京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第24781号 / 医博第4973号 / 新制||医||1066(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 中島 貴子, 教授 溝脇 尚志, 教授 武藤 学 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Murine models have become increasingly popular to study various aspects of cardiovascular diseases due to their ease of genetic manipulation. Unfortunately, there has been little effort put into describing the distribution of autonomic nerves in the mouse heart, making it difficult to compare current findings from clinical and experimental models related to cardiovascular diseases. Furthermore, determination of the requirements for the development of this system and its maintenance in adult mice remains largely unexplored. This study represents the first detailed mapping of cholinergic neuroanatomy of the mouse heart based on immunohistochemical staining using true cholinergic markers. We found cholinergic innervation of the mouse heart to be largely focused in the atrium and conducting system. We investigated the involvement of the neurotrophic factor neurturin (NRTN) in the development of cholinergic innervation, because there was indirect evidence that implicated it as a crucial factor. Results from our work definitively demonstrate that NRTN plays a major role in the development of cardiac parasympathetic ganglia and cholinergic innervation of the mouse heart. Adult NRTN knockout mice exhibited a drastic reduction in the number of intracardiac neurons with decreased atrial acetylcholine, cholinergic nerve density at the sinoatrial node and negative chronotropic responses to vagal stimulation. The presence of NRTN and its receptors in hearts from adult wild-type mice suggests that this neurotrophic factor might also be required for maintenance of cardiac cholinergic innervation. Finally, we wanted to determine how intracardiac neurons and their processes change during diseased states, specifically type 1 diabetes. This work has shown that the cardiac cholinergic nervous system in the mouse undergoes structural and functional remodeling when challenged with streptozotocin-induced diabetes. Cholinergic nerves in diabetic hearts undergo extensive sprouting at the sinoatrial node with no change in the number of intracardiac neurons. Cholinergic function appears to be enhanced in diabetic mice, based on pharmacological testing, despite decreased response to direct vagal nerve stimulation. Evidence also suggests that diabetic mice have an imbalance in autonomic control of heart rate. The latter findings suggest that disruption of central input into intrinsic cardiac ganglia also contributes to the neuropathology of type 1 diabetes.

Chronic stress and Alzheimer’s disease (AD) both lead to degenerative changes in the hippocampus, a brain structure involved in episodic memory and regulation of the stress response. Mechanisms of aging (inflammation, oxidative stress, membrane damage, mitochondrial dysfunction, and insulin resistance) and a loss of brain-derived neurotrophic factor (BDNF), occur in cases of both stress-related depression and AD. Three studies were conducted using mouse models to determine whether exercise or treatment with an anti-aging multi-ingredient supplement (MDS) designed to counteract these aging mechanisms could protect the hippocampus, and associated behavioural functions, from either stress or AD. The first experiment revealed that the upregulation of neurogenesis by aerobic exercise in c57Bl/6 male mice does not occur after stress exposure. The MDS and exercise, but neither intervention alone, alleviated anhedonia, upregulated BDNF and increased neurogenesis. The other two experiments evaluated whether the MDS could counteract a range of AD behavioural and biological manifestations in both sexes of the 3xTg-AD mouse model. At 3-4 months of age, 2 months of MDS-supplementation protected 3xTg-AD mice from developing deficits in working memory and spatial learning seen in vehicle-treated transgenic mice. The MDS continued to benefit 3xTg-AD females, but not males, on tests of 24-h recall under conditions of high interference until 11-12 months of age, along with upregulating hippocampal BDNF. The MDS also attenuated the splenomegaly seen in 3xTg-AD mice and normalized the previously undiscovered aberrant recruitment of CA1 and CA3 neurons by 3xTg-AD males during spatial encoding. This work supports the use of diet and exercise to buffer against major depressive disorder (MDD) and AD in part by acting upon the hippocampus. It also recommends the use of lifestyle-based interventions to promote functional improvements in MDD or AD, and further elucidates the potential of BDNF and neurogenesis as therapeutic targets in counteracting these debilitating conditions. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

Introduction: L'exercice physique est l’une des approches les plus prometteuses permettant de ralentir l’affaiblissement des fonctions cognitives relié au vieillissement. Différents programmes d'exercice physique peuvent améliorer la cognition et l'humeur, via leur impact sur certaines voies moléculaires. En effet, différentes interventions d’exercice physique peuvent augmenter la production du facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF). Cette protéine est une neurotrophine qui augmente la survie et la croissance des neurones et favorise donc la neuroplasticité. Cependant, peu d'études ont comparé les différents types d’interventions et leur impact sur les niveaux de BDNF, en particulier chez les participants âgés de 60 ans et plus. L’objectif de cette étude était de comparer les effets de deux protocoles d'exercice distincts sur les niveaux sériques de BDNF chez des ainés sains. Méthodologie: Au total, trente-quatre adultes âgés de 65 ans et plus ont participé à un des deux groupes d’intervention. Le premier groupe présentait une combinaison d’entrainements par résistance et d’aérobie (CSA, âge: 70,5 ± 5,3 ans) et le deuxième groupe pratiquait des exercices de motricité avancé et de flexibilité. (GMA, âge: 74,6 ± 5,2 ans). Les deux interventions comprenaient trois séances hebdomadaires de 60 minutes, pour une période de 8 semaines. Les exercices du groupe CSA incluaient des exercices physiques en résistance de force maximale et des intervalles d’aérobies à haute intensité. Le groupe GMA pratiquait des activités de locomotion (manipulation de balle, parcours à obstacles, exercices de coordination et d’équilibre) et des étirements. Une analyse de covariance a été réalisée sur le changement absolu de chaque variable, tout en contrôlant pour l'âge et la valeur de base. Résultats: Seuls les participants CSA ont enregistré une augmentation significative au niveau de leurs performances aérobies (VO2max) due à l’intervention. Toutefois, les niveaux sériques de BDNF ont augmenté de façon significative seulement chez participants du groupe GMA grâce à l’intervention. Conclusion: Les résultats suggèrent que les activités motrices pourraient potentiellement conduire à des améliorations de la cognition par l’augmentation des niveaux de BDNF chez les participants. / Introduction: Physical exercise has been reported as a promising approach to counteract aging-associated decreased cognitive functions. Different exercise training programs have been associated with improvement of cognition and mood potentially by acting on several molecular pathways. Different exercise interventions have been shown to increase the levels of Brain-derived neurotrophic factor (BDNF). This protein is a key neurotrophin, it increases the survival and growth of neurons and consequently favours neuroplasticity. However, few studies have compared different types of physical exercise training protocols and their impact on BDNF levels, especially in participants over 60 years old. The goal of this study was to compare the effects of two different exercise protocols on serum BDNF levels in healthy older adults. Methods: Thirty-four older adults were divided in two groups; combined strength and aerobic group (CSA, age: 70.5±5.3 yrs.) and gross motor activities and flexibility group (GMA, age: 74.6 ± 5.2 yrs.). Both interventions were composed of three weekly 60-minute sessions for a period of 8 weeks. The intervention for the CSA group included maximal strength exercises and high intensity aerobic interval training. GMA involved locomotion activities, ball manipulation (hand-eye coordination), and stretching exercises. One-way ANCOVAs were performed on variable absolute change, while controlling for age and baseline value. Results: As expected, CSA participants showed significant increase in aerobic capacity (VO2max). In contrast, only the GMA group showed significant change in BDNF serum levels following intervention. Conclusion: These results suggest that gross motor activities could potentially lead to improvements in cognition through the enhancement of BDNF production.

Estudos clínicos nos pacientes com epilepsia mostram a importância da neurotransmissão modulada pela dopamina na epilepsia. Múltiplos fatores genéticos predispõem à epilepsia e há evidências de uma relação direta entre a epilepsia e as variações nos genes que codificam proteínas envolvidas na neurotransmissão dopaminérgica. O objetivo do nosso estudo foi investigar se os polimorfismos da via dopaminérgica e o Val66Met do BDNF estavam associados à ocorrência de epilepsia do lobo temporal causada por esclerose hipocampal. Para este fim, avaliamos 119 pacientes com epilepsia do lobo temporal causada por esclerose hipocampal e 113 voluntários saudáveis. Os participantes foram genotipados para os polimorfismos do gene DAT (3\'UTR e Intron 8), receptores dopaminérgicos (DRD2 e DRD4), COMT, MAO e BDNF (Val66Met). Não houve diferença entre pacientes e controles para os polimorfismos relacionados ao DAT, Íntron 8 VNTR (p 0,395) e 3\'UTR VNTR (p 0,614) e para a análise dos haplótipos (3\'UTR e Intron 8) (p 0.205). Não houve diferença entre pacientes e controles para os polimorfismos dos receptores dopaminérgicos DRD2 rs1800497 (p 0.440), DRD4 rs1800955 (p 0.548) e DRD4 VNTR (p 0.318). Não observamos diferença entre pacientes e controles quanto aos polimorfismos COMT rs4680 (p 0.482) e MAOA_uVNTR (p 0.753), metabolizadores de DA. Não observamos diferença na distribuição genotípica do polimorfismo Val66Met (rs6265) do BDNF (p 0,636) e a distribuição alélica (p 0.471) no grupo de pacientes com epilepsia do lobo temporal causada por esclerose do hipocampo. Nossos achados demonstraram que os polimorfismos da via dopaminérgica e BDNF Val66Met analisados neste estudo não parecem estar associados à epilepsia de lobo temporal causada por esclerose de hipocampo / Clinical studies in patients with epilepsy showed the role of neurotransmission modulated by dopamine in epilepsy. Multiple genetic factors predispose to epilepsy; there is evidence for a direct relationship between epilepsy and variations in genes encoding proteins involved in dopaminergic neurotransmission. The aim of our study was to investigate if the polymorphism related to the dopaminergic pathway and BDNF polymorphism Val66Met were associated with the occurrence of temporal lobe epilepsy caused by hippocampal sclerosis. We assessed 119 patients with unequivocal temporal lobe epilepsy caused by hippocampal sclerosis and 113 healthy volunteers. Individuals were genotyped for DAT gene polymorphisms (3\'UTR and Intron 8), dopaminergic receptors (DRD2 and DRD4), COMT, MAO and BDNF. There was no difference between patients and controls considering the polymorphisms related to DAT, Intron 8 VNTR (p 0,395) and 3\'UTR VNTR (p 0.614) and for the analysis of haplotypes (3\'UTR and Intron 8) (p 0.205). There was no difference between patients and controls considering the dopaminergic receptor polymorphisms DRD2 rs1800497 (p 0.440), DRD4 rs1800955 (p 0.548) and DRD4 VNTR (p 0.318). We observed no difference between patients and controls regarding COMT polymorphisms rs4680 (p 0.482) and MAOA_uVNTR (p 0.753), of dopaminergic metabolizers. We did not observe difference in the genotypic distribution of BDNF Val66Met polymorphism (rs6265) (p 0.636) and in the allelic distribution (p 0.4711) in the group with temporal lobe epilepsy caused by hippocampal sclerosis. Our findings suggest that the polymorphisms of the dopaminergic pathway evaluated in this study and BDNF Val66Me do not appear to be associated with temporal lobe epilepsy caused by hippocampal sclerosis

Made available in DSpace on 2016-03-22T17:26:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Marta.pdf: 316598 bytes, checksum: 4827ddafff08a3c37d59d9f11b39691c (MD5) Previous issue date: 2010-12-11 / BACKGROUND: Postpartum depression (PPD) is the most common psychiatric complication observed in women after birth. Some women have a particular sensitivity to hormonal changes, starting in early menarche, which increases their vulnerability to psychological stressing agents that are triggered by environment and physiological factors during life. Decreased serum brain-derived neurotrophic factor (BDNF) levels have been associated to different neuropsychiatric conditions and BDN has been considered as a candidate marker for such disfunctions. The goal of this study was to compare the levels of BDNF between mothers with PPD and control mothers as well as to seek for associations between BDNF levels and the severity of PPD. METHODS: This is a case-control study including 36 mothers with PPD and 36 control mothers. PPD was defined according to the Beck Depression Inventory (BDI). Serum BDNF was assayed with the sandwich ELISA method. RESULTS: Serum levels of BDNF were significantly lower in women with PPD than in control mothers (p = 0.026). No significant correlation between BDI score and serum BDNF levels was observed (r= 0.16, p = 0.09). CONCLUSIONS: Our study suggests that low BDNF levels are associated with PPD, although not with PPD severity. This result point out to the potential usage of BDNF in the screening of PPD, which could promote early treatment and, therefore, reduce the burden to the PPD women and to the health system / O BDNF (brain-derived neurotrophic factor) é um fator neurotrófico que parece estar envolvido na fisiopatologia de muitos transtornos psiquiátricos, incluindo depressão 1. O pós-parto é um período de risco psiquiátrico aumentado no ciclo de vida da mulher. A depressão pós-parto pode se manifestar com intensidade variável, tornando-se um fator que dificulta o estabelecimento de um vínculo afetivo seguro entre mãe e filho, podendo interferir nas futuras relações interpessoais estabelecidas pela criança. Fatores neurotróficos, ou neurotrofinas são famílias de proteínas, nas quais são capazes de promover o desenvolvimento, modulação e sobrevivência dos neurônios no sistema nervoso central (SNC) e periférico. Estes fatores são secretados pelos tecidos e vão atuar de diversas maneiras tais como na modulação sináptica, na apoptose, na diferenciação celular, dentre outras. O BDNF é crítico no desenvolvimento e modulação do SNC 2. As diversas funções das neurotrofinas são mediadas via duas classes de receptores: o Trk (cinase do receptor tropomiosina), da família dos RTKs (receptor da tirosina cinase), e o p75NTR (receptor da neurotrofina p75). Os subtipos dos receptores Trk ligam-se a neurotrofinas maduras com diferentes especificidades. O TrkB preferencialmente liga-se ao BDNF e ao NT4 (neurotrofina-4). O p75NTR liga-se a todas neurotrofinas maduras com baixa afinidade. O p75NTR também pode interagir com outros receptores, incluindo os receptores Trks 3. Para a mulher, o ciclo gravídico-puerperal é considerado período de risco para o psiquismo devido à intensidade da experiência vivida 4. A prevalência deste transtorno pode variar de acordo com os critérios utilizados para o diagnóstico, como o período de início dos sintomas e o método utilizado para a avaliação. Uma meta-análise estimou uma prevalência de 10 13% de depressão pós-parto (DPP) em mulheres 5. Recentemente, Moraes et al. (2006) e Pinheiro et al. (2006) encontraram prevalência de DPP de 19,1% em mulheres na cidade de Pelotas/RS 6,7. A partir da primeira semana após o parto 80% das mulheres apresentam um estado de tristeza materna (baby blues), podendo vir a ser confundido com a depressão. O quadro é benigno e regride por si só por volta do primeiro mês. Os sintomas mais freqüentes são: irritabilidade, mudanças bruscas de humor, indisposição, tristeza, insegurança, baixa auto-estima, sensação de incapacidade de cuidar do bebê, entre outros 8. Recentemente, o envolvimento do BDNF, tem sido foco de interesse na pesquisa relacionada com a regulação dos transtornos de humor e depressão. Interessantemente, diversos estudos caso-controle têm encontrado níveis séricos de BDNF diminuídos em pacientes deprimidos. Nos casos em que a depressão é induzida por alterações nos níveis de BDNF, os sintomas desaparecem após o final do tratamento ou com o uso de antidepressivos 1,9,10. A descoberta de novos marcadores pode não só auxiliar no diagnóstico, monitoramento, como também na escolha do tratamento a ser seguido, bem como no desenvolvimento de novos fármacos para o tratamento da depressão. Existem fortes evidências do envolvimento do BDNF na fisiopatologia da depressão, como esses achados envolveram exclusivamente amostras clínicas oriundas de sistema terciário, o fato de utilizarmos uma amostra comunitária aumenta a representatividade dos achados, e é relevante ao entendimento da neurobiologia e conseqüentemente abre caminho à pesquisa de novas abordagens no tratamento da DPP. Sendo assim o presente estudo pretende utilizar medidas mais sofisticadas para o diagnóstico e intervenção no tratamento da DPP, relacionando essa patologia com a concentração sérica de BDNF

Submitted by Marcos Anselmo (marcos.anselmo@unipampa.edu.br) on 2017-06-13T19:37:02Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Leandro Cattelan Souza.pdf: 2067184 bytes, checksum: 57f603dc4ba74cf44e1d1e0b694baa39 (MD5) / Approved for entry into archive by Marcos Anselmo (marcos.anselmo@unipampa.edu.br) on 2017-06-13T19:37:22Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Leandro Cattelan Souza.pdf: 2067184 bytes, checksum: 57f603dc4ba74cf44e1d1e0b694baa39 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-13T19:37:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Leandro Cattelan Souza.pdf: 2067184 bytes, checksum: 57f603dc4ba74cf44e1d1e0b694baa39 (MD5) Previous issue date: 2017-03-11 / A doença de Alzheimer (DA) é uma desordem neurodegenerativa, sendo considerada a principal causa de demência. O envelhecimento é o principal fator de risco para a DA, cuja estimativa anual de incidência e prevalência aumenta dramaticamente com a idade. A principal manifestação clínica da DA é o progressivo declínio das funções cognitivas, com a perda da memória sendo um dos sintomas iniciais da doença. No entanto, os pacientes de DA frequentemente apresentam sintomas comportamentais e psicológicos da demência (BPSD), também conhecidos como sintomas neuropsiquiátricos da demência, e.g. depressão, ansiedade e psicose, piorando a inabilidade e o fardo da doença. Apesar de os exatos mecanismos não estarem totalmente entendidos, evidências emergentes indicam que a ativação da indoleamina-2,3-dioxigenase (IDO), a enzima limitante da via da quinurenina (KP), está envolvida na neurotoxicidade do peptídeo beta-amilóide (A?)1-42 e na patogenia da DA. O exercício físico tem sido considerado uma intervenção efetiva na DA, atenuando ou limitando sua progressão. Não obstante, os mecanismos neurobiológicos subjacentes ao efeito neuroprotetor do exercício ainda não estão totalmente elucidados. Em vista disso, no presente estudo nós buscamos investigar três questões principais. Primeiro, os efeitos de uma infusão intracerebroventricular (i.c.v.) do peptídeo A?1-42 (400 pmol/animal; 3 ?l/sítio) sobre a regulação de biomarcadores da KP (atividade da IDO e níveis de triptofano (TRP) e quinurenina (KYN)) e o impacto deste peptídeo sobre os níveis de fatores neurotróficos foram investigados como potenciais mecanismos de ligação entre a neuroinflamação e os distúrbios cognitivos e emocionais em camundongos. Segundo, nós examinamos se o envelhecimento está associado a uma maior sensibilidade às alterações comportamentais e neuroquímicas provocadas pela infusão de A?1-42, e se a KP está envolvida nesses efeitos. Por fim, nós investigamos o efeito protetor de um treinamento de natação (ST) de 8 semanas sobre as funções cognitivas e não-cognitivas e seu papel em modular os biomarcadores da KP após a administração do peptídeo A?1-42 dentro do cérebro dos camundongos. Os nossos resultados mostraram níveis elevados de citocinas pró-inflamatórias nos camundongos tratados com A?1-42, os quais levaram a um 2 aumento da atividade da IDO no córtex pré-frontal (PFC) e hipocampo (HC). A ativação da IDO subsequentemente aumentou a produção de KYN e a razão KYN:TRP, assim como diminuiu os níveis de fatores neurotróficos no PFC e HC, contribuindo para os seguintes distúrbios comportamentais A?-associados: prejuízos na memória no teste de reconhecimento de objetos (ORT), comportamento tipo-depressivo e tipo-ansiedade no teste de suspensão de cauda (TST) e no labirinto em cruz elevado (EPMT), respectivamente. Além disso, nós confirmamos que os camundongos idosos, quando comparados aos animais jovens, apresentaram maior déficit cognitivo no ORT e maiores níveis de comportamento tipo-ansiedade no EPMT, após a administração de A?1-42. Os camundongos idosos também responderam ao A?1-42 com uma maior deficiência do fator neurotrófico derivado do cérebro, menores níveis de glutationa e menor capacidade antioxidante total, assim como responderam com uma maior atividade da IDO e maiores níveis de KYN e razão KYN:TRP no PFC e HC. Estes efeitos do peptídeo A?1-42 estavam associados a um maior estado pró-inflamatório, como indicado pelos maiores níveis de interleucina-6 e menores níveis de interleucina-10 nestas estruturas cerebrais. Por outro lado, os nossos resultados demonstraram que o ST foi efetivo em prevenir a perda de memória no ORT e os comportamentos tipo-depressivo e tipo-ansiedade, no TST e EPMT, respectivamente. O ST aboliu a resposta neuroinflamatória e a deficiência neurotrófica no PFC e HC induzidos por A?1-42. Ademais, o peptídeo A?1-42 aumentou a atividade da IDO, os níveis de KYN e TRP e a razão KYN:TRP no PFC e HC – alterações que foram bloqueadas pelo ST. Portanto, o presente estudo forneceu 3 principais achados: (I) a ativação da IDO no cérebro desempenha um papel-chave na mediação dos distúrbios da memória e emocionais em um modelo experimental baseado na neuroinflamação A?-induzida; (II) o estado inflamatório associado ao envelhecimento e a infra-regulação de substâncias neuroprotetoras endógenas torna os camundongos idosos mais vulneráveis à perda de memória, aos sintomas de ansiedade e à desregulação da KP induzidos pelo peptídeo A?1-42; e (III) o ST é eficaz em prevenir os déficits comportamentais e neurobiológicos induzidos pelo peptídeo A?1-42 e estes efeitos neuroprotetores estão provavelmente envolvidos com a inibição da ativação da inflamação/IDO e com a supra-regulação de fatores neurotróficos no cérebro de camundongos. Em conclusão, nós sugerimos que o exercício físico pode ser usado como uma intervenção não-farmacológica para aliviar tanto os sintomas cognitivos quanto não-cognitivos associados ao envelhecimento e à DA. / Alzheimer´s disease (AD) is the most common neurodegenerative form of dementia. Aging is the most important risk factor for AD with the estimated annual incidence and prevalence rising dramatically with age. The primary presentation of AD is progressive cognitive decline, with memory loss being a relatively early sign of the disease. Nevertheless, AD patients also frequently exhibit behavioral and psychological symptoms of dementia (BPSD), also known as neuropsychiatric symptoms of dementia, including depression, anxiety and psychosis, worsening the disability and caregiver burden. Despite de exact mechanisms are not completely understood, emerging evidence indicates that the activation of indoleamine-2,3-dyoxigenase (IDO), a first and rate-limiting enzyme in the kynurenine (KYN) pathway, is involved in amyloid-beta (A?1-42)-neurotoxicity and AD pathogenesis. Physical exercise has been considered an effective intervention in AD, attenuating or limiting their progression. Nevertheless, the neurobiological mechanisms underlying the neuroprotective effects of exercise have not yet been fully elucidated. In view of this, in the current study we sought to investigate three main issues. First, the effects of an intracerebroventricular (i.c.v.) injection of A?1-42 peptide (400 pmol/mice; 3 ?l/site) on the regulation of KP biomarkers (IDO activity, tryptophan (TRP) and kynurenine (KYN) levels) and the impact of A?1-42 on neurotrophic factors levels were investigated as potential mechanisms linking neuroinflammation to cognitive/emotional disturbances in mice. Second, we examined whether aging is associated with a higher sensitivity to behavioural and neurochemical alterations elicited by A?1-42 injection, and whether KYN pathway is involved in these effects. Ultimately, we investigated the protective effect of an 8-week swimming training (ST) exercise on cognitive and non-cognitive functions and its role in modulating biomarkers of KYN pathway post A?1-42 administration into the mouse brain. Our results showed increased levels of proinflammatory cytokines in the A?1-42-treated mice, which led to an increase in IDO activity in the prefrontal cortex (PFC) and the hippocampus (HC). The IDO activation subsequently increased KYN production and the KYN/TRP ratio and decreased the levels of neurotrophic factors in the PFC and HC, contributing for the following A?-associated behavioral disturbances: memory impairment in the object recognition test (ORT), depressive-like and anxiety-like behaviour in the tail suspension test (TST) and elevated plus-maze test (EPMT), respectively. In addition, we confirmed that aged mice, when compared to young mice, displayed higher cognitive deficit in the ORT and higher anxiety-like behaviour in 4 the EPMT after the A?1-42 administration. Aged mice also responded to A?1-42 with a higher deficiency of brain-derived neurotrophic factor, glutathione levels and total radical-trapping antioxidant capacity, a higher IDO activity and a higher KYN and KYN/tryptophan ratio in the PFC and HC. These effects of A?1-42 were associated with a higher proinflammatory status, as reflected by elevated interleukin-6 levels and reduced interleukin-10 levels in these brain structures. On the other hand, our results demonstrated that ST was effective in preventing the memory impairment in the ORT and depressive/anxiety-like behaviour in the TST and EPMT, respectively. ST abrogated the neuroinflammatory response and neurotrophic deficiency in the PFC and HC induced by A?1-42. Also, A?1-42 increased IDO activity, KYN and TRP levels and KYN:TRP ratio in the PFC and HC – alterations that were blocked by ST. Therefore, the present study provides three main findings: (I) brain IDO activation plays a key role in mediating the memory and emotional disturbances in an experimental model based on A?-induced neuroinflammation; (II) the age-associated inflammatory signature and down-regulation of endogenous neuroprotectants in the brain render aged mice more vulnerable to A?1-42-induced memory loss, anxiety symptoms and KYN pathway dysregulation; and (III) ST is effective in preventing behavioural and neurobiological deficits induced by A?1-42, and these neuroprotective effects are likely to involve the inhibition of inflammation/IDO activation and up-regulation of neurotrophic factors in brain of mice. In conclusion, we suggest that physical exercise can be used as a non-pharmacological approach to alleviates both cognitive and non-cognitive symptoms associated with aging and AD.

O Transtorno Bipolar (TB) tipo I é uma doença caracterizada por episódios de mania e depressão recorrentes com importante prejuízo do funcionamento global e comprometimento das funções cognitivas. Além disso, sabe-se que o número de episódios de humor patológico ao longo da vida pode também influenciar o funcionamento cognitivo destes sujeitos. Neste cenário, ocorreu a necessidade de se investigar marcadores genéticos para disfunção cognitiva no TB com o objetivo de estudar este fenômeno. Dentre os potenciais genes responsáveis por influenciar a cognição destacam-se os polimorfismos funcionais do fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF), da catecol-O-metiltransferase (COMT), da apolipoproteína-E (APOE) e do canal de cálcio de baixa voltagem subunidade 1-C (CACNA1C). Sabe-se, também, que no TB os marcadores de estresse oxidativo estão aumentados durante todas as fases da doença, entretanto, não é claro qual impacto destes na disfunção cognitiva de indivíduos com TB. O objetivo dessa tese foi avaliar o desempenho cognitivo de pacientes jovens com bipolaridade tipo I e sua associação com o genótipo de BDNF, COMT, APOE e CACNA1C e também com os níveis plasmáticos de oxidação da guanosina (8-OHdG) e citosina (5-Mec) durante os episódios de humor, eutimia e em controles. Para investigar essa associação foram incluídos 116 pacientes (79 em episódio de humor patológico e 37 eutímicos) com diagnóstico de TB tipo I (DSMIV-TR); 97 controles saudáveis foram submetidos à avaliação neuropsicológica e coleta de sangue para extração de DNA visando genotipagem para BDNF (rs6265), COMT (rs4680; rs165599), APOE (rs429358 e rs7412), CACNA1C (rs1006737), 8-OhdG e 5-Mec. A análise dos dados obtidos revelou que pacientes portadores do genótipo Met/Met rs4680/rs165599 do COMT apresentam comprometimento cognitivo mais grave (função executiva, fluência verbal, memória e inteligência) comparado ao genótipo Val/Met ou Val/Val durante episódios maníacos ou mistos. Na mesma direção destes resultados, verificou-se que pacientes portadores do alelo Met rs4680 do COMT apresentam comprometimento do reconhecimento de emoções faciais em episódios de mania e depressão. Nenhum efeito do COMT foi observado em controles. O alelo de risco Met do CACNA1C se associou a um pior comprometimento executivo independente dos sintomas maníacos ou depressivos no TB, porém nenhum efeito se observou nos controles. O alelo Met do BDNF rs6265 ou a presença do alelo 4 da APOE não representa um fator que identifique um grupo com desempenho cognitivo diferenciado durante as fases do TB ou em controles. Sujeitos com TB apresentaram níveis mais elevados de 8-OHdG e tais níveis eram diretamente proporcionais ao número de episódios maníacos ao longo da vida, sugerindo um papel dos episódios hiperdopaminérgicos na oxidação das bases de DNA. Concluiu-se que a genotipagem para COMT e CACNA1C em pacientes com TB pode identificar um grupo de pacientes associados a pior disfunção cognitiva durante as fases maníacas e mistas do TB. Tal dado pode ser um indicador do envolvimento do sistema dopaminérgico e dos canais de cálcio de baixa voltagem na fisiopatologia da disfunção cognitiva no TB e deve ser explorado em outros estudos / Bipolar I disorder (BD) is a disease whose main features include severe mood swings that cause severe impairment in global functioning and cognitive domains. Moreover, the number of mood episodes throughout patients life is also associated with deterioration in cognitive functions. In this context, it is important to study genetic markers for the cognitive dysfunction observed in BD to elucidate the physiopathology of this phenomenon. The main candidates for genetic modulation of cognition are the genes brain derived neurotrophic factor (BDNF), catechol-o-methyltransferase (COMT), apolipoprotein E (APOE) and 1-C subunit of the L-type voltage-gated calcium channel (CACNA1C). Furthermore, elevated levels of oxidative stress have been reported in BD for all types of mood episodes but no data is available on their impact on cognitive functioning of BD patients. The aim of this thesis was to investigate whether cognitive functioning of BD patients is influenced by BDNF, COMT, APOE, CACNA1C genotypes or by levels of oxidative damage to the DNA base guanosine (8-OHdG) and cytosine (5-Mec). One hundred sixteen patients (79 during mood episode and 37 euthymic) with BD type I (mania, depression or euthymia) and 97 healthy controls were submitted to neuropsychological evaluation and blood collection for DNA analysis. All subjects were genotyped for BDNF (rs6265), COMT (rs4680; rs165599), APOE (rs429358 and rs7412), CACNA1C (rs1006737), DNA levels of 8-OHdG and 5-Mec were also measured. Our results revealed that BD subjects that carried the rs4680/rs165599 Met/Met genotype had more severe cognitive dysfunction (executive function, verbal fluency, memory and intelligence) than carriers of other genotypes during manic or mixed episodes. Moreover, patients carrying the COMT rs4680 Met allele had worse performance on facial emotion recognition tests during manic and depressive episodes. BD carriers of the Met allele of CACNA1C had more severe executive dysfunction than non-carriers, regardless of manic or depressive symptoms. No effect of CACNA1C or COMT genotypes was observed in controls. The genotypes of BDNF or APOE were not associated with cognitive dysfunction in BD patients or controls. The BD group exhibited higher levels of 8-OHdG than the control group and these levels were influenced by the lifetime number of manic episodes, suggesting that hyperdopaminergic episodes may influence the oxidation of DNA bases. In summary, the genotype of COMT and CACNA1C may represent a useful tool for identifying BD subjects at risk of developing more severe cognitive dysfunction in all mood states of the disease. This evidence associating dopamine catabolism and calcium channels to degree of cognitive dysfunction in BD should be further explored by future research

O envelhecimento é um processo no qual ocorrem alterações estruturais e funcionais da maioria dos órgãos, que podem levar ao aumento da susceptibilidade a várias doenças associadas à idade. Assim, várias estratégias têm sido investigadas a fim de se reduzir os sintomas relacionados à idade e o exercício físico tem demonstrado efeito neuroprotetor em diferentes modelos experimentais. Nesta tese, investigamos os efeitos do exercício físico moderado sobre a memória e sobre parâmetros bioquímicos no hipocampo e no músculo sóleo de ratos Wistar de 3, 6 e 22 meses de idade. Para isso, foram realizados três experimentos distintos que deram origem aos três capítulos apresentados na tese. No primeiro experimento, estudamos o efeito do exercício físico em ratos de 3 e 22 meses de idade. Neste experimento, o exercício preveniu o déficit de aquisição da memória de referência relacionado à idade. Além disso, preveniu o aumento do estresse oxidativo no hipocampo de ratos envelhecidos e também promoveu o aumento da expressão dos fatores neurotróficos BDNF, NT-3 e IGF-1 no hipocampo destes animais. É importante ressaltar que houve uma correlação positiva entre a redução do estresse oxidativo e a latência para encontrar a plataforma no 5º dia de treino na tarefa de memória de referência, ou seja, a redução do conteúdo de espécies reativas e da lipoperoxidação pelo exercício está correlacionada com a melhora do desempenho de memória dos ratos envelhecidos. No segundo experimento, avaliamos o efeito do exercício físico em ratos de 3, 6 e 22 meses de idade. Corroborando com os resultados apresentados no experimento anterior, foi demonstrado que o exercício físico moderado preveniu os déficits de memória espacial de referência e de trabalho relacionados à idade. O treinamento cognitivo no Water maze aumentou a atividade das enzimas Na+,K+- ATPase e AChE no hipocampo de ratos adultos e envelhecidos. O aumento na atividade da Na+,K+-ATPase foi ainda maior nos ratos envelhecidos submetidos ao exercício físico combinado com o treinamento cognitivo. Além disso, foi observada uma correlação positiva entre a atividade da Na+,K+-ATPase no hipocampo dos ratos envelhecidos exercitados e a latência para encontrar a plataforma no 5º dia de treino na tarefa de memória de referência, ou seja, o aumento da atividade da Na+,K+-ATPase está associado com a melhora do desempenho de memória relacionado ao exercício físico. De acordo com esses dados, também foi observada uma correlação negativa entre a atividade da Na+,K+-ATPase e a diferença (delta) entre a média das latências entre os trials 1 e 4 na tarefa de memória de trabalho, o que demonstra que os ratos envelhecidos exercitados apresentaram um melhor desempenho na tarefa de memória de trabalho associado com o aumento na atividade da Na+,K+-ATPase. No terceiro experimento, investigamos o efeito do exercício físico em ratos de 3 e 22 meses de idade. O exercício aumentou o conteúdo de espécies reativas e a lipoperoxidação no músculo sóleo de ratos jovens. Ratos envelhecidos apresentaram um aumento da lipoperoxidação e uma redução na atividade da enzima catalase. O exercício induziu um aumento dos níveis de espécies reativas, uma redução no conteúdo de sulfidrilas e o aumento de proteínas carboniladas; contudo, promoveu o aumento da atividade das enzimas superóxido dismutase e catalase no sóleo dos ratos envelhecidos. Assim, os resultados do primeiro e do segundo experimento demonstram que o exercício físico preveniu o declínio da memória espacial relacionado à idade e que esse efeito pode ser mediado por fatores que incluem a redução do estresse oxidativo, o aumento da expressão de fatores neurotróficos e o aumento da atividade da enzima Na+,K+-ATPase no hipocampo de ratos envelhecidos. Os resultados do músculo demonstram que o sóleo dos ratos jovens, embora susceptível ao aumento das espécies reativas e lipoperoxidação, não apresentou dano às proteínas, sugerindo que outros mecanismos, como o sistema de defesa antioxidante não enzimático, possam estar atuando para compensar os efeitos do exercício. Além disso, o músculo dos ratos envelhecidos parece ser mais sensível que o dos ratos jovens às alterações do estado oxidativo celular induzidas pelo exercício físico, porque apesar dos animais envelhecidos exercitados apresentarem um aumento na atividade das enzimas antioxidantes, não houve uma redução do dano oxidativo. / Aging is a process in which structural and functional changes occur in most organs and may lead to increased susceptibility to various age-related diseases. Several approaches have been investigated with the aim of reducing age-related symptoms and physical exercise is a therapeutic strategy that has presented neuroprotective action in different experimental models. In this context, some studies show that regular physical exercise is related to the improvement of quality of life and to the prevention of age-related cognitive decline. In the present thesis, we investigated the effect of moderate physical exercise on memory and on biochemical parameters in the hippocampus and soleus muscle in 3, 6 and 22 months-old rats. For that, three different experiments were carried out, which gave rise to the three chapters presented in this thesis. In the first experiment, we studied the effect of physical exercise in 3 and 22 months-old rats. In this experiment, the exercise prevented the age-related acquisition deficit of reference memory. In addition, exercise prevented the increased in oxidative stress and also was able to increase the expression of neurotrophic factors BDNF, NT-3 and IGF-1 in the hippocampus of aged rats. It is important to note that there was a positive correlation between the reduction of oxidative stress and latency to find the platform on the 5th day of training in the reference memory task, i.e., reduction of reactive species levels and lipid peroxidation, might be associated with the exercise-related memory improvement. In the second experiment, we evaluated the effect of physical exercise in 3, 6 and 22 months-old rats. Corroborating with the results presented in the previous experiment, it was demonstrated that moderate physical exercise prevented age-related spatial reference and working memory deficits. It has also been shown that the cognitive training in Water maze increased the activity of the Na+,K+-ATPase and AChE enzymes in the hippocampus of adult and aged rats. The increase in Na+,K+-ATPase activity was even further increased in aged rats that were submitted to physical exercise combined with cognitive training. In addition, a positive correlation was observed between the Na+,K+-ATPase activity in the hippocampus of aged exercised rats and the latency to find the platform on the 5th day of training in the reference memory task, i.e., the increase in Na+,K+-ATPase activity is associated with the exercise-related memory improvement in aged rats. Consistently, a negative correlation between the Na+,K+-ATPase activity and the difference (delta) between the mean latencies of trials 1 and 4 in the working memory task was also found, i.e., the exercised aged rats showed better performance in the working memory task associated with the increase in Na+,K+-ATPase activity. In the third experiment, we investigated the effect of physical exercise in 3 and 22 months-old rats. Exercise increased the reactive species content and lipid peroxidation in soleus muscle of young rats. Aged rats showed an increase in lipid peroxidation and a reduction in the catalase activity. Exercise induced an increase in reactive species levels, a reduction in sulfhydryl content and an increase in carbonyl proteins; however, the exercise was able to increase the superoxide dismutase and catalase activities in the soleus of aged rats. Thus, the results of first and second experiments demonstrate that physical exercise prevents the age-related decline of spatial memory and this effect might be related to the reduction of oxidative stress, increased expression of neurotrophic factors and the increase in the Na+,K+-ATPase activity in the hippocampus of aged rats. The muscle results demonstrate that soleus of young rats, although susceptible to the increased in reactive species and lipid peroxidation, showed no damage to proteins, suggesting that other mechanisms, such as the non-enzymatic antioxidant defense system, may be acting to compensate the effects of exercise. In addition, the muscle of the aged rats seems to be more sensitive than the young rats to changes in the cellular oxidative state induced by exercise, since aged exercised animals showed an increase in the activity of antioxidant enzymes, but there was no reduction of oxidative damage.

Introdução - Os efeitos na saúde de dietas vegetarianas (DV) apontam principalmente para a diminuição do risco de Doenças Crônicas Não Transmissíveis (DCNT), uma vez que modula positivamente parâmetros bioquímicos, particularmente aqueles relacionados ao controle da glicemia e lipemia, além de ser uma medida para o controle de peso. Estudos recentes em adultos demonstram que a dieta possa também modular parâmetros moleculares. Nesse cenário, atenta-se para o papel do Fator Neurotrófico Derivado do Encéfalo (BDNF) o qual parece estar relacionado com a DV em relação à redução de triglicerídeos e colesterol e aumento da sensibilidade à insulina. Objetivo - Avaliar adultos que adotaram uma DV, em relação ao estado nutricional, aos parâmetros bioquímicos e moleculares comparados aos adultos com dieta onívora. Métodos - A população avaliada foi constituída por 96 indivíduos, 56 vegetarianos e 40 onívoros, adultos e de ambos os sexos, em um estudo do tipo transversal. Para o levantamento dos dados sociodemográficos e de estilo de vida foi aplicado questionário e aferidas às medidas de peso corporal (PC) e altura, para posterior cálculo de Índice de Massa Corporal (IMC) e circunferência de cintura (CC). Foi realizada também coleta de sangue para estudos bioquímicos e expressão de BDNF plasmático. Os índices de Castelli 1 e 2 (razões lipídicas) são indicadores de risco cardiovascular (RCV) com maior valor preditivo do que parâmetros isolados, por isso, também foram calculados. A resistência à insulina (IR) foi avaliada pelo índice HOMA_IR. As análises foram conduzidas pelo software SPSS (Statistical Package for Social Sciences) versão 20.0 e para todas foi considerado um nível de significância de 5 por cento .Foi realizada análise de regressão logística para identificar se a DV e outros fatores podem prever a redução da chance de ter RCV, determinado pelos índices de Castelli 1 e 2.Resultados Em relação às variáveis de estilo de vida, os VEG têm uma tendência a praticar mais atividade física (64,3 por cento vs 42,5 por cento , p = 0,056) e ingerir suplementos alimentares (48,1 por cento vs 20,5 por cento , p = 0,012), embora o número de fumantes se apresente semelhante em ambos os grupos. Não houve diferença estatisticamente significante para as variáveis: idade, sexo, prática de fumar, triglicerídeos (TG), Colesterol Total (CT) e lipoproteína de baixa densidade (LDL- c) entre os dois grupos. Já os valores dos índices de Castelli 1 (3,23 ± 0,84 vs 3,90 ± 0,99, p =0,001)e 2 (1,91 ± 0,69 vs 2,42 ± 0,79, p = 0,001) foram menores em vegetarianos (VEG) do que em onívoros (ONV). O grupo VEG tinha significativamente menor PC (63,9 ± 10,4 vs 69,4 ± 14,6 kg, p = 0,032); IMC (22,5 ± 2,6 vs 25,0 ± 3,9 kg/m2, p = 0,001); CC( 81,8 ± 8,2 vs 87,8 ± 10,9 cm, p = 0,003 ) e maior lipoproteína de alta densidade (HDL-c) (54,88 ± 14,44 vs 47,30 ± 12,27 mg / dl , p = 0,008) . Os VEG também apresentaram menor HOMA-IR (1,17 ± 0,70 vs 1,48 ± 0,8, p = 0,02) em comparação com ONV. Quanto a variável BDNF, não houve diferença entre os grupos VEG e ONV (662,8 + 276,5pg/ml vs 698,1 + 314,9 pg/ml, p=0,563). Conclusão - Sugere-se, portanto, que a DV pode ter efeitos protetores na saúde cardiovascular e no metabolismo desses indivíduos. / Introduction - The effects of vegetarian diets (VD) on health points out mainly to a decrease in the risk for noncomunnicable chronic disease (NCDs) once it positively modulates the biochemical parameters, particularly those related to the control of glicemic and lipemia being also a way of controlling weight. Recent studies have shown that diet can also modulate molecular parameters. In this scenario, one must pay attention to the role of the brain-derived neurotrophic factor (BDNF) which seems to be related to the VG in what regards the reduction of triacylglycerol and cholesterol, and the increase of insulin sensitivity. Objective - To assess adults that adopted a VD in what regards their nutritional status, biochemical and molecular parameters, in comparison to adults that adopted an omnivorous diet. Methods- A cross-sectional study assessed a population composed of 96 individuals, 56 vegetarians and 40 omnivores, adults of both genders. A questionnaire was administered in order to gather sociodemographic and life-style related data, body weight (BW), height and waist circumference (WC) were surveyed. In order to carry out the biochemical study and the expression of plasmatic BDNF, blood was collected. The Castelli indexes 1 and 2 (lipid ratios) are indicators of cardiovascular risk (CVR) with a higher predictive value than isolated parameters and therefore were calculated. Insulin resistance (IR) was calculated by the HOMA_IR index. The analyses were carried out through the SPSS (Statistical Package for Social Sciences) software, 20.0 version, taking into account a 5 per cent significance level. An analysis of logistic regression was done in order to identify if the VD and other factors are able to prevent the reduction of CVR, determined by the Castelli indexes 1 and 2. Results - There was no statistically significant difference between both groups regarding the following variables: age, gender, smoking habits, triglyceride (TG), Total Cholesterol (TC) low-density lipoprotein cholesterol (LDL- col). On the other hand, the values of the Castelli indexes 1 (3,23 ± 0,84 vs 3,90 ± 0,99, p =0,001) and 2 (1,91 ± 0,69 vs 2,42 ± 0,79, p = 0,001) were lower in vegetarians (VEG) than in omnivores (OMV). The VEG-groups showed significant lower BW (63,9 ± 10,4 vs 69,4 ± 14,6 kg, p = 0,032); BMI (22,5 ± 2,6 vs 25,0 ± 3,9 kg/m2, p = 0,001); WC ( 81,8 ± 8,2 vs 87,8 ± 10,9 cm, p = 0,003 ) and more high-density lipoprotein cholesterol (HDL col) (54,88 ± 14,44 vs 47,30 ± 12,27 mg / dl , p = 0,008). The VEG-group also presented lower HOMA-IR (1,17 ± 0,70 vs 1,48 ± 0,8, p = 0,02) in comparison to the OMV-group. Regarding life-style parameters, the individuals of the VEG-group displayed a tendency for practicing more physical activity (64,3 per cent vs 42,5 per cent , p = 0,056) and for ingesting food supplement (48,1 per cent vs 20,5 per cent , p = 0,012), although the number of smokers was quite similar between both groups. Regarding the BDNF variable, there was no difference between the VEG-group and the OMVGroup (662,8 + 276,5 pg/ml vs 698,1 + 314,9 pg/ml, p=0,563).Conclusion - In relation to these results it is to be suggested that a VD may exert protective effects on cardiovascular health and on the metabolism of the individuals that adopt it.