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Previous issue date: 2017-04-07 / FAPEMA / Background: The epidemiological rise of metabolic syndrome (MS) is directly related to
the exponential increase of added sugar consumption. Studies describes that MSmetabolic disorders, mainly insulin resistance and obesity, are related to development of
oxidative stress, cognitive declines and dementias, and neuronal senescence
acceleration. Even with several evidences correlating MS to neuronal damage, the
molecular mechanisms involved are still unclear, and the endoplasmic reticulum stress
(ER stress), in this context, could be placed like an intermediary condition that
interconnects those morbidities. Objective: To investigate the deleterious effects of
hippocampal ER stress about progression of cognitive, behavioral and motor declines in
rats with metabolic syndrome-induced by sucrose-rich diet in different ages. Methods:
Weaned Wistar rats were divided into 4 groups: two control groups (CTR, n = 7-9), fed a
standard diet and followed up to 3 and 6-months-old, respectively; and two obese
groups (HSD, n = 7), fed a sucrose-rich diet (25% sucrose) followed by the same
periods. Was assessed in these groups: MS development; redox profile; Cognitive,
behavioral and motor functions; And the hippocampal gene/protein expression of UPR
sensors (Ire1α, Perk and Atf6), chaperones (Grp78, Grp94, Pdi, Calnexin and
Calreticulin), neuronal plasticity (Bdnf), antioxidant defense (Nrf2), apoptosis (Bcl2,
Chop and Parp-1) and senescence (p53 and p21). For aging control, rats at 20 months
of age (OLD, n = 7) fed standard chow were included as aging control for gene/protein
expression and neurological assessments. Results: The sucrose-rich diet was
successful in establish the SM-phenotype. At 3 months, we observed central obesity
even with lower energy intake, fasting and fed dysglycemia, hypertriglyceridemia,
hapatic ectopic fat deposit, decreased lipolysis rates, glucose intolerance and hepatic
insulin resistance. In unpublished data, we observed mild lipid peroxidation without
exepressive antioxidant enzymes activity, and absence of peripheral insulin resistance.
In animals with 6 months, we observed a deepening of metabolic dysfunctions
encountered in 3-months-old. In addition we observed weight gain, free fatty acids,
hyperinsulinemia, peripheral insulin resistance, increased lipid peroxidation, higher SOD,
CAT and GPx reduction activity in 6-months-old rats. The lipolysis rate wasn't
performed. Regarding the neurofunctional assessment at 3-months-old, the animals
presented motor deficit and anxiogenic behavior, however without cognitive
dysfunctions. In 6-months-animals, we observed anxiogenic behavior and important
motor and cognitive impairments (learning and memory), similar to OLD group.
Hippocampal molecular analysis revealed a different signaling between HSD groups of 3
and 6-months. In HSD at 3 months, we observed a switch-over from UPR-adaptive to
pro-apoptotic signaling, marked by increased gene expression of Perk, Atf6 and Pdi A2
(adaptive), reduction of Grp78 and Bcl2, and increases of Chop and Caspase 3
(Apoptotic). In 6-months-HSD, we observed a complete failure of UPR adaptive
signaling (UPR sensors and chaperones) and increased apoptotic signaling, featured by
Bcl2 reduction and increased gene/protein expression of Chop. Additionally, we
observed a reduction in the Bdnf gene expression and protein cleavage of Parp-1
compatible to calpain presence (necrosis/apoptosis marker). The expressions found in the 6-month-HSD were similar to OLD group, but the cell death markers (Chop and
Calpain) were found only in HSD. As expected, senescence markers (p53 and p21)
were increased in the OLD group and only p21 shown increased in HSD. Conclusions:
Our data set supports that prolonged exposure to sucrose-rich diet promotes SM and
oxidative stress, which disrupt hippocampal ER homeostasis, leading to senescence
acceleration and cell death, and subsequently leads to severe cognitive, behavioral and
motor impairments. / Introdução: O crescimento epidemiológico da síndrome metabólica (SM) está
diretamente relacionado ao exponencial aumento do consumo de açucares de adição.
Estudos descrevem que as desordens metabólicas que compõem a SM, principalmente
a resistência insulínica e obesidade, estão relacionadas ao desenvolvimento de
estresse oxidativo, declínios cognitivos, demências e aceleração da senescência
neuronal. Mesmo com diversas evidências correlacionando a SM a danos neuronais, os
mecanismos moleculares envolvidos ainda não são totalmente conhecidos. Neste
contexto, o estresse do retículo endoplasmático (ERE) pode ser apontado como uma
condição intermediária que interconecta estas morbidades. Objetivo: Investigar os
efeitos deletérios do ERE hipocampal sobre a instalação de declínios cognitivos,
comportamentais e motores em ratos com síndrome metabólica induzida por dieta rica
em sacarose em diferentes faixas etárias. Métodos: Ratos Wistar com 21 dias de vida
(desmame) foram divididos em 4 grupos: dois grupos controle (CTR, n = 7-9),
alimentados com uma dieta padrão e acompanhados até os 3 e 6 meses de idade,
respectivamente; e dois grupos obeso (HSD, n = 7), alimentados com dieta rica em
sacarose (sacarose a 25%) acompanhados pelos mesmos períodos. Foi avaliado nos
grupos: desenvolvimento de SM; perfil redox; funções cognitivas, comportamentais e
motoras; e expressão gênica/proteica hipocampal de sensores da UPR (Ire1α, Perk e
Atf6), chaperonas (Grp78, Grp94, Pdi, Calnexina e Calreticulina), plasticidade neuronal
(Bdnf), defesa antioxidante (Nrf2), apoptose (Bcl2, Chop e Parp-1) e senescência (p53
e p21). Como um controle de envelhecimento, ratos com 20 meses de idade (OLD, n =
7) alimentados com dieta padrão foram incluídos aos experimentos de expressões
gênica/proteica e avaliações neurológicas. Resultados: A dieta rica em sacarose teve
sucesso em estabelecer o fenótipo de SM. Com 3 meses, o grupo HSD desenvolveu
obesidade central mesmo com menor ingestão energética, disglicemia em estados de
jejum e alimentado, hipertrigliceridemia, acúmulo de gordura ectópica hepática,
diminuição da taxa de lipólise, intolerância à glicose e resistência hepática à insulina.
Em dados não publicados, observamos discreta peroxidação lipídica sem expressiva
atividade de enzimas antioxidantes e sem resistência insulínica periférica. Nos animais
com 6 meses, observamos um aprofundamento das disfunções metabólicas dos
animais de 3 meses. Adicionalmente, observamos ganho de peso, ácidos graxos livres,
hiperinsulinemia, resistência insulínica periférica, maior peroxidação lipídica, maior
atividade das enzimas SOD, CAT e redução da GPx. No que se refere à avaliação
neurofuncional, aos 3 meses de idade, o grupo HSD apresentou déficit motor e
comportamento ansiogênico, no entanto sem disfunções cognitivas. Contudo, nos
animais de 6 meses observamos comportamento ansiogênico e importantes prejuízos
motores e cognitivos (aprendizado e memória), semelhantes ao grupo OLD. A análise
molecular hipocampal evidenciou uma sinalização diferente entre os grupos HSD de 3 e
6 meses. No HSD com 3 meses, observamos uma transição da sinalização adaptativa
da UPR para a pró-apoptótica, marcada pelo aumento das expressões gênicas de Perk,
Atf6 e Pdi A2 (adaptativa), redução da Grp78 e aumento da Chop e Caspase 3
(apoptótica). No HSD de 6 meses, observamos uma falência total da sinalização adaptativa da UPR (sensores da UPR e chaperonas), e aumento da sinalização
apoptótica, caracterizada pela redução do Bcl2 e aumento da expressão
gênica/proteica de Chop. Adicionalmente, observamos também redução da expressão
gênica do Bdnf, redução da expressão proteica de Grp94 e clivagem proteica do Parp-1
compatível com a presença de Calpaína (marcador de necrose/apoptose). As
expressões encontradas no HSD de 6 meses foram semelhante as alterações
observadas no grupo OLD, mas os fatores de morte celular (Chop e Calpaína) foram
encontrados apenas no HSD. Como esperado, os marcadores de senescência (p53 e
p21) estavam aumentados no grupo OLD e apenas o p21 se mostrou aumentado no
HSD. Conclusões: Nosso conjunto de dados apoia que a exposição prolongada à dieta
rica em sacarose promove SM e estresse oxidativo, que perturba a homeostase do RE
hipocampal, acarretando aceleração da senescência e morte celular, e subsequentes
prejuízos cognitivos, comportamentais e motores.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2:tede/1320 |
| Date | 07 April 2017 |
| Creators | PINTO, Bruno Araújo Serra |
| Contributors | PAES, Antonio Marcus de Andrade |
| Publisher | Universidade Federal do Maranhão, PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS DA SAÚDE/CCBS, UFMA, Brasil, DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FISIOLÓGICAS/CCBS |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA, instname:Universidade Federal do Maranhão, instacron:UFMA |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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