI) faz parte da etiologia de diversas patologias neurológicas e é causa de graves sequelas. Os mecanismos patofisiológicos dessa lesão começam com o insulto imediato após a HI e se estendem por dias ou semanas, pelo aumento da liberação de espécies reativas de oxigênio associada a redução da defesas anti-oxidantes e reação glial, sendo a lesão secundária parte crucial no processo que culmina no dano final. A acetilcolina (ACh) é um neurotransmissor do sistema nervoso central (SNC) que parece ter uma importante ação neuroprotetora após a HI. A acetilcolinaesterase (AChE) é responsável pela degradação da ACh, inibidores dessa enzima vêm sendo utilizados para o tratamento de danos neurológicos. Sua ação positiva sobre a HI foi demonstrada em estudos realizados em nosso laboratório, onde a administração do extrato de Huperzia quadrifariata (inibidor de AChE) reduziu os déficits cognitivos e histológicos causados por essa lesão Para avaliar os efeitos das administrações pré e pós-hipóxia de galantamina, inibidor da AChE, no modelo de HI perinatal, ratos Wistar no 7º dia de vida pós-natal (DPN7) foram submetidos à combinação da oclusão unilateral da artéria carótida direita e exposição a uma atmosfera hipóxica (8% de O2) durante 60 minutos. Foram aplicadas injeções intraperitoniais de salina para os grupos Sham e HI+Salina (HIS) e de galantamina nos grupos HI+Galantamina 5 mg/kg pré-hipóxia (HIG5-Pré), HI+Galantamina 10 mg/kg pré-hipóxia (HIG10-Pré), HI+Galantamina 5 mg/kg pós-hipóxia (HIG5-Pós) e HI+Galantamina 10 mg/kg pós-hipóxia (HIG10-Pós). Os grupos Pré receberam galantamina imediatamente antes da hipóxia e os grupos Pós nos intervalos de 1, 24, 48 e 72 horas após a cirurgia. No DPN45 foi feita a análise do volume das estruturas encefálicas que demonstrou a redução do volume do hipocampo do grupo HIS em relação ao Sham e uma prevenção desse efeito no grupo HIG10-Pré, mas não nos demais grupos. Análises bioquímicas foram feitas no hipocampo ipsilesional 24 horas após a lesão e revelaram: através da citometria de fluxo uma redução na sobrevivência de neurônios no grupo HIS em relação ao Sham que foi prevenida no grupo HIG10-Pré; através de ELISA uma hipertrofia dos astrócitos no grupo HIS que foi revertida no grupo HIG10-Pré e um aumento na atividade da enzima anti-oxidante catalase. O tratamento pré-hipóxia com galantamina foi capaz de prevenir os déficits histológicos, aumentar a sobrevivência celular, reduzir a reação astrocitária e aumentar a atividade anti-oxidante em ratos submetidos à HI. / Neonatal hypoxia ischemia (HI) has a role in etiology of several neurological pathologies and causes severe sequelae. The pathophysiological mechanisms of this lesion start immediately after HI and last for days or weeks, with the secondary injury being a crucial part the process that culminates in the final damage. Acetylcholine (ACh) is a neurotransmitter of the central nervous system that seems to have an important neuroprotective action after HI. Acetylcholinesterase (AChE) degradates ACh and inhibitors of this enzyme have been used to treat neurological damage. Its positive action on HI has been demonstrated in studies performed in our laboratory, where the administration of the alkaloid extract of Huperzia quadrifariata (An inhibitor of AChE) reduced the cognitive and histological deficits caused by this lesion. To evaluate the effects of the pre and post-hypoxia administrations of galantamine, a cholinesterase inhibitor, in the model oh perinatal HI, Wistar rats in the post-natal day 7 (PND7) were subjected to a combination of unilateral occlusion of the right charotid artery and of exposure to a hypoxic exposure (8% O2) for 60 minutes. Intraperitoneal injections of saline in the groups Sham anf HI+Saline (HIS) and of galantamine in the groups HI+Galantamine 5 mg/kg pre-hypoxia (HIG5-Pre), HI+Galantamine 10 mg/kg pre-hypoxia (HIG10-Pre), HI+Galantamine 5 mg/kg post-hypoxia (HIG5-Post) and HI+Galantamine 10 mg/kg post-hypoxia (HIG5-Post). The Pre groups received galantamine immediately before hypoxia and the Post groups in the intervals of 1, 24, 48 and 72 hours after HI. On PND45 the analysis of the volume of brain structures showed a reduction of the volume of the ipsilesional hippocampus in the HIS group when compared to the sham and a prevention of this effect in the HIG10-Pre, but not in any other group. Biochemical analysis was performed in the ipsilesional hippocampus 24 hours after the lesion and revealed: a reduction of the number of surviving neurons in the HIS group when compared to the Sham that was prevented in the HIG10-Pre; a hypertrophy of the astrocytes in the HIS group that was prevented in the HIG10-Pre group and an increase in the activity of the anti-oxidant enzyme catalase in the HIG10-Pre group. The treatment with galantamine was able to prevent the histological deficits, increase the survival of neurons, reduce astrocytic reaction and increase the anti-oxidant activity in rats submitted to HI.

Inúmeras estratégias neuroprotetoras vêm sendo desenvolvidas para o tratamento da encefalopatia neonatal causada pela hipóxia-isquemia (HI). O enriquecimento ambiental (EA) é uma ferramenta que propicia interação social, estimulação visual, sensorial e atividade física de forma espontânea e assim induz mudanças comportamentais e neurofisiológicas. O objetivo desta tese foi investigar os efeitos do EA em relação à estrutura e expressão de proteínas constituintes da barreira hematoencefálica (BHE) e parâmetros bioquímicos de citocinas neuroinflamatórias no hipocampo em fases subsequentes do desenvolvimento. Ainda, o escopo comportamental desta tese foi analisar o efeito do EA precoce sobre a ansiedade demonstrada por ratos adultos submetidos à HI. Para tanto, ratos Wistar machos e fêmeas, no 7º dia pós-natal (DPN), foram submetidos ao modelo de Levine-Rice de HI neonatal. Os animais foram divididos em quatro grupos: CTAP (controle ambiente padrão), CTAE (controle ambiente enriquecido), HIAP (hipóxia-isquemia ambiente padrão) e HIAE (hipóxia-isquemia ambiente enriquecido). Os animais dos grupos EA permaneceram no enriquecimento ambiental mantido desde o 8º DPN. Após o desmame os animais foram divididos em grupos e estimulados no EA (1 h/dia por 5 semanas). Análises da expressão de proteínas estruturantes da BHE no hipocampo (β-catenina, ocludina, conexina-43, aquaporina-4, transportador de glicose 1 - Glut-1 e proteína fibrilar glial ácida - GFAP) foram quantificadas através de Western Blotting (WB) Observamos a permeabilidade e integridade da BHE através da coloração com azul de Evans e também foi realizada imuno-histoquímica para GFAP na região 1 do corno de Ammon - CA1 do hipocampo no 22º e 60º DPN. Realizamos análises da expressão das citocinas inflamatórias fator de necrose tumoral alfa - TNF-α e interleucina 1 beta - IL-1β, juntamente com análise imuno-histoquímica para marcação de microglia ativada na fase adulta de animais HI submetidos ao EA. Ademais, foram avaliados os efeitos da HI e do EA sobre a ansiedade no primeiro dia de exposição dos animais ao labirinto em cruz elevado (LCE) e no teste claro/escuro (TCE). Os nossos dados mostraram que o EA foi efetivo para reverter as alterações causadas pela HI aumentando a expressão de ocludina no 22º DPN e de β- catenina e GFAP no 60º DPN e diminuindo o extravasamento de azul de Evans. No 8º DPN não há alteração na BHE, sendo sugestivo de imaturidade da BHE. A avaliação imuno-histoquímica de IbA-1 demonstra ativação microglial após HI e o perfil bioquímico apresenta grande expressão das citocinas IL-1β e TNF-α em animais hipóxico-isquêmicos estimulados em EA. Através dos níveis de ansiedade encontrados, podemos estabelecer que o EA favorece uma ação menos impulsiva reduzindo o comportamento de risco dos animais após a HI. Assim, nossos resultados contribuíram para a compreensão do mecanismo da HI, visto que apresentamos de forma singular que o EA é eficaz na recuperação da disfunção da BHE maximizando os efeitos neuroprotetores de IL-1β e TNF-α sobre aspectos comportamentais relacionados à ansiedade. / Several neuroprotective strategies have been developed for the treatment of the neonatal encephalopathy caused by hypoxic ischemia (HI).The environmental enrichment (EE) is a strategy that propitiates social interaction, visual and sensorial stimulation, and physical activity spontaneously and, thus, it causes behavioral and neurophysiological changes. The aim of this thesis was to investigate the effects of EE on the structure and expression of proteins in the blood-brain barrier (BBB) and biochemical parameters of neuroinflammatory cytokines in the hippocampus in subsequent developmental stages. Moreover, the behavioral scope of this thesis was to analyze the effect of early EE on anxiety expressed by adult rats. Male and female Wistar rats, PND 7, were submitted to the Levine-Rice model of neonatal HI. The animals were divided into four groups: CSE (control - standard environment), CEE (control - enriched environment), HISE (hypoxic ischemia - standard environment) and HIEE (hypoxic ischemia - enriched environment). The animals of the EE groups were kept in the environmental enrichment since PND 8. After weaning, the animals were divided into groups and exposed to the EE (1h a day for 5 weeks). Expression analyses of the BBB structural proteins in the hippocampus (β-catenin, occludin, connexin-43, aquaporin-4, Glut-1, and GFAP) were quantified by Western Blotting (WB) We observed the BBB permeability and integrity through Evans blue staining as well as immunohistochemistry for GFAP in the CA1 hippocampus region on PND 22, and 60. We performed analyzes of the expression of the inflammatory cytokines TNF-α and IL-1β, together with immunohistochemical analysis for quantification of IbA-1 in the adult phase of HI animals submitted to EE.Furthermore, the effects of the HI and the EE on anxiety on the first day of exposition to the elevated plus maze test (EPM) and the light-dark box test (LDB) were assessed. Our data have shown that the HI reduces occludin expression on PND 22 and β-catenin and GFAP on PND 60along with the extravasation of Evans blue, indicating BBB dysfunction in these periods and reversion of the alterations by the EE. On PND 8, there is no BBB change, which is suggestive of BBB immaturity. The immunohistochemicalassessment of IbA-1 demonstrates microglial activation after HI and the biochemical profile shows great expression of IL-1β and TNF-α cytokines in hypoxic-ischemic animals stimulated in EE. Through the levels of anxiety found, we can establish that the EE favors a less impulsive behavior and reduces the anxiogenic factor of animals after HI. Thus, our results have contributed to the understanding of the HI mechanism; we presented in a unique way the recovery of the BBB dysfunction and the maximization of the neuroprotective effects of IL-1β and TNF-α on behavioral aspects related to anxiety of animals exposed to the EE after HI.

O Transtorno Bipolar é uma doença crônica e grave que apresenta curso episódico e alto impacto sobre a funcionalidade do paciente. Possui potencial para alto grau de severidade, recorrência e intensidade e estima-se que sua prevalência ao longo da vida seja de 2,4% da população mundial. A fisiopatologia deste transtorno ainda não é bem compreendida e ainda o fármaco de primeira escolha é o lítio, embora tampouco seja claro seu mecanismo de ação. O sistema purinérgico principalmente devido a suas ações sobre neuroproteção, inflamação e ativação microglial se destaca como uma via promissora de novos alvos terapêuticos, especialmente o receptor purinérgico P2X7 (P2X7R). Dessa maneira, o objetivo desta tese é caracterizar o envolvimento do sistema purinérgico na fisiopatologia do transtorno bipolar. De maneira geral, avaliamos metabólitos do sistema purinérgico em soro de pacientes e controles, correlacionando com dados clínicos. Avaliamos a frequência do polimorfismo do P2RX7 1513A>C em pacientes e controles. Realizamos um modelo animal farmacológico de mania e investigamos o envolvimento do P2X7R neste modelo e por último buscamos melhor compreender a ação neuroprotetora do lítio verificando a participação purinérgica. Nossos resultados primeiramente nos mostraram uma diminuição nos níveis de adenosina em pacientes em comparação a controles e uma importante correlação inversa entre os níveis de adenosina e a piora dos sintomas. Demonstramos ainda que pacientes com transtorno bipolar apresentam diminuição na frequência do alelo 1513C e o potencial aumento na frequência do genótipo 1513AA e 1513AA/AC em relação aos controles configurando um pior prognóstico de aumento da forma mais ativa do receptor. Também mostramos que o P2X7R possui um papel importante no estabelecimento do modelo de mania, modulando principalmente a via dopaminérgica que é refletida na mudança comportamental observada pelo modelo e por último, o lítio foi capaz de prevenir a resposta de insulto nas células neuronais (linhagem PC-12) e não foi capaz de prevenir a ativação mediada pelo P2X7R em células microgliais (linhagem N9), indicando uma resposta celular diferenciada. Podemos concluir que de maneira translacional conseguimos demonstrar a participação do sistema purinérgico na fisiopatologia do transtorno bipolar, sugerindo ainda um possível biomarcador tanto para diagnóstico como para progressão da doença, os níveis séricos de adenosina, e ainda um potencial biomarcador genético de predição e diagnóstico da doença, o polimorfismo do P2X7R 1513A>C, assim como contribuímos para o entendimento do mecanismo de ação do lítio e definimos um potencial novo alvo terapêutico para o transtorno, o receptor P2X7. / Bipolar Disorder is a severe and chronic psychiatric disorder that presents an episodic course and high impact on the patient's functionality. It has potential for a high degree of severity, recurrence and intensity. The prevalence throughout life of bipolar disorder is 2.4% of the world population. The pathophysiology of this disorder is still not well understood and the drug of first choice is lithium, although its mechanism of action is not clear. The purinergic system mainly due to its actions on neuroprotection, inflammation and microglial activation stands out as a promising pathway for new therapeutic targets, especially the purinergic receptor P2X7 (P2X7R). Thus, the purpose of this thesis is to characterize the involvement of the purinergic system in the pathophysiology of bipolar disorder. In general, we evaluated purinergic system metabolites in serum from bipolar disorder patients and healthy controls, correlating with clinical data. We evaluated the frequency of P2RX7 1513A>C polymorphism in bipolar disorder patients and in healthy subjects. We performed a pharmacological animal model of mania and investigated the involvement of the P2X7 purinergic receptor in this model and finally we sought to better understand the neuroprotective action of lithium by verifying the purinergic participation. Our results primarily showed a decrease in adenosine levels in patients compared to controls and a significant inverse correlation between adenosine levels and worsening of symptoms. We also demonstrated that patients with bipolar disorder present a decrease in the frequency of the 1513C allele and the potential increase in the frequency of genotype 1513AA and 1513AA/AC in relation to controls, setting a worse prognosis of the most active form of the receptor. We also showed that P2X7R plays an important role in the establishment of the mania model, modulating mainly the dopaminergic pathway that is reflected in the behavioral change observed by the model. Finally, lithium was able to prevent the insult response in neuronal cells (PC-12 lineage) and was not capable of preventing P2X7R-mediated activation in microglial cells (N9 lineage), indicating a differentiated cellular response. We can conclude that in a translational way we could demonstrate the participation of the purinergic system in the pathophysiology of bipolar disorder. We also suggested a possible biomarker for both diagnosis and progression of the disorder, the serum adenosine levels, and a potential genetic marker for prediction and diagnosis, the polymorphism of P2X7R 1513A>C. Lastly we contributed to the understanding of lithium action mechanism and defined a potential new therapeutic target for the disorder, the P2X7 receptor.

Durante o envelhecimento há um declínio acentuado na capacidade antioxidante celular principalmente no tecido cerebral, o que leva a um desbalanço na homeostase redox gerando danos oxidativos. O extrato de Paullinia cupana Mart possui efeitos metabólicos e propriedades farmacológicas bem descritas. Neste trabalho nós investigamos o efeito do extrato comercial de guaraná (ECG) na função cognitiva, parâmetros bioquímicos e modulação da senescência em ratos Wistar de meia-idade. Os animais foram divididos em três grupos de acordo com o tratamento (solução salina: 0,9%, ECG: 21 mg/kg/dia e cafeína: 0,83 mg/kg/dia). As soluções foram administradas diariamente por gavagem. Os testes comportamentais foram realizadas antes e após o tratamento. As análises bioquímicas foram realizadas no Sistema Nervoso Central bem como no rim, fígado e coração. Nossos dados em Campo Aberto demonstraram aumento na atividade exploratória e diminuição no comportamento de ansiedade nos animais que receberam cafeína, esse comportamento não foi observado no grupo ECG. As análises do hipocampo e estriado indicam que a ECG e/ou a cafeína alteraram parâmetros analisados de modo tecido específico. O tratamento crônico com guaraná elevou a atividade enzimática da Glutationa S-transferase assim como os carbonilação de proteínas no tecido cardíaco. O tratamento com Paullinia cupana alterou parâmetros hematológicos e reduziu os níveis de gordura gonadal nos animais tratados. Em contraste a administração de cafeína isolada foi capaz de aumentar o imunoconteúdo de Sirt1 em ambos os tecidos, renal e cardíaco. Nossos dados sugerem que ECG não melhora o desenvolvimento cognitivo, mas modifica a maquinaria de estresse oxidativo e vias de sinalização neurodegenerativa, inibindo moléculas relacionadas a vias de sobrevivência no hipocampo e estriado. Isto pode contribuir para o desenvolvimento de microambientes desfavoráveis no cérebro e distúrbios neurodegenerativos. Além disso, os resultados demonstram que os principais efeitos benéficos remetem a cafeína, além de demonstrar que ao contrário da crença popular, a administração crônica do guaraná não gerou melhora nos parâmetros avaliados referentes a cognição e senescência em ratos de meia idade. / During aging there is a marked decline in cellular antioxidant capacity mainly in brain tissue, which leads to an imbalance in redox homeostasis generating oxidative damage. The extract of Paullinia cupana Mart has well-described metabolic effects and pharmacological properties. In this work we investigated the effect of commercial guarana extract (CGE) on cognitive function, biochemical parameters and modulation of senescence in middle-aged Wistar rats. The animals were divided into three groups according to the treatment (saline, CGE or caffeine). The solutions were administered daily by oral gavage. Behavioral tests were performed before and after treatment. Biochemical analyzes were performed in the Central Nervous System as well as in the kidney, liver and heart. Our data in Open Field showed an increase in the exploratory activity and decrease in the behavior of anxiety in the animals that received caffeine, this behavior was not observed in the CGE group. Hippocampus and striatum analyzes indicate that CGE and/or caffeine altered parameters analyzed in a tissue-specific fashion. Chronic treatment with guarana increased the enzymatic activity of Glutathione S-transferase as well as carbonylation of proteins in cardiac tissue. Treatment with Paullinia cupana altered haematological parameters and reduced levels of gonadal fat in treated animals. In contrast, administration of caffeine alone was able to increase the immunocontent of Sirt1 in both renal and cardiac tissues. Our data suggest that CGE does not improve cognitive development but modifies the machinery of oxidative stress and neurodegenerative signaling pathways by inhibiting molecules related to survival pathways in the hippocampus and striatum. This may contribute to the development of unfavorable microenvironments in the brain and neurodegenerative disorders. In addition, the results demonstrate that the main beneficial effects refer to caffeine, in addition to demonstrating that contrary to popular belief, chronic administration of guarana did not improve the parameters evaluated for cognition and senescence in middle-aged rats.

O Diabetes mellitus (DM) é uma desordem metabólica caracterizada principalmente por hiperglicemia crônica. Durante o DM, a atenção está voltada principalmente para doenças que afetam sistemas periféricos, contudo, as complicações do DM podem resultar em danos ao sistema nervoso central (SNC), podendo levar a prejuízos cognitivos. Em vista disso, o objetivo desta tese foi investigar alterações no SNC, particularmente relacionadas às funções astrocitárias e do funcionamento das barreiras encefálicas em modelo animal de DM baseando-se nas alterações periféricas. Além disso, foi analisado o efeito da exendina-4 (EX-4), um agonista dos receptores do peptídeo semelhante ao glucagon (GLP-1), em reverter os parâmetros avaliados. Os resultados observados mostraram prejuízos periféricos e no SNC decorrentes do DM. O DM foi responsável pela excessiva produção de AGEs e alterações em parâmetros periféricos como peso corporal, glicemia, hemoglobina glicada (HbA1c) e peptídeo C. Ao analisar o SNC, observamos prejuízo nas funções cognitivas, em parâmetros astrocitários, disfunções nas barreiras encefálicas e diminuição do conteúdo da subunidade GluN1 do receptor N-metil D-Aspartato (NMDA). O tratamento com EX-4 reverteu o prejuízo cognitivo, o dano nas barreiras encefálicas, a captação de glutamato e o conteúdo de GluN1. No entanto, a EX-4 não teve efeito sobre a glicemia e formação de AGEs. O dano em funções astrocitárias e nas barreiras encefálicas observado no DM pode ser decorrente da ativação de vias de sinalização desencadeadas pelos elevados níveis de AGEs. Da mesma maneira, o prejuízo no comportamento cognitivo provavelmente possa ser atribuído aos danos astrocitários e nas barreiras encefálicas observados no DM. O efeito da EX-4 na melhora cognitiva possivelmente seja devido aos seus efeitos na captação de glutamato, no conteúdo de GluN1 e na recuperação das barreiras do encéfalo. Ainda, os papéis já estabelecidos da EX-4 na ativação de vias de sinalização relacionadas com a aprendizagem e memória e na diminuição da expressão de mediadores inflamatórios, podem ter atenuado os danos causados pela hiperglicemia e pelo acúmulo de AGEs. No entanto, mais estudos são necessários para estabelecer o mecanismo de ação da EX-4 na recuperação dos danos causados pelo DM no SNC. / Diabetes mellitus (DM) is a metabolic disorder characterized primarily by chronic hyperglycemia. During the DM, attention is mainly focused on diseases affecting peripheral systems. However, DM complications may result in damage to the central nervous system (CNS), leading to cognitive impairments. In view of this, the aim of this thesis was to investigate changes in the CNS, particularly related to astrocytic functions and the functioning of the brain barriers in animal model of DM relying on the peripheral changes and to analyze the effect of exendin-4 (EX-4), an agonist of glucagon like peptide-1 (GLP-1) receptors, in reversing the parameters evaluated. The observed results showed peripheral and CNS damage resulting from DM. The DM was responsible for the excessive production of AGEs and changes in peripheral parameters such as body weight, blood glucose, glycated hemoglobin (HbA1c) and C-peptide When assessing the CNS, we observed impairment in cognitive functions, astrocytic parameters, dysfunctions in the brain barriers and decrease in N-methyl-D-aspartate (NMDA) GluN1 subunit content. Treatment with EX-4 reversed the cognitive impairment, damage in brain barriers, glutamate uptake and GluN1 content. However, the EX-4 had no effect in the glycemia and ADEs formation. The loss of astrocytic and brain barriers functions observed in DM may be due to the activation of signalling pathways triggered by high levels of AGEs. In addition, impairment in cognitive behavior can probably be attributed to astrocyte and brain barriers damage observed in DM. The effect of EX-4 on the cognitive improvement possibly be due to its effects on glutamate uptake, in the GluN1 content and in the recovery of the brain barriers. In addition, the EX-4 established roles in the activation of signalling pathways associated with learning and memory and in the decrease expression of inflammatory mediators, can attenuate the damage caused by hyperglycemia and by accumulation of AGE. However, further studies are needed to establish the mechanism of EX-4 action in the recovery of damage caused by DM in CNS.