Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Glutaric acidemia type I (GA-I) is an inborn error of metabolism (EIM), characterized biochemically by major accumulation of glutaric acid (GA) and pathologically by a characteristic striatal degeneration. The clinical manifestations are mainly neurological and develop during childhood (up to 5 years old). Among these changes, there are the seizures and cognitive deficits, which may be precipitated by infectious processes. From this, the first hypothesis to be tested in this study was to investigate whether lipopolysaccharide E. coli 055 B5 serotype (LPS; 2 mg/Kg; i.p.), an inflammatory agent, could facilitate seizures induced by GA in young rats (21 days of life). For this, firstly it was determined the acute dose of intrastriatal GA (1.3 μmol/striatum) that cause behavioral and electroencephalographic (EEG) seizures in young rats. Moreover, it was shown that LPS administration 3 hours before GA intrastriatal injection did not change the seizures, but when LPS was administered 6 hours before the GA, it reduced the latency and increased the duration of behavioral and EEG seizures induced by GA in young rats. It also was observed that LPS injection caused an initial drop in rectal temperature of young rats (up to 2 hours), followed by a rise in temperature that started at 3 hours and remained high until 6 hours after LPS injection. Furthermore, it was shown that LPS injection 3 and 6 hours before intrastriatal injection of GA caused an increase in striatal levels of IL-1β in young rats, and this increase was statistically higher in 6 than in 3 hours. In addition, it was observed that the increase in IL-1β striatal levels, caused by LPS administration, positively correlated with total time of seizures. Finally, it was observed that previous use of IL-1β antibody prevented the latency reduction and the increased duration of seizures caused by LPS administration 6 h before intrastriatal injection of GA in young rats. Thus, these findings suggest that the signaling of IL-1β present in inflammation produced by LPS contributes significantly to neuronal hyperexcitability, and thus to reduce latency and increase the duration of seizures induced by GA. Therefore, pharmacological treatments that block the specific functions or overproduction of IL-1β in GA-I, may represent an unconventional strategy to treat this condition. However, clinical studies should be conducted to evaluate the effectiveness of treatment in glutaricoacidemic patients with convulsions. Since patients with GA-I have other important neurological changes addition to the seizures, as
cognitive impairments, the second hypothesis to be tested in this study was to determine whether chronic treatment with GA (5 μmol/g; s.c.; twice per day; from the 5th to the 28th day of life) could cause spatial memory impairment in young rats, and verify whether the inflammation produced by LPS (2 mg/Kg; i.p.; one per day; from the 25th to the 28th day of life) could facilitate the cognitive deficit induced by GA. In addition, it also was evaluated the possible impact of these treatments on functional and structural changes in the hippocampus of these animals. Initially it was shown that chronic treatment with GA, as well as the treatments with LPS and GA-LPS, caused a deficit in spatial learning of young rats. However, it was demonstrated that the treatment with GA-LPS produced a greater impairment in spatial memory compared to other treatments. In addition, it was observed that none of the treatments affected weight or locomotor activity/exploratory of animals. It also was shown that chronic treatment with GA, as well as treatments with LPS and GA-LPS, increased the hippocampal levels of IL-1β and TNF-α in young rats. Furthermore, it was demonstrated that treatments with GA, LPS and GA-LPS caused a reduction in total hippocampal volume of young rats. Finally it was observed that treatments with GA, LPS and GA-LPS caused a reduction of α1 subunit activity of Na+,K+-ATPase enzyme. On the other hand, it was shown that treatments with GA and LPS caused an increase in activity of α2/3 subunits of the enzyme. Thus, only treatment with GA-LPS showed a reduction in total activity of Na+,K+-ATPase in the hippocampus of young rats. These data indicate that the impairment in spatial learning observed in rats treated with GA, LPS and GA-LPS was due to increased levels of inflammatory cytokines, the reduction in hippocampal volume and the inhibition of α1 subunit activity of Na+,K+-ATPase enzyme. However, the worsening in spatial memory observed in rats treated with GA-LPS was due to inhibition of total activity of Na+,K+-ATPase, which was specific α2/3 isoforms, since only this group showed no compensatory response the activity of these subunits. Therefore, this second part of the study showed that chronic treatment with GA caused a deficit in spatial learning in young rats, and that the presence of an inflammatory process increased the impairment in spatial memory induced by GA alone. Thus, understanding the mechanisms involved in seizures and cognitive deficits observed in patients with GA-I in the presence of an inflammatory process is important for the development of new therapies to treat this condition, as well as other diseases associated with the presence of inflammatory mediators. / A acidemia glutárica tipo I (GA-I) é um erro inato do metabolismo (EIM) caracterizada bioquimicamente pelo acúmulo principal de ácido glutárico (GA) e patologicamente por uma característica degeneração estriatal. As manifestações clínicas são predominantemente neurológicas, e desenvolvem-se principalmente na infância (até os 5 anos de idade). Entre estas alterações, destacam-se as convulsões e os déficits cognitivos, os quais podem ser precipitados por processos infecciosos. A partir disso, a primeira hipótese a ser testada neste estudo foi investigar se o lipopolissacarídeo sorotipo E. coli 055 B5 (LPS; 2 mg/Kg; i.p.), um agente inflamatório, facilitaria as convulsões induzidas pelo GA em ratos jovens. Para isso, primeiramente determinou-se a dose intraestriatal aguda de GA (1.3 μmol/estriado) que causa convulsões comportamentais e eletroencefalográficas (EEG) em ratos jovens (21 dias). Em seguida foi verificado que a administração de LPS 3 horas antes da injeção intraestriatal de GA não alterou as convulsões, mas quando o LPS foi administrado 6 horas antes do GA, ele reduziu a latência e aumentou a duração das convulsões comportamentais e EEG induzidas pelo GA em ratos jovens. Observou-se também que injeção de LPS causou uma queda inicial na temperatura retal dos ratos jovens (até 2 horas), seguida de uma elevação na temperatura que iniciou em 3 horas e permaneceu alta até 6 horas após a injeção de LPS. Além disso, foi verificado que injeção de LPS 3 e 6 horas antes da injeção intraestriatal de GA causou um aumento nos níveis estriatais de IL-1β nos ratos jovens, sendo esse aumento estatisticamente maior em 6 do que em 3 horas. Também foi observado que o aumento nos níveis estriatais de IL-1β, causado pela administração de LPS, correlacionou-se positivamente com o tempo total de convulsões. Por fim, verificou-se que uso prévio do anticorpo da IL-1β preveniu a redução da latência e o aumento da duração das convulsões causadas pela administração de LPS 6 horas antes da injeção intraestriatal de GA nos ratos jovens. Assim, estes achados sugerem que a sinalização da IL-1β presente no processo inflamatório produzido pelo LPS contribui decisivamente para a hiperexcitabilidade neuronal e, consequentemente, para a redução da latência e o aumento da duração das convulsões induzidas pelo GA. Dessa maneira, tratamentos farmacológicos específicos que bloqueiam a superprodução ou as funções da IL-1β na GA-I, podem representar uma estratégia não convencional para o tratamento dessa patologia. Entretanto, estudos clínicos devem ser realizados a fim de avaliar a eficácia desse tratamento nos pacientes glutaricoacidêmicos que apresentam convulsões. Desde que os pacientes com GA-I apresentam outras alterações neurológicas importantes além das convulsões, como prejuízos cognitivos, a segunda hipótese a ser testada neste estudo foi verificar se o tratamento crônico com GA (5 μmol/g; s.c.; duas vezes por dia; do 5° ao 28° dia de vida) causaria déficit de memória espacial em ratos jovens, bem como se a inflamação produzida pelo LPS (2 mg/Kg; i.p.; uma vez por dia; do 25° ao 28° dia de vida) facilitaria o déficit cognitivo induzido pelo GA. Além disso, também foi objetivo avaliar o impacto desses tratamentos sobre possíveis alterações funcionais e estruturais no hipocampo desses animais. Inicialmente verificou-se que o tratamento crônico com GA, assim como os tratamentos com LPS e GA-LPS, causaram um déficit no aprendizado espacial dos ratos jovens. No entanto, foi observado que o tratamento com GA-LPS produziu um maior prejuízo na memória espacial comparado com os outros tratamentos. Em seguida foi observado que nenhum dos tratamentos alterou o peso ou a atividade locomotora/exploratória dos animais. Verificou-se também que o tratamento crônico com GA, assim como os tratamentos com LPS e GA-LPS, aumentaram os níveis hipocampais de IL-1β e TNF-α nos ratos jovens. Além disso, foi observado que tratamentos com GA, LPS e GA-LPS causaram uma redução no volume hipocampal total dos ratos jovens. Finalmente verificou-se que os tratamentos com GA, LPS e GA-LPS causaram uma redução na atividade da subunidade α1 da enzima Na+,K+-ATPase. Por outro lado, foi observado que os tratamentos com GA e LPS causaram um aumento na atividade das subunidades α2/3 da enzima. Assim, somente o tratamento com GA-LPS apresentou uma redução na atividade total da enzima Na+,K+-ATPase no hipocampo dos ratos jovens. Estes dados indicam que o prejuízo no aprendizado espacial observado nos ratos tratados com GA, LPS e GA-LPS parece estar relacionado a um aumento nos níveis de citocinas inflamatórias, a uma redução no volume hipocampal e a uma inibição na atividade da subunidade α1 da enzima Na+,K+-ATPase. No entanto, o maior prejuízo na memória espacial observado nos ratos tratados com GA-LPS ocorreu devido a inibição na atividade total da enzima Na+,K+-ATPase, que foi específica das isoformas α2/3, já que somente este grupo não apresentou resposta compensatória na atividade destas subunidades. Portanto, esta segunda parte do estudo demonstrou que o tratamento crônico com GA causou um déficit no aprendizado espacial de ratos jovens, e que a presença de um processo inflamatório potencializou o prejuízo na memória espacial induzida pelo GA sozinho. Assim, o entendimento dos mecanismos envolvidos nas convulsões e no déficit cognitivo observados nos paciente com GA-I frente a um processo inflamatório é importante para o desenvolvimento de novas terapias para o tratamento dessa patologia, bem como de outras doenças associadas à presença de mediadores inflamatórios.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/4424 |
| Date | 04 February 2011 |
| Creators | Magni, Danieli Valnes |
| Contributors | Fighera, Michele Rechia, Bianchin, Marino Muxfeldt, Luchese, Cristiane, Emanuelli, Tatiana, Fachinetto, Roselei |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica Toxicológica, UFSM, BR, Bioquímica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 200800000002, 400, 300, 300, 300, 300, 500, 300, 8306e5eb-747a-45a0-a023-955603a45dcd, 8f23e8da-19e3-492b-a8da-70d490c8f0bd, 0f56b59a-a20c-46d4-b08d-1488e05925de, 7fbc51f5-bc6e-48a4-9793-0c3715f9c80f, 7457e618-e257-4f1d-b319-f58982632184, 47851031-d698-41a7-a810-90b77c6b42e8 |
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