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Previous issue date: 2015 / Alzheimer disease (AD) and Parkinson disease (PD) are the two most common neurodegenerative disorders affecting around 35 and 10 million people worldwide, respectively. These disorders are characterized by neuronal protein deposits and progressive loss of function or structure of central nervous system (CNS). Studies have shown that purinergic system is involved in mechanisms associated with neurodegenerative diseases such as AD and PD. The purinergic signaling is meditated by ATP and adenosine through activation of purinoceptors P2 and P1, respectively. The nucleotide and nucleoside levels are modulated by the action of the ectonucleotidase family, especially by ecto-Nucleoside triphosphate diphosphohydrolases (NTPDases) and ecto-5´-nucleotidase (EC-5´-Nt). These enzymes hydrolyze ATP to adenosine, which is subsequently deaminated by the enzyme Adenosine Deaminase (ADA) to inosine. Adenosine is described as an important neuromodulator and neuroprotective of CNS, and its modulation has proven to be a promising alternative for the treatment of neurodegenerative diseases. Thus, this study aims to evaluate behavioral parameters in models of cognitive impairment induced by scopolamine, 6-hydroxydopamine, and paraquat in zebrafish and study the possible effect of these models on the purinergic system. Our results, using a model of pharmacological cognitive impairment induced by scopolamine in adult zebrafish, showed that selective and non-selective inhibitors of adenosine receptors (Caffeine, ZM241385, and DPCPX) prevented the cognitive deficit induced by scopolamine. The same results were found for the adenosine transporter inhibitor (dipyridamole), and ADA inhibitor (EHNA). These data support the hypothesis of adenosinergic signalling can modulate memory mechanisms. We also developed a new experimental model of neurodegeneration by treating adult zebrafish chronically with paraquat herbicide (Pq) that results in symptoms of PD. Treatment consisted of six ip. injections of Pq in doses of 10 or 20 mg/kg and each injection was administered every three days. Locomotor behavior was assessed 24 hours after each injection and showed a decrease in both doses. The turn angle was also evaluated and showed difference between the doses administered compared to control group. Non-motor behaviors such as anxiety and social interaction were not significantly different after chronic treatment with Pq. However, after Pq exposure, the animals showed a deficit in Y-maze task memory. Apart from the behavioral data, our results presented an increase on dopamine levels, whereas DOPAC decreased in the experimental group showing change in dopamine metabolism. The amount of tyrosine hydroxylase demonstrated no significant difference between control and treated fish; however, dopamine transporter expression decreased in the group treated with 10 mg/kg Pq, and there was no change at the highest dose. Our study also evaluated the effect of chronic exposure of Pq and 6-hydroxydopamine (6-OHDA) neurotoxins, commonly used as an animal model of PD, on extracellular nucleotide and nucleoside metabolism. Two doses of 6-OHDA were tested, 25 and 50 mg/kg, and the animals were sacrificed at six days after exposure. Our data showed no changes in ectonucleotidase activities or ATP, ADP and AMP levels after exposure to Pq. However, a decrease of extracellular adenosine and increase in inosine levels were observed when compared to the control group. The 6-OHDA treatment did not affect the activity of NTPDase, EC-5´-Nt, and ATP levels in both tested doses. In contrast to the previous results, ADP levels were different for each dose used, while the AMP levels decreased in both doses. The adenosine and inosine showed an increase in both doses of 6-OHDA tested in zebrafish brains. These data suggest that the purinergic system can be modulated differently in experimental animals with symptoms of Parkinson's disease. In addition, this study also presented a new model of neurodegeneration using the Pq and confirms the involvement of purinergic system on neurodegeneration as well as its pharmacological potential in neurodegenerative diseases. / As doenças neurodegenerativas mais prevalentes são a doença de Alzheimer (DA) e a doença de Parkinson (DP) afetando cerca de 35 e 10 milhões de pessoas no mundo, respectivamente. Essas patologias são caracterizadas pelo depósito de proteínas em células neuronais e pela perda progressiva da função ou estrutura no sistema nervoso central (SNC). Estudos têm mostrado que o sistema purinérgico está envolvido nos mecanismos relacionados a DA e DP. A sinalização purinérgica é mediada pela ação do ATP e da adenosina através da ativação dos receptores P2 e P1, respectivamente. Os níveis de nucleotídeos e de nucleosídeos são modulados pela ação enzimática das ectonucleotidases, especialmente pela ecto-nucleosídeo trifosfato difosfoidrolases (NTPDases) e ecto-5'-nucleotidase (EC-5´-Nt). Estas enzimas hidrolisam ATP em adenosina, que é subsequentemente desaminado pela enzima adenosina deaminase (ADA) a inosina. A adenosina é descrita como importante neuromodulador e neuroprotetor do SNC e sua modulação tem se mostrado uma alternativa promissora para o tratamento de doenças neurodegenerativas. Com isso, este estudo visa avaliar parâmetros comportamentais em modelos de déficit cognitivo induzidos por escopolamina, por 6-hidroxidopamina e por paraquat em peixe-zebra, e estudar o possível efeito desses modelos sobre o sistema purinérgico. Nossos resultados, utilizando o modelo farmacológico de déficit cognitivo induzido por escopolamina em peixe-zebra adulto, mostraram que os inibidores seletivos e não seletivos dos receptores de adenosina (Cafeína, ZM241385 e DPCPX) preveniram o déficit causado pela escopolamina. Os mesmos resultados foram encontrados para o inibidor do transportador de adenosina (dipiridamol) e inibidor da ADA (EHNA). Esses dados suportam a hipótese de que a sinalização adenosinérgica pode modular o processamento da memória. Nosso estudo também caracterizou um novo modelo experimental de neurodegeneração, tratando peixes-zebra adultos cronicamente com paraquat (Pq), herbicida associado aos sintomas da DP. O tratamento consistiu de seis injeções intraperitoniais nas doses de 10 ou 20 mg/kg a cada três dias. O comportamento locomotor foi avaliado 24 horas após cada injeção e mostrou uma diminuição em ambas as doses. O ângulo de giro também foi avaliado 24 horas após cada injeção e demonstrou diferença entre as doses administradas. Comportamentos não motores como ansiedade e interação social não apresentaram diferença significativa após o tratamento crônico com Pq. No entanto, os animais tratados com Pq demonstraram déficit de memória em tarefa de labirinto em Y comparados com o grupo controle. Além dos dados comportamentais, nossos resultados mostraram um aumento nos níveis de dopamina, enquanto os de DOPAC diminuíram nos animais tratados com Pq, mostrando mudança no metabolismo. Já a tirosina hidroxilase não apresentou diferença significativa entre animais do grupo controle e tratados, porém a expressão do transportador de dopamina diminuiu no grupo tratado com 10 mg/Kg de Pq, não havendo alteração na maior dose. Nosso estudo também investigou os efeitos da exposição crônica do Pq e da neurotoxina 6-hidroxidopamina (6-OHDA), comumente usada como modelo animal de DP, sobre o metabolismo extracelular de nucleosídeos e nucleotídeos. Duas doses de 6-OHDA foram testadas, 25 e 50 mg/kg, e os animais foram eutanasiados seis dias após a exposição. Nossos dados mostraram que o Pq não alterou a atividade das NTPDases e EC-5´-Nt ou os níveis extracelulares de ATP, ADP e AMP. No entanto, o tratamento crônico com Pq diminui os níveis extracelulares de adenosina e aumentou os níveis de inosina. Os peixes tratados com 6-OHDA não apresentaram alterações na atividade das NTPDases e EC-5´-Nt, bem como nos níveis de ATP extracelular nas duas doses testadas. Porém, houve mudanças nos níveis de ADP e uma diminuição, em ambas as doses, nos níveis de AMP. Já os níveis extracelulares de adenosina e inosina apresentaram um aumento. Estes dados sugerem que o sistema purinérgico pode ser modulado de forma diferente em animais experimentais com sintomas de Parkinson. Além disso, este trabalho também apresentou um novo modelo de neurodegeneração utilizando o Pq além de reforçar o envolvimento do sistema purinérgico e o seu potencial farmacológico sobre doenças neurodegenerativas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_PUC_RS:oai:meriva.pucrs.br:10923/7097 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Bortolotto, Josiane Woutheres |
| Contributors | Bonan, Carla Denise |
| Publisher | Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da PUC_RS, instname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, instacron:PUC_RS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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