O presente estudo teve como objetivo caracterizar e comparar os diferentes padrões de disparo dos neurônios de CA1 de ratos (controles e com epilepsia induzida pela pilocarpina) e de hipocampo humano cirurgicamente removido para o tratamento da epilepsia do lobo temporal refratária. Em nosso estudo, identificamos os padrões RS (do inglês “regular-spiking”), IB (do inglês “intrinsic bursting”), ROB (do inglês “repetitive oscillatory bursting”) e FS (do inglês “fastspiking”). O padrão FS foi observado somente no tecido humano. De acordo com a freqüência instantânea, observamos diferentes graus de acomodação nos padrões RS, IB e ROB: 1- neurônios que apresentaram acomodação rápida, FRS, FROB (F-do inglês fast), 2- acomodação lenta, SRS, SROB (S-do inglês slow), 3- com acomodação, aIB (a- do inglês accommodation); 4- neurônios sem acomodação WROB e WIB (W-do inglês without) e 5- com latência para o primeiro disparo, LRS (L- do inglês late). O padrão WROB foi observado em ratos controles e tecido humano. O padrão WIB foi observado em ratos epilépticos e tecido humano. O padrão LRS foi encontrado exclusivamente no tecido humano. O estudo comparativo das propriedades elétricas passivas revelou alterações nas propriedades do padrão SRS, entre controles e tecido epiléptico. Além disso, foi observado que a população de neurônios IB estava elevada em ratos tratados com pilocarpina com relação aos controles. Já no tecido humano, esta população estava reduzida. Nossos resultados sugerem que no modelo de epilepsia da pilocarpina e na epilepsia temporal humana ocorram processos de seletividade neuronal distintos. Além disso, este trabalho é pioneiro na caracterização criteriosa dos padrões de disparo neuronal não só em CA1 de roedores, mas principalmente no tecido RESUMO 172 humano. Identificar e caracterizar os disparos neuronais de CA1 humano pode ser a chave para a compreensão da interação entre os neurônios na formação dos circuitos neuronais e maior conhecimento da epileptogênese temporal. / The aim of the present study was to characterize and compare the firing patterns of neurons from the CA1 region of rats (control and pilocarpine-treated) and patients submitted to the surgical removal of part of the hippocampus to treat refractory temporal lobe epilepsy. We identified the following patterns: RS (regular-spiking), IB (intrinsic bursting), ROB (repetitive oscillatory bursting) and FS (fast-spiking). FS was observed only in human tissue. Based on the instantaneous frequency, we found different degrees of accommodation in patterns RS, IB and ROB. 1- neurons with fast accommodation: FRS, FROB (Ffast), 2- slow accommodation: SRS, SROB (S-slow,) 3-with accommodation: aIB (a-accommodation); 4- without accommodation: WROB and WIB (W- without) and 5-latency for the first spike: LRS (L- late). WROB cells were observed in control animals and human tissue. WIB neurons were detected in pilocarpinetreated animals and human tissue. LRS neurons were only found in human tissue. Comparison of passive electrical properties revealed alterations in the properties of SRS neurons between control and pilocarpine-treated animals. In addition, we observed that the population of neurons presenting activity bursts was increased in pilocarpine-treated rats when compared to controls. In human tissue, this population was reduced. Our results suggest that different processes of neuronal selection occur in the pilocarpine epilepsy model and in human temporal epilepsy. Furthermore, this study is the first to characterize in detail the firing patterns not only in rodent CA1 but, particularly, in human tissue. Identifying and characterizing firing patterns in human CA1 might be the key to understand the way neurons interact to form neuronal circuits, something that surely will enlarge our knowledge about the pathophysiology of epilepsy.

Neste trabalho foi investigado o efeito da administração crônica de prolina sobre o conteúdo total de gangliosídios, fosfolipídios e de colesterol, assim como, sobre o perfil de gangliosídios no córtex, no hipocampo, no hipotálamo e no cerebelo de ratos. Também, foi avaliado o conteúdo e o perfil de gangliosídios nas frações solúvel e resistente a detergente obtidas de membranas sinápticas de córtex. Ratos Wistar foram divididos em dois grupos: 1) injetados subcutaneamente com solução 0,9% de NaCl (animais controle) e 2) injetados subcutaneamente com solução de prolina, em concentrações adequadas ao peso corporal (animais hiperprolinêmicos). Tanto a solução de prolina quanto a salina foram administradas do 6° ao 28° dia pós-natal. Doze horas após a última administração, os animais foram sacrificados mediante decapitação sem anestesia. As estruturas cerebrais foram dissecadas e em seguida homogeneizadas em clorofórmio:metanol na proporção 1:1 vpara a extração lipídica. As membranas sinápticas foram obtidas através de centrifugação diferencial e as frações solúvel e resistente a detergente foram isoladas através de tratamento das membranas com Triton X-100 a 4°C para investigação de microdomínios de membrana. Após a realização das análises, os resultados mostraram que os animais submetidos ao tratamento crônico com prolina apresentaram um marcado aumento no conteúdo de gangliosídios no córtex cerebral e no hipocampo, enquanto os conteúdos de fosfolipídios e de colesterol aumentaram somente no hipocampo. Além disso, os conteúdos destes compostos não foram alterados no hipotálamo e no cerebelo de animais hiperprolinêmicos. Por outro lado, o conteúdo de gangliosídios diminuiu nas frações solúvel e resistente a detergente obtidas de membranas sinápticas de córtex de animais hiperprolinêmicos. Embora os perfis de gangliosídios não tenham sido aparentemente modificados, as quantidades absolutas das espécies foram alteradas tanto no extrato total, como nos microdomínios de membrana obtidos do córtex. Estes dados revelam que o tratamento crônico com prolina afeta de forma distinta as diferentes regiões cerebrais quanto à composição lipídica das membranas celulares, refletindo-se sobre a distribuição de lipídios nos microdomínios de membrana do córtex. Entre as conseqüências destes fenômenos poderiam ser sugeridas modulações diferentes nas transmissões sinápticas que contribuiriam para o déficit cognitivo e/ou outras disfunções neurológicas presentes em pacientes com hiperprolinemia tipo II. / In the present work we investigated the effects of chronic proline administration on ganglioside, cholesterol and phospholipid total contents, as well as on ganglioside profile in cerebral cortex, hippocampus, hypothalamus and cerebellum of rats. We also evaluated the ganglioside content and profile in detergent- soluble and resistant fractions isolated from synaptic membranes obtained from cerebral cortex. Wistar rats were divided into two groups: 1) saline (control) and 2) proline injected (hyperprolinemic). Proline solution or saline were administered from 6th to 28th postnatal day, according to body weight. Twelve hours after the last injection, the animals were sacrificed by decapitation without anesthesia. Brain structures were homogenized with chlorophorm:methanol 1:1 for lipid extraction. Synaptic membrane was extracted by differential centrifugation and detergent- soluble and resistant fractions were isolated by cold Triton X-100 treatment. Results showed that rats subjected to chronic proline treatment presented a significant increase of ganglioside content on cortex and hippocampus, while phospholipid and cholesterol contents only increased in hippocampus. However, the content of these components were not altered in hypothalamus and cerebellum of hyperprolinemic rats. On the other hand, ganglioside content decreased in detergent- soluble and resistant fractions isolated from synaptic membrane obtained from hyperprolinemic cortex. Although ganglioside profiles were apparently not modified, the individual absolute quantities were altered in cortex total lipid extract and membrane microdomains obtained from cerebral cortex. Our findings suggest that chronic proline treatment affects, in a distinct manner, different cerebral regions concerning the lipid composition of the cell membranes, reflecting on its distribution in the cortex membrane microdomains. Among these phenomena consequences, different modulations in synaptic transmission may be suggested which may contribute to the impairment in cognition and/or other neurological disfunctions found in hyperprolinemia type II patients.

O transtorno do humor bipolar (THB) é uma doença de curso recorrente, crônica e altamente incapacitante e está associado com o aumento da morbidade e da mortalidade por condições médicas gerais, como câncer e diabetes, as quais podem estar associadas com o aumento do dano ao DNA. Marcadores periféricos vêm sendo utilizados para verificarmos alterações bioquímicas que possam estar associadas com o THB e/ou possivelmente associadas à patofisiologia do THB. Diversos grupos têm proposto o envolvimento da S100B nos transtornos psiquiátricos. Outros marcadores bioquímicos, particularmente os associados como o dano oxidativo, também estão sendo estudados nesses trastornos. No presente estudo, nós avaliamos marcadores de dano neuronal, estresse oxidativo e dano ao DNA em pacientes com THB. As aterações astrocíticas foram verificadas através dos níves séricos de S100B; espécies reativas do ácido tiobarbitúrico (TBARS) e atividade das enzimas antioxidantes foram medidas para verificar os níveis séricos de estresse oxidativo nos paciente com THB nas diferentes fases da doença. O dano ao DNA foi avaliado utilizando-se o ensaio Cometa em trinta e dois pacientes bipolares tipo-I. Nós encontramos um aumento significativo dos níveis de S100B, atividade da Superóxido dismutase (Sod) e da razão entre Sod/(glutationa peroxidase + catalase) nos pacientes maníacos e deprimidos. Os pacientes bipolares tipo-I apresentaram elevação da freqüencia de dano ao DNA em comparação ao grupo controle. Estes resultados sugerem um potencial dano oxidativo nos pacientes bipolares. A variação oxidativa periférica pode estar indicando que estas ocorram durante as fases ativas da doença (depressão e mania) e estejam realcionadas ao aumento do dano ao DNA dos pacientes. Além disso, alterações astrocíticas também foram relatadas pelas alterações dos níveis de S100B. / Bipolar disorder (BD) is a chronic, severe, and highly disabling psychiatric disorder that is associated with increased morbidity and mortality due to general medical conditions. There is an emerging body of evidence correlating chronic medical conditions to DNA damage. Peripheral markers have been used to assess biochemical alterations associated with BD and/or possibly involved in its pathophysiology. Many groups have proposed the involvement of S100B in psychiatric disorders. Other biochemical markers, particularly associated with oxidative stress have been studied in this disorder. In the present study we evaluated markers of brain injury, oxidative stress and DNA damage in patients with BD. Brain injury was assessed using serum S100B content; oxidative stress was assessed using serum thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) and activities of antioxidant enzymes in BD patients in different episodes of disease. The DNA damage was assessed using Comet assay in thirty-two bipolar-I outpatients. We found a significant increment of serum S100B during episodes of mania and depression but not in euthymic patients. Superoxide dismutase (Sod) activity, as well the Sod/glutathione peroxidase plus catalase ratio, was also increased in manic and depressed patients. On the other hand, TBARS levels were increased in BD patients regardless of the phase of the disorder. Bipolar-I outpatientes present an increase frequency of DNA damage as compared to controls. These findings suggest a potential oxidative damage in BD patients. This peripheral oxidative imbalance indicates that systemic changes are taking place during the active phases (depressive and mania) of the illness, and this may be increases DNA damage in BD patients. Such changes seem to relate to astrocyte function, as assessed using serum S100B.

A deficiência de guanidino acetato metiltransferase (GAMT) é um erro inato do metabolismo da creatina caracterizado por hipotonia muscular, movimentos extrapiramidais involuntários e epilepsia. A doença é, bioquimicamente, evidenciada pelo acúmulo de guanidino acetato (GAA) e deficiência de creatina e fosfocreatina nos tecidos dos pacientes afetados. Os mecanismos da disfunção neurológica que ocorrem nessa doença ainda são desconhecidos. A Na+,K+-ATPase, a creatina quinase (CK) e a acetilcolinesterase (AChE) têm um papel fundamental no sistema nervoso central (SNC), e a alteração dessas enzimas, juntamente com a diminuição do metabolimo energético e a indução do estresse oxidativo têm sido associados com algumas doenças que afetam o SNC, como as doenças de Alzheimer, Parkinson e Huntington e isquemia cerebral. Propriedades neurotóxicas do GAA têm sido atribuídas, principalmente, à excitotoxicidade e ao estresse oxidativo. Dessa forma, esse trabalho tem como propósito ampliar o conhecimento sobre os mecanismos fisiopatológicos da deficiência de GAMT, investigando o efeito in vitro e in vivo (administração intra-estriatal de GAA), sobre as atividades da Na+,K+-ATPase, CK, AChE, metabolismo energético, bem como a recaptação de glutamato e a produção de espécies reativas de oxigênio (EROS) em estriado de ratos. Finalmente, investigamos o efeito da administração intra-estriatal de GAA sobre a memória/aprendizagem em estriado de ratos. Nossos resultados mostraram que a administração intraestriatal de GAA diminui as atividades da Na+,K+-ATPase, CK e complexo II e aumenta o TBARS e a atividade da AChE. Além destes, mostramos que o GAA inibe a recaptação de glutamato e induz estresse oxidativo em estriado de ratos. A administração de GAA, também é capaz de prejudicar a memória de ratos adultos. A inibição das atividades da Na+,K+-ATPase, da CK e do complexo II e o aumento do TBA e da atividade da AChE, causados pela administração intraestriatal de GAA, foram prevenidos pelo pré-tratamento (uma semana) com as vitaminas E e C ou taurina. Considerando os resultados apresentados, propõe-se que a inibição da atividade da Na+,K+-ATPase, da CK, do complexo II, bem como da inibição na recaptação de glutamato e de indução de estresse oxidativo causados pelo GAA possam estar envolvidos na disfunção neuronal observada em pacientes com deficiência de GAMT. / Guanidinoacetate methyltransferase deficiency (GAMT-deficiency) is an inborn error of creatine metabolism characterized by muscular hypotonia, involuntary extrapiramidal movements and epilepsy. The disease is biochemically characterized by accumulation of guanidinoacetate and deficiency of creatine and phosphocreatine in tissues of affected patients. However, the mechanisms underlying the neurological dysfunction of GAMTdeficiency patients are not well understood. Na+,K+-ATPase, creatine kinase (CK) and acetylcholinesterase (AChE) play a fundamental role in central nervous system (CNS). Alterations in these enzymes with reduction of energy metabolism and induction of oxidative stress have been associated to neurological diseases such as Alzheimer’s, Parkinson’s, Huntington’s disease and brain ischemia. Neurotoxic properties of GAA have been mainly related to excitotoxicity and oxidative stress. In this study we investigated possible pathophysiologic mechanisms of GAMT-deficiency. We studied the in vitro effect of GAA and the effect of GAA intrastriatal administration on Na+,K+- ATPase, CK and AChE activities, on brain metabolism, on glutamate uptake and on reactive oxidative species (ROS) production in striatum of adult rats. Finally, we investigated the effect of intraestriatal administration of GAA on inhibitory avoidance in adult rats. Our results showed that the intrastriatal administration inhibits Na+,K+-ATPase, CK and complex II activities and increases TBARS and AChE activity. We also showed that GAA in vitro inhibits glutamate uptake and induces oxidative stress. GAA administration also impairs memory in adult rats. The inhibition of Na+,K+-ATPase, CK and complex II activities and increase of TBARS production caused by intrastriatal administration of GAA was prevented by vitamins E and C or taurine pretreatment (for one week). Our findings indicate that inhibition of Na+,K+- ATPase, CK and complex II activities and alterations in glutamate uptake and oxidative stress caused by GAA may contribute to the neurological dysfunction characteristic of GAMT-deficiency patients.

O presente estudo tem por objetivo investigar a influência da privação dietética de ácidos graxos ω3 no sistema glutamatérgico no hipocampo de ratos Wistar em parâmetros ontogenéticos e relacionados à neuroproteção. Os ratos foram alimentados, desde a gestação até a vida adulta, com duas dietas diferentes: uma dieta contendo ácidos graxos ω3 (grupo controle, C) e outra deficiente nestes ácidos graxos (grupo deficiente, D). Nos experimentos ontogenéticos, foram avaliados os imunoconteúdos das subunidades de receptores glutamatérgicos ionotrópicos do tipo NMDA (NR2 A/B) e AMPA (GluR1), bem como da isoforma alfa da cinase dependente de cálcio e calmodulina do tipo II (αCaMKII). Também foram avaliados a capacidade do glutamatode ligar-se a seus receptores e a captação de [3H]glutamato em fatias de hipocampo. Para investigar o efeito da privação de ácidos graxos ω3 na resposta cerebral frente à injúria isquêmica, fatias de hipocampo foram submetidas à privação de glicose e oxigênio (OGD), um modelo de isquemia in vitro. O grupo D apresentou imunoconteúdo reduzido de todas as proteínas avaliadas aos 02 dias de vida, o que foi sendo normalizado aos 21 dias (exceto pela αCaMKII) e aos 60 dias. O mesmo padrão foi observado na capacidade de ligação do glutamato aos seus receptores. Porém a captação de [3H]glutamato não foi afetada pelas dietas. Nos experimentos de OGD, o grupo D apresentou maior dano celular e uma queda na captação de [3H]glutamato mais acentuada que o grupo controle. Ainda, a privação de ácidos graxos ω3 influenciou a resposta celular anti-apoptótica após OGD, afetando a fosforilação das proteínas GSK3β e ERK1/2, mas não a fosforilação da Akt. Estes resultados sugerem que os ácidos graxos ω3 são importantes para o desenvolvimento do sistema glutamatérgico e para a proteção celular após dano isquêmico, além de ser importante para ativação de rotas de sinalização anti-apoptóticas. / The effect of dietary deprivation of essential omega-3 fatty acids on parameters of the glutamatergic system related to brain ontogeny and neuroprotection was investigated in this study. Rats were fed with two different diets: omega-3 diet (control group) and omega-3 deprived-diet (D group). In ontogeny experiments, it was evaluated the hippocampal immunocontent subunits of the of ionotropic glutamatergic receptor NMDA and AMPA (NR2 A\B and GluR1, respectively) and the alfa isoform of the calcium-calmodulin protein kinase tipe II (αCaMKII), as well as the binding and uptake of [3H]glutamate. To assess the influence of omega-3 fatty acids deprivation on brain responses to ischemic insult, hippocampal slices were submitted to oxygen and glucose deprivation (OGD), a model of in vitro ischemia. The D group showed lower immunocontent of all proteins analyzed at 02 days of life (P2) than the control group, and it was normalized at P21 (except for αCaMKII) and P60. The same pattern was found for [3H]glutamate binding, while [3H]glutamate uptake was not affected. In the OGD studies, the D group showed higher cell damage and stronger decrease in the [3H]glutamate uptake. Moreover, omega-3 deprivation influenced anti-apoptotic cell response after OGD, affecting GSK-3beta and ERK1/2, but not Akt phosphorylation. Taken together, these results suggest that omega-3 fatty acids are important for the glutamatergic development and cell protection after ischemia, and also seem to play an important role on activation of anti-apoptotic signaling pathways.

Sinais químicos são amplamente utilizados para comunicação social intra-específica em uma grande quantidade de organismos vivos, indo de bactérias a mamíferos. Como exemplo, mamíferos secretam juntamente com a urina moléculas que promovem modulações neuroendócrinas, com alterações no comportamento e fisiologia do animal que recebe o sinal. Neste trabalho foram utilizadas ratas Wistar fêmeas virgens, com quatro meses de idade, apresentando ciclo estral regular. As fêmeas utilizadas nos experimentos encontravamse na passagem de fase entre proestro e estro. Em uma sala isolada, as fêmeas foram expostas durante 90 minutos à maravalha condicionada por machos. Para analisar as possíveis alterações no comportamento das fêmeas após a exposição, foram realizados os testes comportamentais: labirinto em cruz elevada, campo aberto, e caixa claro-escuro. Para os ensaios bioquímicos as fêmeas foram sacrificadas e as estruturas do sistema nervoso central, hipotálamo, hipocampo, córtex frontal, e amídala; o bulbo olfatório; e as estruturas do sistema reprodutor, útero e ovários, foram isoladas e congeladas para análise. Foram analisados os seguintes parâmetros bioquímicos: as atividades das enzimas antioxidantes (superóxido dismutase, catalase, e glutationa peroxidase), a quantificação das defesas antioxidantes não enzimáticas, TRAP (Total radical antioxidant potential) e TAR (Total antioxidant reactivity), e os parâmetros de dano oxidativo, TBARS (Thiobarbituric acid reactivity substances), Carbonil e conteúdo de tióis). Nas análises comportamentais foi observado que as fêmeas apresentaram ansiedade e atividade locomotor-exploratória diminuídas após a exposição à maravalha condicionada por machos. Nos ensaios bioquímicos foi observado um aumento nas defesas antioxidantes enzimáticas e não-enzimáticas em estruturas do sistema nervoso central 30 e 90 minutos após a exposição à maravalha condicionada por machos. Além disso, o hipocampo e o córtex frontal apresentaram diminuído dano oxidativo, gerado por radicais livres, 180 e 240 minutos após a exposição. Foi observado um aumento no potencial antioxidante não enzimático e uma diminuição no dano oxidativo no tecido uterino, 30 e 90 minutos após a exposição. Por outro lado, as defesas antioxidantes nos ovários foram moduladas de maneira distinta durante os 240 minutos após a exposição. Estes resultados trazem as primeiras evidências que o perfil oxidativo no sistema nervoso central, e sistema reprodutor feminino, são alterados por pistas químicas presentes na maravalha condicionada por machos, sugerindo que a comunicação através de feromônios é capaz de modular a produção e/ou remoção de espécies reativas de oxigênio no cérebro e trato reprodutor feminino. / Chemical cues are widely used for intraspecific social communication in a vast majority of living organisms ranging from bacteria to mammals. As an example, mammals release olfactory cues with urine that promote neuroendocrine modulations with changes in behaviour and physiology in the receiver. In this work, four-month-old Wistar (regular 4-day cyclic) virgin female rats were utilized in the proestrus-to-estrus phase of the reproductive cycle for experimental exposure. In an isolated room, female rats were exposed for 90 min to male-soiled bedding (MSB). Elevated plus-maze assay, open field test, and light/dark box task were performed to analyze behavioural alterations on females after exposure. For biochemical assays, female rats were killed and the hypothalamus, hippocampus, frontal cortex and amigdala; the olfactory bulb; and the uterus and ovaries were isolated for further analysis. Antioxidant enzyme activities (superoxide dismutase, catalase and glutathione peroxidase), non-enzymatic antioxidant defense measurements (TRAP and TAR), and the oxidative damage parameters (TBARS, Carbonyl and SH content) were analyzed. In behavioural analyzes we observe that female rats show decreased anxiety and locomotory/exploratory activities after MSB exposure. In biochemical assays we observed an increase in both enzymatic and non-enzymatic antioxidant defenses in different central nervous system (CNS) structures analyzed 30 and 90 min after MSB exposure. Furthermore, hippocampus and frontal cortex showed diminished free radical oxidative damage at 180 and 240 min after exposure. We observed an increase in the non-enzymatic antioxidant potential and diminished free radical oxidative damage in uterine tissue, 30 and 90 min after exposure. Furthermore, in ovaries enzymatic defenses were modulated distinctly along the 240 min after exposure. These results provide the first evidence that oxidative profile of female central nervous system, and reproductive system, are altered by chemical cues present in the MSB, thus suggesting that pheromonal communication is able to modulate radical oxygen species production and/or clearance in the female brain and reproductive tract.

A poluição ambiental causada por resíduos de metais tóxicos é muito relevante pelo seu amplo uso em processos industriais e agrícolas, sendo que muitos efluentes chegam ao ambiente aquático sem qualquer tratamento. A contaminação da água com estes poluentes tornaram-se iminentes e, consequentemente efeitos adversos são inevitáveis em humanos, plantas e animais, onde um dos táxons mais atingidos são os peixes. O peixe zebra (Danio rerio) é uma espécie muito utilizada como modelo experimental em diversas áreas, como neurociências e toxicologia. Evidências demonstram que nucleotídeos e nucleosídeos da adenina exercem efeitos sinalizadores no espaço extracelular por meio da ativação de receptores específicos. A inativação do sinal mediado pelo ATP extracelular é realizada por uma família de enzimas denominadas ectonucleotidases, na qual se destacam as NTPDases (nucleosídeo trifosfato difosfoidrolases) e a ecto-5'-nucleotidase. Após hidrólise pelas ectonucleotidases, o ATP produz o nucleosídeo adenosina. A adenosina pode ser desaminada pela enzima adenosina desaminase (ADA), gerando inosina. Evidências demonstram que o ATP é coliberado com a acetilcolina em terminais colinérgicos. A acetilcolina é uma molécula transmissora que age nos receptores muscarínicos e nicotínicos e seu catabolismo é promovido pela enzima acetilcolinesterase (AChE). Nosso laboratório já demonstrou a presença de diferentes membros da família das NTPDases e da família da ADA, além de uma ecto-5'-nucleotidase em cérebro de peixe zebra. A presença da enzima AChE também já foi descrita nesta espécie. No capítulo I foi testado o efeito in vitro do zinco e cádmio na atividade da AChE e das ectonucleotidases em cérebro de peixe zebra. Ambos os metais não alteraram a atividade da AChE. A hidrólise de ATP teve um aumento na presença de 1 µM de zinco (17 %) e a hidrólise de AMP teve um aumento dose dependente nas concentrações 0,5 e 1 µM de zinco (188 % e 199 %). Após a exposição a 0,5 e 1 µM de cádmio, a atividade ATPásica foi aumentada significativamente (53 % e 48 %). O cádmio na faixa de 0,25 a 1 µM inibiu a hidrólise de ADP de forma dose-dependente (13,4 - 69 %). A atividade da ecto-5'-nucleotidase foi inibida (38 %) apenas na presença de 1 µM de cádmio. No capítulo II foi investigado o efeito da exposição ao alumínio na atividade da AChE cerebral e em parâmetros comportamentais em peixe zebra. A exposição in vivo a 50 µg/L de AlCl3 durante 96 h a pH 5,8 aumentou significativamente (36 %) a hidrólise de acetiltiocolina em cérebro de peixe zebra. Não foram observadas mudanças na atividade da AChE quando os peixes foram expostos a mesma concentração de AlCl3 em pH 6,8. RT-PCR semi-quantitativo não demonstrou alterações significativas nos níveis de expressão do RNAm do gene da ache em cérebro de peixe zebra. Concentrações in vitro de AlCl3 variando de 50 a 250 µM aumentaram a atividade da AChE (28 a 33 %). Além disso, animais expostos ao AlCl3 em pH 5,8 apresentaram uma diminuição na atividade locomotora, avaliada pelo número de cruzamentos (25 %), distância viajada (14,1 %) e velocidade máxima (24 %). No capítulo III, foi verificado o efeito de metais tóxicos na atividade e expressão da ADA em frações solúveis e de membrana em cérebro de peixe zebra. Dos metais testados, apenas o mercúrio foi capaz de inibir a desaminação da adenosina em ambas as frações in vitro. A inibição foi observada de 5 a 250 µM de HgCl2 (84,6 - 92,6 %) na fração solúvel enquanto nas frações de membrana a inibição variou de 50 a 250 µM (20,9 - 26 %). A exposição in vivo do peixe zebra a 20 µg/L de HgCl2 foi avaliada após exposição aguda (24 h) e subcrônica (96 h). A atividade da ADA na fração solúvel foi inibida após a exposição aguda (24,5%) e subcrônica (40,8%) enquanto que a atividade da ADA na fração de membrana foi inibida somente após a exposição subcrônica (21,9 %). Em contraste, não foram observadas mudanças na expressão dos genes da ADA após os tratamentos. Nossos resultados apresentados demonstraram que as enzimas envolvidas na degradação de nucleotídeos e nucleosídeos (NTPDase, 5'-nucleotidase e ADA) e a acetilcolinesterase são afetadas por metais tóxicos em cérebro de peixe zebra. Além de serem possíveis alvos da neurotoxicidade dos metais, a alteração destas atividades enzimáticas pode ser utilizada como bioindicador da presença ambiental destes poluentes. / The environmental pollution caused by toxic metals is relevant due to its widespread use in industrial and agricultural process, and many effluents enter in the aquatic environment without treatment. The contamination of water by toxic metals has become imminent and, consequently, adverse effects are inevitable in humans, plants, and animals, which fish are one of the most affected taxons. Zebrafish (Danio rerio) is a specie consolidated as a model system in many research areas, including neuroscience and toxicology. Evidence has show that nucleotides and nucleosides exert signaling effects at the extracellular space by the activation of specific receptors. The inactivation of extracellular ATP signaling is promoted by a family of enzymes named ectonucleotidases, whivh inlude NTPDases (nucleoside triphosphate diphosphohydrolases) and ecto-5'-nucleotidase. After hydrolysis promoted by ectonucleotidases, ATP forms the nucleoside adenosine. The adenosine could be deaminated by the enzyme adenosine deaminase (ADA). Evidence demonstrates that ATP is coreleased with acetylcholine in cholinergic terminals. Acetylcholine is a transmitter molecule that acts on muscarinic and nicotinic receptors and its catabolism is promoted by acetylcholinesterase (AChE) activity. Our laboratory has already characterized NTPDases, ecto-5'-nucleotidase and ADA activity in zebrafish brain. The AChE activity has been reported in this specie. In chapter I we tested the in vitro effect of zinc and cadmium on AChE and ectonucleotidase (NTPDase and ecto-5-nucleotidase) activities in zebrafish brain. Both zinc and cadmium treatments did not alter significantly the zebrafish brain AChE activity. ATP hydrolysis presented a significant increase at 1 mM zinc (17 %) and the AMPase activity had a dose-dependent increase at 0.5 and 1µM zinc exposure (188 % and 199 %). After cadmium treatment, ATPase activity was significantly increased (53 % and 48 %) at 0.5 and 1 µM, respectively. Cadmium, in the range 0.25-1 µM, inhibited ADP hydrolysis in a dose-dependent manner (13.4-69 %). Ecto-5-nucleotidase activity was only inhibited (38 %) in the presence of 1 µM cadmium. In chapter II we have investigated the effect of aluminum exposure on brain AChE activity and behavior parameters in zebrafish. In vivo exposure of zebrafish to 50 µg/L AlCl3 during 96 h at pH 5.8 significantly increased (36 %) acetylthiocholine hydrolysis in zebrafish brain. There were no changes on AChE activity when fish were exposed to the same concentration of AlCl3 at pH 6.8. Semi-quantitative RT-PCR has not shown significant alterations on the expression levels of ache mRNA gene in zebrafish brain. In vitro concentrations of AlCl3 varying from 50 to 250 µM have increased AChE activity (28 to 33 %, respectively) Moreover, we observed that animals exposed to AlCl3 at pH 5.8 presented a significant decrease in locomotor activity, as evaluated by the number of line crossings (25 %), distance traveled (14.1 %) and maximum speed (24 %). In chapter III we have investigated the effects of toxic metals on soluble and membrane ADA activity and gene expression in zebrafish brain. Regarding the metals tested, only HgCl2 was able to inhibit the adenosine deamination in vitro in both fractions. The inhibition was observed from 5 to 250 µM HgCl2 (84.6 - 92.6 %) in soluble fraction while in membrane fractions the inhibition varied from 50 to 250 µM (20.9 - 26 %). The in vivo exposure of zebrafish to 20 µg/L of HgCl2 was evaluated after acute (24 h) and subchronic (96 h) treatments on ADA activity in soluble and membrane fractions. The ADA activity from soluble fraction was inhibited after both acute (24.5 %) and subchronic (40.8 %) exposures whereas the ADA activity from brain membranes was inhibited only after subchronic exposure (21.9 %). In contrast, semi-quantitative RT-PCR analysis showed that HgCl2 was not able to modulate the ADA gene expression. Our results have show that the enzymes involved in the degradation of nucleotides and nucleosides (NTPDase, 5'-nucleotidase and ADA) and AChE are modulated by toxic metals in zebrafish brain. Besides been a possible target in the neurotoxicity mediated by metals, the alteration of these enzyme activities can be used as bioindicator of the environmental presence of these pollutants.

O objetivo desta tese foi caracterizar o desempenho de ratos Wistar no teste do Staircase; avaliar se o treinamento de habilidade e de repetição poderia induzir diferente recuperação motora, adaptações morfológicas e plasticidade encefálica após lesão do plexo braquial e isquemia focal, além de analisar os efeitos da isquemia cerebral induzida por endotelina-1 na área média das fibras do músculo sóleo. Nossos resultados mostraram que ratos Wistar, de forma semelhante ao observado em outras linhagens, apresentam bom desempenho na tarefa do Staircase em 2 semanas após iniciado o período de treinamento; todavia, o número de animais capazes de atingir o critério mínimo (alcance e consumo de 15 esferas comestíveis) aumenta em torno de 10% quando o tempo de treinamento é estendido por mais algumas semanas. Após lesão do Sistema Nervoso Periférico (SNP), os animais submetidos à lesão do plexo braquial e treinamento de reabilitação por meio de tarefa de repetição apresentaram axônios em estágio mais avançado de recuperação, conforme evidenciado pela análise da espessura da bainha de mielina, diâmetro do axônio mielinizado e diâmetro total da fibra mielinizada. Em relação à avaliação comportamental, ambas as tarefas induziram aceleração da recuperação funcional, mas sem diferença entre os dois tratamentos propostos. Após lesão do Sistema Nervoso Central (SNC), os animais submetidos à isquemia focal e treinamento de habilidade demonstraram níveis mais elevados de proteínas relacionadas à sinapse (Sinapsina-I e PSD-95) no córtex sensório-motor e hipocampo no hemisfério lesado. O conteúdo de GFAP no córtex aumentou em função da isquemia e não foi modificado por nenhuma das tarefas de reabilitação. No hipocampo, o treinamento de habilidade resultou em maior imunoconteúdo de proteína glial fibrilar ácida (GFAP). Em relação à avaliação comportamental, nenhum grau de recuperação, espontânea ou induzida pela reabilitação, foi observado ao final do experimento. A análise das fibras do músculo sóleo não evidenciou atrofia no membro posterior contralateral ao hemisfério isquêmico. Por outro lado, a sobrecarga do membro nãoparético (ipsilateral à lesão) foi suficiente para induzir hipertrofia muscular. Concluímos que a lesão do plexo braquial por esmagamento e a isquemia focal induzida por endotelina – 1 (ET-1) causam prejuízo funcional, o qual pode ser avaliado por meio do teste do Staircase em ratos Wistar; que as atividades motoras de habilidade e de repetição induzem padrões diferentes de regeneração no SNP e no SNC; e que a isquemia focal, em longo prazo, pode induzir aumento da área média das fibras do músculo sóleo no membro posterior ipsilesional. Esses resultados ampliam os conhecimentos acerca da lesão no SNP e SNC, formas de avaliação comportamental e métodos para reabilitação funcional. / The aim of this study was to characterize the performance of Wistar rats in the Staircase test, to investigate whether skilled and unskilled training would induce different motor recovery, morphological improvement and brain plasticity after brachial plexus crush and focal brain ischemia and to analyze the effects of focal ischemia produced by Endothelin -1 on soleus muscle fiber cross-sectional area. Our results showed that Wistar rats, similar to other strains, can display high performance on the Staircase test after 2 weeks of training; that the number of animals that attained the inclusion criterion increased by 10% with longer times of training; and that the stricter criterion of 15 pellets taken can be adopted as study inclusion criterion. After Peripheral Nervous System (PNS) lesion, animals submitted to brachial plexus injury and unskilled training showed axons in more mature appearance, as evidenced by greater myelin thickness, myelinated fiber and axon diameter. With regard to functional evaluation, the rehabilitation resulted in no difference between treatments. After Central Nervous System (CNS) lesion, animals submitted to focal brain ischemia and skilled training showed high levels of brain proteins related to synapse (synapsin-I and PSD-95) in sensorimotor cortex and hippocampus. The content of glial fibrillary acidic protein (GFAP) in ischemic sensorimotor cortex was augmented as result of focal brain ischemia and it was no modified by rehabilitation. In hippocampus skilled training resulted in higher GFAP levels when compared with ischemia and unskilled training. With regard to functional evaluation, animals remained permanently impaired at the end of evaluations. The analyses of soleus muscle fibers showed no atrophic factor on hind limb contralateral to the ischemic hemisphere. Nevertheless, the overuse of non-paretic limb was sufficient to induce hypertrophy of soleus on limb ipsilateral to injured hemisphere. We conclude that brachial plexus crushing and focal brain ischemia induce functional impairment, which can be evaluated by means of Staircase in Wistar rats; that skilled and unskilled motor activity can induce different pattern of regeneration in PNS and CNS; and that long term focal brain ischemia result in increase of transverse cross sectional area of soleus fibers in non-paretic limb. The findings extend the understanding about PNS and CNS lesion, evaluation and rehabilitation treatment.

Harmina é uma β-carbolina que atua sobre o SNC, inibindo a enzima monoaminooxidase tipo A-MAO. Esse alcalóide liga-se com relativa afinidade a receptores cerebrais de serotonina como a 5-hidroxitriptamina, subtipos 5-HT2C e 5-HT2A e receptores imidazólicos (I2). O objetivo deste estudo foi investigar os efeitos comportamentais e fisiológicos da administração aguda e crônica de harmina (5, 10 e 15 mg/kg) e imipramina (10, 20 e 30 mg/kg), utilizando o teste do nado forçado (TNF) e o protocolo de estresse crônico moderado (ECM) em modelo animal. Os resultados mostraram que os ratos tratados aguda e cronicamente com harmina e imipramina diminuíram o tempo de imobilidade no TNF, aumentaram o tempo de climbigns e de nado quando comparados com o grupo controle, sem, no entanto, afetar a atividade locomotora avaliada pelo teste de exploração ao campo aberto. Os níveis do fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF) no hipocampo dos ratos também foram aumentados pelos tratamentos agudo e crônico com harmina. Os animais submetidos ao protocolo de ECM apresentaram comportamento anedônico, aumento do peso médio da glândula adrenal e aumento nos níveis de ACTH e BDNF. O tratamento crônico com harmina durante 7 dias consecutivos, reverteu a anedonia e a hipertrofia da glândula adrenal, além de normalizar os níveis de ACTH e BDNF. O conjunto desses resultados auxiliam a compreensão do mecanismo de ação neuroprotetor da harmina e sugerem que este alcalóide possa representar um novo alvo farmacológico para o tratamento da depressão. / Harmine is a β-carboline that acts on the CNS, by inhibiting the enzyme monoamine oxidase type A-MAO. This alkaloid binds with affinity to receptors on serotonin as 5- hydroxytryptamine, 5-HT2C subtypes and 5-HT2A receptors and imidazole (I2). The objective of this study was to investigate the physiological and behavioral effects of acute and chronic administration of harmine (5, 10 and 15 mg / kg) and imipramine (10, 20 and 30 mg / kg) using the forced swimming test (TNF) and the protocol of chronic mild stress (ECM) in an animal model. The results showed that rats treated acutely and chronically with harmine and imipramine reduced the immobility time in the TNF, and increased both climbigns and swimming time of rats compared to saline group, without affecting locomotor activity in the open field test. Both acute and chronic administration of harmine increased factor brain-derived neurotrophic (BDNF) protein levels in the rat hippocampus. Our findings demonstrated that chronic stressful situations induced anhedonia, hypertrophy of adrenal gland weight, increase ACTH circulating levels in rats and increase BDNF protein levels. Interestingly, treatment with harmine for 7 consecutive days, reversed anhedonia, the increase of adrenal gland weight, normalized ACTH circulating levels and BDNF protein levels. Finally, these findings further support the hypothesis that harmine could be a new pharmacological tool for the treatment of depression.

O óxido nítrico (NO) é um gás produzido através da ação da enzima óxido nítrico sintase (NOS), e age como um neurotransmissor no sistema nervoso de moluscos gastrópodos adultos. Não há informações, até o momento, da presença de neurônios contendo NOS em caracóis da espécie Megalobulimus abbreviatus, tanto jovens quanto adultos. Consequentemente, foi utilizada a técnica histoquímica da NADPH-d para mapear a distribuição nitrérgica no sistema nervoso central (SNC) de animais adultos e jovens. A reação foi observada em neurônios e fibras em todos os gânglios (pedais, pleural direito, pleural esquerdo, parietal direito, parietal esquerdo, visceral, cerebral e bucal) do SNC de caracóis jovens e adultos, e foi particularmente forte nos gânglios pedais e cerebral, onde neurônios positivos foram encontrados agrupados simetricamente nos gânglios pareados. Estes resultados fornecem evidência da existência de um sistema nitrérgico em M. abbreviatus jovens e adultos, onde a NOS foi encontrada em regiões específicas do SNC. Para estabelecer um possível envolvimento do NO no circuito nociceptivo neste caracol, usando histoquímica para NADPH-d e análise semiquantitativa de densidade óptica, foram caracterizados os neurônios produtores de NO nos gânglios pedais de M. abbreviatus jovens e adultos, sujeitos a estímulo térmico aversivo. Os animais foram sacrificados em diferentes tempos (3, 6, 12 e 24h) após o estímulo. A atividade enzimática foi detectada em diferentes grupos celulares e processos neuronais. Em todas as sub-regiões dos gânglios pedais estudadas, a densidade óptica de neurônios positivos (p<0,05) e da área neuropilar 1 (p<0,01) foi significativamente diferente em animais tratados quando comparados com os controles. O aumento na atividade nitrérgica induzida por estímulo nociceptivo sugere o envolvimento do NO no circuito nociceptivo de M. abbreviatus, o que foi verificado através do estudo da ação do NO na resposta de latência do caracol M. abbreviatus após estímulo térmico e químico, e na atinocicepção mediada por opióides. Doses do inibidor da NOS NG-nitro-L-arginina-metil ester, L-NAME (1 μg/kg, 10 μg/kg e 25 μg/kg) e do agente liberador de NO S-nitro-Nacetilpenicilamida, SNP (1 μg/kg, 10 μg/kg e 25 μg/kg) foram administradas para determinar o efeito do NO nas respostas de latência. Com a dose mais alta de L-NAME (25 μg/kg), a resposta de latência foi significativamente maior (p<0,001) e com a dose mais alta de SNP (25 μg/kg) a resposta de latência foi significativamente menor (p<0,001) quando comparadas com as outras doses, e com os grupos controle e salina. A dose de 25 μg/kg de L-NAME produziu um efeito analgésico similar ao da morfina. Também foi observado que a antinocicepção induzida por morfina foi significativamente potencializada por L-NAME (p<0,05) e reduzida, mas não bloqueada, por SNP (p<0,05) em animais submetidos aos estímulos térmico e químico, demonstrando que o NO apresenta um efeito pró nociceptivo neste modelo animal. / Nitric oxide (NO) is a gas produced through the action of the enzyme nitric oxide synthase (NOS) and acts as a neurotransmitter in the nervous system of adult gastropod molluscs. There appears to be no information on the presence of NOS-containing neurons in adult and young Megalobulimus abbreviatus. Accordingly, we used NADPH-d histochemistry to map the nitrergic distribution in the central nervous systems (CNS) of young and adult animals. The reaction was observed in neurons and fibers in all CNS ganglia of both young and adult snails (pedal, right pleural, left pleural, right parietal, left parietal, visceral, cerebral and buccal), and was particularly strong in the pedal and cerebral ganglia where positive neurons were found clustered symmetrically in the paired ganglia. These results provide evidence for the existence of a nitrergic signaling system in young and adult M. abbreviatus where NOS was found in specific regions of the CNS. In order to establish a probably involvement of NO in the nociceptive circuit in M. abbreviatus, using NADPH-d histochemistry and semi-quantitative optical densitometry, were characterized the NO-producing neurons in the pedal ganglia of young and adult Megalobulimus abbreviatus, subjected to aversive thermal stimulus. The animals were sacrificed at different times (3, 6, 12 and 24h) following stimulus. The enzymatic activity was detected in different cellular subsets and neuronal processes. In all the studied pedal ganglia subregions, the optical density of positive neurons (p<0.05) and neuropilar area 1 (p<0.01) was significantly different in treated animals when compared to controls. The increase in nitrergic activity induced by nociceptive stimulus suggests the involvement of NO in the nociceptive circuit of M. abbreviatus, which was verified through the study of the action of NO in the latency response of the snail M. abbreviatus after thermal and chemical stimuli, and in the antinociception mediated by opioid. Doses of the NO synthase inhibitor NG-nitro-L-argininemethyl ester, L-NAME (1 μg/kg, 10 μg/kg and 25 μg/kg) and the NO-releasing agent S-nitro-Nacetylpenicillamide, SNP (1 μg/kg, 10 μg/kg and 25 μg/kg) were administered to determine the effect of NO on latency responses. With the highest L-NAME dose (25 μg/kg), the response latency was significantly longer (p<0.001) and with the highest SNP dose (25 μg/kg) the response latency was significantly shorter (p<0.001) when compared with the other doses, control and saline groups. The 25 μg/kg dose of L-NAME produced an analgesic effect similar to that of morphine. We also observed that morphine-induced antinociception was significantly potentiated by L-NAME (p<0.05) and reduced, but not blocked, by SNP (p<0.05) in animals submitted to thermal and chemical stimuli, showing that NO presents a pronociceptive effect in this animal model.