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Resveratrol, a polyphenol presents in grapes and wine, displays antioxidant and anti-inflammatory properties and cytoprotective effect in brain pathologies associated to oxidative stress and neurodegeneration. In previous work, we demonstrated that resveratrol exerts neuroglial modulation, improving glial functions, mainly related to glutamate metabolism. Astrocytes are a major class of glial cells and regulate neurotransmitter systems, synaptic processing, energy metabolism and defense against oxidative stress. This study sought to determine the protective effect of resveratrol against hydrogen peroxide (H2O2)-induced cytotoxicity in C6 astrocyte cell line, an astrocytic lineage, on neurochemical parameters and their cellular and biochemical mechanisms. H2O2 exposure increased oxidative-nitrosative stress, iNOS expression, cytokine proinflammatory release (TNFa levels) and mitochondrial membrane potential dysfunction and decreased antioxidant defenses, such as SOD, CAT and creatine kinase activity. Resveratrol strongly prevented C6 cells from H2O2- induced toxicity by modulating glial, oxidative and inflammatory responses. Resveratrol per se increased heme oxygenase 1 (HO1) expression and extracellular GSH content. In addition, HO1 signaling pathway is involved in the protective effect of resveratrol against H2O2-induced oxidative damage in astroglial cells. Taken together, these results show that resveratrol represents an important mechanism for protection of glial cells against oxidative stress.

Ammonia is implicated as a neurotoxin in brain metabolic disorders associated with hyperammonemia. Acute ammonia toxicity can be mediated by an excitotoxic mechanism, oxidative stress and nitric oxide (NO) production. Astrocytes interact with neurons, providing metabolic support and protecting against oxidative stress and excitotoxicity. Astrocytes also convert excess ammonia and glutamate into glutamine via glutamine synthetase (GS). Resveratrol, a polyphenol found in grapes and red wines, exhibits antioxidant and anti-inflammatory properties and modulates glial functions, such as glutamate metabolism. We investigated the effect of resveratrol on the production of reactive oxygen species (ROS), GS activity, S100B secretion, TNF-a, IL-1b and IL-6 levels in astroglial cells exposed to ammonia. Ammonia induced oxidative stress, decreased GS activity and increased cytokines release, probably by a mechanism dependent on protein kinase A (PKA) and extracellular signal-regulated kinase (ERK) pathways. Resveratrol prevented ammonia toxicity by modulating oxidative stress, glial and inflammatory responses. The ERK and nuclear factor-kB (NF-kB) are involved in the protective effect of resveratrol on cytokines proinflammatory release. In contrast, other antioxidants (e.g., ascorbic acid and trolox) were not effective against hyperammonemia. Thus, resveratrol could be used to protect against ammonia-induced neurotoxicity.

Background: Inflammatory responses in brain are primarily mediated by microglia, but growing evidence suggests a crucial importance of astrocytes. S100B, a calcium-binding protein secreted by astrocytes, has properties of a neurotrophic or an inflammatory cytokine. However, it is not known whether primary signals occurring during induction of an inflammatory response (e.g. lipopolysaccharide, LPS) directly modulate S100B. Methods: In this work, we evaluated whether S100B levels in cerebrospinal fluid (CSF) and serum of Wistar rats are affected by LPS administered by intraperitoneal (IP) or intracerebroventricular (ICV) injection, as well as whether primary astrocyte cultures respond directly to lipopolysaccharide. Results: Our data suggest that S100B secretion in brain tissue is stimulated rapidly and persistently (for at least 24 h) by ICV LPS administration. This increase in CSF S100B was transient when LPS was IP administered. In contrast to these S100B results, we observed an increase in in TNFa levels in serum, but not in CSF, after IP administration of LPS. In isolated astrocytes and in acute hippocampal slices, we observed a direct stimulation of S100B secretion by LPS at a concentration of 10 μg/mL. An involvement of TLR4 was confirmed by use of specific inhibitors. However, lower levels of LPS in astrocyte cultures were able to induce a decrease in S100B secretion after 24 h, without significant change in intracellular content of S100B. In addition, after 24 h exposure to LPS, we observed a decrease in astrocytic glutathione and an increase in astrocytic glial fibrillary acidic protein. Conclusions: Together, these data contribute to the understanding of the effects of LPS on astrocytes, particularly on S100B secretion, and help us to interpret cerebrospinal fluid and serum changes for this protein in neuroinflammatory diseases. Moreover, non-brain S100B-expressing tissues may be differentially regulated, since LPS administration did not lead to increased serum levels of S100B.

A doença de Alzheimer é o tipo de demência com a maior prevalência na população idosa, afetando drasticamente a memória e a autonomia dos indivíduos acometidos. Patológica e bioquimicamente, a doença é identificada através da presença de emaranhados neurofibrilares e o deposito extracelular de placas insolúveis, compostas por fibrilas provenientes da polimerização do peptídeo ß amiloide. Muitos marcadores astrogliais estão alterados na doença e podem contribuir no metabolismo ß amiloide. Dados sugerem a interação da S100B, uma proteína produzida e secretada por astrócitos, com o peptídeo ß amiloide. A fim de estudar essa possível interação entre ambos, conduzimos experimentos a fim de avaliar se a S100B teria a capacidade de desagregar/despolimerizar as fibrilas ß amiloide previamente formadas in vitro, visto que se observa a proteína co-localizada com as placas amiloides. Avaliamos concentrações baixas, na ordem de nM, e concentrações elevadas, na ordem de μM, de S100B a fim de identificar se o papel trófico e tóxico atribuídos a essas ordens de concentrações poderia estar relacionado a capacidade da mesma de desagregar/despolimerizar as fibrilas presentes. Como resultado, identificamos que essa característica é dependente, além da concentração de S100B, do tempo de incubação com as fibrilas, sendo que a concentração de 5 nM de S100B demonstrou manter essa propriedade por mais tempo inalterada. Alzheimer's disease is the most prevalent type of dementia in the elderly population, drastically affecting memory and the autonomy of those individuals. Morphopathologically and biochemically, the disease is identified through the presence of neurofibrillary tangles and the extracellular deposition of fibrillary plaques, composed of fibrils resulting from the polymerization of the ß amyloid peptide. Another marker used for the investigation of the disease is S100B protein, mostly from astrocytic origin and found elevated progressively in the disease course. Evidence suggests the interaction between S100B and ß amyloid peptide. In order to evaluate this possible interaction, experiments were carried out to assess whether S100B would have the ability to disaggregate/depolymerize pre-formed amyloid ß fibrils, once S100B protein is shown co-localized with senile plaques in studies in vivo and post mortem. Hence, we evaluate from a low range concentration to a higher order (throphic: nM; toxic: μm) values corresponding to a disaggregator/ depolymerizer role. As result, we identified that this feature is dependent on S100B concentration and incubation time with ab fibrils, in which the concentration of 5 nM of S100B exerted this property for a longer time.

A Doença de Alzheimer (DA) uma doença neurodegenerativa progressiva associada a uma variedade de sintomas neuropsiquiátricos e comportamentais. A análise de tecido cerebral de pacientes com DA revela lesões características como acúmulo do peptídeo -amiloide, emaranhados neurofibrilares e gliose. O sistema nervoso central (SNC) é seletivamente permeável a moléculas, essa seletividade se deve a presença da barreira hematoencefálica (BHE) e da barreira hematoliquórica (BHL). Estas barreiras possuem um complexo de junções oclusivas, que inibem a difusão paracelular de moléculas. Diversos estudos têm demonstrado que o acúmulo do peptídeo -amiloide pode comprometer a integridade da BHE resultando em neurodegeneração. Alterações na permeabilidade das barreiras são acompanhadas de mudanças na expressão de proteínas específicas como aquaporinas, claudinas, e Kir 4.1. Entretanto, pouco se sabe sobre as barreiras no modelo de demência induzido com estreptozotocina (STZ), cujas alterações precedem o acúmulo do peptídeo - amiloide. Pacientes com DA apresentam elevado estresse oxidativo e hipometabolismo da glicose encefálica, possivelmente pelo prejuízo na sinalização da insulina cerebral. Portanto, drogas utilizadas no tratamento do diabetes são sugeridas como benéficas nos casos de DA. Os agonistas dos receptores do peptídeo semelhante ao glucagon (GLP-1Rs) já demonstraram ter efeitos neuroprotetores na patologia da DA. A Exendina-4 (EX-4), uma destas drogas, também já demonstrou ter efeito protetor na funcionalidade da BHE em casos de diabetes mellitus e traumatismo crânio encefálico, no entanto, seu papel nos prováveis danos na BHE causados pela DA não estão estabelecidos. Neste trabalho, analisamos que prejuízos cognitivos e do metabolismo da glicose no modelo de demência induzido por STZ são revertidas pela EX-4. Observamos que os parâmetros de BHE não são alterados até 4 semanas, mas que a BHL se mostra comprometida em 4 semanas. Demonstramos que a relação entre DA e metabolismo da glicose é muito estreita, havendo melhora significativa em diversos parâmetros bioquímicos a partir do uso de EX-4, fortalecendo o potencial dos agonistas do GLP-1R como alternativa terapêutica para DA. Alzheimer's Disease (AD) is a progressive neurodegenerative disease associated with a variety of neuropsychiatric and behavioral symptoms. Analysis of brain tissue from AD patients reveals characteristic lesions such as ß-amyloid peptide accumulation, neurofibrillary tangles and gliosis. The central nervous system (CNS) is selectively permeable to molecules, this selectivity is due to the presence of the blood-brain barrier (BBB) and the blood-cerebrospinal barrier (BCSFB). These barriers have a complex of tight junctions, which inhibit the paracellular diffusion of molecules. Several studies have shown that the accumulation of ß-amyloid peptide can compromise the integrity of the BBB, resulting in neurodegeneration. Changes in barrier permeability are accompanied by changes in the expression of specific proteins such as aquaporins, claudins, and Kir 4.1. However, little is known about the barriers in the model of streptozotocin-induced (STZ-induced) dementia, whose alterations precede the accumulation of ß-amyloid peptide. AD patients have high oxidative stress and brain glucose hypometabolism, possibly due to impaired brain insulin signaling. Therefore, drugs used to treat diabetes are suggested as beneficial in AD cases. Glucagon-like peptide receptor agonists (GLP-1Rs) have been shown to have neuroprotective effects in AD pathology. Exendin-4 (EX-4), one of these drugs, has also been shown to have a protective effect on the functionality of the BBB in cases of diabetes mellitus and traumatic brain injury, however, its role in the probable damage to the BBB caused by AD has not been established. In this work, we analyze that cognitive and glucose metabolism impairments in the STZ-induced dementia model are reversed by EX-4. We observed that the BBB parameters are not changed up to 4 weeks, but that the BCSFB is compromised within 4 weeks. We demonstrate that the relationship between AD and glucose metabolism is very close, with significant improvement in several biochemical parameters from the use of EX-4, strengthening the potential of GLP-1R agonists as a therapeutic alternative for AD.

Dados experimentais indicam que a restrição calórica (RC) protege o sistema nervoso central (SNC) de várias condições patológicas, incluindo processos inflamatórios e degenerativos. As células gliais auxiliam na resposta inflamatória induzida por lipopolisacarídeo (LPS), em especial os astrócitos, que possuem o receptor Toll like 4 (TLR4), que atua como mediador da inflamação induzida por LPS nestas células. Neste estudo, avaliamos as alterações astrogliais e microgliais do hipocampo e hipotálamo em resposta à RC de 4 ou 8 semanas, frente ao insulto por LPS. Os parâmetros astrogliais avaliados foram, imunoconteúdo da proteína glial fibrilar ácida (GFAP), captação de glutamato e conteúdo de glutationa reduzida (GSH), além da molécula adaptadora de ligação de cálcio ionizada 1 (IBA-1) como marcador microglial. Os animais submetidos a RC tiveram ganho de massa corporal menor em ambos os tempos e o insulto inflamatório causou aumento dos níveis séricos de interleucina-6 (IL-6), atenuada nos animais que realizaram RC. Entretanto, as alterações na lipidemia e glicemia induzidas pelo LPS não foram modificadas em animais em protocolo de RC. Não percebemos uma ativação glial induzida pelo LPS, com base no conteúdo de GFAP e IBA-1. No entanto, o LPS causou uma redução de GSH no hipotálamo, mas não no hipocampo, inferindo em uma prevenção causada pela RC nos animais em protocolo de dieta. Por outro lado, no hipocampo observouse um aumento da captação de glutamato induzida por LPS parcialmente prevenida nos animais que realizaram RC. O estudo indica que RC modula funções astrogliais, reforçando a ideia de um efeito neuroprotetor contra inflamação aguda mediada por receptores TLR4. Experimental data indicate that caloric restriction (CR) protects the central nervous system from various pathological conditions, including inflammatory and degenerative processes. Glial cells help in the inflammatory response induced by lipopolysaccharide (LPS), especially astrocytes, which have the Toll-like receptor 4 (TLR4), which acts as a mediator of inflammation induced by LPS in these cells. In this study, we evaluated the astroglial and microglial alterations of the hippocampus and hypothalamus in response to CR at 4 or 8 weeks, in face of the LPS insult. The astroglial parameters evaluated were glial fibrillary acidic protein (GFAP) immunocontent, glutamate uptake and reduced glutathione (GSH) content, in addition to the ionized calcium binding adapter molecule 1 (IBA-1) as a microglial marker. The animals submitted to CR had a lower body mass gain in both periods and the inflammatory insult caused an increase in the serum levels of interleukin-6 (IL-6), attenuated in the animals that underwent CR. However, changes in lipidemia and glycemia induced by LPS were not modified in animals in CR protocol. We did not notice an LPS-induced glial activation based on the content of GFAP and IBA-1. However, LPS caused a reduction in GSH in the hypothalamus, but not in the hippocampus, inferring a prevention caused by CR in animals on a diet protocol. On the other hand, in the hippocampus, an increase in glutamate uptake induced by LPS was partially prevented in animals that underwent CR. The study indicates that CR modulates astroglial functions, reinforcing the idea of a neuroprotective effect against acute inflammation mediated by TLR4 receptors.

O metilglioxal (MG) é um composto dicarbonil, formado a partir de fontes exógenas e endógenas. A taxa de formação do composto depende do metabolismo e tipo celular e pelas condições fisiológicas, sendo, endogenamente, a via glicolítica, a mais importante fonte de produção. Níveis elevados de glicose estão relacionados ao acúmulo de MG no plasma e no líquido cefalorraquidiano (LCR), em doenças como o diabetes mellitus (DM) e a doença de Alzheimer (DA). A alta reatividade do MG leva a modificações de proteínas e outras biomoléculas, gerando produtos finais de glicação avançada (AGEs), apontados como mediadores nessas desordens neurodegenerativas. Além da glicação, outros efeitos resultantes de altos níveis de MG no sistema nervoso central (SNC) são envolvidas na direta modulação da neurotransmissão GABAérgica e glutamatérgica, com evidências sugerindo que os efeitos do MG podem ser relacionados a mudanças comportamentais e disfunção glial. No SNC, os astrócitos são mais suscetíveis ao dano para o estresse dicarbonílico, embora essas células apresentam um sistema glioxalase mais eficiente quando comparado com neurônios, sugerindo um aumento no dano funcional neuronal sob complicações diabéticas e em desordens neurodegenerativas. Em vista disso, o objetivo deste estudo foi avaliar a influência de altas concentrações de MG no SNC. Foi avaliado como a administração intracerebroventricular (ICV) de MG (3 μmol/μL) causa mudanças comportamentais como o declínio cognitivo e ansiedade bem como alterações bioquímicas no hipocampo, soro e LCR. Além disso, nós investigamos a integridade da barreira hematoencefálica (BHE) relacionada às funções astrocitárias no hipocampo.MG induziu, 12 h após a sua administração, um decréscimo na atividade locomotora no campo aberto e efeitos ansiolíticos nos ratos submetidos ao Teste do labirinto em cruz elevado. Subsequentemente, 36 h após a cirurgia ICV, a injeção de MG também induziu prejuízo cognitivo nas memórias de curto e longo prazo, avaliado pela tarefa do reconhecimento de objetos. Foi avaliado também a memória espacial de curto prazo, avaliada pelo teste do Y-maze. Setenta e duas horas após infusão do MG, a captação de glutamato, a atividade da glutamina sintetase e os níveis da glutationa foram diminuídos em relação ao grupo SHAM. Interessantemente, os níveis da proteína astrocitária, S100B, estavam aumentados no LCR, o que foi acompanhado pelo decréscimo na expressão do RNAm da S100B hipocampal, mas não nos níveis da proteína. Não houve mudanças no conteúdo do receptor para AGEs (RAGE). Além disso, nós observamos uma perda na integridade da BHE, avaliada pela entrada do corante azul de Evans blue no tecido cerebral e de albumina no LCR. Além destas alterações, houve decréscimo nos níveis da aquaporina-4 e conexina-43 no tecido hipocampal. A expressão gênica (RNAm) de dois importantes fatores de transcrição da resposta antioxidante, NfkB e Nrf2, não foram alterados no hipocampo. Contudo, a hemeoxigenase-1 (HO-1) foi aumentada no grupo tratado com o MG. Em conjunto, esses dados corroboram com a ideia de que os astrócitos, as principais células responsáveis pelo clearance do MG, são alvos na toxicidade do MG e que a disfunção da BHE induzida por este composto podem contribuir nas alterações cognitivas e comportamentais observadas nesses animais. Isso nos ajuda a melhorar nosso entendimento de como produtos derivados do metabolismo da glicose podem induzir a disfunções cognitivas observadas em pacientes diabéticos bem como em outras condições neurodegenerativas, e uma melhor definição do papel dos astrócitos nas doenças e terapêutica. Methylglyoxal (MG) is a dicarbonyl compound, formed from exogenous and endogenous sources. The formation rate of compound depends on metabolism and cell type and physiological conditions, which the glycolytic pathway represents the most important endogenous production source. Elevated blood glucose levels are related to MG accumulation in plasma and cerebrospinal fluid (CSF) diabetes mellitus and Alzheimer’s disease (AD). The high reactivity of MG leads to modification of proteins and other biomolecules, generating advanced glycation end products (AGEs) appointed as mediators in these neurodegenerative diseases. In addition to protein glycation, other effects resulting from high levels of MG in the central nervous system (CNS) may involve the direct modulation of GABAergic and glutamatergic neurotransmission, with evidence suggesting that the effects of MG may be related to behavioral changes and glial dysfunction. In the CNS, astrocytes are more susceptible to damage of dicarbonyl stress, although they have an improved glyoxalase system when compared to neurons, suggesting an increased neuronal functional damage under diabetic complications and neurodegenerative disorders. In view of this, the aim of this study was evaluating the direct influence of high concentration of MG in the CNS. It was evaluated how intracerebroventricular (ICV) administration (3 μmol/μL) cause behavioral changes, as cognitive decline and anxiety as well as biochemical alterations in the hippocampus, serum and CSF. Furthermore, we investigated the blood-brain barrier (BBB) integrity related to astrocytic functions in the hippocampus. MG induced, 12h after injection, a decrease in locomotor activity in the Open field (OF) and anxiolytic effects in rats submitted to elevated plus-maze (EPM). Subsequently, at 36 h after ICV surgery, MG injection also induced cognitive impairment in both short and long-term memory, as evaluated by novel object recognition tasks, and in short-term spatial memory, as evaluated by the Y-maze test. 72h after infusion of MG, hippocampal glutamate uptake decreased and glutamine synthetase activity and glutathione levels diminished. Interestingly, the astrocytic protein, S100B, was increased in the cerebrospinal fluid, accompanied by decreased hippocampal S100B mRNA expression, without any change in protein content and hippocampal contents of RAGE. In addition, we observed a loss of BBB integrity, as assessed by the entry of Evans dye into brain tissue and albumin in the CSF, as well as a decrease of aquaporin-4 and connexin-43 in hippocampal tissue. The mRNA expressions of two important transcription factors of antioxidant response - NfkB and Nrf2, were not changed. However, hemeoxigenase-1 was upregulated in MG-treated group. Taken together, this data corroborates with the idea that astrocytes, the main cells responsible for MG clearance, are targets of MG toxicity and that BBB dysfunction induced by this compound may contribute to behavioral and cognitive alterations observed in these animals. It helps us an improve our understanding of how this product of glucose metabolism can induce the brain dysfunction observed in diabetic patients, as well as in other neurodegenerative conditions, and further defines the role of astrocytes in disease and therapeutics.

Os astrócitos, células gliais mais abundantes do SNC, atuam como um componente ativo em funções cerebrais essenciais, tais como no metabolismo energético neuronal, dando suporte via lançadeira de lactato astrócito-neurônio (ANLS). Esse tipo celular é crucial na depuração do glutamato na fenda sináptica, reciclando-o através da glutamina sintetase (GS), sendo essa enzima um importante marcador astrocítico. Outro marcador muito utilizado é a proteína ligante de cálcio S100B, que é expressa e secretada principalmente por astrócitos. O fluorocitrato (FC) é um inibidor seletivo do metabolismo glial, principalmente em astrócitos, inibindo reversivelmente a enzima aconitase componente do ciclo de Krebs. Seus principais efeitos em astrócitos são alterações no metabolismo glutamatérgico e GABAérgico. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi avaliar o efeito do FC sobre metabolismo (energético e glutamatérgico) e a secreção da proteína S100B, em células astrogliais C6, que são modelos amplamente usados de astrócitos. Para isso, cultivou-se as células em DMEM com 5% de SFB, as quais posteriormente foram semeadas em placas de 24 poços e tratadas com FC nas concentrações de 1, 10 e 100 μM por 1 e 24 horas sem a presença de SFB. O teste estatístico utilizado para análise de resultados foi a ANOVA de uma via seguida do pós-teste de Tukey com significância p ˂ 0,05. Como resultados, nas concentrações utilizadas o FC não exerceu efeitos tóxicos que levariam à perda da viabilidade e integridade celular. O FC na concentração de 100 μM em 1 hora de tratamento promoveu alterações nas células astrogliais C6, como aumento da captação de glicose, captação de glutamato, aumento no conteúdo de GSH e aumento na secreção da proteína S100B em relação ao basal. Em 24 horas de tratamento houve diminuição na liberação de lactato (100 μM) e aumento na captação de glicose nas concentrações inferiores (1 e 10 μM de FC). Não foram observadas mudanças na atividade da enzima GS em 1 hora de tratamento. No presente estudo observou-se que o FC possui efeito sobre o metabolismo astroglial, alterando parâmetros energéticos e glutamatérgicos, bem como sobre o marcador astrocítico, a S100B. Essas mudanças e respostas que o tratamento por FC causa elucida o funcionamento astroglial e também ressalta as diferenças metabólicas entre células C6 e astrócitos. Esse trabalho é o primeiro a demonstrar a ação do FC em células astrogliais C6. Astrocytes, the most abundant cells in CNS, are an active component in essential brain functions, such as in neuronal energetic metabolism, given support via astrocyte-neuron lactate shuttle. This cell type is crucial to glutamate clearance in synaptic cleft, recycling it through glutamine synthetase (GS) and this enzyme is an important astrocyte marker. Other marker commonly used is the calcium binding protein S100B, that is expressed and secreted mainly by astrocytes and plays important roles intra and extra cellularly in CNS. Fluorocitrate (FC) is a selective inhibitor of glial metabolism, mainly at astrocytes, reversibly inhibiting the aconitase enzyme, element of the citric acid cycle. FC main effects in astrocytes are alterations in glutamatergic and GABAergic metabolism. Therefore, the aim of this work was to evaluate the effects of FC on metabolism (both energetic and glutamatergic) and the secretion of S100B protein in astroglial C6 cells, a widely used astrocyte model. For that, cells were cultivated in DMEM with 5% FBS and after seeded in 24 wells plate and then treated with FC (concentrations 1, 10 and 100 μM) for 1 and 24 hours without FBS. The statistics test used to analyze data was one-way ANOVA followed by Tukey post-test with significance p < 0.05. Results shown, with the concentrations used here, that FC did not exert toxic effects once we have not seen loss of cell viability and integrity. FC 100 μM at 1-hour treatment caused responses in astroglial c6 cells, such as the increase in glucose and glutamate uptake, GSH content and S100B secretion in comparison to the basal group. At 24 hours treatment, it was observed a decrease in extracellular lactate release (100 μM) and an increase in glucose uptake at lowers concentrations (1 and 10 μM). We have not observed changes in the activity of GS enzyme at 1-hour treatment. In the present study we observed the effects of FC on astroglial metabolism, evidenced by energetics and glutamatergics alterations, as well as on the astrocyte protein S100B. These changes and responses caused by FC treatment help to elucidate astroglial functions and points some differences between C6 cells and astrocytes. This work is the first to demonstrate the action of FC in astroglial C6 cells.

O envelhecimento populacional é um fenômeno global de acordo com um relatório das Nações Unidas sobre a idade da população mundial. Em 2019, haviam 703 milhões de pessoas com 65 anos ou mais no mundo, o equivalente a 9% da população mundial. Demência é uma das principais causas de dependência e incapacidade de idosos no mundo, sendo a Doença de Alzheimer a causa mais comum, responsável por 60-70% dos casos. Neste trabalho estudamos a DA do tipo esporádica induzindo um modelo animal através da administração ICV-STZ. Nossos resultados mimetizaram características comportamentais e neuroquímicas da doença, sendo que observamos um déficit cognitivo no teste comportamental e um aumento do conteúdo de βA42 no hipocampo. Ainda avaliamos no hipocampo as principais enzimas responsáveis por sua depuração, NEP e IDE. Constatamos que o conteúdo de NEP está relacionado com os níveis de βA, mas não observamos correlações entre o conteúdo de IDE e βA neste trabalho. Estes achados corroboram relatos de que a NEP seria a principal protease envolvida na degradação do βA. Entretanto são necessários mais estudos acerca das enzimas envolvidas na sua depuração. Population aging is a global phenomenon according to a United Nations report about the world's population age. In 2019, there were 703 million people aged 65 and over in the world, equivalent to 9% of the world population. Dementia is one of the main causes of dependency and disability among the elderly worldwide, with Alzheimer's disease being the most common cause, responsible for 60-70% of cases. In this work, we studied sporadic AD inducing an animal model through ICV-STZ administration. Our results mimicked behavioral and neurochemical characteristics of the disease, as we observed a cognitive deficit in the behavioral test, and an increase in the content of βA42 in the hippocampus. We also evaluated the main enzymes responsible for its clearance, NEP and IDE. We found that the content of NEP is related to the levels of βA, but we did not observe correlations between the content of IDE and βA in this study. These findings corroborate to reports that NEP would be the main protease involved in the degradation of βA. However, further studies are needed on the enzymes involved in its clearance.

O diabetes melito tipo 1 (DM1) resulta da imunomediada destruição das células beta pancreáticas. Dentre as terapias experimentais vigentes, destaca-se o uso de células estromais mesenquimais (MSCs) transdiferenciadas em células produtoras de insulina (CPIs). Embora existam vários protocolos experimentais de diferenciação em CPIs, sua complexidade, baixa taxa de eficiência e funcionalidade exigem maiores estudos e alterações estratégicas. Assim, o presente estudo teve como objetivo avaliar o potencial terapêutico das MSCs oriundas de tecido adiposo epididimal diferenciadas em CPIs na reversão do DM1 e neuroproteção em ratos Wistar Kyoto (WKY). A primeira fase deste estudo (in vitro) constituiu-se em caracterizar as células estromais mesenquimais adipo-derivadas (ADSCs) e submetê-las a três diferentes protocolos de diferenciação em CPIs. As células expostas ao meio de cultura enriquecido com nicotinamida/exendin-4/activina A apresentaram o melhor perfil secretório, com características endócrinas de CPIs. Na segunda fase in vivo, para avaliação da funcionalidade das CPIs em animais diabéticos induzindos por estreptozotocina, as células foram implantadas em dois sítios distintos: subcapsular renal (SR) e subcutâneo (SC). Após duas semanas de implantação das células, em ambos sítios anatômicos, foi observada uma diminuição da hiperglicemia. Ainda, as células implantadas no sítio SC melhoraram o desempenho cognitivo e a reatividade astroglial hipocampal. Adicionalmente, usando células GFP+, podemos observar a permanência das células implantadas nos diferentes sítios, além da migração para o pâncreas e hipocampo. O desenvolvimento de uma população ainda heterogênea, composta de CPIs, mas também de ADSCs indiferenciadas, poderia ajudar a explicar a redução periférica dos AGEs (por depuração autofágica) e a recuperação do comprometimento cognitivo (por imunomodulação no hipocampo). Juntos, esses dados reforçam a importância das CPIs nas estratégias neuroprotetoras, bem como apontam a importância da via de implante no tratamento do DM1. Paralelamente, estudamos, além da capacidade de transdiferenciação e potencial neuroprotetor, a diferenciação adipogênica ortodoxa das ADSCs se apresentando como ferramenta importante no estudo da expressão, da secreção e da propriedade do tipo adipocina da S100B. Type 1 diabetes mellitus (DM1) is an autoimmune disease characterized by the destruction of insulin-producing pancreatic β cells. Among the current experimental therapies, we highlight the use of transdifferentiated mesenchymal stromal cells (MSCs) into insulin-producing cells (IPCs). Despite the fact that there are several differentiation protocols in IPCs, there is still a need for further study and modification of induction strategies due to long, complex protocols with low efficiency and functionality rates. Thus, the present study aims to evaluate the therapeutic potential of differentiated adipose mesenchymal stromal cells in IPCs in the reversal of DM1 in Wistar Kyoto rats in DM1. The first phase of this study (in vitro) was to characterize adipose-derived stromal cells (ADSCs) and to evaluate the best protocol for their differentiation in IPCs. For this, ADSCs isolated from epididymal adipose tissue of Wistar-Kyoto rats were submitted to three different differentiation protocols. The secretory profile was analyzed and the IPCs differentiated in the presence of nicotinamide / exendin-4 / activin A showed the best secretory profile. The second phase was to assess the functionality of the IPCs in vivo. The cells were implanted in two distinct sites: Subcapsular renal (SR) and Subcutaneous (SC). Finally, we observed that the implantation of IPCs caused a decrease in hyperglycemia after two weeks of implantation in DM1 rats at both implantation regions. The cells implanted in SC improved cognitive impairment (assessed by object recognition) and hippocampal astroglial reactivity (assessed by S100B and GFAP). Using GFP + cell implants, we could observe survival at implant sites, but also cell migration to the pancreas and hippocampus. The presence of undifferentiated ADSCs in our preparation of IPCs could help explain peripheral reduction of AGEs (by autophagic clearance) and recovery of cognitive impairment (by hippocampal immunomodulation). Together, these data reinforce the importance of IPCs in neuroprotective strategies, as well as the logistical importance of the subcutaneous route for its administration in the treatment of DM1. In addition to the neuroprotective potential of ADSCs, they are useful for differentiation into adipocytes and study of S100B expression and secretion, which is being characterized as a new adipokine.

A doença de Alzheimer (DA) é uma das desordens neurodegenerativas mais comuns na idade avançada). Esta condição neurológia progressiva e irreversível é caracterizada por perda cognitiva e da função ou morte de células neuronais. A maior parte dos casos de DA (90% a 95%) é de início tardio ou esporádica (DAe). As principais características fisiopatológicas são a deposição de peptídeo β-amiloide (βA) e emaranhados neurofibrilares, porém a DAe também está relacionada a outros eventos patológicos como a neuroinflamação, o polimorfismo da apolipoproteína E (ApoE), déficit colinérgico, e estresse oxidativo. A causa da DAe ainda é desconhecida, mas tem sido associada a vários fatores de risco, como o avanço da idade, o tabagismo, e as doenças crônicas graves, como diabetes mellitus, hipertensão e hipercolesterolemia. Estudos epidemiológicos sugerem uma forte ligação entre altos níveis de colesterol sanguíneo e a DAe, bem como uma baixa prevalência e um menor risco para a DAe em indivíduos que fazem uso de estatinas, fármacos usados eficazmente no controle da hipercolesterolemia. Além das estatinas, o tratamento com bisfosfonatos, usados no tratamento da osteoporose, também tem sido relacionado com menor chance de desenvolver a doença. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo avaliar o possível efeito neuroprotetor da sinvastatina e do alendronato sobre modelo de DAe induzido por administração intracerebroventricular (ICV) de estreptozotocina (STZ) em ratos Wistar adultos. A administração oral de sinvastatina e alendronato reverteram o déficit cognitivo induzido pela infusão ICV-STZ, avaliado pelo teste de reconhecimento de objetos; bem como alterações metabólicas cerebrais, com a diminuição da captação de glicose em fatias hipocampais; o aumento de marcadores de reatividade de astrócitos, analisado pelo conteúdo hipocampal de GFAP, a redução da capacidade redox das células hipocampais analisados pelo conteúdo de glutationa reduzida (GSH) e a produção de espécies reativas de oxigênio (EROs); e o conteúdo de colesterol de membrana no hipocampo. Portanto, a sinvastatina e alendronato demostraram um efeito neuroprotetor em modelo animal, reforçando o potencial terapêuticos desses dois fármacos na DAe. Alzheimer's disease (AD) is one of the most common neurodegenerative diseases in old age. This progressive and irreversible neurological condition is characterized by cognitive loss and neuronal cell function or death. Most cases of AD (90% to 95%) are late-onset or sporadic (SAD). The main pathophysiological features are β-amyloid peptide (βA) and neurofibrillary deposition, but SAD is also using other pathological events such as neuroinfection, apolipoprotein E polymorphism (ApoE), cholinergic deficit and oxidative stress. The cause of SAD is still unknown, but it has been associated with several risk factors such as advancing age, smoking and serious chronic diseases such as diabetes mellitus, hypertension, and hypercholesterolemia. Epidemiological studies suggest a strong link between high blood cholesterol and SAD, as well as a low prevalence and lower risk for SAD in individuals who use statins, drugs that are effectively used to control hypercholesterolemia. In addition to statins, bisphosphonate used to treat osteoporosis was also related to the lower chance of developing a SDA. In this sense, the objective of this study was to evaluate the possible neuroprotective effects of simvastatin and alendronate in a model of SDA in adult Wistar rats induced by streptozotocin intracerebroventricular. Oral administration of simvastatin and alendronate reversed cognitive impairment in ICV-STZ model, assessed by the object recognition test; as well as cerebral metabolic alterations, with decreased glucose uptake in hippocampal slices; increased astrocyte reactivity markers analyzed by hippocampal content of GFAP, a reduction in redox capacity of hippocampal cells analyzed by controlled glutathione content (GSH) and a production of reactive oxygen species (ROS); and the membrane cholesterol content in the hippocampus. Therefore, simvastatin and alendronate demonstrated a neuroprotective effect in the animal model, reinforcing the therapeutic potential of these two drugs in SDA.

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.

Sabe-se que inflamações no trato gastrointestinal (TGI) ocasionam mudanças estruturais e funcionais que influenciam significativamente a qualidade de vida. Os efeitos variam de acordo com o tipo e extensão do processo inflamatório, que, por consequência, depende da natureza do estímulo ou do grau de lesão ocasionado. Existem, entretanto, lacunas na compreensão da etiopatologia das neuropatias entéricas. Há evidências de que diferentes causas, como defeitos de desenvolvimento congênitos no sistema nervoso entérico (SNE), ação de agentes tóxicos conhecidos ou condições patológicas secundárias indicam perda, degeneração e/ou comprometimento funcional dos neurônios entéricos. Por outro lado, crescem as evidências de que a integridade das células enterogliais (CEG), bem como das células imunitárias residentes no TGI, sofrem modulação de diferentes mediadores do SNE, assim como de distintos agentes nocivos. Portanto, existe um consenso de que interações entre os neurônios, as CEG e as células do sistema imunitário são determinantes para os efeitos dos processos inflamatórios na estrutura e nas funções do TGI. No presente trabalho foram escolhidos dois protocolos distintos de indução de inflamação entérica: o efeito de uma toxina associada a processos infecciosos, pelo fato de, até então, inexistir estudos dos efeitos do lipopolissacarídeo (LPS) sobre as CEG in vivo; e o efeito de uma dieta irregular, cuja patologia decorrente é relativamente frequente no roedor Chinchilla lanigera em cativeiro. Os objetivos propostos foram avaliar a atividade das CEG: (1) sob os efeitos da administração sistêmica do LPS in vivo em ratos e (2) nos efeitos do timpanismo provocado por dieta em Chinchilla lanigera. A avaliação histopatológica da administração de LPS intraperitoneal em ratos revelou uma resposta inflamatória intestinal dependente da dose, tempo e região intestinais. Enquanto a maior dose de LPS (2,5 mg kg-1) resultou em uma inflamação moderada em todas as regiões entéricas, em todos os tempos, sendo o dano à cripta mais intenso no grupo analisado 24h após a injeção. Foi observada uma lesão visível na mucosa do duodeno, ceco e cólon dos ratos 24 horas e 7 dias após a injeção de LPS, porém o duodeno foi o segmento menos suscetível a essa resposta inflamatória. Com o protocolo de indução de CT nas chinchilas foi observado infiltrado inflamatório mais denso nas criptas do ceco e do cólon ascendente, confinados principalmente à mucosa, caracterizando um processo inflamatório subagudo nesses animais. Áreas infartadas também foram observadas nos vasos mesentéricos em todo o intestino dos animais timpânicos. Esses danos, entretanto, foram revertidos nos animais do grupo recuperado, sem distinção significativa entre os animais que receberam, além do retorno à dieta controle, anti-inflamatório por 5 dias. As alterações morfológicas, contudo, nem sempre foram acompanhadas por variações concomitantes na expressão dos marcadores de atividade glial, GFAP e S100B intra e extracelular, em resposta tanto à administração sistêmica de LPS em ratos, como pela administração de uma dieta que desencadeou a CT. Nas três regiões intestinais analisadas dos ratos houve aumento de S100B intracelular após 24 horas da administração da maior dose de LPS, retornam a níveis basais ou níveis ligeiramente inferiores aos do controle após 7 dias. Não foi observada variação expressiva na secreção de S100B entérica em resposta ao LPS sistêmico. Em relação a GFAP, o LPS também foi capaz de induzir um aumento na GFAP intestinal dos ratos em todas as regiões entéricas 24 h após a injeção da dose mais alta de LPS. São necessários mais estudos das respostas imunitárias, e da relação destas com o SNE nas diferentes regiões do TGI sob condições inflamatórias, sejam desencadeadas sistemicamente ou localmente no trato intestinal. Gastrointestinal tract (GIT) inflammation cause structural and functional alterations that significantly influence the quality of life. The effects vary according to the type and extension of the inflammatory process, which depends on the nature of the stimuli or the level of lesion caused. There are, however, gaps in the understanding of the etiopathology of enteric neuropathies. There are evidences that different causes, such as congenital development defects of the enteric nervous system (ENS), action of known toxic agents, or secondary pathological conditions indicate loss, degeneration and/or functional damage of enteric neurons. On the other hand, there are increasing evidence that the integrity of enteroglial cells (EGC), as well as immune cells that reside on the GIT, suffer modulation from different ENS regulators, as from several harmful agents. Therefore, a consensus exists that interactions between neurons, EGCs and immune cells are determinant for the effects of inflammatory processes on the structure and functions of the GIT. In the present study, two distinct protocols of enteric inflammation induction were chosen: the effect of lipoprotein (LPS), a toxin associated with infectious processes, on EGCs in vivo, of which no studies existed so far; and the effects of an irregular diet, which the deriving pathology is relatively frequent on the farmed rodent Chinchilla lanigera. The proposed objectives were to evaluate the activity of EGCs: (1) under the effects of systemic administration of LPS in vivo, on rats and (2) on the effects of tympanism induced by diet on Chinchilla lanigera. Histopathologic evaluation from intraperitoneal administration of LPS in rats revealed an intestinal inflammatory response that was dependent on the dose, time and intestinal region. The lowest intraperitoneal LPS dose (0.25 mg kg-1) caused an inflammatory state with a less intense response at 1h and resulted in increase of lymphocytes, plasm cells and the size of lymphatic nodules, in addition to a discrete loss of organization in the intestinal crypts. The highest LPS dose (2.5 mg kg-1) caused a moderate inflammation in all enteric regions, at all the times tested, and the damage to the crypt was more intense on the group analyzed 24h after the injection. Visible lesions were observed in the duodenum, cecum and colon mucosa of rats at 24h and 7 days after LPS injection, with duodenum being the less susceptible segment to this inflammatory response. As for the protocol of tympanic colic induction in chinchillas, a denser inflammatory infiltrate was observed in the crypt of cecum and ascending colon, mainly confined to the mucosa, characterizing a subacute inflammatory process on these animals. Infarcted areas were also observed in the myenteric blood vessels throughout the entire intestine of tympanic animals. These injuries, nevertheless, were reversed in the animals from the recovery group, without significant distinction between the animals that received anti-inflammatory medication for 5 days, in addition to the return to the diet of the control group. Morphological alterations, however, not always were accompanied by concomitant variations in the expression of glial activity markers, as intra and extracellular GFAP and S100B, in response to both the systemic administration of LPS in rats, and the administration of a diet that induced TC. In the three analyzed regions in rats, there was an increase in intracellular S100B 24h after administration of the higher LPS dose, and this marker returned to basal levels or slightly inferior levels compared to control after 7 days. Enteric S100B secretion remained unaltered in response to systemic LPS. As for GFAP, LPS also induced an increase in intestinal GFAP in rats throughout all enteric regions 24h after the injection of the higher LPS dose. More studies are needed about the immune responses and the connection between those with the ENS in different GIT regions under inflammatory conditions, whether these conditions are triggered systemically or locally in the intestinal tract.

Emaranhados neurofibrilares intraneuronais, juntamente com as placas beta-amilóide e astrogliose são importantes marcadores neuropatológicos da doença de Alzheimer (DA). Apesar dos mecanismos envolvidos na DA do tipo esporádica ainda não estarem bem esclarecidos, a hiperfosforilação da proteína tau é sugerida como grande fator para o desenvolvimento dos emaranhados neurofibrilares, que podem gerar disfunção neuronal e morte. A toxina ácido ocadáico (AO) é considerada um efetivo inibidor das fosfatases 1 e 2A, as quais podem gerar a hiperfosforilação da tau. Dessa forma, este trabalho tem como objetivo, avaliar alterações neurogliais em hipocampo e líquido cerebroespinhal (LCE) de ratos expostos ao AO intracerebroventricular após 3 e 12 semanas da infusão. E ainda, verificar alterações neurogliais de fatias hipocampais expostas de forma aguda ao AO (in vitro). Como resultados encontramos no modelo in vivo, declínio cognitivo, hiperfosforilação da tau (Ser 396) e alteração astroglial hipocampal principalmente devido a redução da captação de glicose e aumento da expressão da GFAP e ainda, redução da S100B no LCE, a qual pode atuar na sinalização neurônio-astrócito, em condições fisiológicas ou patológicas, como na DA. Ao observar as alterações neurogliais 12 semanas após a infusão, verificamos que o modelo é parcialmente reversível, uma vez que a fosforilação da proteína tau não mostrou alteração, mas foi observado declínio cognitivo em um dos comportamentos realizados e hipometabolismo da glicose. E ainda, in vitro, o AO foi capaz de hiperfosforilar a proteína tau (Ser 396), mas não alterou parâmetros astrogliais. Portanto, o modelo animal se mostra adequado para avaliação de alterações neuroquímicas. Mas nossos resultados também apontam para uma reversibilidade parcial do modelo a longo prazo, indicando a necessidade de cautela na avaliação de estratégias terapêuticas com este modelo. E ainda, nossos dados reforçam a importância de investigar alterações do metabolismo cerebral da glicose em indivíduos com déficit cognitivo. Intraneuronal aggregates of neurofibrillary tangles (NFTs), together with beta-amyloid plaques and astrogliosis, are important markers of Alzheimer’s disease (AD). The underlying mechanism of sporadic AD remains poorly understood, but abnormal hyperphosphorylation of tau protein is suggested to have a role in NFTs genesis, which leads to neuronal dysfunction and death. The okadaic acid (OKA) toxin is a protein phosphatase 1 e 2A inhibitor and can lead to tau protein hyperphosphorylation. We have investigated the effects of intracerebroventricular (ICV) OKA on neuroglial alterations 3 and 12 weeks after OKA infusion. We have also researched the effects on neuroglial parameters on hippocampal slices treated with OKA in vivo. Our results have shown cognitive impairment, hippocampal astrogliosis, based on GFAP increment, decreased glucose uptake and increase on tau phosphorylation (at Ser396) in hipocamppus and decrease in S100B protein on cerebrospinal fluid 3 weeks after ICV OKA-infusion. Moreover, 12 weeks after ICV OKA infusion we also observed a cognitive impairment and decreased on glucose uptake. In vitro, exposure of hippocampal slices to OKA altered tau phosphorylation at Ser396 without any associated change in astroglial function. In conclusion, the OKA-animal model proved to be a suitable model for neurochemical parameters assessment. Our results also indicate a partial reversibility of long-term animal model, suggesting that therapeutics strategies evaluations must be caution on this model; and reinforce how important is to investigate on brain glucose metabolism alterations on cognitive impairment.

Muitos trabalhos têm demonstrado a correlação existente entre gênero e prevalência da doença de Alzheimer (DA), sendo que as mulheres compreendem dois terços dos pacientes afetados. A estreptozotocina (STZ) é uma substância que vem sendo muito utilizada, por administração intracerebroventricular, para produzir um modelo de doença de Alzheimer esporádica com características neuroquímicas e fisiopatológicas semelhantes à DA, em roedores. Dessa forma, essa tese teve como objetivo avaliar as alterações comportamentais cognitivas e parâmetros neuroquímicos (ChAT, S100B, GFAP, GSH e captação de glicose) em hipocampo e cerebelo de ratos e ratas expostas ao modelo de doença de Alzheimer por STZ. Para um melhor entendimento das alterações, as avaliações foram realizadas em três diferentes tempos após a indução do modelo: duas, quatro e oito semanas. Como resultado, encontramos declínio cognitivo e alterações neuroquímicas hipocampais e cerebelares. Interessantemente, machos e fêmeas apresentaram distintas respostas frente ao insulto por STZ, mostrando ser este um campo interessante para caracterização e aprofundamento do modelo que utilizamos. Este trabalho confirma o comprometimento cognitivo e as alterações neuroquímicas presentes no modelo e estes se somam às variações funcionais encontradas nos astrócitos. Tais alterações também estão presentes na DA, apontando a interação neuroglial como um importante alvo de estudo na doença e, consequentemente, na busca por alternativas terapêuticas. Many studies have demonstrated the correlation between gender and prevalence of Alzheimer's disease (AD), with women comprising two thirds of the affected patients. Streptozotocin (STZ) is a substance that has been widely used by intracerebroventricular administration to produce a model of sporadic Alzheimer's disease with neurochemical and pathophysiological characteristics similar to AD, in rodents. Thus, this thesis aimed to evaluate cognitive behavioral changes and neurochemical parameters (ChAT, S100B, GFAP, GSH and glucose uptake) in the hippocampus and cerebellum of rats (males and females) exposed to the model of sporadic Alzheimer's disease by STZ. For the best comprehension of the changes, the evaluations were performed at three different times after the induction of the model: two, four and eight weeks. As a result, we found cognitive decline and hippocampal and cerebellar neurochemical changes. Interestingly, males and females presented different responses to STZ damage, showing that this is an interesting field for characterization and deepening of the model we use. This work confirms the cognitive impairment and the neurochemical changes present in the model and these are added to the functional shifts found in the astrocytes. These alterations are also present in AD, pointing to neuroglial interaction as an important target for the study of the disease and, consequently, the search for therapeutic alternatives.

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.

O diabetes mellitus tipo I é uma enfermidade autoimune relacionada com anormalidades genéticas, influenciada por fatores ambientais, que resultam na destruição de células β-pancreáticas, mediadas por células T. O diabetes durante a gravidez aumenta o risco a alterações no sistema nervoso central. O processo de gliogênese é importante para o desenvolvimento e funcionamento do SNC e começa na segunda semana de gestação, em ratos. A glia é composta por astrócitos, oligodendrócitos, células ependimais e microglia. Os astrócitos são as células mais abundantes e responsáveis pela integração do cérebro com o sistema vascular e imunológico, estando relacionados com as funções cognitivas, além de uma importância física e estrutural na barreira hemato-encefálica. Duas proteínas astrocíticas foram estudadas aqui: a proteína glial fibrilar acida e a S100B, uma proteína ligante de cálcio, produzida e secretada por astrócitos. A S100B está envolvida na comunicação neurônio-glia, possuindo propriedades neurotróficas ou neurotóxicas de acordo com a concentração extracelular. A expressão da proteína glial fibrilar ácida é essencial para a estrutura encefálica e para a integridade da barreira hemato-encefálica. Assim avaliamos essas proteínas gliais na prole oriunda de mães diabéticas (PoD) no desenvolvimento corporal e do sistema nervoso central. Foram utilizadas ratas Wistar-Kyoto diabéticas induzidas por estreptozotocina para obtenção da prole. As fêmeas diabéticas induzidas apresentaram ninhadas menores do que o controle, e os filhotes apresentam menor peso ao nascer A hiperglicemia materna induz aumento da produção insulínica no feto, que leva a um quadro de hipoglicemia pós-natal. Os níveis glicêmicos do PoD foram superiores ao controle (PoC) com 1 dia, e inferiores com 21 dias. A mensuração da proteína S100B no soro de animais PoD14 apresentou diminuição em relação ao controle. A S100B no líquor mostrou valores foram maiores no PoD7. Já a S100B no hipocampo mostrou um crescimento progressivo, com diminuição no PoD14 e um aumento no PoD28. Na quantificação da proteína glial fibrilar acida os animais do grupo PoD7 e PoD14 apresentaram valores menores, em seguida os níveis começaram a subir. No teste de campo aberto os animais PoD apresentaram comportamento ansioso. Já no reconhecimento de objetos os ratos PoD exploraram menos o objeto novo, tanto na memória de curta como de longa duração. As mudanças astrogliais observadas nos animais do grupo PoD estão muito provavelmente relacionadas a alterações da plasticidade neuroglial e ao déficit cognitivo observado. The type I diabetes mellitus is an autoimmune disease associated with genetic abnormalities, influenced by environmental factors which result in the destruction of pancreatic β-cells, mediated by T cells. Diabetes during pregnancy increases the risk of changes in the central nervous system. The gliogenesis process is important to the development and functioning of the central nervous system and starts the second week of rat gestation. The glia is composed of astrocytes, oligodendrocytes, ependymal cells and microglia. The astrocytes are more abundant cells and responsible for the integration of the brain with vascular and immune systems, being connected with the cognitive functions, as well as a physical and structural importance of the blood-brain barrier. Two astrocity proteins were studied: glial acidic fribrilar protein and S100B, a binding protein of calcium produced and secreted by astrocytes. S100B is involved in neuron-glia communication, having neurotoxic or neurotrophic properties according to the extracellular concentration. Expression of glial acidic fribrilar protein is essential for brain structure and integrity of the blood-brain barrier. So we evaluated this glial proteins the offspring derived from diabetic mothers (PoD) on body development and central nervous system. Wistar-Kyoto rats with diabetes induced by streptozotocin to obtain offspring. Induced diabetic females had smaller litters then the control, and the offsprig have a lower birth weigth Maternal hyperglycemia induces increased insulin production in the fetus. Blood glucose levels were higher in PoD than the control (PoC) with 1 day and less than 21 days. The measurement of S100B protein in PoD14 animal serum showed a decrease compared to the control. The S100B in cerebrospinal fluid showed values were higher in PoD7. Since S100B in the hippocampus showed a progressive increase with decrease in PoD14 and increase in PoD28. Glial acidic fribrilar protein quantification in animals of PoD7 and PoD14 group showed lower values, and then levels began to rise. In the open field test the PoD animals showed anxious behavior. Since the object recognition (RO) least rats explored the new object in both short and long term memory. Induced diabetic females had smaller litters than the control, and the chicks have a lower birth weight. Maternal hyperglycaemia induces increased insulin production in the fetus, which leads to a postnatal hypoglycemia. The variations observed in the animals of group PoD caused biochemical changes related to astroglial plasticity, which caused cognitive impairment.

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.

O comportamento-doente e outros efeitos associados a intoxicação pelo lipopolissacarídeo (LPS) tem sido amplamente investigado por diversos campos da ciência contemporânea. Essa macromolécula bacteriana é capaz de ativar o sistema imunitário (SI) inato e gerar mecanismos adaptativos inflamatórios. Os mecanismos inflamatórios humorais e teciduais, tanto periféricos quanto centrais, estão envolvidos com diversas condições neuropsiquiátricas e representam uma importante condição para etiologia e patogênese destas desordens. O trabalho a seguir aborda alguns aspectos comportamentais e bioquímicos de ratos ou camundongos, quando injetados com LPS sistemicamente. Utilizou-se administrações agudas ou múltiplas e tarefas de avaliações comportamentais de memórias aversivas e espaciais, bem como sensibilização locomotora. Os resultados obtidos mostraram que o LPS induziu aumento das latências de teste da esquiva inibitória, que não foram observados nos grupos controle. Em outro experimento utilizando LPS e exercício físico forçado, no labirinto aquático de Morris os animais tratados somente com LPS apresentaram melhor desempenho após reativação de memória remota. Posteriormente não foi observado ansiedade ou déficit de memória. Foram observadas alterações significativas da S100B no líquido cefalorraquidiano de animais tratados com LPS. No soro essas diferenças foram sutis e não puderam discriminar os grupos. A corticosterona plasmática estava alterada nos animais com melhores desempenhos cognitivos. Noutro experimento, utilizando a sensibilização locomotora o LPS foi capaz de promover a expressão desse comportamento quando administrado com uma dose não sensibilizatória de cocaína. As conclusões apontam para o papel facilitador do LPS em tarefas de memória e sensibilização locomotora. Os possíveis mecanismos envolvidos devem estar relacionados com a ativação do eixo-HPA e outros mecanismos neuroimunológicos. Os paralelos traçados vão nas direções da comorbidade existente entre depressão e dependência química. E o autor busca discutir uma possível relação da bases neuroimunobiológicas com pensamentos cognitivistas. Sickness behavior and other effects induced by lipopolysaccharide (LPS) have been widely used in contemporary neuroscience. This molecule triggers innate immune responses as inflammation, that has been reported to be involved with depression and others neuropsychiatric conditions. The main question of this thesis is about behavioral aspects of rats and mice treated with LPS, and possible relations between depression and addiction. In rats, a single LPS administration facilitated inhibitory avoidance (IA) memory retention but it did not changed serum or cerebrospinal fluid (CSF) S100B levels. The multiple LPS administration improved memory in the Morris water maze task (MWM) during the second testing, which occurred 24 hours after retraining. They also equally increased plasma corticosterone levels. CSF but not serum levels of S100B were increased by both LPS doses. In other experiment, LPS and cocaine were administered intraperitonealy in young-adult male C57bl/6 mice during a 5-day acquisition phase. After a 48-h withdrawal period all groups were challenged with cocaine to evaluate locomotor expression. During the acquisition phase, the LPS-treated groups displayed characteristic hypolocomotion related to sickness behavior. The low dose of cocaine did not increase the distance travelled, characterizing a nonsensitization dose. Groups that received both LPS and cocaine did not display hypolocomotion, indicating that cocaine might counteract hypolocomotion sickness behavior. Moreover, during challenge, only these animals expressed locomotor sensitization. Thus, LPS can induce memory retention and locomotor sensitization. The mechanisms involved in this data may be stress system and other neuroimmunological interactions.

O metabolismo cerebral é altamente dependente da glicose, que é derivada a partir da circulação sanguínea e metabolizada pelos astrócitos e outras células neuronais, através de várias vias. A captação da glicose no cérebro não envolve transportadores de glicose insulino-dependentes; no entanto, esse hormônio afeta o fluxo de glicose do cérebro. Alterações nos níveis de S100B (uma proteína derivada de astrócitos) no líquido cefalorraquidiano têm sido associados a alterações no metabolismo da glicose; no entanto, não há evidência que a insulina modula o metabolismo da glicose e a secreção de S100B. Investigamos então o efeito da S100B no metabolismo da glicose, medindo a incorporação de 3H-glicose em dois modelos, em células de glioma C6 e fatias hipocampais agudas, investigando o efeito da insulina sobre a secreção de S100B. Os nossos resultados mostram que: (a) a S100B em níveis fisiológicos diminui a captação de glicose, através da via do receptor multiligante RAGE e através da ativação da via de sinalização da proteína-quinase / ERK, e que (b) insulina estimulada a secreção de S100B via sinalização de PI3K. Os nossos resultados indicam a existência de uma relação insulina-S100B na modulação de glicose no tecido cerebral, o que pode melhorar a nossa compreensão sobre o metabolismo da glicose em várias condições, tais como a cetose, demência induzida por estreptozotocina e exposição farmacológica aos antipsicóticos, onde as mudanças de sinalização da insulina e extracelular celular de S100 foram relatados. Brain metabolism is highly dependent on glucose, which is derived from the blood circulation and metabolized by the astrocytes and other neural cells via several pathways. Glucose uptake in the brain does not involve insulin-dependent glucose transporters; however, this hormone does affect the brain’s glucose in flux. Changes in cerebrospinal fluid levels of S100B (an astrocyte-derived protein) have been associated with alterations in glucose metabolism; however, there is no evidence as to whether insulin modulates glucose metabolism and S100B secretion. Herein we investigated the effect of S100B on glucose metabolism, measuring 3H-glucose incorporation in two preparations, C6 glioma cells and acute hippocampal slices, and we also investigated the effect of insulin on S100B secretion. Our results showed that: (a) S100B at physiological levels decreases glucose uptake, through via the multiligand receptor RAGE and mitogen-activated protein kinase/ERK signaling, and that (b) insulin stimulated S100B secretion via PI3K signaling. Our findings indicate the existence of insulin-S100B modulated glucose utilization in the brain tissue, and may improved our understanding of glucose metabolism in several conditions such as ketosis, streptozotocin-induced dementia and pharmacological exposure to antipsychotics, where changes of insulin signaling and extracellular cellular of S100 have been reported.

O diabetes mellitus é uma doença metabólica caracterizada por níveis elevados de glicose no jejum e está associada com a perda da função cognitiva e um maior risco de desenvolvimento de doenças neurodegenerativas, tais como a Doença de Alzheimer (DA). As complicações do diabetes estão relacionadas com a hiperglicemia, níveis elevados de compostos reativos, como o metilglioxal (MG) e a formação de produtos finais de glicação avançada (do inglês Avanced Glycation End Products - AGEs). Os AGEs e o MG - um aldeído reativo envolvido no estresse dicarbonil e na formação de AGEs – encontram-se elevados em pacientes com diabetes e DA e têm sido sugeridos como mediadores do declínio cognitivo observado nessas patologias. Estudos indicaram que os astrócitos possuem o sistema glioxalase mais efetivo que os neurônios e, portanto, podem proteger os neurônios do estresse dicarbonil. Entretanto, as reações de glicação estão associadas com o prejuízo no funcionamento dos astrócitos, que, desta forma, comprometem a atividade neuronal. Tendo em vista que as reações de glicação estão exacerbadas no diabetes e em doenças neurodegenerativas sugere-se que nestas situações o dano neuronal seja ainda maior. Este trabalho teve como objetivo avaliar a suscetibilidade ao dano induzido pelo MG em culturas de astrócitos e de glioma C6 e examinar o efeito da alta concentração de glicose, do MG e da carboxietil-lisina (CEL), um AGE derivado da reação do MG com a lisina, em parâmetros oxidativos, metabólicos e específicos de astrócitos em fatias de hipocampo in vitro. Além disso, verificar se a administração intracerebroventricular (ICV) de MG causa alterações comportamentais, relacionadas com declínio cognitivo e ansiedade, e alterações bioquímicas em hipocampo, córtex cerebral e líquido cefalorraquidiano (LCR) ex vivo. Em culturas de células observou-se uma alta eficiência do sistema glioxalase em astrócitos em comparação com células C6. O conteúdo de glutationa diminuiu a partir de 1 hora após a exposição ao MG apenas em C6. A captação de glutamato reduziu em astrócitos e aumentou em C6, sendo que este efeito estava relacionado com reações de glicação, mas não com a expressão de transportadores de glutamato analisados. A formação de espécies reativas, a secreção de S100B e o conteúdo da proteína glial fibrilar ácida (GFAP) não foram modificados pelo tratamento com MG nas células estudadas. Em fatias de hipocampo (in vitro) verificou-se que a glicose, o MG e a CEL não alteraram a formação de espécies reativas, a captação de glicose e a atividade da glutamina sintetase. No entanto, a captação de glutamato e a secreção de S100B diminuiram após o tratamento com MG e CEL. Estas mudanças não foram mediadas pela ativação de RAGE e por reações de glicação. A partir do estudo in vivo verificou-se que o MG não causou deficiência nos processos de aprendizagem e memória investigados pelas tarefas de habituação, labirinto em Y e reconhecimento de objetos e não alterou a atividade locomotora dos animais. Contudo, o aumento agudo dos níveis exógenos de MG diminuiu o comportamento do tipo ansiedade, observado através do teste de campo aberto. Em relação às análises ex vivo, o MG induziu alterações persistentes relacionados com a atividade da glioxalase 1, conteúdo de AGEs e captação de glutamato no hipocampo. A formação de espécies reativas, o conteúdo de glutationa, o conteúdo tecidual de GFAP e S100B e a atividade da glutamina sintetase não foram alterados com a administração ICV de MG. É possível concluir que a exposição aguda, in vitro, de fatias de hipocampo ao MG e CEL, mas não à glicose, foi capaz de induzir efeitos semelhantes em fatias de hipocampo, sugerindo que a alta concentração de glicose é tóxica principalmente por elevar a concentração de compostos glicantes, como o MG, e gerar ligações cruzadas com proteínas. O MG foi capaz de induzir prejuízo na captação de glutamato em culturas de astrócitos e fatias de hipocampo, indicando que o MG gera alterações na homestase cerebral através do comprometimento da remoção do glutamato da fenda sináptica, deste modo, contribuindo com as alterações neurológicas relacionadas com o diabetes mellitus. Em suma, as concentrações exógenas de MG e o tempo de exposição a elevadas concentrações deste composto determinam as diferentes características que podem ser observadas em pacientes diabéticos. Diabetes mellitus is a metabolic disease characterized by high fasting-glucose levels and is associated with loss of cognitive function and a higher risk of developing neurodegenerative diseases, such as Alzheimer's disease (AD). Diabetic complications have been associated with hyperglycemia, high levels of reactive compounds, such as methylglyoxal (MG) and advanced glycation end products (AGEs) formation. AGEs and MG - a reactive aldehyde, involved in dicarbonyl stress and AGEs formation - are elevated in diabetes and AD and have been suggested as mediators of cognitive decline observed in these pathologies. Astrocytes are impaired to glycation processes, although, they have an improved glyoxalase system compared to neurons that protect them from dicarbonyl stress, suggesting that damage to neuronal functions could be increased under diabetes and neurodegenerative diseases. This study aimed to evaluate the susceptibility of astrocytes and C6 glioma cells cultures to MG damage and to examine the effect of high glucose, MG and carboxyethyllysine (CEL), a MG-derived AGE of lysine, on oxidative, metabolic and astrocyte-specific parameters in hippocampal slices in vitro. Furthermore, verify if intracerebroventricular (ICV) administration of MG cause behavioral changes, related to cognitive decline and anxiety, and biochemical alterations in the hippocampus, cerebral cortex and cerebrospinal fluid ex vivo. Since our cultures studies we observed a high efficiency of the glyoxalase system in astrocytes compared to C6 cells. The content of glutathione decreased from 1 hour after MG exposure only in C6 cells. Glutamate uptake was decreased in astrocytes and increased in C6 cells and this effect is related to glycation processes, but not to glutamate transporters expression. The reactive species formation, S100B secretion and glial fibrillary acidic protein (GFAP) content were not modified by MG treatment in either culture studied. With hippocampal slices inbucation (in vitro) it was found that glucose, MG and CEL did not alter reactive species formation, glucose uptake or glutamine synthetase activity. However, glutamate uptake and S100B secretion were decreased after MG and CEL exposure. RAGE activation and glycation reactions did not mediate these changes. From in vivo research it was found that MG did not cause impairment in learning-memory processes investigated by habituation, Y-maze and object recognition tasks and did not alter locomotion behavior of animals. However, the acute increase of MG exogenous levels reduced anxiety-related behavior evaluated in the open field test. Ex vivo findings support that MG induced persistent alterations related to glyoxalase 1 activity, AGEs content and glutamate uptake in hippocampus. The reactive species formation, glutathione content, GFAP and S100B content, as well as glutamine synthetase activity were not altered by MG ICV administration. It is possible conclude that acute MG and CEL exposure, but not glucose, were able to induce similar effects on hippocampal slices in vitro, suggesting that conditions of high glucose concentrations are primarily toxic by elevate the rates of these glycation compounds, as MG, and generate protein cross-links. MG-induced astrocyte glutamate uptake impairment was seen in astrocyte cultures and hippocampal slices, indicating that MG produces changes in brain homeostasis by the impairment of glutamate removal of the synaptic cleft, thus contributing to neurological changes related to diabetes mellitus. The exogenous concentrations of MG and the time of exposure to high concentrations of this compound determine the different features that can be seen in diabetic patients.

Durante o desenvolvimento fetal, o sistema nervoso central (SNC) apresenta-se mais vulnerável aos efeitos tóxicos do etanol. Sabe-se que a exposição pré-natal sob altas doses de álcool aumenta a propensão de síndromes fetais. No entanto, muitas gestantes optam por manter o “beber social”, mesmo que estudos mostrem que doses moderadas de etanol na fase do desenvolvimento possa causar danos ao SNC associados a transtornos cognitivos, sociais e neuroquímicos. O objetivo desta tese é avaliar parâmetros astrogliais e comportamentais no período da adolescência em fatias hipocampais de ratos Wistar machos submetidos a um modelo animal de exposição pré e pós-natal sob doses moderadas de etanol. O modelo animal utilizou cerveja sem álcool para administração por via oral de etanol. As ratas foram expostas ao tratamento durante toda a gestação até o final do desmame. Ratas prenhas foram divididas em três grupos de tratamento: apenas água (grupo controle), cerveja sem álcool (grupo veículo) ou cerveja sem álcool adicionado de 10%v.v. etanol (MPAE group 9 moderate prenatal alcohol exposure). Filhotes adolescentes machos foram submetidos a tarefa de esquiva discriminativa passiva com o objetivo de avaliar o comportamento de aprendizado/memória e de ansiedade. No dia pós-natal 30 (DPN 30) o hipocampo foi dissecado e fatias foram obtidas para a imunoquantificação de GFAP, NeuN, S100B, receptores NMDA e para os transportadores gliais de glutamato, EAAT1 e EAAT2. O ensaio para dosagem da captação de glutamato, bem como o conteúdo de glutationa (GSH) também foram realizados. Os filhotes do grupo MPAE apresentaram comportamento do tipo ansiolítico, mesmo tendo aprendido a evitar o braço aversivo. Observamos neste grupo uma diminuição da captação de glutamato, que parece ser dose 9 dependente, além de alterações na quantificação dos receptores NMDA e dos transportadores de glutamato EAAT1 e EAAT2, que podem ter contribuído para os efeitos comportamentais encontrados. Os níveis da proteína S100B estavam claramente elevados no líquido cefalorraquidiano apenas no grupo MPAE e alterações na expressão de GFAP também foram evidenciadas neste grupo. Contudo, este trabalho mostra que mesmo doses moderadas de etanol, administradas durante o período do desenvolvimento fetal, podem interferir no comportamento de risco associado a diminuição da ansiedade, visto na fase da adolescência. Além disso, os resultados ressaltam uma maior vulnerabilidade do sistema glutamatérgico à toxicidade do etanol, bem como da possibilidade das células da glia participarem de uma resposta de ativação e reparo após o tratamento pré-natal com etanol. The central nervous system (CNS) is more vulnerable to ethanol effects during fetal development. It is known that high doses of prenatal ethanol exposure increases the probability of fetal alcohol syndromes. Women have chosen to continue drinking socially despite being pregnant, even with studies demonstrating that moderate doses of ethanol during development can impact the CNS leading to cogitive, social and neurochemical impairments. The aim of this thesis is evaluate glial and behavior parameters during adolescence period on hippocampal slices of male Wistar rats submitted to an animal model of prenatal and postnatal ethanol exposure under moderate dose. An animal model of oral self-administration of etanol through a non-alcoholic beer was performed during the role gestation period until weaning. The pregnant rats were divided in three treatment groups: only water (control group), non-alcoholic beer (vehicle group) or non-alcoholic beer with 10% v.v. added (MPAE group – moderate prenatal alcohol exposure). Adolescent male offspring were subjected to the discriminative passive avoidance task to evaluate the learning/memory and anxiety-like behavior. On postnatal day 30 (PND 30) hippocampi were dissected and slices were obtained for immunoquantification of GFAP, NeuN, S100B, NMDA receptors and for glial glutamate transporters, EAAT1 and EAAT2. In addition, we measured the glutamate uptake, as well as the GSH content. Offspring from MPAE group presented an anxiolytic-like behavior, even though they had learned how to avoid the aversive arm. We observed a decrease in glutamate uptake, that seems to be dose-dependent, and alterations in the quantification of glutamate NMDA receptors and EAAT1 and EAAT2 transporters, that could contribute to the behavior findings. The S100B protein levels were clearly increased in the cerebrospinalfluid only for MPAE group and alterations in GFAP expression were also seen for this group. Nevertheless, this thesis shows that even moderate ethanol doses administred during fetal development can impact the rink taking behavior associated to reducement in anxiety, common seen during adolescence. Moreover, the results highlight a vulnerability of glutamate system associated to etanol toxicity, as well as the possibility of glial cells are involved in an activated and repair response after prenatal etanol treatment.

Tem sido postulado que os distúrbios psiquiátricos, incluindo a esquizofrenia, estão relacionados com uma redução da expressão do fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF). Nos últimos anos um número crescente de estudos clínicos que avaliaram BDNF no sangue (soro ou plasma obtido do sangue, nesta tese também designado como “periférico”) de indivíduos com esquizofrenia, transtorno bipolar e transtorno depressivo maior foram publicados. Nossos objetivos nesta tese foram verificar se o BDNF periférico está diminuído na esquizofrenia em conjunto com as sintomatologias positiva e negativa, e se aumenta posteriormente no decurso de um tratamento com antipsicóticos. Para isso, realizamos duas metanálises distintas de BDNF periférico em esquizofrenia, incluindo um total de 41 estudos e mais de 7.000 participantes. Níveis periféricos de BDNF no soro e no plasma estão moderadamente reduzidos em pessoas com esquizofrenia quando comparados com controles saudáveis a partir do primeiro episódio psicótico, e esta diminuição é acentuada com a progressão da doença. Além disso, a diminuição do BDNF periférico não se correlaciona com a gravidade dos sintomas positivos e negativos No plasma, mas não no soro, os níveis periféricos de BDNF são sempre aumentados após o tratamento com antipsicóticos, independentemente da resposta do paciente ao medicamento. Depois, queríamos verificar a especificidade dos níveis de BDNF no soro e plasma nos transtornos psiquiátricos maiores. Para isso, foi realizada uma metanálise comparativa de 99 estudos de BDNF no soro e plasma na esquizofrenia, transtorno bipolar e transtorno depressivo maior, e verificamos que os níveis periféricos de BDNF estão igualmente reduzidos em todas essas condições, mas que ele retorna ao normal durante a fase de remissão de transtorno bipolar e transtorno depressivo maior. Em conclusão, há evidências de que a esquizofrenia está relacionada com níveis alterados de BDNF periférico. Se estes níveis de BDNF estão causalmente relacionados com o desenvolvimento da esquizofrenia ou se eles são apenas um epifenômeno nesta patologia ainda precisa ser determinado. Além disso, os níveis de BDNF no soro e plasma são inespecíficos para a esquizofrenia, transtorno bipolar e transtorno depressivo maior, mas podem ser considerados um biomarcador de atividade de doença nessas condições. It has been postulated that psychiatric disorders, including schizophrenia, are related with a lower expression of brain-derived neurotrophic factor (BDNF). In the last few years an increasing number of clinical studies assessing BDNF in serum and plasma of subjects with schizophrenia, bipolar disorder, and major depressive disorder have been published. The aims in this thesis were to verify if peripheral BDNF is decreased in SZ in tandem with positive and negative symptomatology, and if it increases subsequently in the course of antipsychotic treatment. For this, we conducted two distinct meta-analyses of peripheral BDNF in SZ including a total of 41 studies and more than 7,000 participants. Peripheral BDNF levels in serum and plasma are moderately reduced in persons with SZ when compared to controls following the first episode of psychosis, and this decrease is accentuated with the progression of the disorder. Mostly notably, the extent peripheral BDNF level decrease does not correlate with the severity of positive and negative symptoms. In plasma, but not serum, peripheral BDNF levels are always increased after antipsychotic treatment irrespective of the patient’s response to the medication After, we wanted to verify the specificity of serum and plasma BDNF levels in major psychiatric disorders. For this, we conducted a comparative meta-analysis of 99 studies of serum and plasma BDNF in schizophrenia, bipolar disorder, and major depressive disorder, and verified that peripheral BDNF levels are equally reduced in all these conditions, but that it returns to normal during the remission phase of bipolar disorder and major depressive disorder. In conclusion, there is compelling evidence that SZ is related to altered levels of peripheral BDNF. Whether these BDNF levels are causally related to the development of SZ or if they are merely a pathology epiphenomenon remains to be seen. In addition, serum and plasma BDNF levels are unspecific for schizophrenia, bipolar disorder and major depressive disorder, but can be considered a biomarker of disease activity in these conditions.

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.

As respostas inflamatórias no cérebro são mediadas principalmente pela microglia, mas evidências crescentes sugerem uma importância crucial dos astrócitos. A S100B, uma proteína ligante de cálcio e secretada por astrócitos, tem propriedades neurotróficas e de citocina inflamatória. No entanto, não se sabe se sinais primários que ocorrem durante a indução de uma resposta inflamatória como, por exemplo, lipopolissacarídeo (LPS) modulam diretamente a S100B. A neuroinflamação está implicada na patogênese ou na progressão de uma variedade de distúrbios neurodegenerativos e muitos estudos procuram uma conexão entre S100B e doenças degenerativas, incluindo a doença de Alzheimer e esquizofrenia. O uso terapêutico de fármacos anti-inflamatórios não-esteroidais (AINEs) para estas doenças tem aumentado. No entanto, existem poucos estudos sobre o efeito desses fármacos em relação à proteína S100B. Neste trabalho, nós avaliamos se os níveis de S100B no líquido cefalorraquidiano (LCR) e soro de ratos Wistar são afetados por injeção de LPS administrado por via intraperitoneal (IP) ou intracerebroventricular (ICV), bem como se as culturas primárias de astrócitos respondem diretamente ao LPS. Além disso, nós avaliamos o conteúdo e a secreção de S100B medido por ELISA (bem como o conteúdo de GFAP e secreção de TNF-α) em culturas primárias de astrócitos expostos a dexametasona e quatro classes químicas diferentes de AINEs (ácido acetilsalicílico, ibuprofeno, diclofenaco e nimesulida) durante 24 h. Os nossos dados sugerem que a secreção de S100B no tecido cerebral é estimulada rapidamente e persistentemente (durante pelo menos 24 h) por administração ICV de LPS. Este aumento da S100B no LCR foi transitório quando o LPS foi administrado IP. Em contraste com estes resultados de S100B, observou-se um aumento nos níveis de TNF-α no soro, mas não no LCR, após a administração IP de LPS. Em astrócitos isolados e em fatias de hipocampo frescas, observou-se uma estimulação direta da secreção de S100B por LPS numa concentração de 10 ug/ml. Um envolvimento de TLR4 foi confirmado pelo uso de antagonistas específicos deste receptor. No entanto, baixas concentrações de LPS em culturas de astrócitos foram capazes de induzir uma diminuição na secreção de S100B após 24 h, sem alteração significativa no conteúdo intracelular de S100B. Além disso, após 24 horas de exposição ao LPS, observou-se um decréscimo na glutationa e um aumento na proteína ácida fibrilar glial. Também foi observado que os AINEs apresentam diferentes efeitos sobre parâmetros gliais. O ácido acetilsalicílico e o diclofenaco foram capazes de aumentar a GFAP, enquanto que a nimesulida, um inibidor seletivo de COX-2, e a dexametasona diminuiram a secreção de S100B. No entanto, todos os AINEs reduziram os níveis de PGE2. Juntos, esses dados contribuem para a compreensão dos efeitos de LPS em astrócitos, especialmente sobre a secreção de S100B, e nos ajuda a interpretar mudanças nesta proteína no LCR e soro em doenças neuroinflamatórias. Além disso, tecidos periféricos que expressam S100B talvez devam ser regulados diferentemente, uma vez que a administração IP de LPS não foi capaz de aumentar os níveis séricos de S100B. Em relação aos AINEs, a PGE2 parece estar envolvida no mecanismo de secreção de S100B, mas vias adicionais, não claras neste momento, necessitam de uma maior caracterização. O papel inflamatório de S100B em doenças degenerativas, onde também são observados níveis elevados da COX-2 e PGE2, poderia ser atenuado por inibidores de COX-2. Inflammatory responses in brain are primarily mediated by microglia, but growing evidence suggests a crucial importance of astrocytes. S100B, a calciumbinding protein secreted by astrocytes, may act as a neurotrophic or an inflammatory cytokine. However, it is not known whether primary signals occurring during induction of an inflammatory response (e.g. lipopolysaccharide, LPS) directly modulate S100B. Neuroinflammation has been implicated in the pathogenesis or progression of a variety of neurodegenerative disorders and several studies have looked for a connection of S100B, and degenerative diseases including Alzheimer’s disease and schizophrenia. The therapeutic use of non-steroid anti-inflammatory drugs (NSAID) to these diseases has growth up. However, there are few reports about the effect of these drugs on S100B. In this work, we evaluated whether S100B levels in cerebrospinal fluid (CSF) and serum of Wistar rats are affected by LPS administered by intraperitoneal (IP) or intracerebroventricular (ICV) injection, as well as whether primary astrocyte cultures respond directly to lipopolysaccharide. Moreover we evaluated S100B content and secretion measured by ELISA (as well as GFAP content and TNF-α secretion) in primary astrocyte cultures exposed to dexamethasone and 4 different chemical classes of NSAID (acetyl salicylic acid, ibuprofen, diclofenac and nimesulide) for 24 h. Our data suggest that S100B secretion in brain tissue is stimulated rapidly and persistently (for at least 24 h) by ICV LPS administration. This increase in CSF S100B was transient when LPS was IP administered. In contrast to these S100B results, we observed an increase in in TNFα levels in serum, but not in CSF, after IP administration of LPS. In isolated astrocytes and in acute hippocampal slices, we observed a direct stimulation of S100B secretion by LPS at a concentration of 10 μg/mL. An involvement of TLR4 was confirmed by use of specific inhibitors. However, lower levels of LPS in astrocyte cultures were able to induce a decrease in S100B secretion after 24 h, without significant change in intracellular content of S100B. In addition, after 24 h exposure to LPS, we observed a decrease in astrocytic glutathione and an increase in astrocytic glial fibrillary acidic protein. We also observe that NSAIDs have distinct effects on glial parameters. ASA and diclofenac are able to increase GFAP, while nimesulide, a selective COX-2 inhibitor, and dexamethasone were able to decrease S100B secretion. However, all anti-inflammatories were able to reduce levels of PGE2. Together, these data contribute to the understanding of the effects of LPS on astrocytes, particularly on S100B secretion, and help us to interpret cerebrospinal fluid and serum changes for this protein in neuroinflammatory diseases. Moreover, non-brain S100B-expressing tissues may be differentially regulated, since LPS administration did not lead to increased serum levels of S100. With respect to NSAIDs, PGE2 is possibly involved in the mechanism of S100B secretion but additional pathways, unclear at this moment, demand further characterization. The inflammatory role of S100B in degenerative diseases, where also is observed elevated levels of COX-2 and PGE2, could be attenuated by COX-2 inhibitors in which elevated levels of COX-2.

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.

Os objetivos principais desta tese foram avaliar parâmetros bioquímicos gliais, inflamatórios e comportamentais em pacientes com lesão medular (LM) submetidos a um protocolo de dança, e em ratos submetidos aos protocolos de exercício voluntário e forçado. Para tanto, foram realizados 4 experimentos. No primeiro, os ratos foram submetidos a 4 semanas de exercício moderado em esteira ergométrica (20 min por dia). No segundo, os animais foram submetidos à 4 semanas de exercício voluntário em rodas de correr (12 horas por dia). No terceiro experimento, os ratos foram expostos à esteira ergométrica durante 2 semanas (20 min/dia) e, após o último treino, receberam uma injeção intraperitoneal de LPS. Neste último, a memória e aprendizagem dos animais foram investigadas. Ao término do período de exercício, ou após a injeção de LPS, as análises bioquímicas do hipocampo foram realizadas. O quarto experimento foi realizado com indivíduos com LM que foram submetidos a 4 semanas de dança. Análises sorológicas e comportamentais foram efetuadas. Os resultados mostraram que o exercício forçado promoveu o aumento da glutamina sintetase (GS) e diminuição de proteína glial fibrilar ácida (GFAP) e óxido nítrico (NO) no hipocampo, além de aumentar os níveis de corticosterona, o que pode estar mediando os efeitos do exercício sobre os astrócitos. O exercício voluntário induziu o aumento da GS e BDNF. A aplicação de LPS promoveu aumento dos níveis de TNF-α no hipocampo dos animais, o que coincidiu com o aumento dos níveis de S100B no fluído cerebrospinal. Os indivíduos com LM submetidos à dança apresentaram melhora significativa nos escores da Medida de Independência Funcional, Índice de Barthel, Escala de Berg e Escala Hospitalar de Ansiedade e Depressão, e aumento dos níveis sorológicos de BDNF. A dança não teve efeito sobre os parâmetros gliais, metabólicos e inflamatórios periféricos. Estes resultados sugerem que diferentes tipos de exercício físico exercem diferentes efeitos sobre os astrócitos hipocampais, o que pode interferir na indicação de um ou outro dependendo do objetivo a ser alcançado. O exercício em esteira pode ser uma atividade indicada para prevenção de doenças que envolvem neuroinflamação, e a dança pode ser uma intervenção terapêutica eficaz para reabilitação de indivíduos com lesão medular uma vez que contribui para melhora física e psicológica desta população. Tomados juntos, os resultados desta Tese ressaltam a importância da prática de exercício físico para o metabolismo neural, e a relevância de estudar os astrócitos para compreensão dos mecanismos envolvidos no efeito do exercício físico no SNC. The main aim of this Thesis was to evaluate the biochemical glial, inflammatory and behavioral parameters, in patient with spinal cord injury (SCI) submitted to a protocol of dance, and in rats submitted to voluntary and forced exercise. Four experiments were made. In the 1st, the rats were submitted to 4 weeks of moderate exercise on treadmill (20 min per day). In the 2nd, the animals were submitted to 4 weeks of voluntary exercise on wheel running (12 hours per day). In the 3rd experiment, the rats were exposed to treadmill during 2 weeks (20 min per day) and, after the last session, they received intraperitoneal injection of LPS. In this last experiment, the memory and learning were investigated. At the finish of the exercise period, or after the LPS injection, the biochemical analysis of the hippocampus was realized. The 4th experiment was realized with individuals with spinal cord injury that were submitted to 4 weeks of dance practice. Behavioral and serological analyses were performed. Data show that treadmill running increased glutamine synthetase (GS) activity and decreased hippocampal glial fibrillary acidic protein (GFAP) and nitric oxide (NO) , as well as increased corticosterone level, that can mediate the effects of the exercise on astrocytes. The voluntary exercise increased GS and BDNF. The LPS administration increased hippocampal TNF-α level in rats concomitantly with the increase in the S100B levels in cerebrospinal fluid. The individuals with spinal cord injury submitted to dance showed a significant improve in the scores of Functional Independency Measure, Barthel Index, Berg Scale and Ansiety and Depression Hospitalar Scale, and a increase in the serologic levels of BDNF. The dance had no effect on glial, metabolic and inflammatory parameters. These results suggest that different types of exercise exert different effects on hippocampal astrocytes, which may interfere with the appointment of one or the other depending on the objective to be achieved. The treadmill exercise can be a good strategy in the prevention of neuroinflammatory diseases, and dance can be an effective therapeutic intervention for rehabilitation of individuals with SCI as it helps to improve physical and psychological conditions in this population. Taken together, the present data highlight the importance of physical exercise for neural functions, and the relevance of studying astrocytes to understand the mechanisms involved in the effect of exercise on CNS.

A restrição calórica (RC) é uma dieta caracterizada por redução na quantidade total de calorias consumidas sem que ocorra desnutrição e tem sido associada a efeitos benéficos sobre a saúde, incluindo modulação sobre o estado redox. Alguns estudos têm avaliado os efeitos da RC sobre o sistema nervoso central, especialmente na senescência e em condições neurodegenerativas. Entretanto, devido a dados inconsistentes e/ou controversos da literatura, novos estudos são necessários para ampliar o conhecimento no tema e consolidar mecanismos de ação da RC. No presente trabalho investigou-se os efeitos de 30% de RC crônica em ratos Wistar machos na fase adulta, totalizando 17 semanas, em dois contextos experimentais. No primeiro, avaliou-se os efeitos da RC crônica sobre parâmetros relacionados ao estado redox e ao dano celular e sobre defesas antioxidantes não-enzimáticas e enzimáticas em rim, coração e fígado. Demonstrou-se que a RC crônica causou um aumento significativo na atividade da catalase no rim, na carbonilação de proteínas no coração e no conteúdo de glutationa (GSH) no fígado, além de reduzir a geração de espécies reativas (ER) hepáticas. No segundo contexto experimental avaliou-se o possível efeito neuroprotetor da RC crônica sobre parâmetros cognitivos, bioquímicos e morfológicos no córtex cerebral frontal, no hipocampo e no estriado, mediante modelo de demência por infusão intracerebroventricular (ICV) de estreptozotocina (STZ). Demonstrou-se que a RC crônica melhorou todos os parâmetros da memória de referência avaliados através do teste do labirinto aquático de Morris. No córtex cerebral frontal, a RC e a infusão ICV de STZ causaram uma redução na geração de ER sem alterar os outros parâmetros. No hipocampo, a STZ causou uma diminuição significativa no conteúdo da GSH e da proteína sinaptofisina (SYN), sendo que a RC foi capaz de prevenir e/ou reverter a diminuição de GSH. Ainda a RC per se aumentou a geração de ER. As imagens obtidas com a microscopia confocal revelaram redução na imunoreatividade da SYN e aumento da imunoreatividade da GFAP no hipocampo dos animais submetidos à infusão ICV de STZ. No estriado, tanto a RC como a STZ causaram uma diminuição do conteúdo de GSH, sem alterar os outros parâmetros. Concluiu-se que a RC crônica é capaz de modular o estado redox em diferentes tecidos periféricos, entretanto, os efeitos da RC são tecido-específico, ou seja, podem variar dependendo do tipo de tecido estudado. Além disso, concluiu-se que a RC crônica é capaz de prevenir e/ou recuperar os prejuízos cognitivos e as alterações hipocampais encontradas no modelo de demência induzido por STZ. The caloric restriction (CR) diet is characterized by a reduction in the quantity of calories consumed without the occurrence of malnutrition. It has been associated with beneficial health effects, including modulation of the redox status. Studies have evaluating the effects of CR on central nervous system, particularly in aging and neurodegenerative conditions. However, due to inconsistent and/or controversial literature, further studies are needed to increase the knowledge and consolidate mechanisms of CR action. It was investigated the effects of 30% of chronic CR in adult male Wistar rats followed by 17 weeks, in two experimental contexts. At first, it was evaluated the effects of chronic CR on parameters related to oxidative status and oxidative damage and also on non-enzymatic and enzymatic cellular antioxidant defenses in the kidney, heart and liver. Chronic CR caused a significant increase in catalase activity in kidney, in protein carbonylation in heart and in glutathione (GSH) content in liver, and it caused a significant decrease in generation of reactive species (RS) in the liver. In the second experimental context, it was evaluated the effects of chronic CR on cognitive parameters and on biochemical and morphological changes in frontal cerebral cortex, hippocampus and striatum in model of dementia induced by intracerebroventricular (ICV) infusion of streptozotocin (STZ). Chronic CR was able to improve all deficits of reference memory assessed by the Morris water maze test. In the frontal cerebral cortex, CR and ICV infusion of STZ decreased RS generation without affecting other parameters. In the hippocampus, STZ decreased GSH and synaptophysin (SYN) contents. CR was able to prevent and/or revert the decrease in GSH content and it also has a per se effect in increasing RS generation. Images from confocal microcopy showed a reduction in SYN expression and an increase in GFAP expression in the hippocampus of rats submitted to ICV infusion of STZ. In the striatum, both CR and STZ decreased GSH levels without altering other parameters. In summary, chronic CR was able to modulate the redox state in various peripheral tissues, however, the effects of CR are tissue-specific, i.e, may vary depending on the type of tissue studied. The main conclusion is that chronic CR is able to prevent and/or revert cognitive impairments and hippocampal alterations in the animal model of dementia induced by STZ.

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.

Embora a inflamação seja um processo de defesa fisiológica, neuroinflamação desequilibrada tem sido associada com a fisiopatologia de doenças do SNC. Além disso, a exposição pré-natal à infecção bacteriana e/ou viral tem sido implicada em vários estudos como um importante fator ambiental capaz de afetar prejudicialmente o neurodesenvolvimento, aumentando assim o risco de esquizofrenia. Resposta imune materna, em vez de infecção direta do feto, poderia ser responsável pelo desenvolvimento da doença. Glia ativada libera uma variedade de citocinas pró-inflamatórias que contribuem para a disfunção neuronal. Além disso, as alterações de marcadores astrogliais parecem estar intimamente relacionadas à patologia da esquizofrenia, por exemplo, níveis elevados de S100B, uma proteína derivada da glia, foram observados no soro e LCR de pacientes com esquizofrenia. Nesta tese avaliou-se se a secreção de S100B (em células de glioma C6 e fatias de hipocampo de ratos Wistar) poderia ser diretamente modulada por citocinas inflamatórias alteradas na esquizofrenia, assim como o possível envolvimento da via da proteína cinase ativada por mítógeno (MAPK) nestas respostas. Os efeitos dos antipsicóticos típicos e atípicos na secreção de S100B induzida por citocinas foram analisadas. Nós também avaliamos se a administração de LPS em ratas prenhas no final da gestação afeta alguns aspectos comportamentais da prole em sua vida adulta, e investigamos os efeitos deste tratamento sobre parâmetros gliais usando preparação ex vivo dos descendentes, além de observar se o tratamento pré-natal afeta marcadores gliais (S100B e GFAP) da prole adulta. Usamos a prole aos 30 e 60 dias para avaliar as diferenças entre os ratos jovens e adultos e também investigar a existência de diferenças entre os descendentes do sexo masculino e feminino. Avaliamos também os parâmetros de estresse oxidativo NO e GSH. Nós observamos que secreção de S100B foi aumentada pelas citocinas pró-inflamatórias (IL-1, TNF-, IL-6 e IL-8) em glioma C6 e em fatias hipocampais através da via MAPK, e estresse oxidativo pode ser um componente desta modulação. Além disso, IL-6 foi capaz de induzir um aumento no conteúdo de S100B e GFAP em glioma C6 e os antipsicóticos, haloperidol e risperidona, foram capazes de inibir a secreção de S100B estimulada por IL-6. Observamos também que o modelo de alteração imune maternal provocou alterações comportamentais na prole adulta, especialmente no comportamento social dos ratos afetados, além de modificar o padrão de secreção da proteína S100B e da captação de glutamato em fatias ex vivo da prole adulta. Constatamos que conteúdo de glutationa e NO são modificados de forma dependente de idade/gênero. Foi observada também uma pronunciada astrogliose particularmente hipocampal, com GFAP apresentando-se aumentada em ratos juvenis e adultos enquanto que conteúdo de S100B apresentou diminuição na prole juvenil e aumento em ratos adultos em resposta a exposição imune maternal. Aparentemente, infecção pré-natal parece levar a anormalidades comportamentais e neuroquímicas, incluindo modificação de marcadores gliais, na vida pós-natal, possivelmente via citocinas. Although inflammation may be a physiological defense process, imbalanced neuroinflammation has been associated with the pathophysiology of brain disorders. Furthermore, prenatal exposure to bacterial and viral infection has been implicated by several studies indicating that such exposure is an important environmental factor out that may detrimentally affect neurodevelopment, increasing the risk of schizophrenia. Maternal immune response, rather than direct infection of the fetus, could be responsible for disease development. Activated glia releases a variety of pro-inflammatory cytokines that contribute to neuronal dysfunction. Moreover, changes in astrogliais markers seem to be closely related pathology of schizophrenia, for example, elevated levels of S100B, a glia derived protein, have been observed in the serum and CSF of schizophrenic patients. We evaluated whether S100B secretion (in C6 glioma cells and hippocampal slices in Wistar rats) could be directly modulated by the main inflammatory cytokines altered in schizophrenia, as well as the possible involvement of mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways in these responses. The effects of typical and atypical antipsychotic drugs on glial cytokine-induced S100B release were analyzing. We also evaluated whether administration of LPS to rats dams in late gestation affects some aspects of the offspring behavior in their adult life, and investigated the effects of this treatment on glial parameters using ex vivo preparation of offsprings, and whether it affects astroglial markers (S100B and GFAP) of the offspring in later life. We used the offspring at 30 and 60 days to evaluate the differences between juvenile and adult rats and also investigate the existence of differences between male and female offspring. We also investigated the oxidative stress parameters NO and GSH. We observed that S100B secretion was increased by the pro-inflammatory cytokines (IL-1 , TNF-, IL-6 and IL-8) in C6 glioma and in hippocampal slices via the MAPK, and oxidative stress may be a component this modulation. Furthermore, IL-6 was capable of inducing an increase in content GFAP and S100B in C6 glioma and antipsychotic, haloperidol and risperidone have been capable of inhibiting S100B secretion stimulated by IL-6. We also note that the model of maternal immune changes caused behavioral changes in the adult offspring, especially in the social behavior of rat affected and modified the pattern of secretion of S100B protein and glutamate uptake in ex vivo slices of adult offspring. We found that content of glutathione and NO are modified so age / gender dependent. There was also a pronounced hippocampal astrogliosis, with GFAP presenting increased in juvenile and adult rats while S100B content was reduced in juvenile and increased in adult offspring rats in response to exposure to maternal immune. Apparently, prenatal infection appears to lead to behavioral and neurochemical abnormalities, including modification of glial markers in the postnatal life, possibly via cytokines.

A dieta cetogênica (DC) é constituída por alta quantidade de ácidos graxos, baixa ou ausência de carboidratos e baixos ou normais níveis de proteínas. Na ingestão de DC promove substituição parcial de glicose por corpos cetônicos (CCs) como combustível energértico. Além de CCs, o teor e proporção de ácidos graxos poliinsaturados (PUFAs) pode ser considerado um mediador dos efeitos de DC. A DC tem sido proposta como uma abordagem neuroprotetora em casos de epilepsia refratária, doença de Parkinson, doença de Alzheimer, esclerose lateral amiotrófica, transtornos psiquiátricos como a depressão e a doença bipolar. No entanto, o mecanismo de ação neuroprotetora da dieta não é bem conhecido e seus efeitos sobre o SNC são limitados. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da DC com diferentes composições de PUFAs no metabolismo periférico e neuroglial. Ratos Wistar machos (30 dias) foram submetidos a 8 semanas de ingestão de diferentes dietas: controle, cetogênica clássica e cetogênica enriquecida com ômega-3. Ao final do tratamento, foram analisados parâmetros bioquímicos da periferia e do sistema nervoso central. Não houve alterações no perfil sérico dos animais e ambas DCs promoveram cetogênese nos animais. As DCs reduziram os níveis de duas moléculas supostamente com ação neurotrófica no SNC: BDNF no estriado e S100B no líquido cefalorraquidiano de ratos. Enquanto que, o nível de GSH aumentou no hipocampo. Essas alterações não foram afetadas pela proporção de PUFAs entre as diferentes DCs. Esses achados reforçam a importância desta dieta como indutor de mudanças do SNC, o que pode contribuir para entender a atividade neuroprotetora ou efeitos colaterais da DC em distúrbios cerebrais. The ketogenic diet (KD) is constituted by high amount of fatty acids, low or absence of carbohydrates and low or normal protein levels. It has been proposed that ketone bodies partially replace glucose consumption as a fuel to maintain neuronal activity. In addition to KBs, the content and proportion of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) can be considered as a mediator of KD. The KD have been proposed as one approach neuroprotective in cases of refractory epilepsy, Parkinson's disease, Alzheimer's disease, amyotrophic lateral sclerosis, psychiatric disorders as depression and bipolar disorder. However, the mechanism of their neuroprotective's action is not well known and its effects on the CNS is limited. The objective of this study was to evaluate the effect of KD with different compositions of PUFAs in neuronal and peripheral metabolism. Male Wistar rats (30 days) fed 8 weeks of different diets: control, classic ketogenic and ketogenic enriched with omega-3. At the treatment end, were analyzed biochemical parameters from the periphery and CNS. No change on serum profile of animals, both KDs were ketogenic's effects in animals. The KDs reduced the levels of two putatively-neurotrophic molecules of two molecules supposedly neurotrophic with the CNS, BDNF in the striatum and S100B in cerebrospinal fluid of rats. However, the level of GSH increased in the hippocampus. These changes were not affected by the proportion of PUFAs between different KDs. These findings reinforce the importance of diet to induce changes in the CNS, which may contribute to understand the neuroprotective activity (or effects) of the KD on brain disorders.

A demência é caracterizada como um declínio progressivo nas funções cognitivas e perda grave de memória. A doença de Alzheimer (DA) é a forma mais comum de demência. Dentre as características neuropatológicas, a doença caracteriza-se por perdas seletivas neuronais e sinápticas, presença de placas neuríticas extracelulares contendo o peptídeo β- amilóide (Aβ) e emaranhados neurofibrilares (NFTs) compostos de formas hiperfosforiladas da proteína tau. Diversos modelos animais têm sido desenvolvidos para investigar a etiologia da DA, embora ainda não estabelecida, muitos fatores de riscos e alterações patológicas tem sido utilizados para a elaboração de modelos in vivo e in vitro da DA. O ácido ocadáico (AO), um potente inibidor de fosfatase 1 e 2A, ocasiona a deposição de Aβ, perda neuronal e sináptica, e subsequente déficit de memória, características semelhantes às ocorridas na DA. O objetivo deste trabalho foi avaliar uma possível disfunção cognitiva e alterações nos parâmetros bioquímicos astrocitários de ratos submetidos ao ácido ocadáico, intrahipocampal, como modelo de demência. Ratos Wistar machos (90 dias) foram submetidos à infusão intrahipocampal e bilateral de AO (100 ng), e 12 dias após a cirurgia, avaliada a memória pelo teste de memória espacial no labirinto aquático de Morris, e realizados testes bioquímicos. Usando este modelo animal de infusão do AO, nós observamos um déficit cognitivo espacial e alterações neurogliais, particularmente, em marcadores de astrogliose, como a proteína glial fibrilar ácida (GFAP) e S100B. Houve alterações no metabolismo do glutamato, pela diminuição significativa do transportador de aminoácido excitatório 2 (EAAT2/GLT-1) e atividade da glutamina sintetase; bem como, é característico na DA, um aumento no estresse oxidativo, observado pelo aumento das proteínas carboniladas e diminuição no conteúdo de glutationa (glutationa reduzida) no modelo de infusão do AO. Foram observadas também, alterações na via das MAPKs, onde a infusão do AO aumentou a fosforilação da p38MAPK, não alterando outras MAPKs, como a JNK 1/2 e ERK 1/2. Em conclusão, a injeção bilateral de AO foi capaz de induzir um déficit cognitivo espacial e estresse oxidativo no modelo de demência proposto, e pela primeira vez ao nosso conhecimento, alterações astrogliais em modelo de demência induzido pelo AO. Por fim, as alterações astrogliais observadas neste modelo de demência contribuem para a compreensão da fisiopatologia da DA e de outras doenças acompanhadas de déficit cognitivo, bem como contribuem para a identificação de alvos terapêuticos para a DA. Dementia is characterized as a progressive decline in cognitive functions and severe memory loss. Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of dementia. The defining neuropathological characteristics of AD are the presence of extracellular accumulation of aggregated β-amyloid in senile plaques in the brain, and also by intraneuronal aggregates of neurofibrillary (NFT) consisting of hyperphosphorylated tau proteins, wich leads to progressive brain dysfunction. Although the cause of AD remains elusive, many possible risk factors and pathological alterations have been used in the elaboration of in vivo and in vitro models of this disease, including intrahippocampal infusion of okadaic acid (OA). Okadaic acid (OA), a potent inhibitor phosphatase 1 and 2A, leads to the deposition of β-amyloid, subsequent neuronal degeneration, synaptic loss and memory impairments, all of which resemble AD-like pathology. In this study, our aim was evaluate spatial cognitive deficit and neuroglial alterations in rats submitted to the OA-induced dementia model. Male Wistar rats (90 days old) were submitted to bilateral intrahippocampal OA-injection (100 ng), and 12 days after the surgery the rats were submitted to training and test in the Morris water maze, and biochemistry tests were performed. Using this model, we evaluated spatial cognitive deficit and neuroglial alterations, particulary astroglial protein markers such as glial fribillar acidic protein (GFAP) and S100B. There have been changes in the metabolism of glutamate, the significant decrease in the excitatory amino acid transporter 2 (EAAT2/GLT-1) and glutamine synthetase activity, as is characteristic of AD, increased oxidative stress, observed by increased protein carbonyl and decreased glutathione in rats submitted to injection of OA. Were also observed, alterations in the MAPKs pathway, where the infusion of OA increased the phosphorylation of p38MAPK, without altering other MAPKs, such as JNK 1/2 and ERK 1/2. In conclusion, bilateral injection of OA induces spacial cognitive deficit, and causes oxidative stress in this model and demonstrate, for the first time to our knowledge, neuroglial alteriations. Findings contribute to understanding diseases accompanied by cognitive deficit and the OA model of dementia.

O metilglioxal é um composto dicarbonil - extremamente reativo, que está envolvido na patogênese de diversas doenças, como diabetes mellitus e doença de Alzheimer. Sua citotoxicidade é atribuída principalmente à formação dos produtos finais de glicação avançada (AGEs, do inglês Advanced Glycation End Products). Apesar da disfunção astroglial parecer estar envolvida no surgimento de doenças neurodegenerativas – dentre elas a demência microvascular e a doença de Alzheimer, o efeito do metilglioxal sobre as funções desta célula foi pouco abordado. O objetivo deste estudo foi investigar o efeito do metilglioxal, em curto (1 hora e 3 horas) e longo prazo (24 horas), sobre o metabolismo energético, parâmetros de estresse oxidativo e astrogliais em células de glioma C6. O metilglioxal não foi capaz de alterar a morte e viabilidade celular em nenhum dos momentos até 24 horas de exposição. A secreção de S100B, um marcador de ativação astroglial, não foi alterada. Além disso, a incubação com metilglioxal mostrou-se capaz de aumentar a produção de espécies reativas e reduzir o conteúdo intracelular de glutationa (GSH) em 1 e 24 horas. Observou-se também aumento do conteúdo extracelular de GSH e da captação de glutamato em 1 hora, seguido por uma diminuição desses parâmetros em 24 horas. Verificou-se aumento da captação de glicose e da oxidação de glicose e de glicina a CO2 em 1 hora e aumento da conversão de glicose e de glicina a lipídios em 3 horas e em 1 hora, respectivamente. Já a síntese protéica a partir de glicina diminuiu em 1 e 3 horas. A oxidação de lactato a CO2 não foi alterada nos períodos estudados. Verificou-se que a atividade das enzimas glioxalase I e II estava diminuída em 24 horas de exposição ao metilglioxal, efeito que foi acompanhado de um aumento na quantidade de AGEs. Juntos, estes resultados fornecem evidência de que o metilglioxal prejudica o funcionamento das células astrogliais C6 através de alterações no metabolismo energético, no perfil oxidativo, do dano ao sistema glioxalase e do aumento do conteúdo de AGEs. Em períodos de maior exposição ao metilglioxal, as alterações observadas neste estudo poderiam ser exacerbadas, gerando um maior aumento da quantidade de metilglioxal intracelular e, assim, contribuindo com o surgimento ou agravamento de doenças neurodegenerativas. Methylglyoxal is a dicarbonyl compound - extremely reactive, which is involved in the pathogenesis of several diseases, such as diabetes mellitus and Alzheimer's disease. Its cytotoxicity is mainly attributed to the formation of Advanced Glycation End Products (AGEs). Although, astroglial dysfunction seems to be involved in the onset of neurodegenerative diseases – such as microvascular dementia and Alzheimer's disease, the effect of methylglyoxal on the functions of this cell was a few times addressed. The aim of this study was to investigate the effect of methylglyoxal, in short (1 h and 3 h) and long term (24 h) on energy metabolism, oxidative stress and astroglial parameters in C6 cells. Methylglyoxal was not able to change the cell viability and cell death up to 24 h of exposure. Secretion of S100B, a marker of astroglial activation, was not altered. Furthermore, incubation with methylglyoxal was able to increase ROS formation and reduce the intracellular content of glutathione (GSH) at 1 and 24 h. We also observed increase in extracellular GSH levels and glutamate uptake in 1 h, followed by a decrease in these parameters in 24 h. We found increase in glucose uptake and in glucose and glycine oxidation to CO2 in 1 h and increase in the conversion of glucose and glycine in lipids in 3 h and 1 h, respectively. Protein synthesis from glycine decreased at 1 and 3 h. Lactate oxidation to CO2 was not changed. It was found that the glyoxalase I and II activity was reduced in 24 h of methylglyoxal exposure, an effect that was accompanied by an increase in the amount of AGEs. Together, these results indicate that methylglyoxal affect the activity of the C6 astroglial cells through of alterations in energy metabolism, in oxidative profile, damage to the glyoxalase system and increased content of AGEs. In periods of increased exposure to methylglyoxal, the changes observed in this study could be exacerbated, leading to a higher increase of intracellular methylglyoxal and thus contributing to arise or worsening of neurodegenerative diseases.

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 Doença de Alzheimer é uma desordem que acomete milhões de indivíduos por todo o mundo, e a sua incidência tem aumentado muito nas últimas décadas. A doença é caracterizada por diversas alterações no sistema nervoso central, e dentre elas ocorrem alterações importantes no metabolismo da glicose, com redução da utilização desse composto, levando a um importante déficit energético. A Doença de Alzheimer está intimamente relacionada com o Diabetes Mellitus, pois além de ocorrerem alterações semelhantes nas duas desordens, pacientes com diabetes têm risco aumentado de desenvolver Alzheimer. Além da correlação com Diabetes Mellitus, existem evidências de que a hipercolesterolemia também está associada ao maior risco de desenvolver Doença de Alzheimer, o que nos levou a investigar o potencial neuroprotetor das estatinas. Esse trabalho tem como objetivo avaliar alterações comportamentais e bioquímicas em dois modelos de desordens do metabolismo da glicose, bem como avaliar o possível papel neuroprotetor das estatinas, aminoguanidina e n-acetil-cisteína. Alzheimer’s disease is a disorder that affects millions of individuals around the world, and its incidence has increased in recent decades. Alzheimer’s disease is characterized by several alterations in the central nervous system, and changes in glucose metabolism is among the most important, reducing the uptake of this compound, leading to a significant energy deficit. Alzheimer’s disease is closely related to Diabetes Mellitus, and similar metabolic changes occur in both disorders. Besides, diabetic patients present increased risk for Alzheimer’s disease. In addition, another risk factor to Alzheimer’s is high levels of plasma cholesterol, which lead some research groups to evaluate the potential neuroprotective effect of statins. The aim of this study is to asses behavioral and biochemical changes in two models of glucose metabolism disorders, and evaluate the possible neuroprotective role of statins, aminoguanidine and N-acetyl-cysteine

Muitos trabalhos têm demonstrado que a deficiência cerebral de insulina ou um estado de resistência cerebral a esta são parte da fisiopatogenia da Doença de Alzheimer (DA). A estreptozotocina é uma substância que vem sendo utilizada, por administração intracerebroventricular, para produzir um modelo de doença de Alzheimer esporádica com características neuroquímicas e fisiopatológicas semelhantes à DA em roedores através da dessenbililização dos receptores de insulina, especialmente em hipocampo e córtex cerebral. Dessa forma, este trabalho tem como principal objetivo, avaliar as alterações neurogliais em hipocampo de ratos expostos à estreptozotocina intracerebroventricular, bem como o efeito de estratégias terapêuticas, através da medida da secreção da proteína S100B, medida de GFAP, GSH, GS, captação de glutamato, estresse oxidativo e nitrosativo e análise comportamental. Como resultado, encontramos declínio cognitivo, estresse oxidativo e nitrosativo e alterações astrocíticas hipocampais, especialmente relacionadas ao metabolismo do glutamato, à defesa antioxidante e à secreção da proteína S100B, a qual pode atuar tanto na sinalização neurônio-astrócito, em condições fisiológicas e patológicas, quanto em diversas doenças neurodegenerativas, incluindo a Doença de Alzheimer. Ainda, observou-se o efeito neuroprotetor do composto anti-glicação aminoguanidina, bem como do exercício físico em esteira sobre os animais expostos à estreptozotocina intracerebroventricular. Ambos mostraram-se eficazes na recuperação do déficit cognitivo causado pelo modelo, bem como das alterações astrocíticas e do estresse oxidativo/nitrosativo. Além disso, mostrou-se que a aminoguanidina e a corrida em esteira são importantes estratégias antioxidantes, podendo servir de agentes potenciais na busca de alternativas para o tratamento de doenças tão incapacitantes e incidentes como a Doença de Alzheimer. Por fim, este trabalho confirma o comprometimento cognitivo e o estresse oxidativo presentes no modelo, os quais se somam às alterações funcionais encontradas nos astrócitos. Tais alterações também estão presentes na DA, apontando a interação neuroglial como um importante alvo de estudo na doença e na busca por alternativas terapêuticas. Many studies have been shown that a brain´s insulin deficiency and/or a resistance state participate of the pathogenesis of Alzheimer's disease (AD). Streptozotocin is a drug that has been used via intracerebroventricular to produce a model of dementia in rodents with neurochemical and morphological characteristics similar to DA by desensitization of insulin receptors, especially in the hippocampus and cerebral cortex. In this way, the main aim of the present study is to investigate the neuroglial changes in hippocampus of rats submitted to intracerebroventricular streptozotocin, as well as therapeutic strategies by measuring secretion of S100B, content of GFAP, GSH and GS, glutamate uptake, oxidative and nitrosative stress as well behavioral analysis. The results show cognitive decline, oxidative/nitrosative stress and hippocampal astrocytic changes, particularly related to glutamate metabolism, antioxidant defense and secretion of S100B protein, which can act in the astrocyte-neuron signaling over physiological and several pathological disorders, including Alzheimer's disease. Besides, it was observed the neuroprotective effect of the anti-glycation compound aminoguanidine, as well as treadmill running on intracerebroventricular streptozotocin treated animals. Both were effective in the recovery of cognitive deficit caused by the model, as well as the astrocytic changes and oxidative/nitrosative stress. Moreover, it was shown that aminoguanidine and treadmill running are important antioxidant strategies, being potential agents in the search for alternatives to the treatment of debilitating and incidents disorders such as Alzheimer's disease. Finally, this study confirms the cognitive impairment and oxidative stress of this model, associated to the alterations in the functioning of astrocytes. Such changes are also present in AD, pointed to the neuroglial interaction as an important target of study in this condition and in the search for alternative therapies.

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.

Resumo não disponível

A resposta inflamatória no cérebro é primeiramente mediada pela microglia, entretanto evidências sugerem uma importância crucial dos astrócitos nesse processo. A S100B, uma proteína ligante de cálcio, secretada por astrócitos, tem sido considerada como sendo uma citocina neurotrófica. Neste trabalho nós avaliamos se o conteúdo de S100B no líquor e no soro de ratos Wistar é afetado pela administração intraperitoneal (IP) ou intracerebroventricular (ICV) de LPS, bem como se culturas de astrócitos primários respondem diretamente ao LPS. Nossos dados sugerem que a secreção da S100B no tecido cerebral é estimulada rápida e persistentemente in vivo pela administração ICV ou IP de LPS. Diferente da S100B, nós observamos um aumento da concentração de TNF-α no soro, mas não no líquor após a administração IP de LPS. Em cultura de astrócitos e fatias hipocampais de animais jovens (30 dias), nós observamos uma estimulação direta na secreção de S100B induzido pelo LPS na concentração de 10 µg/mL. Entretanto, mesmo concentrações mais baixas de LPS (0,01 µg/ml a 1 µg/ml), em culturas de astrócitos, o LPS foi capaz de induzir uma diminuição na secreção de S100B em 24 h de tratamento, sem mudanças significativas no conteúdo intracelular dessa proteína. Além disso, após 24 h de exposição ao LPS (0,1 µg/ml), nós observamos uma diminuição do conteúdo intracelular de glutationa e um aumento no conteúdo de GFAP. Juntos esses dados contribuem para o entendimento dos efeitos do LPS em astrócitos, particularmente sobre a secreção de S100B, e nos ajuda a interpretar alterações na concentração dessa proteína no líquor e no soro em doenças neuroinflamatórias. Inflammatory response in brain is primarily mediated by microglia, but growing evidence suggests a crucial importance of astrocytes. S100B, a calcium-binding protein secreted by astrocytes has been assumed as neurotrophic cytokine. In this work we evaluated if S100B content in cerebrospinal fluid (CSF) and serum of Wistar rats is affected by LPS administered by intraperitoneal (IP) or intracerebroventricular (ICV), as well as, if primary astrocyte cultures respond directly to lipopolysaccharide (LPS). Our data suggest that S100B secretion in brain tissue is stimulated fast and persistently in vivo by LPS, administered ICV or IP. Differently from S100B, we observed an increase in serum TNFα, but not in CSF after IP administration of LPS. In isolated astrocytes and acute hipocampal slices we observed a direct stimulation on S100B secretion by LPS at concentration of 10 µg/mL. However, even lower levels of LPS in astrocyte cultures were able to induce a decrease of S100B secretion 24 h afterwards, without significant changes in the intracellular content of S100B. In addition, after 24 h exposure to LPS we observed a decrease of glutathione and an increase of GFAP. Together these data contribute to understanding the effect of LPS on astrocytes, particularly on S100B secretion, and it help us to interpret cerebrospinal fluid and serum changes of this protein in neuroinflammatory diseases.

A doença de Alzheimer (DA) resulta de múltiplos eventos patogênicos, que incluem anormalidades no processamento protéico, inflamação e estresse oxidativo, levando à destruição seletiva de populações neuronais, especialmente de neurônios colinérgicos. Tal hipótese colinérgica justifica o uso de inibidores da acetilcolinesterase (AChE) como a estratégia utilizada para tratamento de pacientes com DA. Huperzina A (HupA), um alcalóide Licopodium extraído de uma espécie vegetal (Huperzia serrata) de uso tradicional pela medicina chinesa, parece se apresentar como uma alternativa. A HupA atua como um inibidor potente, reversível e altamente específico da AChE. Sua potência como anticolinesterásico é similar ou superior à da fisostigmina, galantamina, donepezil e tacrina, anticolinesterásicos aprovados para o tratamento da DA Este alcalóide também demonstrou múltiplos efeitos neuroprotetores, incluindo modificação do processamento do peptídeo -amilóide, redução do estresse oxidativo, proteção neuronal contra apoptose e regulação da expressão e secreção de fatores tróficos, tais como fator de crescimento neuronal e em situações de injúria com comprometimento de funções glutamatérgicas. A S100B é uma proteína da família S100 de proteínas ligantes de cálcio, produzida e secretada por astrócitos no SNC. Quando em baixas concentrações no meio extracelular (nanomolar), ela é trófica; já em concentrações maiores (micromolar), é tóxica, podendo levar à apoptose. Sabe-se que a S100B está envolvida na patofisiologia de diversas doenças neurodegenerativas, como por exemplo, na DA, no qual ocorre um aumento dos níveis dessa proteína no líquor em sua fase precoce. Neste trabalho investigamos o efeito da HupA, da tacrina (tetraaminoacridina ou THA) e da acetiltiocolina (ATCh) em astrócitos e em fatias hipocampais, quanto à secreção e conteúdo intracelular de S100B e proteína fibrilar glial ácida (GFAP), durante 1 e 24 h. A HupA (100 μM) aumentou a secreção em cultura de astrócitos em 1 h, mas diferentemente causou uma redução em fatias hipocampais, bem como ATCh (100 μM). Após 24 h de tratamento, foi possível observar em cultura de astrócitos um efeito da tacrina a 100 μM sobre a redução do conteúdo de S100B intracelular, mas não de HupA ou ATCh. O imunocontéudo de GFAP não foi alterado após os tratamentos. Uma análise geral desses resultados nos mostra que a HupA pode regular mecanismos de secreção da S100B. Além disto, a modulação de secreção desta proteína parece ser modulada por receptores colinérgicos. Alzheimer´s Disease (AD) results in multiple pathogenic events, which include abnormalities of protein process, inflammation and oxidative stress, leading to a neuronal population destruction, especially of cholinergic neurons. This cholinergic hypothesis justifies the use of acetylcholinesterase inhibitors (IAChE) as the strategy for patients with AD. Huperzine A (HupA), a novel Lycopodium alkaloid isolated originally from a traditional Chinese medicine, seems to be an alternative. HupA is a reversible, potent and selective IAChE. Its potency and duration of AChE inhibition rival those of physostigmine, galanthamine, donepezil and tacrine, approved for treatment of DA. HupA also demonstrated multiple neuroprotector effects, including modifying the β-amyloid processing, decreasing oxidative stress, protecting neurons against apoptosis and also expressing and regulating secretion of trophic factors, such as neuronal growth factor (NGF) and also acts reducing glutamatergic excitotoxicity. S100B is a calcium-binding protein, produced and secreted by astrocytes in the central nervous system (CNS) and plays a regulatory role in the cytoskeleton and cell cycle. Moreover, extracellular S100B, a marker of glial activation in several conditions of brain injury, for example in AD, has a trophic or apoptotic effect on neurons, depending on its concentration. Here we investigated the effect of HupA, tacrina (tetraminoacridine or THA) and acetilthiocholine (ATCh), on S100B secretion, S100B and GFAP intracellular contend in cortical astrocytes cultures and hippocampal slices treated for 1 and 24 h. For 1 h, HupA and ATCh (100 μM) increased the secretion in astrocytes for 1 h, but caused a reduction on hippocampal slices (P < 0.05). After 24 h of treatment, tacrine (100 μM) reduced the S100B intracellular contend in astrocytes cultures, but it was not observed with HupA or ATCh. The GFAP immunocontent did not change after these treatments. Generally, our data show that HupA can regulate S100B secretion mechanisms and that this modulation could be activated by cholinergic receptors.

Na doença de Alzheimer, o grau de demência pode ser correlacionado com o dano dos neurônios colinérgicos, particularmente aqueles que inervam o hipocampo e neocórtex. Lesões no núcleo basal magnocelular (nbm) são extremamente utilizados para estudar déficits cognitivos e alterações comportamentais envolvendo a disfunção colinérgica. Neste modelo, astrogliose cortical é descrita, mas ainda não está claro se há ativação dos astrócitos hipocampais. Para tanto, este estudo buscou avaliar possíveis alterações astrogliais no hipocampo de ratos Wistar machos adultos após lesão do nbm através da infusão de ácido ibotênico. Foram investigados os conteúdos de GFAP (proteína glial fibrilar ácida), S100B (tecido e líquor), GSH (glutationa), atividade da GS (glutamina sintetase) e da AChE (acetilcolinesterase), além da captação de glutamato, secreção de S100B (com alta e baixa concentração de K+) e imunoistoquímica para GFAP após 7 e 28 dias de lesão. O déficit cognitivo foi confirmado através da tarefa de esquiva inibitória (parâmetro demência/não demência). Nossos resultados confirmam alterações astrogliais hipocampais, particularmente uma diminuição da defesa antioxidante (diminuição do conteúdo de GSH), diminuição da captação de glutamato, diminuição do conteúdo de GFAP e S100B (tecido) e diminuição da atividade da AChE após 28 dias de lesão no nbm. O conteúdo de S100B e GFAP após 7 dias de lesão não sofreu modificações significativas assim como o conteúdo de S100B no líquor. A atividade da GS também não alterou após 7 ou 28 dias de lesão com ácido ibotênico, bem como a secreção de S100B, que se manteve em níveis basais após 28 dias de lesão. Esses dados contribuem para o entendimento de lesão no nbm através da infusão de IBO, particularmente provocando uma disfunção colinérgica no hipocampo acompanhada de hipofunção glial; este procedimento pode ser considerado um modelo adequado para estudar alguns aspectos da demência, comumente associada à disfunção colinérgica. In Alzheimer’s disease, the degree of dementia could be correlated with the damage of cholinergic neurons, particularly with those supply the hippocampus and neocortex. Lesions of the nucleus basalis magnocellularis (nbm) was extremely used to study cognitive deficits and behavior alterations involved cholinergic dysfunction. In this model cortical astrogliosis is described, but it is not clear if the activation of hippocampal neurons exist. Despite this, the present study evaluates the possible astroglial alterations in the hippocampus of Wistar male rats after lesion in the nbm with ibotenic acid infusion. Was investigate the GFAP, S100B, GSH content and AChE and GS activity, glutamate uptake, secretion of S100B (with high and low concentration of K+) and immunohistochemistry of GFAP after 7 and 28 days of lesion. The cognitive deficit was confirmed through the stepdown inhibitory avoidance task (dementia/no dementia). Our results confirm hippocampal astroglial alterations, particularly a decrease of antioxidant defense (decrease of GSH content), decrease of glutamate uptake, decrease of GFAP and S100B content and decrease of AChE activity after 28 days of lesion. The content of GFAP and S100B after 7 days of lesion was not modified as well as the S100B content in the CSF (cerebrospinal fluid). The GS activity was not altered after 7 or 28 days of lesion and the S100B secretion was maintained in basal levels after 28 days of insult. These data contribute to understand the nbm lesion with ibotenic acid, particularly a cholinergic dysfunction caused in the hippocampus together with glial hypofunction; this procedure could be considered a good model to study some aspects of dementia, commonly associated with cholinergic dysfunction.

A dieta de restrição calórica (RC) tem apresentado efeitos que diminuem a progressão, ou previnem completamente, uma variedade de doenças associadas com o envelhecimento, incluindo doenças cardiovasculares, diabetes e doenças neurodegenerativas. O prejuízo da função celular astroglial, incluindo captação de glutamato, atividade da glutamina sintetase (GS) e secreção de S100B, além de parâmetros de estresse oxidativo alterados podem contribuir para a progressão de doenças neurológicas. Este estudo objetivou avaliar alterações astrocíticas hipocampais em resposta à RC, medindo parâmetros astrogliais, tais como: captação de glutamato, atividade da GS e imunoconteúdo de GFAP e S100B. Nós investigamos também, os efeitos da RC nos parâmetros hipocampais (Hc) e corticais cerebrais (Cx) de estresse oxidativo e de comportamento em ratos Wistar machos. Parâmetros bioquímicos sanguíneos também foram avaliados. Os ratos (60 dias de idade) foram alimentados com dieta ad libitum ou com RC por 12 semanas. Os animais do grupo RC apresentaram um ganho de peso menor, de aproximadamente 16% em relação ganho de peso do grupo controle. A RC induziu um aumento significativo (23%) na captação de glutamato e na atividade da GS (26%). Não houve diferença significativa no imunoconteúdo de S100B ou GFAP. Os parâmetros bioquímicos avaliados não diferiram entre os grupos, indicando bom estado de saúde. Além disso, a RC não alterou parâmetros de ansiedade, mas aumentou significativamente a atividade locomotora, elevou os níveis de GSH e diminuiu a atividade de GPx, diminuiu a produção de ERO. Além disso, não alterou a peroxidação lipídica, conteúdo de óxido nítrico e a atividade da catalase. A RC também diminuiu o nível basal de dano oxidativo ao DNA, medido pelo ensaio cometa. Em resumo, este estudo indica que a RC modula as funções astrocíticas, através do aumento da captação de glutamato e da atividade da GS, sugerindo que a dieta pode exercer seus efeitos neuroprotetores contra patologias do SNC através da modulação destas funções. A RC também pode induzir a modulação hipocampal e cortical cerebral, resultando em alterações metabólicas, que por sua vez, melhoram as condições basais de importantes parâmetros de defesa celular, como por exemplo, o aumento dos níveis de GSH e diminuição do dano oxidativo ao DNA. The dietary caloric restriction (CR) has been shown to slow the progression of, or even prevent entirely, a range of age-dependent pathologies, including cardiovascular disease, diabetes and neurodegenerative diseases. The impairment of astroglial cell function, including glutamate uptake, glutamine synthetase (GS) activity and S100B secretion, besides oxidative stress parameters altered, may contribute to the progression of neurological disorders. The present study aimed to evaluate hippocampal astrocytic changes in response to CR diet, measuring astroglial parameters, such as glutamate uptake, GS activity and the immunocontent of GFAP and S100B. We investigated also the effects of CR on hippocampal (Hc) and cerebral cortical (Cx) oxidative stress and behavioral parameters in male Wistar rats. Blood biochemical parameters were also analyzed. Rats (60-day old) were fed ad libitum or on CR diets for 12 weeks. CR-fed rats showed approximately 16% less body weight gain than control rats. The CR diet was able to induce a significant increase in glutamate uptake (23%) and in GS activity (26%). There were no statistically significant differences in the immunocontent of either GFAP or S100B. No differences were observed in the biochemistry parameters evaluated, indicating normal healthy. CR did not alter anxiety parameters but increased locomotion performance; increased glutathione content; decreased glutathione peroxidase activity; decreased reactive oxygen species production and did not altered lipid peroxidation, nitric oxide content and catalase activity. Also, CR diet decreased basal DNA damage index, measured by comet assay. In summary, the present study indicates that CR modulates astrocyte functions by increasing glutamate uptake and GS activity, suggesting that CR might exert its neuroprotective effects against brain illness by modulation of astrocytic functions. The CR diet also induced hippocampal and cerebral cortical modulation, resulting in metabolic changes which in turn improve the basal status of important parameters of cellular defenses, such as the increased glutathione content and decreased DNA damage.

Embora há muito tempo se considere que alterações neurobiológicas tenham um papel central no transtorno bipolar (TB), os mecanismos moleculares ligados à sua fisiopatologia permanecem desconhecidos. A hipótese atual sugere que alterações nos circuitos cerebrais associados à regulação do humor e alterações em sistemas de sinalização intracelular associados à plasticidade e sobrevivência neuronal estão envolvidas no TB. Modelos animais são ferramentas úteis que nos permitem testar essas hipóteses e a resposta aos agentes farmacológicos. Um dos mais bem estabelecidos modelos animais de mania é o de hiperatividade induzida por psicoestimulantes. Portanto, o nosso objetivo inicial foi testar no modelo animal de mania, induzido por anfetamina, o envolvimento do dano ao DNA e do estresse oxidativo, bem como verficar o efeito do lítio e do valproato sobre esse modelo. Ainda no modelo animal, testamos se o dano ao DNA estaria envolvido também com o tratamento crônico e agudo de ratos jovens e adultos com metilfenidato. Nos pacientes com TB também avaliamos o dano ao DNA e proteínas, bem como a atividade do sistema antioxidante glutationa. No modelo animal de mania, observamos que a anfetamina é capaz de aumentar a atividade das enzimas antioxidantes, peroxidação lipídica e dano ao DNA. O lítio forneceu proteção ao dano recente ao DNA induzido pela anfetamina e o valproato apenas foi capaz de modular a atividade das enzimas antioxidantes superoxido dismutase (SOD) e catalase. No tratamento com metilfenitado, tanto os ratos jovens como os adultos também apresentaram dano recente ao DNA. Nos resultados em pacientes com TB podemos verificar que o dano permanente ao DNA não está aumentado, porém os pacientes com TB apresentam um aumento da frequência de apoptose. Verificamos ainda que o dano oxidativo a proteínas ocorre por nitração da tirosina, avaliado pelo imunoconteúdo de 3-nitrotirosina, e que este pode ativar a enzima glutationa-S-transferase, aumentada nos pacientes bipolares com maior tempo de doença, indicando um mecanismo compensatório envolvido. Esses resultados apontam para um envolvimento do dano ao DNA na fisiopatologia do TB e que esse pode ser modulado por rotas ativadas pelo estresse oxidativo. Although neurobiological changes have long been considered to have a central role in bipolar disorder (BD), the molecular mechanisms related to the pathophysiology of this condition remain unknown. The current hypothesis suggests that alterations in neurochemistry could be associated with mood regulation and intracellular signaling systems linked to neuronal plasticity and survival are involved in BD. Animal models are useful tools that allow testing hypotheses and response to pharmacological agents. One of the most well established models of mania is psychostimulant-induced hyperactivity. Therefore, our initial objective was assessing DNA damage and oxidative stress in an animal model of amphetamine-induced mania, in addition to verifying the effect of lithium and valproate in this same model. Still in this paradigm we tested if DNA damage is also associated with acute and chronic methylphenidate exposure in young and adult rats. In patients with BD we also assessed DNA and protein damage, as well as activity of the glutathione antioxidant system. In the animal model of mania we observed that amphetamine can increase the activity of antioxidant enzymes, lipid peroxidation and DNA damage. Lithium provided protection against recent amphetamine-induced DNA damage and valproate was only able to modulate the activity of SOD antioxidant enzymes and catalase. Both young and adult rats displayed DNA damage after amphetamine exposure. In patients with BD, we observed that permanent DNA damage is not increased, but they present a higher frequency of apoptosis. It was also verified that oxidative damage to proteins ensues via thyrosine nitration, assessed by 3- nitrotyrosine immunocontent. Possibly this damage activates the GST enzyme, which levels are raised in patients with bipolar disorder with a longer disease evolution, indicating that a compensatory mechanism is implicated. This results point to the importance of DNA damage in the pathophysiology of bipolar disorder, which is possibly mediated by routes activated by oxidative stress.