Las enfermedades neurodegenerativas se caracterizan por la muerte de las neuronas de forma selectiva y progresiva que lleva a la pérdida de funciones primordiales, y muchas veces vitales, en distintas zonas del cerebro. Se desarrollan, por lo general, en una forma familiar hereditaria y una esporádica, siendo esta última la de mayor prevalencia. En líneas generales, presentan ciertas características moleculares que parecen ser comunes a todas ellas: la presencia de estrés oxidativo y agregados patológicos de proteínas, lo que desencadena proteotoxicidad y disfunción mitocondrial. La formación de agregados proteicos intra- o extracelulares ha sido objeto de estudio recurrente en estas patologías. Estas proteínas se encuentran, por lo general, mal plegadas, con predominio de estructuras en lámina β, lo que lleva a la formación de oligómeros en primer lugar, que luego se transforman en fibrillas y, por último, en agregados macromoleculares. La α-sinucleína es una proteína de bajo peso molecular (19 kDa) a la que se le han atribuido diversas funciones biológicas entre las que se encuentran la regulación de la plasticidad sináptica y el flujo y liberación de vesículas sinápticas en el proceso de neurotransmisión. Sin embargo, la sobreproducción de la proteína o su agregación patológica son marcadores comunes en un conjunto de enfermedades neurodegenerativas llamadas sinucleinopatías, entre las que se incluye a la enfermedad de Parkinson. En este trabajo, entonces, buscamos conocer la respuesta neuronal ante la sobreexpresión de la α-sinucleína inducida por dos mecanismos diferentes: la transfección de una línea neuronal con la forma salvaje de la proteína y el tratamiento con un pesticida cuya exposición ha demostrado ser inductora de parkinsonismo. En el primer capítulo, sabiendo que una característica aún no completamente dilucidada es la relación de la α-sinucleína con los lípidos, estudiamos el rol de la vía de la fosfolipasa D1 (PLD1) y su producto, el ácido fosfatídico, en la respuesta a la sobreexpresión de la α-sinucleína. Utilizamos la línea celular IMR32 transfectada con la forma salvaje de la α- sinucleína (WT α-sin) y como controles, la misma línea sin transfectar (st) y transfectada con el vector vacío (vv). La sobreexpresión de la α-sinucleína, que fue de entre 2 y 3 veces mayor que en los controles, provocó una significativa disminución de los niveles del marcador neuronal neurofilamento liviano y alteraciones en el citoesqueleto de actina, todos estos efectos se reflejaron en una disminución en la viabilidad celular de un 20 %, por lo que consideramos que el modelo de trabajo representaba los estadios tempranos de la neurodegeneración asociada a las sinucleinopatías. Se observó que la sobreexpresión de la α-sinucleína causó la disminución tanto de los niveles proteicos como de ARNm de la PLD1, así como también de la actividad de la enzima, lo cual se manifestó con una menor producción de ácido fosfatídico. La inhibición de la PLD1 inducida por el aumento de expresión de la α-sinucleína provocó defectos en la señalización de las quinasas 1 y 2 reguladas por señales extracelulares (ERK1/2) representados por una disminuida expresión y fosforilación de estas quinasas, así como su secuestro en la fracción nuclear. Con estos datos, y para dilucidar una posible relación entre la PLD1, las ERK1/2 y la α-sinucleína, utilizamos un inhibidor farmacológico de la PLD1 en células st y observamos que el inhibidor produjo una disminución en la fosforilación de las ERK1/2 y un cambio en su distribución subcelular, translocando al núcleo en el caso de las células tratadas con inhibidor. Este efecto se vio potenciado en las células WT α-sin, lo que indicaría una relación entre la inhibición de la expresión y la actividad de la PLD1 y la desregulación de la vía de las ERK1/2 con su predominante localización nuclear. El uso de este inhibidor selectivo de la actividad de la PLD1 en neuronas st también demostró que el bloqueo farmacológico de esta vía de señalización provocaba una marcada disminución en la expresión del neurofilamento liviano. En células WT α-sin la inhibición farmacológica de la vía de la PLD1 y de las ERK1/2 provocó una drástica disminución de los niveles del neurofilamento liviano que fueron prácticamente indetectables, potenciándose, de este modo, los resultados hallados en presencia de sobreexpresión de la α-sinucleína. Para corroborar observado, realizamos un ensayo de recuperación de función realizando una transfección transitoria de células WT α-sin con las formas constitutivamente activas de la PLD1, la fosfolipasa D2 y de las ERK1/2 para luego analizar la expresión del neurofilamento liviano. Observamos una recuperación en los niveles de expresión de este neurofilamento en células positivas para PLD1 y ERK1/2 en neuronas WT α-sin. También analizamos la expresión del marcador de apoptosis caspasa-3 clivada que resultó aumentado significativamente cuando se sobreexpresó la PLD1 de forma transitoria. Esto nos llevó a concluir que ante la sobreexpresión de la α-sinucleína las neuronas adoptan una estrategia de supervivencia en detrimento de la pérdida del neurofilamento liviano y, consecuentemente, del fenotipo neuronal. En el segundo capítulo utilizamos el pesticida maneb, un agroquímico asociado con la inducción de síndrome parkinsoniano, y evaluamos su efecto en las líneas celulares vv y WT α-sin. Encontramos que el tratamiento con el pesticida produjo un incremento de la muerte celular acompañado de un aumento de las especies reactivas de oxígeno y de la permeabilidad de la membrana plasmática. La sobreexpresión de la α-sinucleína resultó ser protectora frente al pesticida. Esta observación se vio acompañada por un aumento en la expresión de dos enzimas del sistema de defensa antioxidante, superóxido dismutasa y glutamato-cisteína ligasa. También evaluamos la expresión y la fosforilación de la α-sinucleína, y observamos que el tratamiento con el pesticida aumentó la expresión de esta proteína, algo que no sucedió cuando la proteína ya se encontraba sobreexpresada. La fosforilación de la α-sinucleína se vio significativamente aumentada por tratamiento con maneb en el caso de células vv, y no hubo cambios en las células WT α-sin con respecto al control. También evaluamos la fosforilación de Tau como marcador de neurodegeneración y encontramos que los niveles de pTau aumentaron tanto por exposición al pesticida como por sobreexpresión de la α-sinucleína, siendo aún mayor este incremento en las células WT α-sin tratadas con maneb. También tratamos a las células con el antioxidante N-acetilcisteína para determinar las implicancias del incremento de especies reactivas de oxígeno inducido por maneb en la expresión de la α-sinucleína, y encontramos que efectivamente la expresión de la proteína disminuyó por tratamiento con el antioxidante tanto en células vv como WT α-sin. Para indagar en los mecanismos de señalización involucrados en la respuesta a la toxicidad del pesticida, estudiamos el estado de la vía fosfatidilinositol 3 quinasa/proteína quinasa B/y el factor de transcripción FoxO3a (PI3K/Akt/FoxO3a). Encontramos que Akt incrementaba su expresión en el núcleo con el tratamiento con maneb, de igual manera en células vv y WT α-sin, mientras que su fosforilación se veía incrementada tanto en el citosol como en el núcleo de las dos líneas celulares trabajadas. En el caso de FoxO3a, su expresión se vio aumentada por sobreexpresión de la α-sinucleína y conjuntamente con el tratamiento con maneb; su fosforilación aumentó de forma muy significativa por tratamiento con maneb en ambas líneas celulares. Evaluamos, en último lugar, la alteración de la expresión de FoxO3a y la viabilidad celular por tratamiento con el inhibidor de PI3K LY294002. Encontramos un aumento de la expresión del factor de transcripción por tratamiento conjunto con el inhibidor y el pesticida en las dos líneas celulares. En cuanto a la viabilidad, el tratamiento con inhibidor y pesticida produjo una disminución significativa de igual magnitud tanto en células vv como WT α-sin. Podemos decir entonces que la respuesta al daño inducido por maneb y la protección por sobreexpresión previa de la α-sinucleína en este modelo celular podría estar siendo mediada por la vía PI3K/Akt/FoxO3a. En resumen, en este trabajo de tesis se caracterizó el rol de dos vías de señalización dependientes de la producción de lípidos bioactivos en procesos de daño neuronal asociados con sinucleinopatías. / Neurodegenerative diseases are characterized by neuronal death in a selective and progressive manner leading to the gradual loss of functions in different brain areas. These disorders mostly develop in a sporadic form, being a small percentage due to inheritance. In general, these neurodegenerative disorders have share different molecular features, namely, the presence of oxidative stress and pathological protein aggregates, both of which lead to proteotoxicity and mitochondrial dysfunction. The formation of intra- or extracellular protein aggregates in these pathologies constitutes a subject of recurrent study. These proteins are generally misfolded, with a predominance of β-sheet structures, which leads to the formation of oligomers, fibrils, and, finally, macromolecular aggregates. α-Synuclein is a small protein (19 kDa) that has been extensively studied for its structural and biophysical properties. Several biological functions have been attributed to α-synuclein, namely, the regulation of synaptic plasticity and the flow and release of synaptic vesicles in the neurotransmission process. However, its overexpression and pathological aggregation are hallmarks in a group of neurodegenerative disorders grouped under the name of synucleinopathies, including Parkinson's disease. This thesis work aimed to study the neuronal response to α-synuclein overexpression induced by two different methods: transfection of a neuronal cell line with the wild type form of human α-synuclein and the treatment with an agrochemical pesticide that has been shown to induce parkinsonism. In the first chapter, on the base of the still not fully dilucidated relationship between α-synuclein and lipids, we studied the role of the phospholipase D1 (PLD1) pathway and its product, phosphatidic acid, in the response to α-synuclein overexpression. For this purpose, human IMR32 neuroblastoma cells transfected with either the wild type form of α-synuclein (WT α-syn) or the empty vector (vv), and the untransfected cell line (st) were used as experimental models. WT α-syn cells, which displayed α-synuclein levels 2-3-fold higher than the controls (st and vv), showed a significant decrease in the levels of the neuronal marker neurofilament light chain, alterations in the actin cytoskeleton, and a decreased cell viability of 20%. This characterization allowed us to propose this biological model as representative of early-stage neurodegeneration associated with synucleinopathies. We also observed that α-synuclein overexpression caused a decrease in the protein and mRNA levels of PLD1, as well as in the activity of the enzyme, which was manifested by a lower production of phosphatidic acid. Also, the inhibition of PLD1 induced by α-synuclein overexpression caused an impairment in extracellular signal-regulated kinases (ERK1/2) signaling mainly represented by the decreased expression and phosphorylation of both kinases as well as their sequestration in the nuclear compartment. To elucidate a possible cross-talk between PLD1, ERK1/2, and α-synuclein, we used a pharmacological inhibitor of PLD1 in st cells. In these conditions, PLD1 inhibition caused a decrease in the phosphorylation level of ERK1/2 and a predominantly nuclear localization of these kinases. These effects were enhanced in WT α-syn cells, which would indicate a cross-talk between α-synuclein overexpression-induced PLD1 downregulation and the changes observed in ERK1/2 pathway. Moreover, PLD1 inhibition in st cells also triggered the decreased expression of the neurofilament light chain, and pharmacological inhibition of the PLD1 and ERK1/2 pathways in WT α-syn cells provoked almost the loss of the expression of the neuronal marker, showing potentiated effects in the latter case. To support these findings, we performed function recovery assays by inducing the transient expression of the constitutively active forms of PLD1, phospholipase D2, and ERK1/2 in WT α-syn cells. The restoration of PLD1 and ERK1/2 level in WT α-syn cells was able to recover the expression level of the neurofilament light chain. We also observed that the recovery of neurofilament light chain expression also triggered an increase in the apoptotic marker cleaved caspase-3. This led us to conclude that α-synuclein overexpression triggers a survival strategy in neurons that is characterized by the loss of the neurofilament light chain and, consequently, loss of the neuronal phenotype. In the second chapter, we evaluated the effect of the pesticide maneb, an agrochemical associated with the induction of parkinsonian syndrome, on vv and WT α-syn cells. We found that maneb treatment caused an increase in cell death, accompanied by the generation of reactive oxygen species and increased plasma membrane permeability. The exposure to the pesticide showed to be less harmful in neurons with α-synuclein overexpression than in control cells. The protection exerted by α-synuclein overexpression was accompanied by the increased expression of two enzymes of the antioxidant defense system: superoxide dismutase and glutamate-cysteine ligase. Maneb exposure increased α-synuclein expression and phosphorylation only in vv cells. Tau phosphorylation was also evaluated as a marker of neurodegeneration. p-Tau levels increased both by the exposure to the pesticide and by α-synuclein overexpression, being this increase even greater in the WT α-syn cells. To study the relationship between maneb-induced increase of reactive oxygen species and α-synuclein expression, we utilized the antioxidant N-acetyl-cysteine in our experiments. N-acetyl-cysteine decreased the levels of α-synuclein expression in vv and WT α-syn cells. To investigate the signaling mechanisms involved in the neuronal response to maneb toxicity, we studied the PI3K/Akt/FoxO3a pathway. We found that Akt expression was increased in the nuclear compartment of vv and WT α-syn cells treated with maneb. However, Akt phosphorylation was found to be increased in the cytosolic and nuclear compartments of both cell lines treated with the pesticide. Similar results were observed in FoxO3a expression and phosphorylation in both cell lines.Finally, we evaluated the alteration of FoxO3a expression and cell viability by treatment with the PI3K inhibitor LY294002. We found an increase in the transcription factor expression induced by the cotreatment of maneb and the PI3K inhibitor in vv and WT α-syn cells. In terms of cell survival, the treatment with LY294002, together with the pesticide, produced a similar decrease in cell viability in both cell lines. Based on these results, it can be concluded that the PI3K/Akt/FoxO3a pathway could mediate the response to maneb-induced damage in vv cells and that the neuroprotection exerted by α-synuclein overexpression could be mediated by different mechanisms that still need to be elucidated. In summary, this work characterized the role of two signaling pathways that produce bioactive lipids in neuronal damage processes associated with synucleinopathies. / TESIS PARCIAL en período de teletrabajo

A neurodegeneração é um processo onde ocorre morte celular progressiva. O tráfego neuronal anterógrado e retrógado, e entre os compartimentos é essencial para a viabilidade celular. As proteínas Rabs pertencem à família de pequenas GTPases, com funções de tráfego de vesículas e organelas, para realizarem sua função as proteínas Rab podem recrutar proteínas motoras como as KIF 1B e KIF 5, responsáveis pelo transporte anterógrado mitocondrial. A associação do distúrbio do tráfego intracelular com doenças neurodegenerativas tem sido tema de estudos recentes. Com isso o objetivo do presente trabalho é analisar a expressão das proteínas Rab, bem como estudar as proteínas motoras que podem contribuir para o esclarecimento sobre os distúrbios no tráfego intracelular que antecedem a formação de agregados proteicos envolvidos em neurodegeneração. Para tanto, utilizou-se o modelo de tratamento com rotenona para indução de agregados em Ratos Lewis idosos que foram expostos a rotenona durante 4 semanas, em seguida foram avaliados os níveis de expressão das proteínas Rab no hipocampo, substância negra e locus coeruleus, por western blotting. Foram analisados também os níveis de expressão das proteínas motoras KIF1B e KIF5 antes e durante a formação de agregados proteicos, em culturas de células, de ratos Lewis neonatos, do hipocampo, substância negra e locus coeruleus tratadas com rotenona por 24 horas ou 48 horas nas concentrações de 0,1nM, 0, 3nM e 0,5nM. Foi observado diminuição dos níveis de expressão das proteínas Rab 1 nas regiões do hipocampo e locus coeruleus. Houve aumento de expressão das Rab 4,5 e 6 no hipocampo, porém na substância negra a expressão da Rab 1 aumentou e da Rab 6 diminuiu. Já no locus coeruleus in vivo a Rab 6 aumentou, mas as Rab 1, 5 e 11 diminuíram sua expressão. Já a expressão da KIF 5 aumentou com o tratamento de 0,1nM de rotenona e diminuiu após 0,5nM do xenobiótico por 48 horas in vitro, na mesma região. Na substância negra aumentaram as KIFs 1B e 5 após o tratamento com 0,5nM por 48 horas in vitro, mas diminuíram as KIF 1B e 5 após o tratamento com 0,3nM por 24 horas e KIF 5 após o tratamento com 0,1nM por 48 horas. Esses resultados permitem concluir que a expressão de proteínas importantes para o tráfego mitocondrial e de vesículas encontram-se alteradas e fazem parte dos eventos intracelulares que antecedem a neurodegeneração / Neurodegeneration is a process that leads to progressive cell death. The anterograde and retrograde neuronal traffic as well as the traffic between compartments are essential for cell viability. The Rab proteins belong to the small GTPases family with function of vesicles and organelle trafficking. Rab proteins can recruit motor proteins such as KIF 1B and KIF 5 that are responsible for anterograde mitochondrial transport. The association of intracellular traffic disturb with neurodegenerative diseases have been theme of recent studies. Thereat the objective of this study is analyze the expression of Rab and motor proteins that can contribute for the understanding about the disturb of the intracellular traffic that precedes protein aggregation involved in neurodegeneration. For this purpose it was employed the model of rotenone treatment for induction of aggregation in aged Lewis rats that were exposed to rotenone during 4 weeks in order to evaluate Rabs expression. The levels of motor proteins KIF 1B and KIF 5 expression were evaluated before and during the formation of protein aggregates in hippocampus, substantia nigra and locus coeruleus cell cultures of neonates Lewis rats, exposed to rotenone for 24 hours or 48 hours in the concentrations of 0.1nM, 0.3nM or 0.5nM. It was observed decreased levels of Rab 1 expression in hippocampus and locus coeruleus. Rabs 4,5 and 6 were increased in the hippocampus, but in the substantia nigra the expression of Rab 1 increased and Rab 6 decreased. In the locus coeruleus the Rab 6 increased, but Rabs 1, 5 and 11 decreased. The expression of KIF 5 increased after 0.1nM of rotenone and decreased after the exposure to 0.5nM of for 48 hours in cultured cell from the locus coeruleus. In the substantia nigra the KIF1B and KIF 5 increased after treatment with 0.5nM for 48 hours in vitro, but these protein decreased after treatment with 0.3nM for 24 hours in vitro, and KIF 5 after treatment with 0.1nM for 48 hours. These results allow us conclude that the expression of important proteins for the mitochondrial and vesicles traffic are altered and participate of intracellular events that precede the neurodegeneration

A neurodegeneração é um processo onde ocorre morte celular progressiva. O tráfego neuronal anterógrado e retrógado, e entre os compartimentos é essencial para a viabilidade celular. As proteínas Rabs pertencem à família de pequenas GTPases, com funções de tráfego de vesículas e organelas, para realizarem sua função as proteínas Rab podem recrutar proteínas motoras como as KIF 1B e KIF 5, responsáveis pelo transporte anterógrado mitocondrial. A associação do distúrbio do tráfego intracelular com doenças neurodegenerativas tem sido tema de estudos recentes. Com isso o objetivo do presente trabalho é analisar a expressão das proteínas Rab, bem como estudar as proteínas motoras que podem contribuir para o esclarecimento sobre os distúrbios no tráfego intracelular que antecedem a formação de agregados proteicos envolvidos em neurodegeneração. Para tanto, utilizou-se o modelo de tratamento com rotenona para indução de agregados em Ratos Lewis idosos que foram expostos a rotenona durante 4 semanas, em seguida foram avaliados os níveis de expressão das proteínas Rab no hipocampo, substância negra e locus coeruleus, por western blotting. Foram analisados também os níveis de expressão das proteínas motoras KIF1B e KIF5 antes e durante a formação de agregados proteicos, em culturas de células, de ratos Lewis neonatos, do hipocampo, substância negra e locus coeruleus tratadas com rotenona por 24 horas ou 48 horas nas concentrações de 0,1nM, 0, 3nM e 0,5nM. Foi observado diminuição dos níveis de expressão das proteínas Rab 1 nas regiões do hipocampo e locus coeruleus. Houve aumento de expressão das Rab 4,5 e 6 no hipocampo, porém na substância negra a expressão da Rab 1 aumentou e da Rab 6 diminuiu. Já no locus coeruleus in vivo a Rab 6 aumentou, mas as Rab 1, 5 e 11 diminuíram sua expressão. Já a expressão da KIF 5 aumentou com o tratamento de 0,1nM de rotenona e diminuiu após 0,5nM do xenobiótico por 48 horas in vitro, na mesma região. Na substância negra aumentaram as KIFs 1B e 5 após o tratamento com 0,5nM por 48 horas in vitro, mas diminuíram as KIF 1B e 5 após o tratamento com 0,3nM por 24 horas e KIF 5 após o tratamento com 0,1nM por 48 horas. Esses resultados permitem concluir que a expressão de proteínas importantes para o tráfego mitocondrial e de vesículas encontram-se alteradas e fazem parte dos eventos intracelulares que antecedem a neurodegeneração / Neurodegeneration is a process that leads to progressive cell death. The anterograde and retrograde neuronal traffic as well as the traffic between compartments are essential for cell viability. The Rab proteins belong to the small GTPases family with function of vesicles and organelle trafficking. Rab proteins can recruit motor proteins such as KIF 1B and KIF 5 that are responsible for anterograde mitochondrial transport. The association of intracellular traffic disturb with neurodegenerative diseases have been theme of recent studies. Thereat the objective of this study is analyze the expression of Rab and motor proteins that can contribute for the understanding about the disturb of the intracellular traffic that precedes protein aggregation involved in neurodegeneration. For this purpose it was employed the model of rotenone treatment for induction of aggregation in aged Lewis rats that were exposed to rotenone during 4 weeks in order to evaluate Rabs expression. The levels of motor proteins KIF 1B and KIF 5 expression were evaluated before and during the formation of protein aggregates in hippocampus, substantia nigra and locus coeruleus cell cultures of neonates Lewis rats, exposed to rotenone for 24 hours or 48 hours in the concentrations of 0.1nM, 0.3nM or 0.5nM. It was observed decreased levels of Rab 1 expression in hippocampus and locus coeruleus. Rabs 4,5 and 6 were increased in the hippocampus, but in the substantia nigra the expression of Rab 1 increased and Rab 6 decreased. In the locus coeruleus the Rab 6 increased, but Rabs 1, 5 and 11 decreased. The expression of KIF 5 increased after 0.1nM of rotenone and decreased after the exposure to 0.5nM of for 48 hours in cultured cell from the locus coeruleus. In the substantia nigra the KIF1B and KIF 5 increased after treatment with 0.5nM for 48 hours in vitro, but these protein decreased after treatment with 0.3nM for 24 hours in vitro, and KIF 5 after treatment with 0.1nM for 48 hours. These results allow us conclude that the expression of important proteins for the mitochondrial and vesicles traffic are altered and participate of intracellular events that precede the neurodegeneration

La enfermedad de Parkinson (PD) es un desorden progresivo del movimiento y es la segunda enfermedad relacionada con la edad más común, luego de la enfermedad de Alzheimer. Se la considera como un desorden multifactorial y complejo que involucra tanto factores epidemiológicos como genéticos y toxicológicos, y cuya principal característica es la pérdida progresiva de las neuronas dopaminérgicas. A pesar de los recientes avances que intentan comprender las bases moleculares de esta patología, el mecanismo exacto que desencadena la degeneración de las neuronas dopaminérgicas todavía no se conoce. Numerosos estudios previos destacan dos características comunes de las lesiones de la substancia nigra pars compacta de los cerebros con PD: i) alteraciones en el contenido de los metales de transición y, en consecuencia, aumento del estrés oxidativo (OS) y ii) sobreexpresión y agregación patológica de la proteína α-sinucleína (α-sin). El desbalance en los niveles de los metales de transición ha sido reportado como uno de los principales factores que contribuyen a la degeneración de las neuronas dopaminérgicas en la PD. Específicamente, se ha descripto que la sobrecarga de hierro (Fe) y la desregulación de los niveles de cobre (Cu) estarían involucradas en el daño de las neuronas dopaminérgicas en esta patología. En la primera parte de este trabajo de tesis, nuestro objetivo fue caracterizar los mecanismos de reparación de membrana mediante el estudio de las reacciones de acilación y deacilación y su rol en la injuria oxidativa en la neuronas dopaminérgicas N27 expuestas a sobrecarga de Fe y suplementación con Cu. Las neuronas N27 incubadas en presencia de Fe2+ (1 mM) por 24 hs mostraron elevados niveles de especies reactivas de oxígeno (ROS), peroxidación lipídica y aumentada permeabilidad de membrana plasmática. Por otro lado, en las neuronas que fueron suplementadas con Cu2+ (10,50 μM) no se observaron alteraciones en los marcadores de OS. Se observó un perfil de acilación diferencial en las neuronas N27 premarcadas con [3H]ácido araquidónico (AA) o [3H]ácido oleico (OA). En las neuronas expuestas a Fe2+, la incorporación de AA aumentó en la fracción de triacilglicéridos (TAG), mientras que su incorporación en la fracción de fosfolípidos (PL) se vio disminuida. El contenido de TAG resultó más elevado (40 %) en las neuronas expuestas a Fe2+ que en los controles. Este aumento fue acompañado por la aparición de cuerpos lipídicos Nile Red positivos. En contraposición, la incorporación de OA se vio incrementada en la fracción de PL y no mostró cambios en los TAG. El perfil de acilación lipídica en las neuronas que fueron suplementadas con Cu mostró una mayor acumulación de AA en el PL fosfatidilserina y ningún cambio con respecto a su incorporación en TAG. La inhibición de las reacciones de acilación/deacilación desencadenaron un aumento en los niveles de los marcadores de OS y disfuncionalidad mitocondrial en las neuronas expuestas a sobrecarga de Fe2+. Estos hallazgos brindan evidencia acerca de la participación de los mecanismos de acilación frente a la injuria oxidativa inducida por Fe2+ y postulan que las neuronas dopaminérgicas preservan, inteligentemente, el AA en los TAG en respuesta al OS. Como se mencionó anteriormente, la sobreexpresión patológica de la α-sin está involucrada en la muerte de las neuronas dopaminérgicas en la PD. En la segunda parte de este trabajo, caracterizamos el rol de dos variantes de la α-sin, WT (en su forma nativa) y A53T (una mutación que se encuentra en la PD familiar de aparición temprana), durante el OS inducido por Fe2+ y estudiamos como el metabolismo lipídico estaría involucrado en el destino neuronal. Para ello, utilizamos la línea celular neuronal dopaminérgica N27 sin transfectar (UT) y dos líneas celulares N27 transfectadas de forma estable con WT-α-sin (WT) o A53T-α-sin (A53T). Estas células fueron expuestas a daño inducido por Fe2+ y luego, se analizaron los marcadores de OS y el estado del metabolismo lipídico. Dependiendo del tipo de α-sin expresado, se obtuvieron distintas respuestas neuronales a la sobrecarga de Fe2+. Las células A53T expuestas a injuria inducida por Fe2+ mostraron menores niveles de ROS y menor alteración en la permeabilidad de la membrana plasmática respecto a las neuronas WT. La presencia de A53T-α-sin provocó un aumento en el contenido de TAG, el cual fue aún mayor luego de la exposición de las neuronas a sobrecarga de Fe2+. Por otro lado, las neuronas WT no mostraron alteraciones en el contenido de TAG, respecto a las células UT. Las neuronas A53T también presentaron un aumento en la expresión de la sintasa de ácidos grasos (FAS), junto con una mayor resistencia a la cerulenina, un potente inhibidor de la FAS. El contenido de PL y colesterol (Chol) fue similar en las neuronas UT, WT y A53T. La inhibición farmacológica de la síntesis de novo de los TAG provocó un aumento en la muerte celular de las células A53T durante el daño inducido por Fe2+ mientras que la inhibición de los mecanismos de acilación/deacilación no afectaron ni el contenido de TAG ni la viabilidad celular en la medida en que se afectaron estos parámetros en las células UT. Nuestros resultados brindan nueva evidencia acerca del rol diferencial de las variantes de α-sin en el metabolismo lipídico neuronal, que está relacionado a la respuesta neuronal a la sobrecarga de Fe2+. En conclusión, hemos demostrado que la respuesta neuronal al daño oxidativo y a la sobreexpresión de A53T-α-sin, es dependiente de los mecanismos de acilación/deacilación lipídica e involucra acumulación de TAG. Aunque la inhibición de la síntesis de TAG en las neuronas A53T promueva la muerte celular, nuestros resultados sugieren que la aparición de TAG, algo inusual para el fenotipo neuronal, podría constituir un marcador temprano de daño neuronal. / Parkinson’s disease (PD) is a progressive movement disorder and is the second most common age-related neurodegenerative illness after Alzheimer’s disease. PD is a multifactorial and complex disorder including epidemiological, genetic and toxicological factors whose main characteristic is the progressive loss of dopaminergic neurons. Despite all the effort to understand the molecular basis of this pathology, the exact molecular mechanism that triggers the degeneration of dopaminergic neurons remains still unknown. Cumulative evidence highlights two common facts that occur in the substantia nigra pars compacta lesions in the brain of PD patients: i) alterations in transition metal content and, in consequence, increased oxidative stress (OS) and ii) overexpression and pathological aggregation of the protein α-synuclein (α-syn). Metal-imbalance has been reported as one of the main contributing factor for the degeneration of dopaminergic neurons in PD. Specifically, iron (Fe) overload and copper (Cu) mis-compartmentalization have been reported to be involved in the injury of dopaminergic neurons in this pathology. In the first part of this work, our aim was to characterize the mechanisms of membrane repair by studying lipid acylation and deacylation reactions and their role in oxidative injury in N27 dopaminergic neurons exposed to Fe-overload and Cu-supplementation. N27 dopaminergic neurons incubated with Fe2+ (1 mM) for 24 hs displayed increased levels of reactive oxygen species (ROS), lipid peroxidation and elevated plasma membrane permeability. Cu2+-supplemented neurons (10, 50 μM) showed no evidence of OS markers. A different lipid acylation profile was observed in N27 neurons pre-labeled with [3H]arachidonic acid (AA) or [3H]oleic acid (OA). In Fe-exposed neurons, AA uptake was increased in triacylglycerols (TAG) whereas its incorporation into the phospholipid (PL) fraction was diminished. TAG content was 40 % higher in Feexposed neurons than in controls. This increase was accompanied by the appearance of Nile red positive lipid bodies. Contrariwise, OA incorporation increased in the PL fractions and showed no changes in TAG. Lipid acylation profile in Cu-supplemented neurons showed AA accumulation into phosphatidylserine and no changes in TAG. The inhibition of deacylation/acylation reactions prompted an increase in OS markers and mitochondrial dysfunction in Fe-overloaded neurons. These findings provide evidence about the participation of lipid acylation mechanisms against Fe-induced oxidative injury and postulate that dopaminergic neurons cleverly preserve AA in TAG in response to OS. As previously mentioned, pathological α-syn overexpression is involved in the death of dopaminergic neurons in PD. In the second part of this work, we characterized the role of α-syn variants, Wild Type (WT) and A53T (a dominant mutation found in familial early onset PD) during Fe-induced OS and investigated whether lipid metabolism has implications for neuronal fate. To this end, we used the N27 dopaminergic neuronal cell line non-transfected (UT) and two stably transfected N27 cell lines with WT α-syn (WT) or mutated A53T α-syn (A53T). Cells were exposed to Fe-induced injury and OS markers and the status of lipid metabolism were analyzed. Neuronal response to Fe-induced overload is dependent on the type of α-syn expressed. A53T cells exposed to Fe-induced injury showed lower ROS levels and diminished plasma membrane permeability alteration than WT neurons. The presence of A53T α-syn promoted an increase in TAG content that was enhanced during Fe-induced OS. On the contrary, WT neurons did not display changes in TAG levels with respect to UT cells. A53T neurons also exhibited an increase in fatty acid synthase (FAS) expression, and higher resistance to the potent FAS inhibitor cerulenin. PL and cholesterol (Chol) content were similar in UT, WT and A53T neurons. Pharmacological inhibition of de novo synthesis of TAG increased A53T cell death during Fe-induced injury whereas the blockage of PL and Chol acylation/deacylation affected neither TAG content nor cell viability to the same extent as that observed in UT neurons. Our results bring new evidence about a differential role of α-syn variants on neuronal lipid metabolism that is related to the neuronal response to Fe-overload. In conclusion, we have demonstrated that the neuronal response to OS injury and A53T α-syn overexpression is dependent on lipid acylation and deacylation mechanisms and also involves TAG accumulation. Even though the inhibition of TAG synthesis in A53T neurons promoted cell death, our findings suggest that TAG appearance, rather unusual for the neuronal phenotype, could constitute an early marker of neuronal injury.

Septinas são proteínas ligantes a GTP encontradas desde fungos até metazoários. A primeira função identificada para septinas foi o seu papel central na organização e dinâmica do septo de divisão de leveduras. Uma das características marcantes é que septinas se organizam em heterofilamentos de 7 a 9 nm de espessura que foram purificados de diversos organismos tais como Saccharomyces cerevisiae, Drosophila e cérebro de camundongos. Hoje se sabe que septinas não estão envolvidas apenas nos processos de divisão celular, mas em uma variedade de processos como tráfico de vesículas, exocitose, interação com proteínas do citoesqueleto e com a membrana plasmática, o que resulta em alterações da morfologia celular. Neste trabalho foram desenvolvidos estudos da septina 4 humana (SEPT4) nos quais foi realizado a expressão e purificação da SEPT4 pelo uso do sistema de expressão heteróloga em E. coli e em células de insetos (Sf-9) via baculovírus. A tentativa de expressão usando o vetor pETTEV em E.coli não obteve sucesso, pois a proteína não foi expressa na forma solúvel. A construção do baculovírus recombinante AcSept4 e expressão da SEPT4 nas células de insetos foi realizada com êxito, mas o processo de purificação não foi satisfatório. Com o intuito de obter informações sobre possíveis proteínas que interagem com a SEPT4 e conseqüentemente sobre as funções desempenhadas por ela na célula, a SEPT4 foi utilizada como isca para ensaios de interação proteína-proteína pela técnica de duplo híbrido. Para isso, o gene da SEPT4 foi clonado fusionado ao domínio de ligação ao DNA Lex-A. A realização do ensaio de duplo híbrido com a proteína completa não foi possível, pois a mesma provocou a auto ativação do sistema, por isso uma nova construção foi realizada com a região GTPase e C-terminal SEPT4GC (124-478) como isca. Dentre as interações identificadas, foram encontradas apenas septinas do grupo II (SEPT6, SEPT8, SEPT10 e SEPT11) e quatro novas interações, que ainda precisam ser confirmadas. Por outro lado, uma interação já descrita na literatura envolve a proteína &#945-sinucleína, que é uma proteína abundantemente expressa no cérebro e associada à doença de Parkinson. O foco do estudo dessa interação foi realizar ensaios com os diferentes domínios da SEPT4 para comprovar uma interação direta e com isso tentar mapear o sítio de interação com a &#945-sinucleína. Os resultados obtidos pela ressonância plasmônica de superfície (SPR) indicam que o domínio C-terminal participa da interação com baixa afinidade (K,D=390 &#181M) e sugerem que o domínio GTPase também pode estar envolvido. Já os dados obtidos com os experimentos de RMN e anisotropia de fluorescência mostram indícios que a interação é dependente da conformação da &#945-sinucleína por que a interação aconteceria com maior afinidade quando a &#945-sinucleína está na presença de SDS. / Septins are a family of GTP binding proteins found in a great diversity of organisms. These proteins have been identified as having a central role in septum organization during yeast division. Septins are organized into heterofilaments which are 7 to 9 nm wide and these have been purified from yeast, Drosophila and mice brain. Septins are not only required for cell division, but seem to play a role also in vesicle trafficking and in the formation of diffusion barriers within cells, since they interact with cytoskeleton proteins and the plasma membrane causing changes in cell morphology. In the present work, the aim was investigate human Septin 4 (SEPT4), a septin highly expressed in the brain. One objective of this work was to find a suitable expression system and purification method for SEPT4. The protein was expressed in both E.coli and insect cells (Sf-9). Expression in E. coli with the vector pETTEV was unsuccessful because the protein was insoluble. Expression in insect cells using the recombinant baculovirus AcSept4, was obtained successfully, but the purification was difficult. Important information concerning SEPT4 function might be acquired, if interactions partners involved in cellular process were identified. With this goal in mind, a yeast two hybrid assays were performed. The sept4 gene was fused to the Lex-A DNA binding domain and used as bait in the yeast two hybrid essays. However, full length SEPT4 showed autonomous activation of reporter genes. A second construct was prepared including only GTPase domain and the carboxy terminus domain, (residues 124 to 478) and the screen of interactions were carried out only with SEPT4GC. All of the group II septins (SEPT6, SEPT8, SEPT10 and SEPT11) were identified together with four new interactions. The latter still need be confirmed. In addition, another interaction already described in the literature is between SEPT4 and &#945-synuclein, which is a protein highly expressed in brain and related to Parkinson\'s disease. Different spectroscopic methods and SPR were used to identify which domain of SEPT4 interacts directly with &#945-synuclein and in which region. The surface plasmon resonance (SPR) results indicate that the carboxy terminus participates in the interaction with low affinity (KD = 390 &#181M) and suggests that the GTPase domain may also be involved. The results obtained by fluorescence anisotropy and NMR studies provide evidence that the interaction is dependent on the &#945-synuclein conformation, because the affinity of SEPT4 and &#945-synuclein seemed to be higher in the presence of SDS.

Septinas são proteínas ligantes a GTP encontradas desde fungos até metazoários. A primeira função identificada para septinas foi o seu papel central na organização e dinâmica do septo de divisão de leveduras. Uma das características marcantes é que septinas se organizam em heterofilamentos de 7 a 9 nm de espessura que foram purificados de diversos organismos tais como Saccharomyces cerevisiae, Drosophila e cérebro de camundongos. Hoje se sabe que septinas não estão envolvidas apenas nos processos de divisão celular, mas em uma variedade de processos como tráfico de vesículas, exocitose, interação com proteínas do citoesqueleto e com a membrana plasmática, o que resulta em alterações da morfologia celular. Neste trabalho foram desenvolvidos estudos da septina 4 humana (SEPT4) nos quais foi realizado a expressão e purificação da SEPT4 pelo uso do sistema de expressão heteróloga em E. coli e em células de insetos (Sf-9) via baculovírus. A tentativa de expressão usando o vetor pETTEV em E.coli não obteve sucesso, pois a proteína não foi expressa na forma solúvel. A construção do baculovírus recombinante AcSept4 e expressão da SEPT4 nas células de insetos foi realizada com êxito, mas o processo de purificação não foi satisfatório. Com o intuito de obter informações sobre possíveis proteínas que interagem com a SEPT4 e conseqüentemente sobre as funções desempenhadas por ela na célula, a SEPT4 foi utilizada como isca para ensaios de interação proteína-proteína pela técnica de duplo híbrido. Para isso, o gene da SEPT4 foi clonado fusionado ao domínio de ligação ao DNA Lex-A. A realização do ensaio de duplo híbrido com a proteína completa não foi possível, pois a mesma provocou a auto ativação do sistema, por isso uma nova construção foi realizada com a região GTPase e C-terminal SEPT4GC (124-478) como isca. Dentre as interações identificadas, foram encontradas apenas septinas do grupo II (SEPT6, SEPT8, SEPT10 e SEPT11) e quatro novas interações, que ainda precisam ser confirmadas. Por outro lado, uma interação já descrita na literatura envolve a proteína &#945-sinucleína, que é uma proteína abundantemente expressa no cérebro e associada à doença de Parkinson. O foco do estudo dessa interação foi realizar ensaios com os diferentes domínios da SEPT4 para comprovar uma interação direta e com isso tentar mapear o sítio de interação com a &#945-sinucleína. Os resultados obtidos pela ressonância plasmônica de superfície (SPR) indicam que o domínio C-terminal participa da interação com baixa afinidade (K,D=390 &#181M) e sugerem que o domínio GTPase também pode estar envolvido. Já os dados obtidos com os experimentos de RMN e anisotropia de fluorescência mostram indícios que a interação é dependente da conformação da &#945-sinucleína por que a interação aconteceria com maior afinidade quando a &#945-sinucleína está na presença de SDS. / Septins are a family of GTP binding proteins found in a great diversity of organisms. These proteins have been identified as having a central role in septum organization during yeast division. Septins are organized into heterofilaments which are 7 to 9 nm wide and these have been purified from yeast, Drosophila and mice brain. Septins are not only required for cell division, but seem to play a role also in vesicle trafficking and in the formation of diffusion barriers within cells, since they interact with cytoskeleton proteins and the plasma membrane causing changes in cell morphology. In the present work, the aim was investigate human Septin 4 (SEPT4), a septin highly expressed in the brain. One objective of this work was to find a suitable expression system and purification method for SEPT4. The protein was expressed in both E.coli and insect cells (Sf-9). Expression in E. coli with the vector pETTEV was unsuccessful because the protein was insoluble. Expression in insect cells using the recombinant baculovirus AcSept4, was obtained successfully, but the purification was difficult. Important information concerning SEPT4 function might be acquired, if interactions partners involved in cellular process were identified. With this goal in mind, a yeast two hybrid assays were performed. The sept4 gene was fused to the Lex-A DNA binding domain and used as bait in the yeast two hybrid essays. However, full length SEPT4 showed autonomous activation of reporter genes. A second construct was prepared including only GTPase domain and the carboxy terminus domain, (residues 124 to 478) and the screen of interactions were carried out only with SEPT4GC. All of the group II septins (SEPT6, SEPT8, SEPT10 and SEPT11) were identified together with four new interactions. The latter still need be confirmed. In addition, another interaction already described in the literature is between SEPT4 and &#945-synuclein, which is a protein highly expressed in brain and related to Parkinson\'s disease. Different spectroscopic methods and SPR were used to identify which domain of SEPT4 interacts directly with &#945-synuclein and in which region. The surface plasmon resonance (SPR) results indicate that the carboxy terminus participates in the interaction with low affinity (KD = 390 &#181M) and suggests that the GTPase domain may also be involved. The results obtained by fluorescence anisotropy and NMR studies provide evidence that the interaction is dependent on the &#945-synuclein conformation, because the affinity of SEPT4 and &#945-synuclein seemed to be higher in the presence of SDS.

Alterações morfológicas e funcionais ocorrem durante o envelhecimento, período da vida com maior incidência de doenças neurodegenerativas. No presente trabalho acompanhou-se a evolução dos grânulos de lipofucsina durante o envelhecimento para investigar alterações sinápticas, assim como proteínas associadas com doenças neurodegenerativas (alfa-sinucleína) e com o sistema ubiquitina-proteossoma em indivíduos de diferentes idades. No córtex temporal humano e de ratos determinou-se, nos diferentes grupos etários, seguindo a área, o número e as características dos grânulos de lipofucsina, o número de sinapses excitatórias, inibitórias e elétricas, os locais de contatos pós-sinápticos, o número de vesículas sinápticas por terminal e a expressão das proteínas alfa-sinucleína e ubiquitina. Amostras de córtex temporal humano de indivíduos com diferentes idades (20 - 28, 37 - 41 e 50 - 55 anos) foram coletadas de pacientes com epilepsia submetidos à lobectomia do lobo temporal. Amostras de ratos de 2, 6, 10 e 12 meses também foram coletadas. Foram utilizadas técnicas de microscopia de luz, eletrônica, confocal e western blots. Os dados obtidos de grânulos de lipofucsina são consistentes com outros estudos que observaram aumento dessa estrutura em mamíferos de maior idade. No entanto, os grânulos parecem crescer em volume, mas não em número, com aumento considerável da fração elétron lúcida (lipídica). Não houve diferença na expressão das proteínas alfa-sinucleína e ubiquitina entre os grupos das idades estudadas. A densidade sináptica foi similar entre os grupos experimentais, assim como o local de contato pós-sináptico. O aumento de vesículas elétron densas em sinapses inibitórias deve estar associado à demanda de neurotransmissores catecolaminérgicos. Estes resultados não expressam totalmente o processo de envelhecimento, pois as faixas etárias de humanos e ratos correspondem a uma idade ainda jovem. A coleta de material humano mais idoso foi impossibilitada pela faixa etária dos doentes submetidos à lobectomia. Os ratos do biotério da FMRP, não sobrevivem mais do que 12 meses em no nosso ambiente, incluindo manutenção dos animais isolados em racks. / Morphological and functional changes occur during the aging, period of life with increased incidence of neurodegenerative diseases. Following the evolution of the lipofuscin granules along three periods of life in humans and rats, the present work investigated synaptic changes, as well as proteins associated with neurodegenerative diseases (alpha-synuclein) and the ubiquitin-proteossoma system in individuals of different ages. The objectives of the study were to analyze the temporal cortex of humans and rats: the number of excitatory, inhibitory, and electric synapses, the site of postsynaptic contacts, the number of synaptic vesicles per terminal, and the expression of the proteins alpha-synuclein and ubiquitin following the size and features of the lipofuscin granules. Samples of temporal cortex of human subjects with different ages (20-28, 37-41 and 50-55 years) were collected from patients with epilepsy who underwent temporal lobectomy. Samples from rats of 2, 6, 10 and 12 months were also collected. Light, confocal, and electron microscopy, and western blots techniques were used as procedures. The data obtained on lipofuscin granules were coincident with other studies that observed a higher area occupied by this structure in older mammals. However, the granules seem to grow in volume, but not in number, with considerable increase of the electron lucid fraction (lipidic). There was no difference in the alpha-synuclein and ubiquitin expressions between the experimental groups. The synaptic densities were similar between the groups, as well as the postsynaptic contacts. Increase of the electron dense vesicles in inhibitory synapses, appeared to be associated with the demand of catecholamines. These results do not express totally the aging process, because the range of age used in humans, and rats belong to a young age. The human samples from older ages was difficult because, in general, of the age of the patients submitted to lobotomy. The rats of the FMRP bioterium do not survived more that 12 months in our environment, even in controlled conditions.

Alterações morfológicas e funcionais ocorrem durante o envelhecimento, período da vida com maior incidência de doenças neurodegenerativas. No presente trabalho acompanhou-se a evolução dos grânulos de lipofucsina durante o envelhecimento para investigar alterações sinápticas, assim como proteínas associadas com doenças neurodegenerativas (alfa-sinucleína) e com o sistema ubiquitina-proteossoma em indivíduos de diferentes idades. No córtex temporal humano e de ratos determinou-se, nos diferentes grupos etários, seguindo a área, o número e as características dos grânulos de lipofucsina, o número de sinapses excitatórias, inibitórias e elétricas, os locais de contatos pós-sinápticos, o número de vesículas sinápticas por terminal e a expressão das proteínas alfa-sinucleína e ubiquitina. Amostras de córtex temporal humano de indivíduos com diferentes idades (20 - 28, 37 - 41 e 50 - 55 anos) foram coletadas de pacientes com epilepsia submetidos à lobectomia do lobo temporal. Amostras de ratos de 2, 6, 10 e 12 meses também foram coletadas. Foram utilizadas técnicas de microscopia de luz, eletrônica, confocal e western blots. Os dados obtidos de grânulos de lipofucsina são consistentes com outros estudos que observaram aumento dessa estrutura em mamíferos de maior idade. No entanto, os grânulos parecem crescer em volume, mas não em número, com aumento considerável da fração elétron lúcida (lipídica). Não houve diferença na expressão das proteínas alfa-sinucleína e ubiquitina entre os grupos das idades estudadas. A densidade sináptica foi similar entre os grupos experimentais, assim como o local de contato pós-sináptico. O aumento de vesículas elétron densas em sinapses inibitórias deve estar associado à demanda de neurotransmissores catecolaminérgicos. Estes resultados não expressam totalmente o processo de envelhecimento, pois as faixas etárias de humanos e ratos correspondem a uma idade ainda jovem. A coleta de material humano mais idoso foi impossibilitada pela faixa etária dos doentes submetidos à lobectomia. Os ratos do biotério da FMRP, não sobrevivem mais do que 12 meses em no nosso ambiente, incluindo manutenção dos animais isolados em racks. / Morphological and functional changes occur during the aging, period of life with increased incidence of neurodegenerative diseases. Following the evolution of the lipofuscin granules along three periods of life in humans and rats, the present work investigated synaptic changes, as well as proteins associated with neurodegenerative diseases (alpha-synuclein) and the ubiquitin-proteossoma system in individuals of different ages. The objectives of the study were to analyze the temporal cortex of humans and rats: the number of excitatory, inhibitory, and electric synapses, the site of postsynaptic contacts, the number of synaptic vesicles per terminal, and the expression of the proteins alpha-synuclein and ubiquitin following the size and features of the lipofuscin granules. Samples of temporal cortex of human subjects with different ages (20-28, 37-41 and 50-55 years) were collected from patients with epilepsy who underwent temporal lobectomy. Samples from rats of 2, 6, 10 and 12 months were also collected. Light, confocal, and electron microscopy, and western blots techniques were used as procedures. The data obtained on lipofuscin granules were coincident with other studies that observed a higher area occupied by this structure in older mammals. However, the granules seem to grow in volume, but not in number, with considerable increase of the electron lucid fraction (lipidic). There was no difference in the alpha-synuclein and ubiquitin expressions between the experimental groups. The synaptic densities were similar between the groups, as well as the postsynaptic contacts. Increase of the electron dense vesicles in inhibitory synapses, appeared to be associated with the demand of catecholamines. These results do not express totally the aging process, because the range of age used in humans, and rats belong to a young age. The human samples from older ages was difficult because, in general, of the age of the patients submitted to lobotomy. The rats of the FMRP bioterium do not survived more that 12 months in our environment, even in controlled conditions.