Overnutrition causes many metabolic diseases including type 2 diabetes. PFKFB3/iPFK2 is a master regulator of adipocyte and intestinal nutrient metabolism. Using PFKFB3/iPFK2+/– mice and adipocyte-specific PFKFB3 over-expression mice, the present study investigated the role of PFKFB3/iPFK2 in regulating diet-induced adiposity, inflammation in adipose tissue and intestine, and systemic insulin resistance. On a high-fat diet (HFD), PFKFB3+/– mice gained much less body weight than did wild-type littermates. However, HFD-induced systemic insulin resistance in PFKFB3+/– mice was more severe than in wild-type littermates. In contrast, adipocyte-specific PFKFB3 over-expression increased adiposity but suppressed overnutrition induced adipose tissue inflammatory response and improved insulin sensitivity. In addition to adipose tissue, PFKFB3/iPFK2 also played a role in intestine events. Compared to wild-type littermates, PFKFB3+/– mice displayed a significant increase in the expression of intestinal inflammatory markers on a HFD. In conclusion, PFKFB3 protects against overnutrition-induced adipose tissue and intestine inflammatory response and systemic insulin resistance in an adiposity-independent manner. Selective PFKFB3 activation may be viable for treating and/or preventing insulin resistance and type 2 diabetes.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A obesidade, cuja origem é multifatorial e a prevalência é crescente em diferentes regiões no mundo, está geralmente associada à produção desregulada de adipocinas, ao aumento do estresse oxidativo e à ocorrência de distúrbios metabólicos como dislipidemia, intolerância à glicose e hipertensão. A Programação Metabólica ou Plasticidade Ontogenética tem sido proposta como um importante fator na etiologia da obesidade. Este fenômeno sugere que alterações nutricionais, hormonais e ambientais durante períodos críticos do desenvolvimento, tais como gestação e lactação, podem alterar a fisiologia e o metabolismo de um organismo provocando o desenvolvimento de distúrbios metabólicos na vida adulta. Neste trabalho foram estudados dois modelos de plasticidade ontogenética que programam ratos Wistar para obesidade na vida adulta: a supernutrição na lactação e o desmame precoce. A supernutrição na lactação provocada pela redução da ninhada causou obesidade, hiperfagia, aumento do estresse oxidativo, resistência hepática à ação da insulina e esteatose nas proles na idade adulta. A desnutrição, provocada pelo desmame precoce, também se associou na idade adulta com obesidade visceral, aumento do estresse oxidativo e esteatose, assim como dislipidemia, resistência à insulina, hipertensão arterial e resistência central à leptina. No modelo de programação pelo desmame precoce, os animais adultos foram tratados com resveratrol (30mg/kg/MC), um polifenol encontrado nas uvas e conhecido por seus efeitos antioxidante e hipoglicemiante, por 30 dias. Os animais programados pelo desmame precoce que receberam resveratrol tiveram massa corporal, gordura visceral e morfologia hepática semelhantes aos animais controles. Ainda, o resveratrol normalizou a pressão arterial, a dislipidemia, a glicemia e as concentrações de adiponectina e leptina. A normalização da leptinemia esteve associada à correção da resistência central à leptina nestes animais, uma vez que o resveratrol normalizou além da ingestão, o conteúdo hipotalâmico de JAK2, pSTAT3 e NPY. Portanto, os animais programados pela supernutrição na lactação ou pelo desmame precoce apresentaram aumento do estresse oxidativo associado à obesidade e alterações metabólicas como esteatose. O tratamento com resveratrol nos animais programados pelo desmame precoce preveniu o aumento de estresse oxidativo, obesidade visceral, resistência à insulina, dislipidemia e esteatose. Além disso, o resveratrol causou normalização da leptinemia nestes animais, assim como da ação deste hormônio no hipotálamo, controlando a hiperfagia característica deste modelo. / Obesity, a multifactorial disease with increased prevalence in different regions in the world, is generally associated with a deregulated adipocytokines production, increased oxidative stress and the occurrence of metabolic disorders such as dyslipidemia, glucose intolerance and hypertension. The Metabolic Programming or Developmental Plasticity has been proposed as important factor in the etiology of obesity. This phenomenon suggests that dietary changes, hormonal and environmental factors during critical periods of development, such as pregnancy and lactation can alter the physiology and metabolism of an organism causing the development of metabolic disorders at adulthood. In this work, we studied two models of developmental plasticity in Wistar rats, which programmed for obesity at adulthood: overnutrition during lactation and early weaning. Overnutrition during lactation through litter size reduction caused obesity, hyperphagia, increased oxidative stress, liver insulin resistance and steatosis in offspring at adulthood. Malnutrition caused by early weaning was also associated with visceral obesity, increased oxidative stress and steatosis as well as dyslipidemia, insulin resistance, hypertension and central leptin resistance in adulthood. In this programming model by early weaning, adult animals were treated with resveratrol (30mg/kg/BW for 30 days), a polyphenol found in grapes and known for its antioxidant and hypoglycemic actions. Offspring programmed by early weaning that were treated with resveratrol had body mass, visceral fat and liver morphology similar to those found in control offspring. Also, resveratrol normalized blood pressure, dyslipidemia, and serum glucose, adiponectin and leptin. The normalization of leptin levels was associated with the correction of central leptin resistance in these animals, since resveratrol normalized food intake and hypothalamic content of JAK2, pSTAT3 and NPY. Therefore, offspring programmed by overnutrition during lactation or early weaning displayed increased oxidative stress, obesity and metabolic disorders such as steatosis. Treatment with resveratrol in early weaned offspring prevented the increase of oxidative stress, visceral obesity, insulin resistance, dyslipidemia and steatosis. Indeed, resveratrol normalized serum leptin as well as its action in the hypothalamus, controlling the hyperphagia characteristic of these offspring.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A obesidade, cuja origem é multifatorial e a prevalência é crescente em diferentes regiões no mundo, está geralmente associada à produção desregulada de adipocinas, ao aumento do estresse oxidativo e à ocorrência de distúrbios metabólicos como dislipidemia, intolerância à glicose e hipertensão. A Programação Metabólica ou Plasticidade Ontogenética tem sido proposta como um importante fator na etiologia da obesidade. Este fenômeno sugere que alterações nutricionais, hormonais e ambientais durante períodos críticos do desenvolvimento, tais como gestação e lactação, podem alterar a fisiologia e o metabolismo de um organismo provocando o desenvolvimento de distúrbios metabólicos na vida adulta. Neste trabalho foram estudados dois modelos de plasticidade ontogenética que programam ratos Wistar para obesidade na vida adulta: a supernutrição na lactação e o desmame precoce. A supernutrição na lactação provocada pela redução da ninhada causou obesidade, hiperfagia, aumento do estresse oxidativo, resistência hepática à ação da insulina e esteatose nas proles na idade adulta. A desnutrição, provocada pelo desmame precoce, também se associou na idade adulta com obesidade visceral, aumento do estresse oxidativo e esteatose, assim como dislipidemia, resistência à insulina, hipertensão arterial e resistência central à leptina. No modelo de programação pelo desmame precoce, os animais adultos foram tratados com resveratrol (30mg/kg/MC), um polifenol encontrado nas uvas e conhecido por seus efeitos antioxidante e hipoglicemiante, por 30 dias. Os animais programados pelo desmame precoce que receberam resveratrol tiveram massa corporal, gordura visceral e morfologia hepática semelhantes aos animais controles. Ainda, o resveratrol normalizou a pressão arterial, a dislipidemia, a glicemia e as concentrações de adiponectina e leptina. A normalização da leptinemia esteve associada à correção da resistência central à leptina nestes animais, uma vez que o resveratrol normalizou além da ingestão, o conteúdo hipotalâmico de JAK2, pSTAT3 e NPY. Portanto, os animais programados pela supernutrição na lactação ou pelo desmame precoce apresentaram aumento do estresse oxidativo associado à obesidade e alterações metabólicas como esteatose. O tratamento com resveratrol nos animais programados pelo desmame precoce preveniu o aumento de estresse oxidativo, obesidade visceral, resistência à insulina, dislipidemia e esteatose. Além disso, o resveratrol causou normalização da leptinemia nestes animais, assim como da ação deste hormônio no hipotálamo, controlando a hiperfagia característica deste modelo. / Obesity, a multifactorial disease with increased prevalence in different regions in the world, is generally associated with a deregulated adipocytokines production, increased oxidative stress and the occurrence of metabolic disorders such as dyslipidemia, glucose intolerance and hypertension. The Metabolic Programming or Developmental Plasticity has been proposed as important factor in the etiology of obesity. This phenomenon suggests that dietary changes, hormonal and environmental factors during critical periods of development, such as pregnancy and lactation can alter the physiology and metabolism of an organism causing the development of metabolic disorders at adulthood. In this work, we studied two models of developmental plasticity in Wistar rats, which programmed for obesity at adulthood: overnutrition during lactation and early weaning. Overnutrition during lactation through litter size reduction caused obesity, hyperphagia, increased oxidative stress, liver insulin resistance and steatosis in offspring at adulthood. Malnutrition caused by early weaning was also associated with visceral obesity, increased oxidative stress and steatosis as well as dyslipidemia, insulin resistance, hypertension and central leptin resistance in adulthood. In this programming model by early weaning, adult animals were treated with resveratrol (30mg/kg/BW for 30 days), a polyphenol found in grapes and known for its antioxidant and hypoglycemic actions. Offspring programmed by early weaning that were treated with resveratrol had body mass, visceral fat and liver morphology similar to those found in control offspring. Also, resveratrol normalized blood pressure, dyslipidemia, and serum glucose, adiponectin and leptin. The normalization of leptin levels was associated with the correction of central leptin resistance in these animals, since resveratrol normalized food intake and hypothalamic content of JAK2, pSTAT3 and NPY. Therefore, offspring programmed by overnutrition during lactation or early weaning displayed increased oxidative stress, obesity and metabolic disorders such as steatosis. Treatment with resveratrol in early weaned offspring prevented the increase of oxidative stress, visceral obesity, insulin resistance, dyslipidemia and steatosis. Indeed, resveratrol normalized serum leptin as well as its action in the hypothalamus, controlling the hyperphagia characteristic of these offspring.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-28T14:16:35Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Laís Alves Ribeiro Costa_Março 2016.pdf: 1135215 bytes, checksum: 869ddf6af6f8a4e05c7e9a6d6831f190 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-28T14:16:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Laís Alves Ribeiro Costa_Março 2016.pdf: 1135215 bytes, checksum: 869ddf6af6f8a4e05c7e9a6d6831f190 (MD5) Previous issue date: 2016-03-02 / CAPEs / O excesso de peso representa um dos grandes problemas da sociedade. A alimentação saudável, incluindo o consumo dos ácidos graxos insaturados, exerce fator crucial na prevenção e tratamento das doenças ocasionadas pela obesidade, incluindo aquelas que acometem o sistema nervoso central. O objetivo deste estudo foi investigar, em ratos jovens, efeitos da ingestão alimentar excessiva associada a suplementação com óleo de cártamo sobre parâmetros metabólicos, comportamentais e eletrofisiológicos. Ratos Wistar foram divididos em grupos referentes ao estado nutricional, com ninhadas contendo 03 ou 09 animais, e subdivididos quanto à suplementação com óleo de cártamo ou veículo no período do 7º ao 30º dia de vida por via oral. Após o período de suplementação, dados da murinometria, comportamento referente à ansiedade e memória episódica e registro eletrofisiológico foram coletados. Os resultados indicam que ratos criados em ninhadas com tamanho reduzido apresentaram aumento peso corporal, circunferência abdominal e torácica, comprimento corporal, índice de massa corporal e peso do fígado, quando os dados foram comparados com os respectivos controles. Os ratos submetidos à ingestão alimentar excessiva apresentaram maior ansiedade e redução da velocidade da depressão alastrante cortical (DAC). Por outro lado, o óleo de cártamo, independente do estado nutricional, apresentou maior velocidade de propagação da DAC. Além disso, todos os animais deste estudo foram bem sucedidos na tarefa de reconhecimento de objetos, com preferência em explorar o novo objeto. Os resultados sugerem que o estado nutricional na fase inicial da vida pode acarretar em prejuízos metabólicos, comportamentais e na excitabilidade cortical. Em contrapartida, o óleo de cártamo parece reverter o efeito do excesso alimentar sobre sistema nervoso. / Overweight represent one of the major problems of society. Healthy eating, including consumption of unsaturated fatty acids, exerts a crucial factor in the prevention and treatment of diseases caused by obesity, including those that affect the central nervous system. The objective of this study was to investigate in young rats, effects of excessive food intake associated with safflower oil supplementation on metabolic, behavioral and electrophysiological parameters. Wistar rats were divided in groups with related to nutritional states, with litters containing 03 or 09 pups, and subdivided either as orally supplemented with safflower oil or vehicle in the period from 7th to 30th day of life. After this supplementation period, murinometric data, anxiety-like behavior, episodic memory, and electrophysiological recordings were collected. The results indicate that rats raised in reduces litter size presented increased body weight, thoracic and abdominal circumference, body length, body mass index and liver weight when the data was compared with the respective controls. Rats subjected to excessive food intake showed enhanced anxiety-like behavior and reduced velocity of the cortical spreading depression (CSD). Moreover, animals supplemented with safflower oil, regardless of nutritional state, showed higher speed of propagation of CSD. Furthermore, all animals in this study were successful in the object recognition task, with preference in exploring the new object. The results suggest that the nutritional state in early life can lead to metabolic, behavioral and cortical excitability impairment. On the other hand, safflower oil can appears to reverse the effect of the excess food nervous system.

Il est désormais clairement établi que la vélocité de croissance dans les premiers mois de la vie influence le risque d’apparition de maladies métaboliques, telles que l’obésité à l’âge adulte. L’un des mécanismes sous-jacents à cette programmation néonatale pourrait mettre en jeu des perturbations de l’environnement hormonal périnatal pendant des périodes critiques du développement. Cette hypothèse repose sur des travaux réalisés au laboratoire montrant que pendant le développement postnatal, des hormones telles que la ghréline et la leptine peuvent influencer le développement des circuits neuronaux impliqués dans la régulation de la prise alimentaire à l’âge adulte. Dans ce contexte, l’objectif général de ce travail de thèse a été de définir les médiateurs hormonaux par lesquels l’environnement nutritionnel périnatal peut influencer le développement de maladies métaboliques à l’âge adulte. Une attention particulière a été portée à la contribution de la ghréline et de la leptine.Pour induire une surnutrition postnatale, nous avons utilisé un modèle murin de surnutrition postnatale induit par la réduction de la taille de portées. Au troisième jour de vie post-natale, les portées ont été réduites à 3 petits (SL) pour induire une suralimentation et les portées contrôles ont conservé 7 petits. Comparées aux souris NL, les souris SL présentent un gain de poids rapide pendant la lactation, et présentent un surpoids à l'âge adulte même sous régime de nourriture standard. A l’âge adulte, les souris SL ont une adiposité et une glycémie à jeun plus élevée. Sous régime « obésogène » les souris SL présentent également une prise de poids et de graisse plus importante que les souris NL. La première partie de ces travaux a été dédiée à l’étude de la nutrition périnatale sur le développement du système ghrélinergique. Les souris SL présentent des taux réduits de ghréline total et active pedant la troisième semaine de vie post-natale. Ces diminutions des taux de ghréline sont associées à une diminution de l’expression de ghreline dans l'estomac. La normalisation de la ghrélinémie ne parvient pas à restaurer un phénotype métabolique normale chez les souris SL ce qui suggère que les souriceaux SL présenteraient une résistance a la ghréline. En accord avec cette hypothèse, les souriceaux SL présente une atténuation de la réponse centrale suite à l’injection périphérique de ghréline. Les mécanismes sous-jacents à cette résistance à la ghréline semblent mettre en jeu un défaut de transport de l’hormone via les tanycytes de l’éminence médiane. La seconde partie de mon travail de thèse a consisté à étudier l’importance de la leptine dans la programmation nutritionnelle. Etant connu que les souris SL présent des taux anormalement élevés de leptine pendant la deuxième semaine de vie postnatale, nous avons émis l’hypothèse que le blocage partiel de la leptine chez les souris SL pourrait avoir des effets bénéfiques sur le métabolisme de ces souris. Les animaux injectés néonatalement avec l’antagoniste de la leptine ne présentent pas de différences de poids par rapport aux animaux contrôles. En revanche, l’injection de l’antagoniste de la leptine chez les souriceaux SL induit une amélioration de leur masse grasse et une normalisation de leur glycémie. Cette amélioration du phénotype métabolique des souris SL est associée à un rétablissement de la sensibilité centrale à l’hormone leptine.Ainsi, les travaux réalisés au cours de ce doctorat confortent l’importance de l’environnement hormonal périnatal, en particulier de la ghéline et de la leptine, dans la programmation nutritionnelle. / Rapid weight gain after birth is associated with increased risk of metabolic disease in adulthood. This metabolic malprogramming may be mediated by endocrine disturbances during critical periods of development. Several hormones that act on hypothalamic feeding circuits in adulthood to regulate energy homeostasis, such as leptin and ghrelin, are also involved in the postnatal development of these circuits. Previous studies have shown that leptin promotes the growth of axons from the arcuate nucleus of the hypothalamus(ARH), whereas ghrelin inhibits arcuate axon growth. The aim of this thesis was to study whether accelerated growth during early postnatal life is associated with alterations in the ghrelin and leptin systems during postnatal development. Our general objective was also to examine the relative contribution of ghrelin and leptin in the metabolic malprogramming associated with neonatal overnutrition. To manipulate nutrient intake specifically during postnatal (pre-weaning) life, we manipulated litter size on postnatal day 3 by randomly distributing pups among mothers such that small litters (overfed) had 3 pups and normal litters (normal fed) had 7 pups. SL pups gained substantially more weight than NL pups during lactation, and remained overweight throughout adulthood on a standard chow diet. Adult SL mice displayed increased adiposity and and elevated fasting glucose levels. Adult SL mice also gained more weight and fat when exposed to an obesogenic diet. During postnatal development, SL pups displayed reduced total and active circulating ghrelin levels compared to NL pups, particularly during the third week postnatal week. This was associated with decreased stomach expression of ghrelin in the third postnatal week. Normalization of hypoghrelinemia in overnourished pups is relatively ineffective in ameliorating metabolic outcomes, suggesting that SL pups may present ghrelin resistance. Consistent with this idea, pups raised in small litters displayed an impaired central response to peripheral ghrelin. The mechanisms underlying this ghrelin resistance include diminished ghrelin transport into the brain.In addition to marked changes in ghrelin levels, neonatally overnourished pups also display a marked increase in circulating leptin levels during early postnatal life. To investigate whether these abnormally high levels in circulating leptin levels might be causally involved in the central leptin resistance and metabolic programming, we used a competitive leptin antagonist to partially block leptin action in SL and NL mice between P6 and 16, i.e. when when endogenous leptin levels are high in SL mice. Neonatal injection of the leptin antagonist had no effect on postnatal growth or adult body weight. However, SL pups treated with the leptin antagonist displayed a marked reduction in adult fat mass and normalized glucose tolerance and insulin sensitivity. Previous studies reported that SL exhibit early central leptin resistance. Remarkably, pretreatment with leptin antagonist significantly increased leptin-induced pSTAT3 levels in the ARH of SL pups, suggesting that neonatal leptin antagonism may normalize metabolic programming in neonatally overnourished mice by enhancing central leptin sensitivity. Together our data show that early postnatal nutrition influence the pattern of secretion of metabolic hormones and their ability to act on hypothalamic regions involved in appetite regulation. These hormonal alterations may contribute to the metabolic defects observed in subject exposed to overnutrition during early life.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A grelina é um ligante endógeno do receptor secretagogo do hormônio do crescimento (GHSR), potente estimulador da liberação do hormônio de crescimento (GH), ingestão alimentar, e adiposidade. Além disso, sua ação hormonal inclui regulação do metabolismo energético cardíaco. Entretanto, a hipernutrição no início da vida leva ao desenvolvimento da obesidade, induz hipertrofia cardíaca, compromete a função cardíaca, e gera insuficiência cardíaca na vida adulta. Avaliar proteínas chaves no processo de sinalização da grelina no remodelamento cardíaco no coração de camundongos obesos após a hipernutrição na lactação. A obesidade foi induzida por redução de ninhada e camundongos adultos (180 dias) foram divididos em: grupo hiperalimentado, GH com obesidade decorrente de hipernutrição na lactação e controle, GC. Cardiomiócitos (cmi) do ventrículo esquerdo foram analisados por microscopia de luz e estereologia, o conteúdo e fosforilação de proteínas cardíacas: receptor de grelina (hormônio do crescimento secretagogo receptor 1a, GHSR-1a), proteína quinase-B (AKT e pAKT), phosphatidil inositol 3-quinase (PI3K), proteína quinase ativada por AMP (AMPK e pAMPK), m-TOR, pmTOR, Bax, Bcl2 e actina foram analizados por western blotting. A expressão gênica do GHSR-1a foi analisada por PCR em tempo real. A respirometria de alta resolução dos cardiomiócitos foi analisada por oxígrafo OROBOROS. Significância estatística (P< 0,05) determinada por teste t-Student não-pareado. Nossos dados demonstram que a hipernutrição na lactação induz aumento no peso corporal, iniciado aos 10 dias de idade, persistindo até os 180 dias de idade. A glicemia, peso do fígado, e da gordura visceral foram maiores no grupo GH. Além disso, o grupo GH também apresentou aumento no peso do coração e razão peso do coração/CT (comprimento da tíbia), indicando hipertrofia e remodelamento cardíaco, aumento na expressão e conteúdo de GHSR-1a no coração, associado ao maior conteúdo de PI3K e maior conteúdo e fosforilação de AKT, diminuição no conteúdo de Bcl2. Em contraste, o conteúdo e fosforilação da AMPK e mTOR no coração não foram diferentes entre os grupos. Os níveis de grelina plasmático no GH foram menores. A respiração do GH com grelina foi menor que no GC com grelina. A incubação das fibras cardíacas com grelina resultou em aumento do fluxo respiratório após adição de citocromo c nos grupos com grelina, indicando dano à membrana mitocondrial e extravazamento de citocromo c. Os grupos GC com grelina e GH sem grelina apresentaram RCR menor comparado ao GC sem grelina, indicando desacoplamento mitocondrial. Nossos resultados mostram que a hipernutrição na lactação induz diminuição do nível de grelina plasmática e aumento da expressão do GHS-R1a no cardiomiócito do animal quando adulto. Tal processo determina aumento da sensibilidade a grelina no coração, processo que ocorre independentemente de variações do AMPK e mTOR. Sugerimos uma redução no efeito protetor da ação da grelina na AMPK. Também, demonstramos que o remodelamento do miocárdio nestes animais adultos associa-se a GHSR-1a, PI3K, e fosforilação da AKT, mas não com AMPK e mTOR na vida adulta. / Ghrelin, an endogenous ligand of the growth hormone secretagogue receptor (GHS-R), has been suggested to be associated to obesity, insulin secretion, cardiovascular growth and homeostasis. GHS-R has been found in most of the tissues, and among the hormone action it is included the regulation of heart energy metabolism. Therefore, hypernutrition during early life leads to obesity, induces cardiac hypertrophy, compromises myocardial function, inducing heart failure in adulthood. We examined ghrelin signaling process in cardiac remodeling in these obese adult mice. We examined key proteins of cardiomyocyte metabolism in heart left ventricle from overfed (OG) and control (CG) groups from adult mice (180 days) overfed during lactation. Obesity was induced by litter reduction. Therefore, the study was done in adult mice 180 days old (OG, obese group (n=10) and CG, control group (n=10). The cardiomyocytes (cmy) of left ventricle were analyzed by light microscopy and stereology. The content and phosphorylation of cardiac proteins: growth hormone secretagogue receptor 1a (GHSR-1a), protein kinase B (AKT and pAKT), phosphatidil inositol 3 kinase (PI3K), AMP-activated protein kinase (AMPK and pAMPK), mTOR and pmTOR, BAX, Bcl2 and actin was achieved by western blotting. GHSR-1a gene expression was analyzed to RT-PCR. We performed high-resolution respirometry of cardiomyocytes with OROBOROS Oxygraph-2k. Statistical significance was determined by Student t-test for unpaired. P< 0.05 was considered statistical significant. Body weight, blood glucose, liver weight, and visceral fat weight were higher in OG than CG group. Obese mice had increased heart weight and heart weight/TL (tibia length) indicating cardiac remodeling and hypertrophy, increased GHSR-1a content and expression in the heart, associated to PI3K content, increased AKT content and phosphorylation (P< 0.05), decreased Bcl2 content. In contrast, AMPK and mTOR content and phosphorylation in heart were not different between the experimental groups. Ghrelin plasma levels in obese group were decreased when compared to control group. The O2 consumption of OG with ghrelin was lower than in the CG with ghrelin. Incubation of cardiac fibers with ghrelin resulted in increased respiration after addition of cytochrome c in groups with ghrelin, indicating mitochondrial membrane damage and leakage of cytochrome c. CG with ghrelin and OG without ghrelin showed RCR lower compared to GC without ghrelin, indicating mitochondrial uncoupling. In this study, our results showing a decrease of ghrelin level and an increase of GHS-R1a expression for a down regulation that leads a higher sensibility of ghrelin in heart, occurring independently of any association with AMPK and mTOR in hearts of obese mice. That suggests a reduction in protective effects through ghrelin action on AMPK. In addition, our data demonstrated that remodeled myocardial in obese mice exclusively overnourished in early life are associated with GHSR-1a, PI3K and AKT phosphorylation but not with AMPK and mTOR in adulthood.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A grelina é um ligante endógeno do receptor secretagogo do hormônio do crescimento (GHSR), potente estimulador da liberação do hormônio de crescimento (GH), ingestão alimentar, e adiposidade. Além disso, sua ação hormonal inclui regulação do metabolismo energético cardíaco. Entretanto, a hipernutrição no início da vida leva ao desenvolvimento da obesidade, induz hipertrofia cardíaca, compromete a função cardíaca, e gera insuficiência cardíaca na vida adulta. Avaliar proteínas chaves no processo de sinalização da grelina no remodelamento cardíaco no coração de camundongos obesos após a hipernutrição na lactação. A obesidade foi induzida por redução de ninhada e camundongos adultos (180 dias) foram divididos em: grupo hiperalimentado, GH com obesidade decorrente de hipernutrição na lactação e controle, GC. Cardiomiócitos (cmi) do ventrículo esquerdo foram analisados por microscopia de luz e estereologia, o conteúdo e fosforilação de proteínas cardíacas: receptor de grelina (hormônio do crescimento secretagogo receptor 1a, GHSR-1a), proteína quinase-B (AKT e pAKT), phosphatidil inositol 3-quinase (PI3K), proteína quinase ativada por AMP (AMPK e pAMPK), m-TOR, pmTOR, Bax, Bcl2 e actina foram analizados por western blotting. A expressão gênica do GHSR-1a foi analisada por PCR em tempo real. A respirometria de alta resolução dos cardiomiócitos foi analisada por oxígrafo OROBOROS. Significância estatística (P< 0,05) determinada por teste t-Student não-pareado. Nossos dados demonstram que a hipernutrição na lactação induz aumento no peso corporal, iniciado aos 10 dias de idade, persistindo até os 180 dias de idade. A glicemia, peso do fígado, e da gordura visceral foram maiores no grupo GH. Além disso, o grupo GH também apresentou aumento no peso do coração e razão peso do coração/CT (comprimento da tíbia), indicando hipertrofia e remodelamento cardíaco, aumento na expressão e conteúdo de GHSR-1a no coração, associado ao maior conteúdo de PI3K e maior conteúdo e fosforilação de AKT, diminuição no conteúdo de Bcl2. Em contraste, o conteúdo e fosforilação da AMPK e mTOR no coração não foram diferentes entre os grupos. Os níveis de grelina plasmático no GH foram menores. A respiração do GH com grelina foi menor que no GC com grelina. A incubação das fibras cardíacas com grelina resultou em aumento do fluxo respiratório após adição de citocromo c nos grupos com grelina, indicando dano à membrana mitocondrial e extravazamento de citocromo c. Os grupos GC com grelina e GH sem grelina apresentaram RCR menor comparado ao GC sem grelina, indicando desacoplamento mitocondrial. Nossos resultados mostram que a hipernutrição na lactação induz diminuição do nível de grelina plasmática e aumento da expressão do GHS-R1a no cardiomiócito do animal quando adulto. Tal processo determina aumento da sensibilidade a grelina no coração, processo que ocorre independentemente de variações do AMPK e mTOR. Sugerimos uma redução no efeito protetor da ação da grelina na AMPK. Também, demonstramos que o remodelamento do miocárdio nestes animais adultos associa-se a GHSR-1a, PI3K, e fosforilação da AKT, mas não com AMPK e mTOR na vida adulta. / Ghrelin, an endogenous ligand of the growth hormone secretagogue receptor (GHS-R), has been suggested to be associated to obesity, insulin secretion, cardiovascular growth and homeostasis. GHS-R has been found in most of the tissues, and among the hormone action it is included the regulation of heart energy metabolism. Therefore, hypernutrition during early life leads to obesity, induces cardiac hypertrophy, compromises myocardial function, inducing heart failure in adulthood. We examined ghrelin signaling process in cardiac remodeling in these obese adult mice. We examined key proteins of cardiomyocyte metabolism in heart left ventricle from overfed (OG) and control (CG) groups from adult mice (180 days) overfed during lactation. Obesity was induced by litter reduction. Therefore, the study was done in adult mice 180 days old (OG, obese group (n=10) and CG, control group (n=10). The cardiomyocytes (cmy) of left ventricle were analyzed by light microscopy and stereology. The content and phosphorylation of cardiac proteins: growth hormone secretagogue receptor 1a (GHSR-1a), protein kinase B (AKT and pAKT), phosphatidil inositol 3 kinase (PI3K), AMP-activated protein kinase (AMPK and pAMPK), mTOR and pmTOR, BAX, Bcl2 and actin was achieved by western blotting. GHSR-1a gene expression was analyzed to RT-PCR. We performed high-resolution respirometry of cardiomyocytes with OROBOROS Oxygraph-2k. Statistical significance was determined by Student t-test for unpaired. P< 0.05 was considered statistical significant. Body weight, blood glucose, liver weight, and visceral fat weight were higher in OG than CG group. Obese mice had increased heart weight and heart weight/TL (tibia length) indicating cardiac remodeling and hypertrophy, increased GHSR-1a content and expression in the heart, associated to PI3K content, increased AKT content and phosphorylation (P< 0.05), decreased Bcl2 content. In contrast, AMPK and mTOR content and phosphorylation in heart were not different between the experimental groups. Ghrelin plasma levels in obese group were decreased when compared to control group. The O2 consumption of OG with ghrelin was lower than in the CG with ghrelin. Incubation of cardiac fibers with ghrelin resulted in increased respiration after addition of cytochrome c in groups with ghrelin, indicating mitochondrial membrane damage and leakage of cytochrome c. CG with ghrelin and OG without ghrelin showed RCR lower compared to GC without ghrelin, indicating mitochondrial uncoupling. In this study, our results showing a decrease of ghrelin level and an increase of GHS-R1a expression for a down regulation that leads a higher sensibility of ghrelin in heart, occurring independently of any association with AMPK and mTOR in hearts of obese mice. That suggests a reduction in protective effects through ghrelin action on AMPK. In addition, our data demonstrated that remodeled myocardial in obese mice exclusively overnourished in early life are associated with GHSR-1a, PI3K and AKT phosphorylation but not with AMPK and mTOR in adulthood.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O aumento da prevalência da obesidade e osteoporose, bem como a identificação de mecanismos comuns que ligam a osteogênese e a adipogênese, sugerem que a obesidade e osteoporose podem ser distúrbios relacionados, e além disso, ambos podem ter suas origens no início da vida. Em 3 modelos diferentes de plasticidade ontogenética foi observado obesidade na vida adulta. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi investigar o impacto desses 3 modelos, o desmame precoce mecânico (DPM) e o farmacológico (DPF), e a supernutrição neonatal (SN) no tecido ósseo da prole durante o desenvolvimento. Para tanto, 2 experimentos foram realizados. No experimento 1, ratas lactantes foram divididas em 3 grupos: controle - os filhotes tiveram livre acesso ao leite durante toda a lactação; DPM - as mães foram envolvidas com uma atadura nos últimos 3 dias de lactação; DPF - as mães foram tratadas com bromocriptina (0,5 mg/duas vezes/dia) 3 dias antes do desmame padrão. No experimento 2, o tamanho da ninhada foi reduzido para 3 filhotes machos no 3o dia de lactação até o desmame (SN); o grupo controle permaneceu com 10 filhotes durante toda a lactação. Realizou-se absorciometria de raios-x de dupla energia, tomografia computadorizada, microtomografia computadorizada, teste biomecânico e análises séricas. Os dados foram considerados significativos quando P<0,05. No experimento 1, ao desmame, os filhotes DPM e DPF apresentaram menor massa corporal, massa gorda, densidade mineral óssea total (DMO), conteúdo mineral ósseo total (CMO), área óssea e osteocalcina sérica, e maior telopeptídeo carboxi-terminal do colágeno tipo I (CTX-I). O cálcio ionizado sérico foi menor apenas na prole DPM, a 25-hidroxivitamina D (25(OH)D) foi maior e o PTH menor apenas na prole DPF. Aos 180 dias, as proles DPM e DPF apresentaram maior massa corporal, maior massa de gordura visceral, hiperleptinemia, maior 25(OH)D e menor CTX-I. Ambos os grupos apresentaram aumento da DMO total, do CMO, da DMO da coluna vertebral e da área óssea aos 150 e 180 dias de idade. Nas avaliações ósseas individuais, as proles DPM e DPF também apresentaram aumento da DMO do fêmur e da vértebra lombar, da radiodensidade da cabeça femoral e do corpo vertebral; melhora da microarquitetura trabecular óssea e da resistência óssea. No experimento 2, observamos aumento da massa corporal, da massa gorda e da massa magra, do CMO e da área óssea no grupo SN desde o desmame até a idade adulta. Aos 180 dias, a prole SN também apresentou aumento da DMO total, da DMO do fêmur e da vértebra lombar, da radiodensidade da cabeça femoral e do corpo vertebral; melhora da microarquitetura trabecular óssea e da resistência óssea, maior osteocalcina e menor CTX-I. Demonstramos que, apesar de fatores de imprinting opostos, ambos os modelos causam melhora da massa, do metabolismo, da qualidade e da resistência óssea. Porém, parece que este efeito protetor sobre o tecido ósseo não é um resultado direto da programação deste tecido, mas sim consequência das alterações fisiopatológicas da obesidade programada pelos três modelos. / Nutritional changes during critical developmental periods are associated with chronic diseases in adulthood, a phenomenon known as developmental plasticity. Osteogenesis and adipogenesis have common mechanisms. In 3 different models of developmental plasticity, we observed programming for obesity. Thus, the aim of this study was to investigate the impact of these 3 models, mechanical early weaning (MEW), pharmacological early weaning (PEW), and early overnutrition (EO) upon offsprings bone tissue during development. Thus, the present study was divided into two experiments. In experiment 1, lactating rats were separated into 3 groups: control - pups had free access to milk; MEW - dams were involved with a bandage interrupting lactation in the last 3 days; PEW - dams were pharmacologically treated to block prolactin (0.5 mg bromocryptine/twice a day) 3 days before standard weaning. In experiment 2, litter size was adjusted to 3 male rats per litter (EO). Litter containing 10 pups per mother was control. Bone tissue was evaluated by dual-energy X-ray absorptiometry, computed tomography, microcomputed tomography, biomechanical tests and serum analyses. Data significant had P<0.05. In experiment 1, at weaning, MEW and PEW pups presented lower body weight, total body fat, total bone mineral density (BMD), total bone mineral content (BMC), bone area, serum osteocalcin and higher C-terminal cross-linked telopeptide of type I collagen (CTX-I). However, serum ionized calcium was lower only in MEW pups, 25-hydroxyvitamin D was higher and PTH was lower only in PEW pups. In adulthood, MEW and PEW groups presented higher body weight, visceral fat mass, 25-hydroxivitamin D, hyperleptinemia and lower CTX-I. Both groups presented higher total BMD, total BMC, spine BMD and bone area in 150 and 180 days. In individual bone evaluations, MEW and PEW offspring also showed higher femur BMD and fourth lumbar vertebra (L4) BMD, femoral head radiodensity and L4 vertebral body radiodensity, better bone trabecular microarchitecture and bone strength. In experiment 2, EO offspring showed higher body weight, fat mass, lean mass, BMC and bone area from weaning to adulthood. At 180 days, EO offspring also presented higher total BMD, femur BMD, L4 BMD, femoral head and vertebral body radiodensity, better bone trabecular microarchitecture and bone strength, higher osteocalcin and lower CTX-I. The three models lead to obesity and it seems that independent of the imprinting factors, there is a protective effect on bone tissue, which probably occurs as a result of different hormonal changes, that put together with the mechanical effect caused by excess of body fat mass, help us to explain the better bone health observed in these models of obesity.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O aumento da prevalência da obesidade e osteoporose, bem como a identificação de mecanismos comuns que ligam a osteogênese e a adipogênese, sugerem que a obesidade e osteoporose podem ser distúrbios relacionados, e além disso, ambos podem ter suas origens no início da vida. Em 3 modelos diferentes de plasticidade ontogenética foi observado obesidade na vida adulta. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi investigar o impacto desses 3 modelos, o desmame precoce mecânico (DPM) e o farmacológico (DPF), e a supernutrição neonatal (SN) no tecido ósseo da prole durante o desenvolvimento. Para tanto, 2 experimentos foram realizados. No experimento 1, ratas lactantes foram divididas em 3 grupos: controle - os filhotes tiveram livre acesso ao leite durante toda a lactação; DPM - as mães foram envolvidas com uma atadura nos últimos 3 dias de lactação; DPF - as mães foram tratadas com bromocriptina (0,5 mg/duas vezes/dia) 3 dias antes do desmame padrão. No experimento 2, o tamanho da ninhada foi reduzido para 3 filhotes machos no 3o dia de lactação até o desmame (SN); o grupo controle permaneceu com 10 filhotes durante toda a lactação. Realizou-se absorciometria de raios-x de dupla energia, tomografia computadorizada, microtomografia computadorizada, teste biomecânico e análises séricas. Os dados foram considerados significativos quando P<0,05. No experimento 1, ao desmame, os filhotes DPM e DPF apresentaram menor massa corporal, massa gorda, densidade mineral óssea total (DMO), conteúdo mineral ósseo total (CMO), área óssea e osteocalcina sérica, e maior telopeptídeo carboxi-terminal do colágeno tipo I (CTX-I). O cálcio ionizado sérico foi menor apenas na prole DPM, a 25-hidroxivitamina D (25(OH)D) foi maior e o PTH menor apenas na prole DPF. Aos 180 dias, as proles DPM e DPF apresentaram maior massa corporal, maior massa de gordura visceral, hiperleptinemia, maior 25(OH)D e menor CTX-I. Ambos os grupos apresentaram aumento da DMO total, do CMO, da DMO da coluna vertebral e da área óssea aos 150 e 180 dias de idade. Nas avaliações ósseas individuais, as proles DPM e DPF também apresentaram aumento da DMO do fêmur e da vértebra lombar, da radiodensidade da cabeça femoral e do corpo vertebral; melhora da microarquitetura trabecular óssea e da resistência óssea. No experimento 2, observamos aumento da massa corporal, da massa gorda e da massa magra, do CMO e da área óssea no grupo SN desde o desmame até a idade adulta. Aos 180 dias, a prole SN também apresentou aumento da DMO total, da DMO do fêmur e da vértebra lombar, da radiodensidade da cabeça femoral e do corpo vertebral; melhora da microarquitetura trabecular óssea e da resistência óssea, maior osteocalcina e menor CTX-I. Demonstramos que, apesar de fatores de imprinting opostos, ambos os modelos causam melhora da massa, do metabolismo, da qualidade e da resistência óssea. Porém, parece que este efeito protetor sobre o tecido ósseo não é um resultado direto da programação deste tecido, mas sim consequência das alterações fisiopatológicas da obesidade programada pelos três modelos. / Nutritional changes during critical developmental periods are associated with chronic diseases in adulthood, a phenomenon known as developmental plasticity. Osteogenesis and adipogenesis have common mechanisms. In 3 different models of developmental plasticity, we observed programming for obesity. Thus, the aim of this study was to investigate the impact of these 3 models, mechanical early weaning (MEW), pharmacological early weaning (PEW), and early overnutrition (EO) upon offsprings bone tissue during development. Thus, the present study was divided into two experiments. In experiment 1, lactating rats were separated into 3 groups: control - pups had free access to milk; MEW - dams were involved with a bandage interrupting lactation in the last 3 days; PEW - dams were pharmacologically treated to block prolactin (0.5 mg bromocryptine/twice a day) 3 days before standard weaning. In experiment 2, litter size was adjusted to 3 male rats per litter (EO). Litter containing 10 pups per mother was control. Bone tissue was evaluated by dual-energy X-ray absorptiometry, computed tomography, microcomputed tomography, biomechanical tests and serum analyses. Data significant had P<0.05. In experiment 1, at weaning, MEW and PEW pups presented lower body weight, total body fat, total bone mineral density (BMD), total bone mineral content (BMC), bone area, serum osteocalcin and higher C-terminal cross-linked telopeptide of type I collagen (CTX-I). However, serum ionized calcium was lower only in MEW pups, 25-hydroxyvitamin D was higher and PTH was lower only in PEW pups. In adulthood, MEW and PEW groups presented higher body weight, visceral fat mass, 25-hydroxivitamin D, hyperleptinemia and lower CTX-I. Both groups presented higher total BMD, total BMC, spine BMD and bone area in 150 and 180 days. In individual bone evaluations, MEW and PEW offspring also showed higher femur BMD and fourth lumbar vertebra (L4) BMD, femoral head radiodensity and L4 vertebral body radiodensity, better bone trabecular microarchitecture and bone strength. In experiment 2, EO offspring showed higher body weight, fat mass, lean mass, BMC and bone area from weaning to adulthood. At 180 days, EO offspring also presented higher total BMD, femur BMD, L4 BMD, femoral head and vertebral body radiodensity, better bone trabecular microarchitecture and bone strength, higher osteocalcin and lower CTX-I. The three models lead to obesity and it seems that independent of the imprinting factors, there is a protective effect on bone tissue, which probably occurs as a result of different hormonal changes, that put together with the mechanical effect caused by excess of body fat mass, help us to explain the better bone health observed in these models of obesity.

Orientador: Gabriel Forato Anhê / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-25T19:01:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_ThiagoMatosFerreirade_D.pdf: 1239554 bytes, checksum: 87d5fc958173ca83a217021c9d866455 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A obesidade é caracterizada pela deposição ectópica de gordura no fígado. Este acúmulo de gordura hepática (NAFLD) pode gerar consequências graves, como a hepatite não alcoólica (NASH), fator de ricos para carcino hepatocelular (HCC). A morte de hepatócitos, evento chave na evolução da NAFLD para NASH, é causada pelo excesso de nutrientes e é dependente do estresse de retículo endoplasmático (RE). O estresse no RE resulta no acúmulo de proteínas não processadas desencadeia a "unfolded protein response" (UPR), podendo gerar apoptose. A mTOR é formada basicamente por dois complexos: mTOR1 e mTOR2; ambos são sensíveis a nutrientes, a insulina e a rapamicina. O complexo mTOR2/Rictor catalisa a fosforilação da AKT, aumentando a sinalização da insulina. Deste modo, o objetivo deste trabalho foi avaliar a relação entre ativação da mTOR, do estresse de RE e da apoptose em hepatócito expostos a ácidos graxos livres. Observamos que a apoptose causada pelo palmitato ativa o estresse de RE de maneira tempo dependente. Não observamos alterações na fosforilação de proteínas alvo específicas para o complexo mTOR1. No entanto, a fosforilação geral da mTOR foi estimulada pelo palmitato. Altas doses de rapamicina inibiram a apoptose e do estresse de RE causado pelo palmitato, sugerindo a participação do complexo mTOR2. Estes resultados ainda foram confirmados pelo silenciamento gênico da Rictor. A fosforilação em serina 473 da AKT apresenta um caráter transitório, elevando-se em tempos que precedem morte e o estresse de RE, e diminuindo em tempos prolongados concomitantemente à apoptose. A inibição da AKT pelo "AKT inhibitor" gerou diminuição da apoptose, do estresse de RE e da incorporação lipídica na linhagem de hepatoma. Estes dados sugerem que a AKT, como alvo preferencial da mTOR2 é necessária para geração de morte e da UPR. A glicose (33.3mM) gera morte as células HepG2 e esta é inibida com baixas doses de rapamicina, mostrando possível atividade via mTOR1 nesta resposta. De outro modo, a frutose (4.5mM) que também desencadeia apoptose das células de hepatoma, tem seu efeito inibido por doses maiores de rapamicina, indicando atividade mTOR2 neste processo. No entanto, a possibilidade de diferentes monossacarídeos recrutarem complexos diferentes de mTOR para desencadear apoptose ainda precisa ser melhor explorada / Abstract: Obesity is characterized by fat ectopic deposition in liver. This hepatic fat accumulation our non-alcoholic fat liver disease (NAFLD) can have serious consequences such as non-alcoholic hepatitis (NASH), that is a factor to liver cancer. The cell death of hepatocytes is an important event in the development to NAFLD to NASH, all that are caused by excess nutrients and dependent of endoplasmic reticulum (ER) stress. The ER stress is caused by accumulation of unfolded proteins triggers the unfolded protein response (UPR), which mau cause apoptosis. mTOR is basically formed by two complexes: mTOR1 and mTOR2, both are sensitive to nutrients, insulin and rapamycin. The mTOR2/Rictor complex catalyse AKT phosphorylation increasing the insulin pathway. All together, the aim of this study was evaluate the relationship between mTOR, ER stress and apoptosis in liver cells exposed to free fatty acids. We observed that apoptosis caused by palmitate activates ER stress in a manner dependent on time. We din¿t observed changes in phosphorylation of specific target proteins to mTOR1 complex. However, a general phosphorylation of mTOR was stimulated by palmitate. High doses of rapamycin inhibited apoptosis and ER stress caused by palmitate, suggesting the participation of the mTOR2 complex. These results were further confirmed by gene silencing of Rictor. The AKT phospholylation in serine 473 has a transitional character, rising in times that preceding cell death and ER stress, and decreasing concomitantly apoptosis in prolonged times. Inhibition of AKT by AKT inhibitor caused a decrease in apoptosis, ER stress and lipid incorporation in hepatoma cell line. These data suggest that AKT, preferential targets of mTOR2 is required for generation death and UPR. Glucose (33.3mM) generates HepG2 cell death and this is inhibited by low doses on rapamycin, showing possible mTOR1 activity. Otherwise, fructose (4.5mM) also triggers apoptosis of hepatoma cells; its effect is inhibited by higher doses of rapamycin, indicating mTOR2 activity in this process. However, the possibility of different monosaccharide recruit different complexes of mTOR to trigger apoptosis should be further explored / Doutorado / Farmacologia / Doutor em Farmacologia