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A epilepsia do lobo temporal (ELT) é a um dos casos mais frequente epilepsia em humanos e de maior refratariedade nos pacientes. A maioria dos fármacos antiepilépticos são moduladores da atividade neuronal e atuam sobre canais iônicos do receptor GABAA. Estudos vêm demonstrando o papel das células gliais e da neuroinflamação na epileptogênese e a modulação desta resposta pode ser um alvo potencial para drogas adjuvantes aos fármacos anti-epilépticos. Astrócitos são células gliais participantes da sinapse tripartite, moduladores da atividade neuronal. Os astrócitos são capazes de promover a homeostase de íons e de neurotransmissores, são responsáveis pelo metabolismo energético e da produção de fatores neurotróficos, glutationa, glutamina, S100B e citocinas. Neste trabalho, induzimos status epilepticus (SE) em ratos jovens (PN28) através do modelo lítio-pilocarpina que mimetiza alterações neuronais, bioquímicas e morfológicas similares à ELT em humanos. Os animais foram divididos nos tempos 1, 14 e 56 dias após a indução de status epilepticus (SE). Estes períodos são caracterizados respectivamente como a fase aguda, latente e crônica da epilepsia. Inicialmente, analisamos as mudanças neuroquímicas e astrocitárias ao longo do tempo. Foi observada neuroinflamação inicial e transitória que promove morte neuronal e mudanças ao longo do tempo de astrogliose e disfunção astrocitária. Também foi observado que a proteína S100B, proteína ligante de cálcio, predominantemente astrocitária, pode ser considerado um marcador da disfunção neuronal e astrocitária promovida neste modelo de epilepsia. Em seguida, demonstramos que a modulação da secreção de S100B pelo anti-inflamatório dexametasona um dia após indução de SE reverte a neuroinflamação, astrogliose e disfunção astrocitária à curto e à longo prazo. Por conseguinte, observamos que a modulação do receptor GABAA através de agonistas e antagonistas GABAérgicos altera a secreção de S100B em fatias hipocampais agudas e em cultura de astrócitos. Portanto, pode-se sugerir que as alterações astrogliais e a neuroinflamação dependentes do tempo podem estar ligadas à excitabilidade neuronal e/ou à morte neuronal em ratos jovens em modelo de epilepsia; que a proteína S100B pode ser considerada um marcador deste modelo de epilepsia e que a modulação da sua secreção pode ser um possível alvo farmacológico no tratamento da epilepsia. Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most frequent type of epilepsy in humans and is more associated to refractory to anti-epileptic drugs (AED) in patients. The most AEDs are modulators of neuronal activity and act on ion channels, such as GABAA receptor. Studies have been demonstrating the role of glial cells and neuroinflammation in epileptogenesis. The modulation of this response may be a potential target for adjunctive drugs to anti-epileptic drugs. Astrocytes are glial cells that participated in the tripartite synapse and modulated neuronal activity. Astrocytes are able to promote homeostasis of ions and neurotransmitters, are responsible for energy metabolism and the production of neurotrophic factors, glutathione, glutamine, S100B and cytokines. In this work, we induced status epilepticus (SE) in young rats (PN28) through the lithiumpilocarpine model that mimics neuronal, biochemical and morphological alterations similar to ELT in humans. The animals were divided at times 1, 14 and 56 days after the induction of SE. These periods are characterized respectively as the acute, latent and chronic phase of epilepsy. Initially, we analyzed neurochemical and astrocytic changes over time. Initial and transient neuroinflammation was observed and promoted over time neuronal death, astrogliosis and astrocytic dysfunction. It has also been observed that the protein S100B, a calcium-binding protein, predominantly astrocytic, can be considered a marker of neuronal and astrocytic dysfunction promoted by this model of epilepsy. Next, we demonstrate that the modulation of S100B secretion by the antiinflammatory dexamethasone one day after SE induction reverses neuroinflammation, astrogliosis and astrocytic dysfunction in the acute and chronic time. Therefore, we analyzed that modulation of the GABAA receptor through GABAergics agonists and antagonists alters the secretion of S100B in acute hippocampal slices and in astrocyte culture. Therefore, it may be suggested that astroglial changes and time dependent neuroinflammation may be related to neuronal excitability and/or neuronal death in young rats in this epilepsy model; that S100B protein can be considered a marker of this epilepsy model and that the modulation of its secretion may be a possible pharmacological target in the treatment of epilepsy.

O Diabetes mellitus (DM) é uma desordem metabólica caracterizada principalmente por hiperglicemia crônica. Durante o DM, a atenção está voltada principalmente para doenças que afetam sistemas periféricos, contudo, as complicações do DM podem resultar em danos ao sistema nervoso central (SNC), podendo levar a prejuízos cognitivos. Em vista disso, o objetivo desta tese foi investigar alterações no SNC, particularmente relacionadas às funções astrocitárias e do funcionamento das barreiras encefálicas em modelo animal de DM baseando-se nas alterações periféricas. Além disso, foi analisado o efeito da exendina-4 (EX-4), um agonista dos receptores do peptídeo semelhante ao glucagon (GLP-1), em reverter os parâmetros avaliados. Os resultados observados mostraram prejuízos periféricos e no SNC decorrentes do DM. O DM foi responsável pela excessiva produção de AGEs e alterações em parâmetros periféricos como peso corporal, glicemia, hemoglobina glicada (HbA1c) e peptídeo C. Ao analisar o SNC, observamos prejuízo nas funções cognitivas, em parâmetros astrocitários, disfunções nas barreiras encefálicas e diminuição do conteúdo da subunidade GluN1 do receptor N-metil D-Aspartato (NMDA). O tratamento com EX-4 reverteu o prejuízo cognitivo, o dano nas barreiras encefálicas, a captação de glutamato e o conteúdo de GluN1. No entanto, a EX-4 não teve efeito sobre a glicemia e formação de AGEs. O dano em funções astrocitárias e nas barreiras encefálicas observado no DM pode ser decorrente da ativação de vias de sinalização desencadeadas pelos elevados níveis de AGEs. Da mesma maneira, o prejuízo no comportamento cognitivo provavelmente possa ser atribuído aos danos astrocitários e nas barreiras encefálicas observados no DM. O efeito da EX-4 na melhora cognitiva possivelmente seja devido aos seus efeitos na captação de glutamato, no conteúdo de GluN1 e na recuperação das barreiras do encéfalo. Ainda, os papéis já estabelecidos da EX-4 na ativação de vias de sinalização relacionadas com a aprendizagem e memória e na diminuição da expressão de mediadores inflamatórios, podem ter atenuado os danos causados pela hiperglicemia e pelo acúmulo de AGEs. No entanto, mais estudos são necessários para estabelecer o mecanismo de ação da EX-4 na recuperação dos danos causados pelo DM no SNC. Diabetes mellitus (DM) is a metabolic disorder characterized primarily by chronic hyperglycemia. During the DM, attention is mainly focused on diseases affecting peripheral systems. However, DM complications may result in damage to the central nervous system (CNS), leading to cognitive impairments. In view of this, the aim of this thesis was to investigate changes in the CNS, particularly related to astrocytic functions and the functioning of the brain barriers in animal model of DM relying on the peripheral changes and to analyze the effect of exendin-4 (EX-4), an agonist of glucagon like peptide-1 (GLP-1) receptors, in reversing the parameters evaluated. The observed results showed peripheral and CNS damage resulting from DM. The DM was responsible for the excessive production of AGEs and changes in peripheral parameters such as body weight, blood glucose, glycated hemoglobin (HbA1c) and C-peptide When assessing the CNS, we observed impairment in cognitive functions, astrocytic parameters, dysfunctions in the brain barriers and decrease in N-methyl-D-aspartate (NMDA) GluN1 subunit content. Treatment with EX-4 reversed the cognitive impairment, damage in brain barriers, glutamate uptake and GluN1 content. However, the EX-4 had no effect in the glycemia and ADEs formation. The loss of astrocytic and brain barriers functions observed in DM may be due to the activation of signalling pathways triggered by high levels of AGEs. In addition, impairment in cognitive behavior can probably be attributed to astrocyte and brain barriers damage observed in DM. The effect of EX-4 on the cognitive improvement possibly be due to its effects on glutamate uptake, in the GluN1 content and in the recovery of the brain barriers. In addition, the EX-4 established roles in the activation of signalling pathways associated with learning and memory and in the decrease expression of inflammatory mediators, can attenuate the damage caused by hyperglycemia and by accumulation of AGE. However, further studies are needed to establish the mechanism of EX-4 action in the recovery of damage caused by DM in CNS.

Tanto a proteína glial fibrilar ácida (GFAP) quanto a proteína S100B têm sido utilizadas como marcadores de plasticidade astroglial, particularmente em danos encefálicos; entretanto, elas não necessariamente sofrem alterações ao mesmo tempo ou no mesmo sentido. Neste trabalho, nós induzimos um modelo da doença de Parkinson (DP) através de injeções intraestriatais de 6-OHDA em ratos e investigamos as alterações em GFAP e S100B, por meio de ELISA, na substância negra (SN), estriado e líquido cefalorraquidiano (LCR), um, sete e 21 dias após a cirurgia. O modelo experimental foi validado por meio da medida do comportamento rotacional induzido por metilfenidato e conteúdo da enzima tirosina-hidroxilase (TH) na SN e estriado. Até onde sabemos, esta é a primeira vez que se mostra a dosagem de S100B e GFAP no LCR no modelo de 6-OHDA. Foi identificada uma gliose no estriado (com base no aumento de GFAP), mas tal alteração não foi identificada na SN. Identificamos um aumento transitório de S100B e GFAP, no 1° e 7° dias após a cirurgia, respectivamente. Esta alteração inicial de S100B no LCR aparentemente está relacionada à lesão mecânica. Entretanto, em culturas de astrócitos, confirmamos a indução da secreção de S100B provocada por 6-OHDA. A toxina dopaminérgica MPTP também foi capaz de aumentar a secreção. Estes dados apontam para um efeito direto das toxinas 6-OHDA e MPTP nas células gliais. Também testamos o efeito destas toxinas em fatias estriatais frescas. Porém, neste tipo de preparação, não foram capazes de induzir a secreção de S100B, em 1h. O conteúdo intracelular de S100B e GFAP não foi alterado. Os dados apresentados reforçam a utilização destas toxinas em modelos da DP, além de indicar a importância da proteína S100B como um marcador útil nesta doença. Both glial fibrillary acidic protein (GFAP) and S100B have been used as markers of astroglial plasticity, particularly in brain injury; however, they do not necessarily change in the same time frame or direction. Herein, we induced a Parkinson’s disease (PD) model via a 6-OHDA intrastriatal injection in rats and investigated the changes in GFAP and S100B using ELISA in the substantia nigra (SN), striatum, and cerebrospinal fluid on the 1st, 7th, and 21st days following the injection. The model was validated using measurements of rotational behaviour induced by methylphenidate and tyrosine hydroxylase in the dopaminergic pathway. To our knowledge, this is the first measurement of cerebrospinal fluid S100B and GFAP in the 6-OHDA model of PD. Gliosis (based on a GFAP increase) was identified in the striatum, but not in the SN. We identified a transitory increment of cerebrospinal fluid S100B and GFAP on the 1st and 7th days, respectively. This initial change in cerebrospinal fluid S100B was apparently related to the mechanical lesion. However, the 6-OHDA-induced S100B secretion was confirmed in astrocyte cultures. MPTP also increased S100B secretion in astrocyte cultures. These data point to a direct effect of the toxins 6-OHDA and MPTP on glial cells evaluated by S100B secretion. Under these conditions acute striatal slices did not secrete S100B in response to these toxins. No direct changes were observed in the cellular content of S100B or GFAP. In summary, these data reinforce the use of these toxins in PD models, as well as indicate the importance of the glial-derived protein S100B as useful marker in PD.

Os astrócitos são células conhecidas por sua capacidade dinâmica e versatilidade, participando não somente da manutenção da homeostase cerebral em condições fisiológicas, mas também respondendo em condições patológicas, como por exemplo, na encefalopatia hepática (EH). Esta patologia neurológica está associada principalmente à hiperamonemia, decorrente de uma falência hepática aguda ou crônica. A toxicidade da amônia no sistema nervoso central (SNC) é mediada por uma série de alterações celulares e metabólicas, principalmente nas células astrogliais. Nesse sentido, a busca por moléculas com potencial terapêutico no SNC é extremamente relevante. Trabalhos do nosso grupo mostraram que o resveratrol e o ácido lipoico, duas moléculas conhecidas pelos seus efeitos antioxidantes, modulam importantes funções gliais, relacionadas principalmente ao metabolismo glutamatérgico, à defesa antioxidante e à resposta inflamatória. Neste sentido, esta tese teve como objetivo avaliar os efeitos do resveratrol e do ácido lipoico em células astrogliais e neuronais expostas à amônia, assim como seus possíveis mecanismos protetores. Primeiramente, nós observamos que o resveratrol e o ácido lipoico foram capazes de prevenir as alterações induzidas pela amônia em células astrogliais C6, sobre parâmetros do metabolismo glutamatérgico, dentre os quais podemos destacar a captação de glutamato, a atividade da enzima glutamina sintetase (GS) e o conteúdo de glutationa (GSH). Além disso, o ácido lipoico também exerceu um efeito antiinflamatório nestas células, prevenindo a liberação de citocinas pró-inflamatórias (TNFα, IL- 1β, IL-6, IL-18) e da proteína S100B, através da diminuição da ativação do fator de transcrição NFκB. Nós também verificamos que a maioria dos efeitos protetores do resveratrol e do ácido lipoico foram dependentes da heme oxigenase 1 (HO1), uma enzima associada com a defesa celular em situações de estresse. Por fim, foram avaliados os efeitos do resveratrol e do ácido lipoico sobre células neuronais expostas à amônia. Novamente, ambos apresentaram um efeito benéfico, prevenindo tanto o aumento da produção de espécies reativas de oxigênio (ERO) quanto a diminuição do conteúdo de GSH induzidos pela amônia. Nas células neuronais, a proteína HO1 também participou dos efeitos protetores do resveratrol e do ácido lipoico. Em conjunto, esses resultados nos mostram que o resveratrol e o ácido lipoico são capazes de modular positivamente o funcionamento tanto de células astrogliais quanto de células neuronais em situações de hiperamonemia, compartilhando também alguns mecanismos de ação, como a indução da HO1. Este estudo in vitro sugere que o resveratrol e o ácido lipoico são potenciais agentes terapêuticos para doenças do SNC, as quais envolvam produção de espécies reativas e resposta inflamatória, como a EH. Astrocytes are dynamic and versatile cells which participate in the maintenance of brain homeostasis in physiological conditions and also in response to pathological conditions, such as hepatic encephalopathy. This neurological disease is mainly associated with hyperamonnemia, resulting from acute or chronic liver failure. Ammonia toxicity in the central nervous system (CNS) is mediated by several cellular and metabolic alterations, primarily in astroglial cells. In this sense, the search for molecules with therapeutical potential for CNS becomes highly relevant. Our group has shown that resveratrol and lipoic acid, two molecules known for their antioxidant activities, are able to modulate important glial functions mainly related to glutamate metabolism, antioxidant defense and inflammatory response. In this sense, this study aimed to evaluate the effects of resveratrol and lipoic acid in astroglial and neuronal cells exposed to ammonia, as well as their possible protective mechanisms. Firstly, we observed that resveratrol and lipoic acid were able to prevent ammonia-induced alterations in C6 astroglial cells functioning, such as glutamate uptake, glutamine synthetase (GS) activity and intracellular GSH content. Moreover, lipoic acid also exerted an anti-inflammatory effect in C6 astroglial cells, preventing the ammonia-stimulated release of pro-inflammatory cytokines (TNF, IL-1β, IL-6, IL-18) and S100B protein, by decreasing the activation of the transcription factor NFκB. We also verified that the most protective effects of resveratrol and lipoic acid involved the heme oxygenase 1 (HO1), an enzyme associated with protection against stressful conditions. Finally, we evaluated the effects of resveratrol and lipoic acid on neuronal cells exposed to ammonia. Again, both showed beneficial roles, preventing the increase of reactive oxygen species (ROS) and decrease of GSH content induced by ammonia. In neuronal cells, HO1 also mediated the protective effects of resveratrol and lipoic acid. Taken together, these results show that resveratrol and lipoic acid are able to positively modulate the functioning of both astroglial and neuronal cells in hyperamonemmia conditions, sharing some mechanisms of action, such as HO1. This study in vitro suggests that resveratrol and lipoic acid may represent potential therapeutic agents for CNS, during oxidative and inflammatory damages, as the induced by ammonia.

Apesar de representarem cerca de 50% de todas as células do encéfalo humano, as células da glia foram negligenciadas pela Doutrina do Neurônio, no início do século XX, por não serem excitáveis e por não se comunicarem como os neurônios. Durante um longo período, os estudos sobre os astrócitos se restringiam a suas funções de suporte do SNC. Atualmente se sabe que os astrócitos expressam receptores para uma variedade de neurotransmissores, como por exemplo, receptores colinérgicos nicotínicos, sugerindo possíveis mecanismos de resposta aos sinais enviados pela atividade neuronal, de modo variável e dinâmico, espontaneamente ou dependente da atividade neuronal e ativado pela alteração dos níveis intracelulares de Ca2+. Entretanto, os mecanismos específicos que explicam como essas células podem ser ativadas e qual sua contribuição para funcionamento do SNC ainda não estão totalmente esclarecidos. A secreção da proteína trófica S100B pelo astrócito pode ser um exemplo de comunicação celular, bem como também marcador biológico para diversas doenças. O nosso grupo já mostrou o envolvimento de diversos sistemas neuronais na modulação da secreção da proteína S100B. Um outro exemplo de comunicação é a liberação de gliotransmissores e a influência aguda astrocítica na transmissão sináptica. O objetivo dessa tese foi investigar se ativação do sistema colinérgico modula a secreção da proteína S100B em culturas primárias de astrócitos. Ainda, investigamos o uso da optogenética para o estudo da gliotransmissão em fatias de hipocampo. As culturas foram tratadas com inibidores da acetilcolinesterase (huperzina-A e tacrina), agonistas (acetiltiocolina, nicotina e carbacol) e antagonistas (mecamilamina e escopolamina) colinérgicos incubados durante 1 e 24 h. Os estudos em optogenética partiram primeiramente da caracterização do sistema cre/lox através da análise da expressão das proteínas de interesse, seletiva para astrócitos, por imunohistoquímica. Os resultados do primeiro estudo mostraram que a huperzina-A aumentou a secreção de S100B em culturas primárias de astrócitos, assim como o tratamento com nicotina; no segundo, discutiu-se as limitações metodológicas quanto a especificidade das proteínas e alteração da fisiologia dos astrócitos. Os resultados obtidos nessa tese ressaltam para a importância do conhecimento da fisiologia do astrócito, contribuindo para o entendimento de um possível mecanismo de ativação colinérgico dos astrócitos em promover secreção de S100B. Também é preciso ressaltar a relevância de novas metodologias que ajudam a descrever melhor o papel dos astrócitos na atividade sináptica. Although about half of the brain cells are glial cells, the Neuron Doctrine has neglected them, at the beginning of 20th century, because they were not excitable and also, they were unable to communicate as neurons. For a long time, the studies about astrocytes functions were limited to trophic and metabolic support to neurons by which providing for the homeostasis of the nervous system. A variety of studies have been shown the expression of different neurotransmitters receptors in astrocytes, for instance, nicotinic receptors, suggesting the possibility of astrocytic response to neuronal activity. This response is variable and dynamic and mostly can be activated by changes at the intracellular calcium levels. However, the specific mechanisms of astrocytic Ca2+ excitability and how this process could contribute to CNS functioning are still unclear. The S100B secretion could be an example of cellular communication, as well as biomarker for diverse diseases. S100B is calcium binding protein, produced and secreted mainly by astrocytes. Our group has already demonstrated the relevance of various neuronal systems mediating the S100B secretion. Another astrocytic form of communication could be the release of gliotransmitters and the acute influence at synaptic transmission. The aim of this thesis was to investigate whether cholinergic system activation could modulate S100B secretion in primary astrocytes cultures. Moreover, we investigated the optogenetic properties as a tool for gliotransmission studies in hippocampal slices. The astrocytes cultures were treated with acetylcolinesterase inhibitors (huperzine-A and tacrine), agonists (acetylthiocholine, nicotine and carbachol) and antagonists (mecamylamine and scopolamine) for 1 and 24h. The optogenetic studies were conducted, firstly, from the cre/lox characterization of protein expression, selectively for astrocytes, by immunohistochemistry. The first study results showed that huperzine-A increased S100B secretion, as well as nicotine; in the second study, we have discussed the main methodological limitations concerning the protein specificity and astrocytes physiology changes. These results raise the importance of astrocytes functions investigations, especially S100B secretion, contributing for the first time to the understanding of astrocytes excitability likely trough nicotinic system activation. In addition, it is worthy to note that new methodologies are relevant and can help us in a better description of astrocytes role during synaptic activity and brain functioning.

A obesidade é uma desordem que resulta do acúmulo excessivo de tecido adiposo e sua disfunção, e está associada ao risco de patologias como o Diabetes Mellitus. Muitas são as causas para o seu desenvolvimento, mas a mais importante, provavelmente, é o consumo aumentado de alimentos ricos em açúcar e gorduras. Diabetes é uma das mais importantes e prevalentes desordens crônicas. Afeta cerca de 250 milhões de pessoas no mundo, com 6 milhões de casos diagnosticados a cada ano. A dieta hiperpalatável tem sido bem descrita como indutora do aumento do peso corporal e massa de tecido adiposo bem como do desenvolvimento de desordens associadas. Portanto, esta dieta tem sido amplamente utilizada como modelo de obesidade e Diabetes Mellitus tipo II. O aquecimento de dietas ricas em açúcar ou gorduras leva ao aumento da produção de produtos finais avançados de glicação (AGEs), o que parece agravar os sintomas induzidos pela dieta. Em face disto, tivemos por objetivo induzir o modelo de diabetes e obesidade nos ratos através dieta hiperpalatável, aquecida ou não. Analisamos primeiramente parâmetros metabólicos periféricos (teste de tolerância a glicose, ácidos graxos livres, triacilgliceróis), que confirmaram a eficácia do modelo. Posteriormente, observamos alterações na via de sinalização da insulina induzidas pela dieta. Foram analisadas as proteínas PI3K, Akt e IRS-1 em hipocampo e hipotálamo dos ratos. Além disso, observamos alterações metabólicas, dano oxidativo, alterações no sistema glutamatérgico, na quantidade da proteína GFAP e por fim, indícios de alterações comportamentais, com sinais de aumento da ansiedade e diminuição da atividade locomotora. Obesity is a disorder resulting from excess adipose tissue and its dysfunction and is associated with risk of diseases such as Diabetes Mellitus. There are many causes for obesity but the most important is probably the overeating and the ready availability of food rich in fat and sugar. Diabetes is one of the most important and prevalent chronic disorders. It currently affects 250 million people worldwide, with 6 million new cases reported each year. Palatable diet has been described as an inducer of increased body weight and adipose tissue mass and the development of associated disorders. So this diet has been widely used as a model of obesity and diabetes mellitus type II. The heating of diets rich in sugar or fat leads to increased production of advanced glycation end products (AGEs), which seem to aggravate the symptoms induced by diet. For that reason, the objective was to induce a model of diabetes and obesity in rats by palatable diet, heated or not. First analyzed peripheral metabolic parameters (glucose tolerance test, free fatty acids, triglycerides), which confirmed the effectiveness of the model. Subsequently, we observed changes in the insulin signaling pathway induced by diet. We analyzed the proteins PI3K, Akt and IRS-1 in hippocampus and hypothalamus of rats. Moreover, we observed metabolic changes, oxidative damage, changes in the glutamatergic system, the amount of GFAP protein and finally, signs of behavioral changes, signs of increased anxiety and decreased locomotor activity.

A aquaporina-4 (AQP-4) é o principal canal de água localizado no sistema nervoso central (SNC). Durante o aumento do potássio (K+) extracelular, a captação de K+ pelos astrócitos está provavelmente associada com o co-transporte de água. Neste caso, a AQP-4 poderia servir como uma rota de saída para a água, e isto seria vantajoso para a liberação de K+ se a permeabilidade à água da AQP-4 fosse aumentada pela alta concentração de K+ extracelular. Diversos estudos demonstraram a sobreposição da expressão ontogenética de AQP-4 e do canal retificador interno de K+ Kir 4.1, sugerindo uma associação molecular da AQP-4 e Kir 4.1 no tamponamento espacial do K+, o que facilitaria o movimento de água através da membrana plasmática. A S100B é uma proteína expressa e secretada no SNC principalmente por astrócitos, que possui efeitos neurotróficos quando expressa em concentrações nanomolar (nM) e efeitos neurotóxicos quando presente em concentrações micromolar (μM). Foi demonstrado um aumento compensatório na AQP-4 em resposta a superexpressão de S100B, no entanto ainda não foi demonstrado se a AQP-4 ou os canais Kir 4.1 podem modular a secreção de S100B. Além disso, há poucos relatos sobre as alterações da expressão de AQP-4 e Kir 4.1 ao longo do desenvolvimento cerebral. Nós investigamos se a secreção de S100B é alterada em fatias hipocampais de ratos com diferentes idades (15, 30, 45, 60 e 90 dias) expostas à inibidores de AQP-4 e Kir 4.1 e se ocorrem alterações na expressão de AQP-4 e Kir 4.1 em cérebros de ratos com 15, 30, 60 e 90 dias. Observamos um aumento na secreção de S100B em hipocampos de ratos mais jovens expostos a acetazolamida (AZA) e tetraetilamônio (TEA), inibidores de AQP-4, e uma diminuição na secreção de S100B em hipocampo de ratos expostos a cloreto de bário (BaCl2), inibidor de Kir 4.1. Também encontramos uma diminuição na expressão de AQP-4 nos hipocampos de ratos com 60 e 90 dias quando comparados com os mais jovens e uma diminuição na expressão de Kir 4.1 em animais de 90 dias. Apesar da AQP-4 e Kir 4.1 estarem co-localizadas e apresentarem um padrão de expressão similar, o mecanismo pelo qual estas proteínas modulam a secreção de S100B parece ser independente. The aquaporin-4 (AQP-4) is the main water channel located in the central nervous system (CNS). During the increase of extracellular potassium (K+), this is take up by astrocytes and probably is associated with the co-transport of water. In this case, the AQP-4 could serve as an exit route for the water, and it would be advantageous for the release of K+ if the permeability to water of AQP-4 was increased by high extracellular K+ concentration. Several studies have demonstrated the overlap between ontogenetic expression of AQP-4 and inwardly rectifying K+ channel Kir 4.1, suggesting a molecular association of AQP-4 and Kir 4.1 in the K+ spatial buffer, which facilitates the trespass of water across the plasma membrane. The S100B protein is expressed and secreted by astrocytes in the CNS, which has neurotrophic effects when expressed in the nanomolar (nM) concentrations and neurotoxic effects when present at concentrations micromolar (μM). It has been shown a compensatory increase in AQP-4 in response to overexpression of S100B, but has not yet been demonstrated if the AQP-4 channels or Kir 4.1 may modulate the secretion of S100B. In addition, there are few reports showing changes in the expression of Kir 4.1 and AQP-4 along the developing brains. We investigated whether S100B secretion is altered in hippocampal slices from rats with different ages (15, 30, 45, 60 and 90 days old) exposured to inhibitors of AQP-4 and Kir 4.1 and if there are changes in the expression of AQP-4 and Kir 4.1 in brain of 15, 30, 60 and 90-days old rats. We observed an increase in S100B secretion in hippocampus of younger rats exposed to tetraethylammonium (TEA) and acetazolamide (AZA), AQP-4 inhibitors and a decrease in the secretion of S100B in hippocampus of rats exposed to barium chloride (BaCl2), an inhibitor of Kir 4.1. We also found a decrease in AQP-4 expression in hippocampus of rats with 60 and 90 days old when compared with younger rats and a decrease in the expression of Kir 4.1 in 90-days old animals. Despite the Kir 4.1 and AQP-4 are co-located and present a similar pattern of expression, the mechanism by which these proteins modulate S100B secretion seems to be independent

A S100B, uma proteína ligante de cálcio de 21 kDa, possui muitos alvos intracelulares envolvidos no ciclo celular e na regulação do citoesqueleto em astrócitos. Além disso, essa proteína é secretada e possui efeitos autócrinos e parácrinos na glia, plasticidade sináptica e microglia. A expressão de S100B, particularmente a S100B extracelular, é usada como um parâmetro de ativação e/ou morte glial em diversas situações de dano cerebral. Existem muitos imunoensaios para a dosagem de S100B, que diferem em relação à especificidade, sensibilidade, aplicação das amostras e custo. Nós padronizamos dois protocolos para a dosagem de S100B (variando em sensibilidade de 1,9 pg a 10 ng/mL) em amostras de humanos e de ratos, de tecido cerebral, tecido adiposo, soro, líquor, urina e amostras de cultura de células. Muitos secretagogos de S100B já foram identificados, mas o mecanismo de secreção dessa proteína ainda é desconhecido e envolve um mecanismo do tipo não-clássico de secreção. Nós investigamos o papel do Ca2+ na secreção de S100B em cultura primária de astrócitos. Nossos resultados mostraram que o DMSO é um potente secretagogo da S100B. A secreção de S100B induzida por DMSO foi dependente da mobilização de cálcio do retículo endoplasmático, mas não de reorganização do citoesqueleto. A propriedade do DMSO em induzir a secreção de S100B deve ser adicionada à lista de aplicações terapêuticas desse composto, especialmente considerando os efeitos neuroprotetores que têm sido observados da S100B em situações de dano cerebral agudo. Além disso, a utilidade do DMSO como uma ferramenta para investigar a mobilização de cálcio intracelular deve ser levada em consideração. Sabe-se que os astrócitos sentem, interagem e respondem a estímulos gerados pelos neurônios ou pelo dano neuronal e essa resposta envolve a comunicação por junção gap. A vulnerabilidade neuronal a danos é aumentada quando co-culturas de astrócitos e neurônios são expostas a inibidores de junção gap. Entretanto, a inibição das junções gap pode limitar a extensão de uma lesão. Nós investigamos uma possível relação entre a comunicação por junção gap e a secreção de S100B. Nossos dados indicam que o bloqueio das junções gap estimula a secreção de S100B em cultura de astrócitos, bem como em fatias agudas hipocampais. A secreção de S100B foi observada com o uso de diferentes tipos de bloqueadores de junção gap e o resultado foi dependente do tempo, da natureza do inibidor, de seu possível alvo intracelular e/ou do tipo de preparação celular utilizada. Fisiologicamente, um bloqueio local da comunicação por junção gap associado com a liberação de S100B em uma situação de dano favorece a idéia da existência de um mecanismo comum para limitar a extensão da lesão e, simultaneamente, aumentar as chances de sobrevivência celular. S100B, a calcium-binding protein of 21 kDa, has many putative intracellular targets involved in cell cycle and cytoskeleton regulation in astrocytes. In addition, this protein is also secreted and has autocrine and paracrine effects on glia, synaptic plasticity and microglia. S100B expression, particularly extracellular S100B, is used as a parameter of glial activation and/or death in several situations of brain injury. Several immunoassays for S100B measurement are available, which differ with regard to specificity, sensitivity, sample application, and, of course, economic costs. We standardized two protocols for S100B measurement (range between 1,9 pg and 10 ng/mL) in human and rat samples from brain and adipose tissues, blood serum, cerebrospinal fluid, urine and cell culture. Many S100B secretagogues have been identified, but the underlying mechanism of secretion remains unknown and involves a non-classic export. Herein, we investigate the role of Ca2+ in S100B secretion in primary cultured astrocytes. Results indicate that DMSO is a powerful S100B secretagogue. DMSO induced S100B secretion was dependent on increased intracellular Ca2+ mobilization from endoplasmatic reticulum and independent of cytoskeleton reorganization. Furthermore, the S100B-secreting property of DMSO should be added to the list of therapeutic applications of this compound, particularly considering the neuroprotective effects of S100B that have been observed in acute brain damage. In addition, the usefulness of DMSO per se as a tool to investigate intracellular calcium mobilization should be taken into consideration. Astrocytes sense, integrate, and respond to stimuli generated by neurons or neural injury; this response involves gap junction (GJ) communication. Neuronal vulnerability to injury increased when cocultures of astrocytes and neurons were exposed to GJ inhibitors. However, GJ uncoupling could limit the extension of a lesion. We investigated a possible link between GJ communication and S100B secretion. Our data indicate that GJ blocking stimulates S100B secretion in astrocyte cultures and acute hippocampal slices. S100B secretion was observed with different types of GJ inhibitors; the resulting event was dependent on time, the nature of the inhibitor, its putative molecular target of GJ blocking, and/or the cell preparation used. Physiologically, a local GJ closure associated with release of S100B in injury conditions favors the idea of a common mechanism available to limit the extension of lesion and increase the chances of cell survival.

O desequilíbrio entre defesas antixiodantes e espécies reativas, conhecido como estresse oxidativo, tem sido relacionado com o desenvolvimento de doenças neurodegenerativas. Diversos estudos indicam que o exercício físico traz benefícios à saúde, inclusive para o sistema nervoso central, que estariam relacionados à adaptação das defesas antioxidantes. Além disso, pesquisas sugerem que o exercício associado a uma condição de retrição calórica pode reduzir tanto a incidência quanto a severidade de desordens neurológicas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência de exercício físico e restrição calórica no estado redox e em parâmetros gliais no hipocampo de ratos. Quarenta ratos Wistar machos, com idade de aproximadamente 60 dias, foram divididos em 4 grupos: alimentados ad libitum e sedentários (AS), alimentados ad libitum e exercitados (AE), em restrição calórica e sedentários (RS) e em restrição calórica e exercitados (RE). Os animais foram sacrificados após 3 meses de restrição calórica (30% da ingestão de ração) e exercício físico (de intensidade moderada em esteira), sendo o hipocampo cirurgicamente removido para avaliação dos parâmetros de interesse. Foram realizadas também análises bioquímicas séricas. Os grupos AE, RS and RE apresentaram um aumento nos níveis de glutationa reduzida (GSH) e na reatividade antioxidante total (TAR). Os níveis de nitratos/nitritos diminuiram somente no grupo RE. Foi observado um decréscimo no conteúdo de proteínas carboniladas nos grupos AE, RS e RE, enquanto nenhuma modificação foi detectada no ensaio de TBARS (espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico). Não houve diferenças no potencial antioxidante reativo total (TRAP), na atividade da superóxido dismutase (SOD), no conteúdo de S100B e GFAP, entretanto, a restrição calórica foi capaz de aumentar a captação de glutamato (grupos RS e RE) e a atividade da glutamina sintetase (GS) (grupo RS). O exercício físico, a restrição calórica e a combinação de ambos são capazes de atenuar o dano oxidativo no hipocampo, possivelmente através da modulação de parâmetros gliais, podendo ser utilizados como estratégias na prevenção de doenças neurodegenerativas. Imbalanced redox status has been related to neurodegenerative disease development. Some studies demonstrate that physical activity produces antioxidant adaptations that have health benefits, including in the nervous system. Additionally, available data suggest exercise and a caloric restriction regimen may reduce both the incidence and severity of neurological disorders. Therefore, our aim was to compare hippocampal redox status and glial parameters among sedentary, trained, caloric-restricted sedentary and caloric-restricted trained rats. Main methods: Forty male adult rats were divided into 4 groups: ad libitum-fed sedentary (AS), ad libitum-fed exercise training (AE), calorie-restricted sedentary (RS) and calorie-restricted exercise training (RE). The caloric restriction (decrease of 30% in food intake) and exercise training (moderate in a treadmill) were carried out for 3 months. Thereafter hippocampus was surgically removed, and redox and glial parameters were assessed. Key findings: Increases in reduced glutathione (GSH) levels and total antioxidant reactivity (TAR) were observed for AE, RS and RE groups. The nitrite/nitrate levels decreased only at RE. We found a decrease in carbonyl content for the AE, RS and RE groups, while no modifications were detected in thiobarbituric acid reactive substances (TBARS). Total reactive antioxidant potential (TRAP), superoxide dismutase (SOD) activity, S100B and glial fibrilary acid protein (GFAP) content did not change, but caloric restriction was able to increase glutamine synthetase (GS) activity (RS group) and glutamate uptake (RS and RE groups). Significance: Exercise training, caloric restriction and both combined can decrease oxidative damage in the hippocampus, possibly involving modulation of astroglial function, and could be used as a strategy for the prevention of neurodegenerative diseases.

A oclusão permanente e bilateral das artérias carótidas comuns (2VO), resultando em uma significante redução do fluxo sangüíneo cerebral (hipoperfusão) em ratos, é aceita como um modelo experimental bem estabelecido para investigar dano neuronal e déficit cognitivo que ocorrre com o envelhecimento e na doença de Alzheimer. Neste estudo foram avaliadas duas proteínas gliais: S100B e proteína glial fibrilar ácida (GFAP) no tecido cortical cerebral e hipocampo, bem como a S100B no fluído cerebroespinal, e captação de glutamato e a atividade da glutamina sintetase em hipocampo. A cognição foi avaliada através dos protocolos espaciais de memória de referência e de trabalho. O conteúdo de S100B periférico, particularmente no soro e no fluído cerebroespinal (CSF), tem sido usado como parâmetro de ativação glial em diversas condições patológicas. Preliminarmente, investigamos o efeito de anestésicos (tiopental, cetamina e halotano) no conteúdo de S100B no CSF e soro, isto porque alguns estudos têm sugerido um efeito prejudicial desses compostos. Além disso, foi investigado também o possível efeito dependente do sexo sobre o conteúdo de S100B no CSF, já que vários estudos têm sugerido os astrócitos como um dos alvos do estrogênio. Altos níveis de S100B no CSF foram encontrados em ratos anestesiados com tiopental; estes níveis, independente do anestésico, foram sexo-dependentes. Ratos adultos, machos Wistar foram submetidos a 10 semanas de hipoperfusão cerebral crônica após o método 2VO. Um significante aumento da S100B e GFAP em hipocampo foi observado, como também uma significante redução da captação de glutamato. Entretanto, observamos uma diminuição da S100B no CSF. Com relação à função cognitiva, houve um déficit tanto na memória espacial de referência como na de trabalho no labirinto aquático. Nossos dados reforçam a hipótese de que astrócitos têm um papel crucial nos mecanismos das patologias neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer, e que a patologia hipocampal resultante da hipoperfusão crônica contribui para os déficits de memória. The permanent occlusion of common carotid arteries (2VO), resulting in a significant reduction in cerebral blood flow (hypoperfusion) in rats, is accepted as a well established experimental model to investigate neuronal damage and cognitive impairment that occurs in human ageing and Alzheimer's disease. In the present study, we evaluated two astroglial proteins: S100B and glial fibrillary acidic protein (GFAP) in cerebral cortex and hippocampus tissue, as well S100B in cerebrospinal fluid, and glutamate uptake and glutamine synthetase activity in hippocampus tissue. Cognition was assessed by reference and working spatial memory protocols. Peripheral S100B content, particularly in serum and cerebrospinal fluid (CSF), has been used as a parameter of glial activation in several pathological conditions. Preliminary we investigated the effect of anesthetics (thiopental, ketamine and halothane) on CSF S100B levels since some studies have suggested a damage effect of these compounds. Moreover, we investigated a possible gender dependence on CSF S100B, since several studies have suggested astrocytes as putative targets for estrogen. Higher levels of CSF S100B were found when rats were anaesthetized with thiopental; these levels, independently of anesthetic, were gender dependent. Adult male Wistar rats were submitted to 10 weeks of chronic cerebral hypoperfusion after the 2VO method. A significant increase of S100B and GFAP in hippocampus tissue was observed, as well a significant decrease in glutamate uptake. Interestingly, we observed a decrease in S100B in cerebrospinal fluid. As for cognitive function, there was an impairment of both reference and working spatial memory in the water maze. Our data so support the hypothesis that astrocytes play a crucial role in the mechanisms of neurodegenerative disorders, like Alzheimer's disease, and that hippocampal pathology arising after chronic hypoperfusion gives rise to memory deficits.

A S100B é uma proteína ligante de cálcio astrocítica que, além de sua função intracelular sobre o citoesqueleto, tem um efeito trófico ou apoptótico sobre neurônios, dependendo de sua concentração. Esta proteína é marcadora de ativação glial durante dano ao sistema nervoso central. O dano neurológico associado ao Diabetes Melito está sendo investigado em modelos experimentais usando estreptozotocina e, alterações neuronais são atribuídas ao déficit insulínico resultante. Recentemente, o efeito neurotóxico da estreptozotocina foi caracterizado. Ratos hiperglicêmicos apresentam alterações no conteúdo de S100B e condições hiperglicêmicas prejudicam a viabilidade de astrócitos, mas não a de células de glioma. Neste trabalho nós investigamos as alterações bioquímicas e morfológicas de astrócitos e células de glioma C6 cultivadas em um meio com alto conteúdo de glicose Nossos resultados demonstraram uma diminuição no imunoconteúdo de S100B (e de proteína ácida fibrilar glial) em astrócitos corticais e células de glioma C6 de ratos expostas a um meio com alto conteúdo de glicose. Entretanto, astrócitos exibiram uma redução na secreção basal de S100B, enquanto, células de glioma C6 demonstraram um aumento nesta secreção. Além disso, a captação de glutamato não foi modificada em astrócitos, mas aumentou significativamente em células de glioma C6. Estas mudanças astrocíticas podem contribuir para a patofisiologia das desordens do sistema nervoso central induzidas pelo diabetes, bem como, para as alterações neuronais associadas às atividades de tumores derivados de astrócitos. Tais alterações específicas nas atividades astrocíticas são devido a um efeito direto do meio com elevada concentração de glicose e não de um efeito tóxico da estreptozotocina ou devido a um déficit de insulina, como observado em outros modelos de estudo. S100B is an astrocyte calcium-binding protein that, beyond its intracellular role in the cytoskeleton, has a trophic or apoptotic effect on neurones, depending on its concentration. This protein is a marker of glial activation during brain injury. Neurological damage associated with Diabetes mellitus has been commonly investigated in experimental models using the streptozotocin, and neural changes are attributed to the resulting insulin deficit. More recently, the direct neurotoxic effect of streptozotocin has also been characterized. Hyperglycaemic rats show changes in brain S100B content and a high-glucose supply impairs viability of astrocytes, but not of glioma cells. Here we investigated biochemical and morphological alterations in astrocytes and C6 glioma cells cultured in high-glucose medium. We found a decrease in the immunocontent of S100B (and glial fibrillary acidic protein) in both rat cortical astrocytes and C6 glioma exposed to high-glucose medium. However, astrocytes exhibited a decrease in basal S100B secretion, while glioma cells demonstrated an increment. Moreover, glutamate uptake was not modified in astrocytes, but was significantly increased in C6 glioma cells. These astrocyte changes may contribute to the underlying pathophysiology of diabetes-induced brain disorders, as well as neurological alterations associated with activities of astrocyte-derived tumors. Such specific alterations in astrocyte activities are due to a direct effect of high-glucose medium and not to a toxic effect of streptozotocin or to an insulin deficit, as observed in other models of investigation.

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.