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Aging has been associated with the functional decline of episodic memory (EM). Unanswered questions are whether the decline of EM occurs even during healthy aging and whether this decline is related to amyloid-β (Aβ) deposition in the hippocampus. Objective: The main purpose of this study was to investigate data on the relationship between the age-related EM decline and Aβ deposition. Methods: We searched the Cochrane, MEDLINE, Scopus, and Web of Science databases and reference lists of retrieved articles that were published in the past 10 years. The initial literature search identified 517 studies. After screening the title, abstract, key words, and reference lists, 56 studies met the inclusion criteria. Results: The overall results revealed that increases in Aβ are related to lower hippocampal volume and worse performance on EM tests. The results of this systematic review revealed that high levels of Aβ may be related to EM deficits and the progression to Alzheimer’s disease. Conclusions: We discussed the strengths and pitfalls of various tests and techniques used for investigating EM and Aβ deposition, methodological issues, and potential directions for future research. RESUMO O envelhecimento tem sido associado a um declínio funcional da memória episódica (ME). Algo ainda sem resposta é se o declínio da ME ocorre mesmo no envelhecimento saudável e se esse declínio pode estar relacionado à deposição de Aβ no hipocampo. Objetivo: Nosso objetivo principal foi investigar os dados sobre a relação entre a memória episódica e a deposição de Aβ no envelhecimento saudável. Métodos: Nós buscamos nas bases de dados Cochrane, MEDLINE, Scopus, Web of Science e nas listas de referências dos estudos dos últimos 10 anos. A busca inicial nas bases de dados identificou 517 estudos. Após a triagem de título, resumos, palavras-chave e referências, 56 estudos atenderam aos critérios de inclusão. Resultados: O resultado geral revelou que o aumento de Aβ estava relacionado ao menor volume do hipocampo e pior desempenho em testes de ME. Em resumo, os resultados da presente revisão sistemática revelaram que altos níveis de Aβ podem estar relacionados ao declínio de ME e conversão progressiva para a Doença de Alzheimer. Conclusões: Aqui, discutimos os pontos fortes e as limitações dos testes e técnicas para investigar a deposição ME e Aβ, bem como questões metodológicas e direções futuras.

Summary: Background: Phosphorylated tau (p-tau) epitopes in cerebrospinal fluid (CSF) are accurate biomarkers for a pathological and clinical diagnosis of Alzheimer's disease (AD) and are seen to be increased in preclinical stage of the disease. However, it is unknown if these increases transpire earlier, prior to amyloid-beta (Aβ) positivity as determined by position emission tomography (PET), and if an ordinal sequence of p-tau epitopes occurs at this incipient phase Methods: We measured CSF concentrations of p-tau181, p-tau217 and p-tau231 in 171 participants across the AD continuum who had undergone Aβ ([18F]AZD4694) and tau ([18F]MK6240) position emission tomography (PET) and clinical assessment Findings: All CSF p-tau biomarkers were accurate predictors of cognitive impairment but CSF p-tau217 demonstrated the largest fold-changes in AD patients in comparison to non-AD dementias and cognitively unimpaired individuals. CSF p-tau231 and p-tau217 predicted Aβ and tau to a similar degree but p-tau231 attained abnormal levels first. P-tau231 was sensitive to the earliest changes of Aβ in the medial orbitofrontal, precuneus and posterior cingulate before global Aβ PET positivity was reached Interpretation: We demonstrate that CSF p-tau231 increases early in development of AD pathology and is a principal candidate for detecting incipient Aβ pathology for therapeutic trial application Funding: Canadian Institutes of Health Research (CIHR), Canadian Consortium of Neurodegeneration and Aging, Weston Brain Institute, Brain Canada Foundation, the Fonds de Recherche du Québec.

Background: Plasma biomarkers for Alzheimer’s disease (AD) have broad potential as screening tools in primary care and disease-modifying trials. Detecting elevated amyloid-β (Aβ) pathology to support trial recruitment or initiating Aβ-targeting treatments would be of critical value. In this study, we aimed to examine the robustness of plasma biomarkers to detect elevated Aβ pathology at different stages of the AD continuum. Beyond determining the best biomarker—or biomarker combination—for detecting this outcome, we also simulated increases in inter-assay coefficient of variability (CV) to account for external factors not considered by intra-assay variability. With this, we aimed to determine whether plasma biomarkers would maintain their accuracy if applied in a setting which anticipates higher variability (i.e., clinical routine). Methods: We included 118 participants (cognitively unimpaired [CU, n = 50], cognitively impaired [CI, n = 68]) from the ADNI study with a full plasma biomarker profile (Aβ42/40, GFAP, p-tau181, NfL) and matched amyloid imaging. Initially, we investigated how simulated CV variations impacted single-biomarker discriminative performance of amyloid status. Then, we evaluated the predictive performance of models containing different biomarker combinations, based both on original and simulated measurements. Plasma Aβ42/40 was represented by both immunoprecipitation mass spectrometry (IP-MS) and single molecule array (Simoa) methods in separate analyses. Model selection was based on a decision tree which incorporated Akaike information criterion value, likelihood ratio tests between the best-fitting models and, finally, and Schwartz’s Bayesian information criterion. Results: Increasing variation greatly impacted the performance of plasma Aβ42/40 in discriminating Aβ status. In contrast, the performance of plasma GFAP and p-tau181 remained stable with variations >20%. When biomarker models were compared, the models “AG” (Aβ42/40 + GFAP; AUC = 86.5), “A” (Aβ42/40; AUC = 82.3), and “AGP” (Aβ42/40 + GFAP + p-tau181; AUC = 93.5) were superior in determining Aβ burden in all participants, within-CU, and within-CI groups, respectively. In the robustness analyses, when repeating model selection based on simulated measurements, models including IP-MS Aβ42/40 were also most often selected. Simoa Aβ42/40 did not contribute to any selected model when used as an immunoanalytical alternative to IP-MS Aβ42/40. Conclusions: Plasma Aβ42/40, as quantified by IP-MS, shows high performance in determining Aβ positivity at all stages of the AD continuum, with GFAP and p-tau181 further contributing at CI stage. However, between-assay variations greatly impacted the performance of Aβ42/40 but not that of GFAP and p-tau181. Therefore, when dealing with between-assay CVs that exceed 5%, plasma GFAP and p-tau181 should be considered for a more robust determination of Aβ burden in CU and CI participants, respectively.

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.

Background: Changes in soluble amyloid-beta (Aβ) levels in cerebrospinal fluid (CSF) are detectable at early preclinical stages of Alzheimer's disease (AD). However, whether Aβ levels can predict downstream AD pathological features in cognitively unimpaired (CU) individuals remains unclear. With this in mind, we aimed at investigating whether a combination of soluble Aβ isoforms can predict tau pathology (T+) and neurodegeneration (N+) positivity. Methods: We used CSF measurements of three soluble Aβ peptides (Aβ1‑38, Aβ1‑40 and Aβ1‑42) in CU individuals (n = 318) as input features in machine learning (ML) models aiming at predicting T+ and N+. Input data was used for building 2046 tuned predictive ML models with a nested cross-validation technique. Additionally, proteomics data was employed to investigate the functional enrichment of biological processes altered in T+ and N+ individuals. Results: Our findings indicate that Aβ isoforms can predict T+ and N+ with an area under the curve (AUC) of 0.929 and 0.936, respectively. Additionally, proteomics analysis identified 17 differentially expressed proteins (DEPs) in individuals wrongly classified by our ML algorithm. More specifically, enrichment analysis of gene ontology biological processes revealed an upregulation in myelinization and glucose metabolism-related processes in CU individuals wrongly predicted as T+. A significant enrichment of DEPs in pathways including biosynthesis of amino acids, glycolysis/gluconeogenesis, carbon metabolism, cell adhesion molecules and prion disease was also observed. Conclusions: Our results demonstrate that, by applying a refined ML analysis, a combination of Ab isoforms can predict T+ and N+ with a high AUC. CSF proteomics analysis highlighted a promising group of proteins that can be further explored for improving T+ and N+ prediction.

For decades, evaluating the neuropathology of Alzheimer’s disease (AD) was only possible trough post-mortem investigation of the brain tissue. Recent advances in positron emission tomography (PET) imaging allow for assessing the living brain in a non-invasive manner. Indeed, the use of selective PET radiotracers permits the specific examination of amyloid-β (Aβ) and tau – the AD core pathology. However, there is a consensus regarding the need for developing innovative PET radiotracers to detect AD in the initial preclinical stages. With this mind, this thesis aimed at investigating early pathophysiological changes in AD with PET imaging. For doing so, we first critically revised the Aβ oligomers (AβOs) literature – the main early toxic species of Aβ. Second, we optimised and validated a method for synthetic AβOs quality control. Third, we demonstrated that synthetic AβOs cause detectable [18F]FDG PET brain hypometabolism in mice, which seems related to astrocyte reactivity. Fourth, we searched the literature for potential PET radiotracer candidate molecules with affinity to astrocyte glutamate transporters. Fifth, we designed and tested the first generation of PET radiotracers targeting glutamate transporters. Finally, we used the knowledge acquired in PET imaging research in AD to propose strategies to understand COVID-19 effects in the brain. In summary, theoretical articles (reviews, letters, and others) produced in this thesis helped to guide basic and clinical research in AD and COVID-19. In addition, our experimental findings advanced our knowledge regarding AβOs as triggers of [18F]FDG PET brain hypometabolism and provided the first generation of an innovative class of PET radiotracers targeting astroglial glutamate transporter.

A Doença de Alzheimer (DA) tem grande impacto na qualidade de vida das pessoas com a doença e na vida dos familiares por ser uma das doenças neurodegenerativas mais prevalentes, de curso crônico e com prejuízo cognitivo progressivo. Ainda não há tratamento capaz de impedir ou reverter a progressão da DA e a severidade dos sintomas vai aumentando com o tempo, causando importante perda cognitiva, funcional e comportamental nas fases mais avançadas. Nesses estágios mais críticos da doença, há grande necessidade de auxílio de outras pessoas para as atividades da vida diária, maior risco de acidentes e maior frequência de internações hospitalares. Os oligômeros β-amiloide (AβOs) têm grande potencial tóxico e estão envolvidos no dano e morte neuronal em fase que precede a formação das placas amiloide, uma vez que os oligômeros se difundem facilmente pelo cérebro e são capazes de se ligar a receptores e a membranas lipídicas alterando suas funções. Além disso, estudos vem indicando que ocorre falha energética no cérebro de pessoas com DA e essa também pode ser uma das vias pelas quais a doença se inicia e progride. Nesse contexto, ocorre produção ineficiente de ATP e alterações mitocondriais que culminam em um ciclo de deterioração celular: aumento da fosforilação oxidativa para suprir a necessidade energética, com consequente formação de mais espécies reativas, e dano a moléculas e estruturas celulares que agravam intensamente a capacidade de produzir ATP. Por esse ciclo, ocorre disfunção sináptica, redução das espinhas dendríticas e morte neuronal. Neste trabalho, utilizamos um modelo de DA, induzido com AβOs, e avaliamos a memória de curto prazo. Como estratégia terapêutica, utilizamos a Guanosina, um nucleosídeo purinérgico que interage com o sistema glutamatérgico, evitando a excitotoxicidade presente em situações patológicas. A hipótese deste estudo é verificar: i) a contribuição da administração in vivo (via injeção ICV) de oligômeros beta-amiloide nas alterações energéticas, por meio de avaliação mitocondrial e ii) se a administração in vivo (via gavagem) da Guanosina tem efeito neuroprotetor nesse contexto. Os resultados mostram que os AβOs causam déficit de memória de curto prazo na tarefa de reconhecimento de objetos após 24 horas da administração e a GUO recupera o déficit causado pelos AβOs. Em 48h, os AβOs reduziram a captação e oxidação de glutamato em fatias de hipocampo, e reduziram as defesas antioxidantes, sem aumentar o dano oxidativo. Não houve alterações significativas de expressão de genes e de conteúdo de proteínas relacionadas a metabolismo bioenergético cerebral, dinâmica mitocondrial, e membrana sináptica. A GUO recuperou a captação de glutamato, sem alterar a oxidação e apresentou proteção antioxidante. Na avaliação das funções mitocondriais na pré-sinapse (utilizando sinaptossoma e/ou mitocôndria sinaptossomal isolada), os AβOs reduziram a capacidade respiratória reserva e os níveis de ATP, aumentaram a produção de peróxido de hidrogênio, desregularam o tamponamento de Ca2+ e modificaram a morfologia mitocondrial. Enquanto isso, a GUO recuperou a homeostase do Ca2+ e reduziu a proporção de mitocôndrias danificadas. Assim, compreendemos que a GUO apresenta efeito protetor no metabolismo do hipocampo e na atividade mitocondrial, impedindo a deterioração induzida pelos AβOs em funções essenciais para o funcionamento da pré-sinapse hipocampal, incluindo processos de aprendizado e memória. Alzheimer's disease (AD) has a significant impact on people’s quality of life of with the disease and on the lives of family members as it is one of the most prevalent neurodegenerative diseases, with a chronic course and with progressive cognitive impairment. There is still no treatment able to prevent or reverse the AD’s progression, and the severity of symptoms increases over time, causing a critical cognitive, functional, and behavioral loss in the most advanced stages. In these more critical phases of the disease, there is an increased demand for help from others for the daily living activities, increased risk of accidents, and higher frequency of hospital admissions. Amyloid-β oligomers (AβOs) have high toxic potential and are involved in neuronal damage and death in the phase that precedes the formation of amyloid plaques since oligomers easily diffuse through the brain and can bind to receptors and lipid membranes, changing their functions. Also, studies have indicated that energy failure occurs in the brain of people with AD and this can also be one of the mechanisms through which the disease starts and progresses. In this context, there is inefficient production of ATP and mitochondrial changes that culminate in a cycle of cellular deterioration: increased phosphorylative activity to supply the energy need, with the consequent formation of more reactive species, and damage to molecules and cellular structures that aggravate more intensely the ability to produce ATP. Through this cycle, synaptic dysfunction, reduction of dendritic spines and neuronal death occur. In this work, we used an AD model, induced with AβOs, and evaluated short-term memory. As a therapeutic strategy, we used Guanosine, a purinergic nucleoside that interacts with the glutamatergic system, avoiding the excitotoxicity present in pathological situations. The hypothesis in this study is to verify: i) the contribution of in vivo administration of β-amyloid oligomers (via ICV injection) in energy changes, through mitochondrial evaluation and ii) if the in vivo administration of Guanosine (via gavage) has a neuroprotective effect in this context. The results show that AβOs cause short-term memory deficits in the object recognition task in 24 h, and GUO recovers the deficit caused by AβOs. After 48 h AβOs reduced glutamate uptake and oxidation in hippocampus slices, and reduced antioxidant defenses, without increasing oxidative damage. There were no significant changes in gene expression, protein content to brain bioenergetic metabolism, mitochondrial dynamics, and synaptic membrane. GUO recovered glutamate uptake without changing oxidation and provided antioxidant protection. In the assessment of mitochondrial functions in the pre-synapse (using synaptosome preparation or isolated mitochondria from synaptosome), AβOs reduced the spare respiratory capacity and ATP levels, increased hydrogen peroxide production, deregulated Ca2+ buffering, and led to changes in mitochondrial morphology. Meanwhile, GUO recovered Ca2+ homeostasis and reduced the ratio of damaged mitochondria. Thus, we understand that GUO has a protective effect on the hippocampus metabolism and mitochondrial activity, preventing the deterioration of essential functions for the functioning of the hippocampal pre-synapse, including learning and memory processes.

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.

Os astrócitos são as células mais numerosas do sistema nervoso central, disfunções dessas células estão relacionas ao desenvolvimento de doenças neurodegenerativas. A doença de Alzheimer é a doença neurodegenerativa mais comum e costuma ser diagnosticada em estágios mais avançados, onde os pacientes já apresentam prejuízo cognitivo e perda de memória. Fisiologicamente a doença de Alzheimer é caracterizada pela formação de placas amiloides, devido ao acúmulo de peptídeo βA e formação de emaranhados neurofibrilares, resultantes da hiperfosforilação da proteína neuronal tau. Muitos estudos relacionam o início do desenvolvimento da doença com a presença de outras patologias e disfunções. Um dos fatores de risco para o desenvolvimento da doença de Alzheimer é o diabetes mellitus tipo 2, que entre outras alterações, aumenta a glicação de proteínas, o que pode ser mimetizado in vitro pelo metilglioxal (MG), que é um composto propagador de reações desse tipo. Sabe-se também que nos estágios iniciais da doença de Alzheimer pode ocorre uma diminuição do metabolismo de glicose no sistema nervoso central, ou ainda o desenvolvimento de inflamação, fenômenos que podem ser induzidos em astrócitos in vitro por exposição a fluorocitrato (FC) e lipopolissacarídeo (LPS), respectivamente. Um dos modelos animais da doença de Alzheimer esporádica mais usados é o de administração intracerebroventricular de estreptozotocina (STZ), composto que induz o desenvolvimento de alterações patológicas características desta doença. A deposição das placas amiloides ocorre pelo acúmulo do peptídeo β-amiloide após a clivagem da proteína precursora amiloide, através da ação da enzima β-secretase. Os astrócitos possuem enzimas que estão envolvidas na degradação deste peptídeo, como a neprilisina (NEP) e a enzima de degradação da insulina (IDE) e a redução da atividade destas duas enzimas já foi relacionada ao acúmulo de β-amiloide. Apesar disso, ainda não se sabe a relação entre os mecanismos envolvidos no aumento da produção do peptídeo com a diminuição de sua depuração. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi avaliar os efeitos da exposição de agentes que mimetizam algumas características iniciais da doença de Alzheimer em astrócitos sobre parâmetros de função astrocítica, bem como a expressão das enzimas de degradação do peptídeo β-amiloide. As culturas primárias de córtex de ratos Wistar neonatos foram expostas a MG (5, 50 ou 500 µM), FC (1, 10 ou 100 µM), LPS (0,1; 1 ou 10 µg/mL) ou STZ (2,5; 25 ou 250 µM) e após 24h foram avaliados parâmetros astrocíticos e a expressão de proteínas relacionadas ao processamento amiloide. Nossos resultados mostraram que todos os insultos testados foram capazes, em diferentes concentrações, de diminuir a secreção da proteína S100B, aumentar o conteúdo de GFAP e aumentar a atividade de GS nas culturas de astrócitos. Entretanto, apenas LPS e STZ foram capazes, nas concentrações mais altas, de diminuir a expressão da enzima IDE e apenas a STZ aumentou a expressão de βA. Dessa forma mostramos que esses diferentes tipos de insultos (glicante, inflamatório ou metabólico) podem ter efeitos similares em astrócitos, ao menos no que se refere aos parâmetros astrocíticos avaliados, porém em relação ao processamento amiloide apenas o LPS e a STZ foram capazes de causar alterações. Astrocytes are the most numerous cells in central nervous system and dysfunction of these cells are related to development of neurodegenerative diseases. Alzheimer’s disease is the most common neurodegenerative disease and usually is diagnosed in more advanced stages, in which patients have cognitive impairment and memory loss. Physiologically, Alzheimer’s disease is characterized by amyloide plaques formation due to Aβ deposition and neurofibrillary tangles formation resulting from hyperphosphorylation of the neuronal protein tau. Many studies relate the beginning of the development of the disease with the presence of other pathologies and dysfunctions. Diabetes mellitus type 2 is a risk factor for Alzheimer’s disease. Among other changes, the increase in protein glication can be mimic in vitro by methylglyoxal (MG), which is able to spread reactions of this type. It is known that in the pre-clinical phase of Alzheimer’s disease occur a decrease in central nervous system glucose metabolism and neuroinflammation, that can be induced in vitro by fluorocitrate (FC) and lipopolysaccharide (LPS) exposure, respectively. One of the animal models of sporadic Alzheimer’s disease most used is based on an intracerebroventricular streptozotocin (STZ) administration, which can induces the development of some characteristic pathologic alterations of this disease. Amyloide plate deposition occurs by Aβ peptide accumulation after cleavage of amyloid protein precursor, by β-secretase enzyme. Astrocytes are involved in this peptide degradation by neprilysin (NEP) and insulin degrading enzyme (IDE). The decrease of the activity of these enzymes have already be related to Aβ accumulation. Despite that it is still not known the relationship between the mechanisms involved in the increase of peptide production and its clearance. Thus, the objective of this work was evaluated the effects of mimicking agents of some initial characteristics of Alzheimer’s disease in astrocytes. Primary cultures of astrocytes were exposed to MG (5, 50 or 500 µM), FC (1, 10 or 100 µM), LPS (0,1, 1 or 10 µg/mL) or STZ (2,5, 25 or 250 µM) for 24 h before astrocytic parameters and amyloid processing proteins evaluation. Our data showed that all insults were capable of decrease S100B protein secretion, increase GFAP content and GS activity. However, only LPS and STZ could decrease IDE expression and only STZ could increase Aβ expression. Therefore, we showed that different insult (glycant, inflammatory or metabolic) can have similar effects in astrocytcic parameters, however in relation to amyloide processing, only LPS and STZ were able to cause changes.

Introdução: A Doença de Alzheimer é uma desordem neurodegenerativa caracterizada pela formação de placas amilóides e emaranhados neurofibrilares. A correta identificação de indivíduos com risco de progressão para a demência da Doença de Alzheimer (DDA) é crucial em termos de diagnóstico precoce, prognóstico e tratamento. As concentrações liquóricas das proteínas Aβ1-42 e p-Tau181 são os biomarcadores mais promissores para o diagnóstico da patologia e podem ser identificados precocemente no continuum da doença. Indivíduos com Comprometimento cognitivo leve amnéstico (CCL-a) possuem um alto risco de progressão para a DDA. Dessa forma, pesquisas longitudinais com indivíduos com CCL-a representam uma oportunidade para investigar os processos biológicos subjacentes (amiloidose e neurodegeneração) e predizer o potencial risco de progressão para a DDA. Objetivo: Mensurar os biomarcadores liquóricos Aβ1-42 e p-Tau181 em indivíduos com Comprometimento Cognitivo Leve amnéstico e verificar suas capacidades preditivas para a fase demencial da Doença de Alzheimer em um estudo longitudinal. Métodos: Quarenta e dois indivíduos diagnosticados com comprometimento cognitivo leve amnéstico ou comprometimento cognitivo subjetivo foram avaliados em 2013 e reavaliados em 2018. Os níveis de Aβ1-42 e p-Tau181 no líquido cefalorraquidiano foram mensurados por ensaio imunoenzimático e os pontos de corte foram calculados pelo teste de Youden. Além disso, foram realizados testes neuropsicológicos, como o CERADs e o MoCA. Resultados: 45,2% dos indivíduos com CCL-a progrediram para a DDA em cinco anos. O risco relativo de progressão para indivíduos com CCL-a e Aβ1-42

Alzheimer's disease (AD) affects millions of people, however, there is still no effective treatment. The use of focused ultrasound with microbubbles (FUS-MB) for the opening of the blood-brain barrier has been recently studied and may become a promising therapeutic target.To discuss the use of FUS-MB for the treatment of AD and to present some of the techniques used.A systematic review was performed of MEDLINE/PubMed and Biblioteca Virtual em Saúde (BVS) services, using the keywords: focused ultrasound, Alzheimer, amyloid-b. Original articles were included in the study; studies that did not focus on Alzheimer's treatment were excluded.Fifteen original studies were selected. Preclinical trials were able to reduce amyloid-b plaques and tau phosphorylation, improving cognitive performance in AD animals.The results are very promising, but the therapy still requires maturation. Further studies are needed to systematize all the techniques used and their effects in order to enable use in humans.A doença de Alzheimer (DA) afeta milhões de pessoas, porém, ainda não há um tratamento efetivo. O uso de ultrassonografia focalizada com microbolhas (FUS-MB) para a abertura da barreira hematoencefálica (BHE) tem sido objeto de estudos recentes, podendo tornar-se um alvo terapêutico bastante promissor.Discutir o uso da FUS-MB para o tratamento da DA e apresentar algumas das técnicas utilizadas.Revisão sistemática através dos serviços MEDLINE/PubMed e Biblioteca Virtual em Saúde (BVS), através das seguintes palavras-chaves: focused ultrasound, Alzheimer, amyloid-b. Foram incluídos no estudo artigos originais. Foram excluídos estudos que não tinham o tratamento do Alzheimer como foco.Foram selecionados 15 estudos originais. Os resultados pré-clínicos são positivos para redução de placas amiloides, fosforilação da proteína tau e sobre desempenho cognitivo de animais com DA.Os resultados são promissores, mas terapia ainda necessita de aperfeiçoamento, necessitando de mais estudos que sistematize todas as técnicas e seus efeitos, para ser possível o seu uso em humanos.

A doença de Alzheimer (DA) afeta cerca de 46,8 milhões de pessoas no mundo, e é caracterizada pelo declínio progressivo da função cognitiva, em especial da memória episódica. É multifatorial, e o acúmulo de peptídeos β-amiloides (Aβ) é considerado o principal mecanismo da neurodegeneração subjacente à doença. Os Aβ são os principais componentes das placas amilóides, um dos marcos fisiopatológicos no encéfalo dos pacientes. A infusão intracerebral de Aβ em ratos é um modelo animal de DA muito utilizado, produzindo seu acúmulo em regiões cerebrais afetadas, como o hipocampo e o neocórtex e, produzindo déficits cognitivos compatíveis com os sintomas, como déficits na memória espacial. Porém, a maioria dos estudos evidencia déficits equivalentes aos estágios moderado e avançado da DA após a infusão prolongada de Aβ, sem avaliar déficits sutis de estágios iniciais. Isso seria relevante para compreensão dos mecanismos fisiopatológicos e para o teste de possíveis tratamentos neuroprotetores. Uma tarefa utilizada para avaliar déficits relacionados à disfunção hipocampal em ratos é o labirinto de Barnes. Os animais são expostos a uma plataforma circular, com buracos ao redor, sendo apenas um deles conectado a um esconderijo. Nessa tarefa, os animais guiam-se por pistas distais para encontrar o local seguro. O desempenho é avaliado por parâmetros, como latência e distância até o alvo, número de visitas a buracos errados, dentre outros, e por uma análise específica de estratégias de busca usadas para atingir o alvo. O animal pode se localizar pelas pistas distais (dispostas ao redor do labirinto), utilizando informação espacial (estratégia direta) ou outros tipos de busca, visitando de maneira aleatória ou seriada buracos do aparato (estratégias não diretas). Essa avaliação permite a detecção de alterações no modo de solução da tarefa. No presente trabalho, objetivamos investigar sinais cognitivos iniciais da DA em ratos Wistar submetidos à infusão intracerebral de Aβ, e os efeitos de um potencial tratamento neuroprotetor, por meio da avaliação da memória espacial no labirinto de Barnes. Utilizamos o extrato alcalóide de Erythrina velutina (“mulungu”), cujos componentes mostram ações ansiolíticas, antiinflamatórias, antioxidantes e pró-colinérgicas. Na 1ª etapa, padronizamos a tarefa de Barnes para as nossas condições experimentais, e verificamos se há influência da repetição de exposições ao labirinto (importante para verificação de progressão de sinais cognitivos) ou da implantação das cânulas intracerebrais no desempenho dos animais. Animais que passaram ou não pela cirurgia para implantação de cânulas (bilateralmente na sub-região hipocampal CA1 e no ventrículo lateral) passaram por 5 sequências de exposição ao labirinto de Barnes (4 treinos com 4 trials cada, um teste após 24h e um teste após 10 dias). Os resultados mostraram que houve aprendizado e evocação da tarefa. Concluímos que a tarefa pode ser realizada repetidamente, e em animais com implantes cerebrais de cânulas, sem prejuízo de desempenho. Na segunda etapa, investigamos o uso de diferentes estratégias no labirinto de Barnes na presença ou ausência de pistas distais. Ratos foram expostos aos treinos no labirinto de Barnes, e no teste (24h após) parte dos animais foi exposta ao labirinto na presença de pistas distais (condição ‘espacial’) e a outra parte passou pelo teste com uma cortina preta em volta do labirinto (condição ‘nãoespacial’). Ambos os grupos aprenderam e evocaram a tarefa, entretanto os animais expostos às pistas distais preferiram o uso de estratégia direta, enquanto o grupo nãoespacial preferiu outras estratégias. Concluímos que a retirada de pistas distais não impede que os animais encontrem o alvo, e para isso utilizam estratégias de busca alternativas ao uso de informação espacial. Na terceira etapa (2 experimentos) verificamos os efeitos da infusão intracerebral de peptídeos Aβ sobre o aprendizado e a memória no labirinto de Barnes. No experimento 1, ratos receberam 15 infusões diárias de salina ou Aβ (30, 100 ou 300 pmol) i.c.v., sendo que no 1º dia de tratamento houve infusões em CA1. Foram submetidos a 3 sequências de exposição ao Barnes (treinos, teste 24h e reteste 10 dias). A sequência I foi realizada antes da cirurgia (na qual ocorreu o aprendizado para todos os animais), a II a partir da 11ª infusão, e a III 10 dias depois. Nas sequências II e III, houve grande variação do comportamento dos animais Aβ, de modo que não foram observadas diferenças entre os grupos, além de uma alta mortalidade dos animais. Ao fim dos experimentos comportamentais, os animais foram eutanasiados e submetidos à imunohistoquímica para Aβ, cuja análise por densitometria ótica relativa mostrou aumento de sua marcação no hipocampo e neocórtex. No 2º experimento verificamos os efeitos da infusão de Aβ sobre o desempenho geral e estratégias de busca no labirinto de Barnes, com algumas alterações no protocolo de infusão e execução da tarefa. Os animais (salina ou Aβ 30 pmol) foram submetidos a uma sequência de exposição ao Barnes com 4 treinos de 2 trials cada e um teste realizado 3 dias depois, visando dificultar a tarefa. Não houve diferenças entre os grupos no aprendizado. No teste, embora os animais Aβ mostrassem alguma evocação, estes utilizaram preferencialmente estratégias aleatória e seriada, enquanto o grupo salina preferiu a estratégia direta. Concluímos que a infusão de Aβ promoveu alterações sutis na memória espacial compatíveis com a manifestação inicial da DA, indicando relevância para investigações mecanicísticas e terapêuticas em estágios precoces da doença. Na última etapa, animais submetidos ao mesmo tratamento de infusão com Aβ (30 pmol) foram tratados concomitantemente com 200 mg/kg do extrato de mulungu por via oral. Os grupos (salina, Amulungu e Amulungu) foram submetidos a 2 sequências de Barnes (a partir da 11ª infusão e dez dias depois). De forma geral, não foram observadas diferenças entre os grupos nos parâmetros referentes ao aprendizado ou à evocação da tarefa. Sendo assim, concluímos que o protocolo utilizado não foi capaz de detectar um efeito benéfico do extrato de mulungu no modelo de DA por infusão de peptídeos Aβ. Alzheimer’s disease (AD) is present in 46.8 million people in the world, and is characterized by the progressive decline of cognition, mainly episodic memory. AD is multifactorial, and the accumulation of amyloid peptides (Aβ) is the main proposed mechanism underlying neurodegeneration. Aβ are the main components of the amyloid plaques in the brain, that are physiopathological hallmarks of the disease. Intracerebral infusion of Aβ in rats is usually used as an animal model of DA and generates the accumulation of these peptides in the brain together with spatial memory impairment. However, most studies show moderate to severe deficits after chronic Aβ infusion, without evaluation of possible subtle initial deficits. The study of the initial stages of AD is relevant for mechanicistic and therapeutic investigations. The Barnes maze has been used for investigating deficits in the hippocampal function in rats. The animals are exposed to a circular apparatus with holes in its periphery. One of the holes is connected to a safe place. In this task, rats navigate guided by distal cues to find this safe compartment. The evaluation is conduct by parameters of general performance (latency and distance to reach target, number of errors, among others) and by a specific analysis of search strategies. In this way, the animal use spatial information and move directly towards the target (direct strategy), visit sequential holes until reach the target (serial strategy) or visit holes in a non-systematic fashion until reach the target (aleatory search). The analysis of strategies allows the detection of alterations in the mode of solution of the task. In the present study, we aimed to investigate initial cognitive signs of AD in Wistar rats submitted to intracerebral infusions of Aβ, as well as the effects of a potentially neuroprotective treatment, by the evaluation of spatial memory in the Barnes maze. We used the alkaloid extract of Erythrina velutina (“mulungu”), which was previously studied for anxiolytic, anti-inflammatory, antioxidant and cholinergic actions. First, we standardized the task to our experimental conditions, and verified a possible influence of repeated expositions to the apparatus (for future long-term protocols) or of the implantation of the cannulas in the brain. Rats went through (or not) to implantation of cannulas (bilaterally in the hippocampal CA1 and in the lateral ventricle) and were exposed to 5 sequences of exposition to the Barnes maze (4 trainning sessions with 4 trials each, a 24h test and a 10-day retest sessions). Both groups showed task retrieval, and there was a slightly improved performance in the implanted group. We concluded that the task can be held repeatedly, and in implanted animals, without altering the performance. In the second phase, we investigated the use of different strategies in the Barnes maze by rats submitted to the presence of absence of distal cues. Rats were exposed to the training phase, and in the probe session (24 h later) half the animals were exposed to the maze in the presence of the same distal cues used in training (spatial group), while the other rats went through the probe test without those cues (a black curtain was placed around the maze – non-spatial group). Both groups learned the task, but the spatial group preferred the used of direct strategies, while the non-spatial group preferred other strategies. We concluded that the removal of distal cues does not hinder the execution of the task, and the animals use alternative search modes under this condition. In the third phase (two experiments) we verified the effects of the intracerebral infusion of Aβ on the acquisition and retrieval of Barnes task. In experiment 1, rats received 15 daily i.c.v. infusions of saline or Aβ (30, 100 or 300 pmol) plus bilateral CA1 infusions in the first day, and were exposed to 3 sequences of Barnes task (training, 24h test and 10-day retest in each sequence). Sequence I was held before surgery (all the animals learned the task), II started at 11th infusion and III started 10 days after II. The behavior of the Aβ-treated animals varied greatly at sequences II and III, and hence no differences were observed. There was high mortality due to treatment. At the end of the behavioral sessions, saline and Aβ 30pmol groups were euthanized for Aβ immunohistochemistry. The analysis by relative optical density showed increased Aβ staining in the hippocampus and neocortex. In experiment 2 we investigated the effects of Aβ (30 pmol) infusion on the search strategies in the Barnes maze. Animals went through one sequence of Barnes task (4 trainings with 2 trials each and a 3-day test, in order to increase difficulty). In the probe test, although Aβ animals showed some retrieval, they showed preference for nonspatial strategies, opposed to saline-treated rats. We concluded that Aβ infusion induced subtle alterations in spatial memory, compatible with the initial stages of AD, which is relevant for investigations of potential neuroprotective approaches. In the last stage, animals submitted to the same infusion protocol described above were concomitantly treated orally with 200 mg/kg of E. velutina (mulungu) extract and went through 2 Barnes task sequences. In general, no differences were observed among the groups in acquisition or retrieval. Thus, we concluded that the protocol used here was not able to detect a beneficial effect of mulungu extract in the Aβ infusion AD model.

CONTEXT AND OBJECTIVE: Dementia is a syndrome characterized by functional and cognitive decline. Alzheimer's disease (AD) is one of the most common causes of dementia and has high prevalence among the elderly. It is known that there is no drug capable of interfering with the course of the disease. Research on treatments for AD has been marked by the appearance of new drugs and their abandonment. This study aimed to describe drugs that have been studied with regard to treating AD and which are capable of influencing the course of the disease. DESIGN AND SETTING: Narrative review on original articles published worldwide. METHODS: A systematized search was conducted in the PubMed/MEDLINE, Cochrane Library/Cochrane and SciELO/Bireme databases. The descriptors "Molecular Mechanisms of Pharmacological Action" and "Drug Therapy" were each combined with the descriptor "Alzheimer disease". All of these can be found in MeSH and DeCS. These descriptors were used alone or in combination, and a filter specifying publication between January 2009 and October 2015 in English, Spanish or Portuguese was set. RESULTS: 6,888 articles were found, of which 37 were included in this review; 70.3% of the articles selected were of good quality with low or unclear risk of bias. 86 drugs were considered promising for AD treatment and these were classified into 20 pharmacological categories. CONCLUSION: There are no drugs capable of influencing the course of AD such that treatments are safe and effective. However, immunomodulators stood out as promising, given their effectiveness and quality in the articles analyzed. RESUMO CONTEXTO E OBJETIVO: A demência é uma síndrome caracterizada por declínio funcional e cognitivo, sendo a doença de Alzheimer (DA) uma das causas mais comuns e de alta prevalência em idosos. Sabe-se que não há medicamento capaz de interferir no curso da doença e as pesquisas para o tratamento da DA têm sido marcadas pelo surgimento e abandono de novas drogas. O objetivo deste estudo foi descrever as drogas capazes de influenciar o curso da DA que têm sido estudadas para o tratamento da doença. TIPO DE ESTUDO E LOCAL: Revisão narrativa de artigos originais publicados mundialmente. MÉTODOS: Foi realizada uma busca sistematizada nas bases de dados PubMed/MEDLINE, Cochrane Library/Cochrane e SciELO/Bireme. Cada um dos seguintes descritores "Mecanismos Moleculares de Ação Farmacológica" e "Quimioterapia" foram combinados com o descritor "Doença de Alzheimer", todos encontrados no MeSH e DeCS. Os descritores foram usados sozinhos ou em combinação, fixando como filtros as publicações de 2009 a 2015, em língua inglesa, espanhola e portuguesa. RESULTADOS: Foram encontrados 6.888 artigos, dos quais 37 foram incluídos nesta revisão; 70,3% dos artigos selecionados tiveram boa qualidade com baixo ou indefinido risco de viés. Foram elencadas 86 drogas promissoras ao tratamento da AD. Elas foram classificadas em 20 categorias farmacológicas. CONCLUSÃO: Não há fármacos capazes de interferir no curso da DA com efetividade e segurança no tratamento. Contudo, os imunomoduladores foram considerados promissores devido ao fato de apresentarem efetividade e qualidade nos artigos analisados.

A Doença de Alzheimer (DA) é a mais comum desordem neurodegenerativa e a principal causa de demência re lacionada a idade. Os números em crescimento de pessoas afetadas pela DA estão diretamente ligados ao aumento na expectativa de vida da população mundial. A DA, por se tratar de uma doença multifatorial, envolve fatores genéticos, moleculares e ambientais.As principais alterações fisiopatológicas, hoje alvos de estudos, são os emaranhados neurofibrilares, constituídos pela proteína tau hiperfosforilada e as placas senis, compostas pelo peptídeo beta-amilóide (Aβ). O peptídeo Aβ tem sido considerado o principal responsável pelos processos de disfunção sináptica, morte neuronal e consequente declínio cognitivo dos pacientes com DA. Diversos processos estão envolvidos na formação deste peptídeo, que uma vez formado desencadeia uma cascata de eventos que envolvem alterações na sinalização celular, ativação da neuroinflamação e geração de um desbalanço na produção de espécies reativas de oxigênio nas organelas presentes nos neurônios culminando na disfunção sináptica e morte celular. Apesar do intenso estudo sobre a fisiopatologia da DA observado nas últimas décadas, ainda não existe o conhecimento completo sobre as causas e sobre o mecanismo que levam a progressão da doença. Os receptores nicotínicos estão presentes no sistema nervoso e, de uma forma geral, são responsáveis pela liberação de neurotransmissores importantes para uma diversidade de processos cognitivos. O estresse oxidativo e a disfunção mitocondrial estão correlacionados a um ciclo vicioso de desequilíbrio que desempenha um importante papel na patogênese da DA. Por isto, neste trabalho procuramos avaliar o efeito da nicotina em um modelo in vitro de toxicidade do peptideo Aß em cultura organotípica de hipocampo de ratos, bem como avaliar os efeitos desta droga sobre as proteínas relacionadas com a neurodegeneração, AKT e GSK-3ß . Além disso, avaliamos as alterações mitocondriais que a nicotina ocasionou em culturas organotipicas. Para isso, as culturas foram expostas ao peptideo Aß e á nicotina concomitantemente por um período de 48h. A morte celular foi aval iada a partir da incorporação do iodeto de propídeo, um marcador de morte de células principalmente em processo de necrose. As cul turas expostas ao peptídeo Aß quando tratadas com nicotina não apresentaram prevenção da morte celular. A nicotina não teve efeito sobre a fosforilação das proteínas AKT e GS K-3ß. através da análise obtida por Western blotting. Entretanto, na análise real izada por citometria de fluxo, utilizando as sondas mitocondriais MitoTracker® e MitoSOX®, observamos um aumento na produção do ânion superóxido, bem como uma diferença na massa mitocondrial nas culturas expostas ao peptideo com nicotina. Alzheimer's Disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder and the leading cause of age-related dementia. The growing numbers of people affected by AD are directly linked to the increase in life expectancy of the world population. The AD, because it is a multifactorial disease, involving genetic, molecular and environmental factors. The main pathophysiological changes, today object of studies, are the neurofibrillary tangles formed by the hyperphosphorylated tau protein and the senile plaques, composed of the betaamyloid peptide (Aß). The Aß peptide has been considered the main responsible for synaptic dysfunction processes, neuronal death and consequent cognitive decline in AD patients. Several processes are involved in the formation of this peptide, which once formed triggers a cascade of events that involve alterations in cell signaling, activation of neuroinflammation and generate an imbalance in the production of reactive oxygen species in the organelles present in neurons culminating in synaptic dysfunction and cell death. Despite the intense study of the pathophysiology of AD observed in recent decades, there is still no complete knowledge about the causes and the mechanisms that lead to disease progression. Nicotinic receptors are present in the nervous system and, in general, are responsible for the release of neurotransmitters important for a variety of cognitive processes. Oxidative stress and mitochondrial dysfunction is correlated to a vicious circle of imbalance plays an important role in the pathogenesis of AD. Therefore, in this study we evaluated the effect of nicotine on a model in vitro toxicity of Aß peptide in organotypic culture in rat hippocampus, and to evaluate the effects of this drug on proteins related to neurodegeneration, Akt and GSK-3β. In addition, we evaluated the mitochondrial alterations that nicotine caused in organotypic cultures. For this, the cultures were exposed to the Aß-peptide and nicotine concomitantly for a period of 48h. Cell death was evaluated from the incorporation of propidium iodide, a marker of cell death mainly in necrosis process. Cultures exposed to Aß peptide when treated with nicotine did not show any preventing cell death. Nicotine had no effect on the phosphorylation of Akt and GSK-3β protein, obtained through the analysis by Western blotting. However, the analysis performed by flow cytometry using the mitochondrial probe MitoTracker® and MitoSOX®, an increase in the production of superoxide anion as well as a difference in mitochondrial mass in peptide cultures exposed to nicotine.

As vias amiloidogênica e não-amiloidogênica, representadas pelas enzimas secretases como a enzima clivadora do sítio beta da APP (BACE) e a enzima conversora do fator de necrose tumoral-alfa (TACE) respectivamente, são responsáveis pela clivagem da proteína precursora amiloide (APP). Alterações no processamento da APP associadas ao acúmulo do peptídeo β-amiloide (Aβ) parecem estar relacionadas aos déficits cognitivos observados na doença de Alzheimer (DA), no entanto, estudos avaliando a maquinaria de processamento da APP durante o envelhecimento fisiológico são raros. O Aβ é formado através da clivagem da proteína precursora amiloide (APP) pela enzima BACE. Por outro lado, a APP pode ser clivada por secretases como a TACE gerando APPα, o qual é considerado neuroprotetor. Alguns estudos têm sugerido um envolvimento de vesículas denominadas exossomos no transporte de proteínas como o peptídeo Aβ além de um papel dos exossomos durante o estresse oxidativo e no processo de envelhecimento. No entanto, estudos avaliando a relação entre exossomos e marcadores oxidativos no envelhecimento ainda não foram realizados. Além disso, apesar de diversas evidências demonstrarem os efeitos benéficos do exercício físico, os efeitos exercidos sobre a modulação da atividade das secretases, especificamente TACE e BACE, e sobre o perfil dos exossomos durante o envelhecimento fisiológico têm sido pouco investigados. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos do exercício físico sobre a atividade das secretases e sobre o perfil de exossomos circulantes em ratos durante o envelhecimento. Ratos Wistar de 3, 21 e 26 meses de idade foram divididos em sedentários e exercitados, o protocolo de exercício consistiu em 20 min/ dia durante 14 dias e após a última a sessão de exercício todos os animais foram submetidos ao teste da esquiva inibitória. As estruturas cerebrais e o sangue troncular foram coletados 1h (período da tarde) e 18 h (período da manhã) após a última sessão de exercício com o objetivo de avaliar os efeitos transitórios e tardios do protocolo de exercício. O hipocampo e o córtex pré-frontal foram dissecados e utilizados para quantificar o conteúdo de APP e avaliar a atividade das enzimas TACE e BACE. Os exossomos foram isolados do soro e utilizados para quantificar CD63, atividade da acetilcolinesterase (AChE), conteúdo de espécies reativas, atividade da superóxido dismutase (SOD) e conteúdo de Aβ. Ratos envelhecidos demonstraram um prejuízo na memória aversiva assim como uma redução na atividade da TACE comparada aos animais adultos jovens. A atividade cortical da BACE aumentou no período da tarde nos animais de 26 meses de idade, no entanto, permaneceu inalterada assim como o conteúdo de APP no hipocampo de todos os grupos. Além disso, uma diminuição na razão TACE/BACE foi observada em animais envelhecidos. Adicionalmente, foram observados níveis diminuídos de CD63 e um aumento na atividade da AChE em exossomos circulantes de animais de 21 e 26 meses de idade. Altos níveis de espécies reativas foram detectados em exossomos de animais envelhecidos. O exercício físico foi capaz de melhorar o desempenho dos animais de todas as idades no teste da esquiva inibitória. Por outro lado, a atividade das secretases não foi alterada pelo protocolo de exercício físico utilizado. Em relação aos exossomos, o exercício físico foi capaz de aumentar os níveis de CD63 em todas as idades avaliadas. Foram observados níveis reduzidos de espécies reativas em exossomos de animais exercitados de todas as idades além de uma redução na atividade da AChE em exossomos de animais envelhecidos exercitados. Nossos resultados sugerem uma relação entre redução da atividade da TACE e declínio na memória aversiva em animais envelhecidos. Além disso, um desequilíbrio entre as vias amiloidogênica e não-amiloidogênica pode contribuir com a suscetibilidade das regiões corticais e hipocampais às doenças neurodegenerativas. Podemos inferir que o envelhecimento é capaz de alterar o perfil dos exossomos, assim como níveis aumentados de espécies reativas em exossomos circulantes de ratos de 21 e 26 meses podem desempenhar um importante papel no estado oxidativo relacionado ao envelhecimento. Adicionalmente, é possível sugerir que a redução nos níveis de espécies reativas em exossomos circulantes pode contribuir com os efeitos protetores do exercício físico durante o processo de envelhecimento. The amyloidogenic and non-amyloidogenic pathways, represented by secretases named β-site APP cleaving enzyme(BACE) and tumor necrosis factor-alpha converting enzyme (TACE), respectively, are responsible for amyloid protein precursor (APP) processing. APP cleavage modifications leading to increased β-amyloid (Aβ) peptide levels seem to be related to cognitive decline observed in Alzheimer disease (AD), however, works evaluating the APP processing machinery in the normal aging process are rarely studied. The Aβ is formed through APP cleavage by BACE enzyme, named amyloidogenic pathway. On the other hand, APP can be cleaved by a non-amyloidogenic pathway through secretase enzymes such as TACE producing APPα, which is a neuroprotective product. Some evidences suggested that extracellular vesicles named exosomes could carry proteins including the Aβ peptide between different cells. Yet, exosomes appear to be linked to oxidative stress and aging process. However, studies evaluating the relationship between exosomes and oxidative stress marks in the aging were not yet performed. The beneficial exercise impact in the aging process are widely described, nevertheless, its effects on secretase activities, specifically BACE and TACE, and exosome profile during normal aging remains understood. Therefore, the aim of this study was to evaluate the exercise effects on secretase activities and circulating exosomes profile in the aging process. Wistar rats (3-, 21- and 26-month-old) were divided into sedentary and exercised groups; the exercise protocol consisted in a daily moderate treadmill exercise (20 min each day during 2 weeks). After the last exercise sessions, all animals were subjected to inhibitory avoidance task. To identify transitory and delayed exercise effects, specifically 1 and 18 hours after the last exercise training session, hippocampi and prefrontal cortices as well as blood were obtained at different times of day, respectively, in the afternoon and early morning. The brain areas were used to quantify the APP content and BACE and TACE activities. The circulating exosomes were isolated from serum and used to quantify CD63, reactive species and Aβ content, besides AChE and superoxide dismutase (SOD) activities. Aged rats exhibited impaired aversive memory performance and reduced TACE activity compared to young adult rats. TACE activity also was reduced in hippocampus of 26-month-old rats. Cortical BACE activity was higher in the afternoon in the oldest-old group (26-month-old rats), while hippocampal BACE activity and APP content were unchanged in all groups. Additionally, decreased levels of CD63 and increased AChE activity were observed in circulating exosomes of 21 and 26-month-old rats. It was demonstrated that aged animals present high free radical levels. The step-down latency in inhibitory avoidance was increased by exercise at all tested ages. Exercise reduced peripheral exosomal reactive species content in all tested ages besides to reduce AChE activity in exercised aged rats. Our results suggest a relationship between decreased cortical TACE activity and aging-related aversive memory decline. An imbalance between BACE and TACE activities, indexes of amyloidogenic and non-amyloidogenic pathways, was found in both tested brain areas suggesting a higher vulnerability to neurodegenerative disorders induced by aging. Moreover, it is possible suggest that the normal aging process can alter circulating exosomal profile; as well as increased reactive species levels found in peripheral exosomes of aged rats can play a crucial role in the oxidative status associated to aging. Additionally, we can suppose that reduced reactive species levels in circulating exosomes can contribute to beneficial exercise effects in the aging process.

O aumento da expectativa de vida da população mundial tem se associado com uma maior prevalência de doenças neurodegenerativas. A Doença de Alzheimer (DA) é a doença neurodegenerativa mais comum e a principal causa de demência em indivíduos com mais de 60 anos, sendo caracterizada por um declínio progressivo na memória e função mental dos pacientes. Esses sintomas são acompanhados por alterações histopatológicas no cérebro desses indivíduos, incluindo a presença de uma grande quantidade de placas senis, formadas pela deposição do peptídeo beta-amiloide (Aβ), e de emaranhados neurofibrilares formados pela hiperfosforilação da proteína Tau. Estudos indicam que a deposição do Aβ é uma das principais responsáveis pelo desenvolvimento da DA, causando dano neuronal através da ativação de várias vias pró-apoptóticas e dando origem aos sintomas de demência típicos dessa doença. Até o momento, não existem tratamentos eficazes para o combate à DA, de forma que a maior parte das intervenções farmacológicas é destinada apenas ao tratamento de alguns de seus sintomas. A proteína translocadora (TSPO) se localiza em pontos de contato entre as membranas mitocondriais interna e externa e está relacionada com o transporte de colesterol para o interior da mitocôndria e com a regulação da esteroidogênese e da apoptose. Estudos mostram que ligantes da TSPO apresentam efeitos neuroprotetores em diferentes modelos experimentais de lesão cerebral e doenças neurodegenerativas. Especificamente em relação à DA, um estudo indicou que o 4’-clorodiazepam (4’-CD), um ligante da TSPO, apresenta efeitos neuroprotetores em um modelo animal dessa doença, sendo um possível candidato para o seu tratamento. Dessa forma, o objetivo desse estudo foi verificar o efeito neuroprotetor do 4’-CD em diferentes modelos in vitro de toxicidade induzida pelo Aβ, além de seus efeitos sobre o desenvolvimento de neurônios hipocampais. Inicialmente, demonstramos que o 4’-CD reduziu a morte celular de células SH-SY5Y expostas a um modelo de toxicidade induzida pela administração de Aβ. Esses efeitos estiveram associados com a redução da expressão da proteína pró-apoptótica Bax e com um aumento da expressão da survivina, uma proteína anti-apoptótica. A expressão das proteínas Bcl-xl e procaspase-3, por outro lado, não foi alterada pelos tratamentos. Posteriormente, estudamos os efeitos neuroprotetores do 4’-CD contra a toxicidade induzida pela administração do Aβ em culturas organotípicas de hipocampo. Nesses experimentos, foi demonstrado que o 4’-CD reduz a morte celular de culturas organotípicas de hipocampo expostas ao Aβ através de um aumento na expressão da enzima SOD, sem alterar, no entanto, a expressão das proteínas Akt e procaspase-3. Por fim, foi avaliado o efeito do 4’-CD sobre o desenvolvimento de culturas primárias de neurônios hipocampais de camundongos machos e fêmeas. Foi observado que as culturas de neurônios hipocampais das fêmeas apresentaram um desenvolvimento mais rápido do que as dos machos. O 4’-CD acelerou a maturação e aumentou a ramificação neurítica dos neurônios hipocampais dos machos, mas não exerceu qualquer efeito sobre os neurônios das fêmeas. Em suma, foi observado que o 4’-CD apresenta efeitos neuroprotetores contra o Aβ em células SH-SY5Y e em culturas organotípicas do hipocampo, apresentando-se como um fármaco em potencial para o tratamento da DA. Além disso, foi observado que o 4’-CD exerceu um efeito dependente do sexo sobre o desenvolvimento de culturas primárias de neurônios hipocampais, estimulando o desenvolvimento e a ramificação neurítica de neurônios hipocampais de machos, mas não de fêmeas. The increase in life expectancy of the world population has been associated with a higher prevalence of neurodegenerative diseases. The Alzheimer’s Disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder and the main cause of dementia among people over 60 years, being characterized by a progressive decline in the memory and mental function of the patients. These symptoms are associated with histopathological changes in the brain of these patients, including the presence of senile plaques, formed by the deposition of amyloid-beta (Aβ), and neurofibrillary tangles, which are related to the hyperphosphorylation of Tau protein. Studies indicate that Aβ deposition is a major contributor to AD progression, promoting neuronal damage through the activation of different pro-apoptotic pathways and giving rise to the typical dementia symptoms of this disease. To date, there are no effective treatments for AD, so that most of the pharmacological intervention is intended for the treatment of some of its symptoms. The translocator protein (TSPO) is located in contact sites between the outer and the inner mitochondrial membranes and is involved in the cholesterol transport into the mitochondria and in the regulation of steroidogenesis and apoptosis. Studies show that TSPO ligands present neuroprotective effects in different experimental models of brain injury and neurodegenerative diseases. Specifically regarding AD, a study indicated that 4’-chlorodiazepam (4’-CD), a TSPO ligand, is neuroprotective in an animal model of this disease, being a possible candidate for its treatment. Therefore, the aim of this study was to evaluate the neuroprotective effect of 4’-CD in different experimental models of Aβ- induced neurotoxicity in vitro, as well as its effects on the development of hipocampal neurons. First, it was demonstrated that 4’-CD decreased the cell death of SH-SY5Y cells exposed to the Aβ. This effect was associated with the inhibition of the Aβ-induced upregulation of Bax, a pro-apoptotic protein, and downregulation of survivin, a prosurvival protein. On the other hand, the expression of Bcl-xl and procaspase-3 was not change by the treatments. After, it was studied the neuroprotective effects of 4’-CD against Aβ in organotypic hipocampal cultures. In these experiments, it was shown that 4’-CD decreases the cell death of organotypic hippocampal slices exposed to the Aβ by increasing the protein expression of SOD, but without changing the expression of Akt and procaspase-3. Finally, due to the importance of the processes of neuronal development and maturation in the regeneration of CNS after injury, it was evaluated the effect of 4’-CD on the development of primary hippocampal neurons of male and female mice. It was observed that female primary hippocampal neurons presented an increased rate of development than male neurons. 4’-CD stimulated the development and increased the neuritic branching of male but not from female neurons. In summary, it was observed that 4’-CD presented a neuroprotective effect against Aβ in SH-SY5Y cells and in rat organotypical hippocampal slices, presenting itself as a promising agent for the treatment of AD. Also, it was observed that 4’-CD modulates the development of hippocampal neurons in a sex-dependent manner, stimulating the development of male but not from female cells.

A doença de Alzheimer (DA) é uma desordem neurodegenerativa caracterizada por perda da memória e das demais funções cognitivas. Sua patogenia envolve a produção do peptídeo β-amiloide (Aβ), através da clivagem da proteína precursora amiloide (APP) por β- e γ-secretases (amiloidogênese), e a posterior agregação do Aβ em oligômeros e/ou fibrilas. A toxicidade do Aβ tem sido associada a diversos mecanismos, a incluir desde seu efeito oxidante e inflamatório, até sua propriedade de induzir necrose por ruptura das membranas neurais, ou apoptose via ativação de cascatas sinalizatórias. Como etapa comum a estes mecanismos de toxicidade, a interação do peptídeo com membranas neurais, em particular com o gangliosídio GM1 (constituinte dos rafts), parece ser indispensável ao dano neural associado ao peptídeo, bem como à ativação da cascata amiloide que caracteriza o ciclo patológico Aβ-amiloidogênese. O GM1 é um gangliosídio de membrana que, quando administrado exogenamente, apresenta propriedades neurotróficas e neuroprotetoras, inclusive em modelos de DA. Os mecanismos envolvidos nesta neuroproteção, no entanto, ainda precisam ser melhor elucidados. Com isto, o objetivo da presente tese foi avaliar o potencial efeito neuroprotetor do GM1 em modelo in vivo e in vitro de toxicidade do Aβ1-42 fibrilado, e propor mecanismos para esta neuroproteção. Inicialmente, demonstramos que o GM1 (0,30 mg/kg), quando co-administrado (icv) com Aβ (2 nmol) previne o déficit cognitivo induzido pelo peptídeo (teste de reconhecimento de objetos), bem como a redução na atividade da Na+,K+-ATPase (enzima envolvida na regulação da transmissão sináptica) no hipocampo de ratos Wistar machos. Demonstrou-se, além disso, que este efeito neuroprotetor do GM1 é acompanhado de aumento nas defesas antioxidantes, em córtex e hipocampo (TRAP). Como a toxicidade do Aβ e a modulação da amiloidogênese parecem ser dependentes de alterações na estrutura dos microdomínios de membrana (rafts), investigamos o efeito da injeção (icv) de Aβ e do tratamento (icv) com GM1 sobre a integridade dos rafts e sobre a distribuição das proteínas APP e BACE1 (β-secretase) nestes microdomínios. Observamos que o Aβ promoveu um desmonte parcial nos rafts, acompanhado de um aumento na distribuição de APP e BACE1 nestes microdomínios, efeitos estes que foram prevenidos pelo tratamento com GM1. Em virtude de os rafts modularem diversas funções neurais, e de a co-localização de APP e BACE1 nos rafts ser um evento necessário a amiloidogênese, os resultados aqui obtidos, reforçam a ideia de que o GM1 exerça sua função neuroprotetora ao preservar a arquitetura das membranas e que o mesmo poderia frear a ativação da amiloidogênese induzida pelo Aβ, ao prevenir a redistribuição das proteínas APP e BACE1 aos rafts lipídicos. A fim de avaliar a atividade neuroprotetora do GM1 em modelo in vitro da DA, e de investigar a sua propriedade de interagir com o Aβ impedindo a interação deste às membranas neurais, avaliamos o efeito da incubação de GM1 (10, 20 e 30μM) frente à toxicidade do Aβ (0,5μM) em células de neuroblastoma humano SH-SY5Y, bem como, verificamos o efeito de uma prévia incubação Aβ-GM1 (in vitro) sobre a toxicidade induzida pelo peptídeo. Como resultado, observamos que o GM1 promoveu neuroproteção nas três concentrações testadas e que esta neuroproteção foi, pelo menos parcialmente, mediada por sua capacidade de interagir in vitro com o Aβ. Nossos dados, em conjunto, reforçam as evidências que apontam o GM1 como uma potencial droga neuroprotetora em modelos de DA. Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by a loss of memory and impairment of other cognitive functions. Its pathogenesis involves the production of β-amyloid peptide (Aβ) by cleavage of the amyloid precursor protein (APP) by β- and γ-secretases (amyloidogenesis) and the subsequent aggregation of Aβ into oligomers and/or fibrils. Aβ toxicity has been associated with several mechanisms, ranging from its oxidant and inflammatory effects until their property to induce necrosis by neural membrane rupture, or apoptosis via activation of signaling cascades. As a common step to these toxicity mechanisms, the peptide interaction with neural membranes, particularly with GM1 ganglioside (component of membrane rafts), seems to be pivotal to the peptide induced neural damage, as well as the amyloid cascade activation that characterizes the pathological vicious cycle Aβ- amyloidogenesis. GM1 is a membrane ganglioside provided of neurotrophic and neuroprotective properties in AD models, when exogenously administered. The mechanisms of neuroprotection, however, need to be further elucidated. By this way, the aim of this PhD thesis was to evaluate the potential neuroprotective effect of GM1 in in vivo and in vitro models of fibrilar Aβ1-42 toxicity, and to propose mechanisms for this neuroprotection. Initially, we demonstrated that GM1 (0.30 mg/kg.), when co-administered (icv) with Aβ (2nmol), prevents the peptide induced cognitive deficit (object recognition task), as well as Aβ induced reduction in Na+,K+-ATPase activity (a enzyme involved in synaptic transmission regulation) in the hippocampus from male Wistar rats. We have shown, furthermore, that this neuroprotective effect of GM1 is accompanied by an increase in antioxidant defenses in the cortex and hippocampus (TRAP). As Aβ toxicity, as well as the modulation of amyloidogenesis, appear to be dependent on changes in the structure of membrane microdomains (rafts), we have investigated the effect of Aβ icv injection and GM1icv treatment on raft integrity and on the distribution of APP and BACE1 (β- secretase) proteins in these microdomains. As result, Aβ promoted a partial raft disassemble, accompanied by an increase in the distribution of APP and BACE1 to these microdomains, effects that were prevented by GM1 treatment. Considering that rafts modulate several neural functions, and that APP and BACE1 co-localization into lipid rafts is pivotal to amyloidogenesis, our results reinforce the idea that GM1 neuroprotection is mediated by membrane architecture preservation, and that GM1 treatment could slow down the Aβ induced activation of amyloidogenesis, by prevention of APP and BACE1 redistribution into lipid rafts. In order to evaluate the GM1 neuroprotective activity in an in vitro AD model, and to investigate GM1 property of interacting with Aβ and preventing its interaction with neuronal membranes, we evaluated GM1 (10, 20 and 30μM) effect against Aβ (0,5 μM)-induced toxicity in SHSY5Y human neuroblastoma cells, as well as, we verified the effect of a Aβ-GM1 in vitro preincubation on the peptide-induced toxicity. As our results indicate, the three tested GM1 concentrations promoted neuroprotection and this effect was, at least partially, mediated by its ability to in vitro interact with Aβ peptide. Our data, when taken together, reinforce the evidence suggesting GM1 as a potential neuroprotective drug in AD models.

A barreira hematoencefálica (BHE) é uma estrutura que impede e/ou dificulta a passagem de substâncias do sangue para o sistema nervoso central, tais como anticorpos, complemento e fatores de coagulação. A BHE é formada por células endoteliais que ficam alinhadas com os capilares, impedindo ou dificultando a passagem de substâncias do sangue para o tecido nervoso. Com isso, o presente estudo pretende realizar uma revisão na literatura sobre os aspectos celulares e fisiológicos da barreira hematoencefálica. Foi realizada uma revisão na literatura utilizando os seguintes bancos de dados: Medline, PubMed, Scielo , Lilacs e Capes. Como critério de seleção, analisaram-se as informações presentes nos resumos, discussões e referências dos artigos dos bancos de dados citados anteriormente, alcançando-se o número total de 40 artigos científicos. O período de abrangência pesquisado foi entre 2000 e 2012. Concluímos que a BHE é de extrema importância, pois atua como uma barreira seletiva, controlando a entrada de medicamentos e substâncias tóxicas no SNC. Existem poucas pesquisas e artigos sobre a BHE, mostrando uma falta de conhecimento sobre os seus mecanismos e suas funções.

O aumento da longevidade da população mundial tem como consequência uma maior prevalência de doenças neurodegenerativas. A Doença de Alzheimer (DA) é a desordem neurodegenerativa mais prevalente e a principal causa de demência após os 60 anos. A DA caracteriza-se por um crescente declínio na função mental e memória do paciente. Esses sintomas são acompanhados pela presença de alterações estruturais no tecido cerebral: os emaranhados neurofibrilares constituídos pela proteína tau hiperfosforilada e as placas senis constituídas pelo peptídeo beta-amiloide (A ). O peptídeo A tem sido considerado o principal responsável pelos processos de disfunção sináptica, morte neuronal e consequente declínio cognitivo dos pacientes com DA. O cenário atual ao qual se enquadram nossos conhecimentos sobre a etiologia, fisiopatologia e terapêutica da DA ainda não permitem um entendimento completo e satisfatório sobre essa doença e seu tratamento. A curcumina, um polifenol de origem vegetal, tem atraído considerável interesse devido aos seus potenciais benefícios à saúde humana. Alguns estudos têm demonstrado que a curcumina possui propriedades antioxidantes, antiinflamatórias e anti-amiloidogênicas em modelos animais de DA. Entretanto, as bases moleculares para a sua neuroproteção ainda não estão totalmente esclarecidas. Neste trabalho, avaliamos diversos mecanismos que são modulados pela curcumina em modelos in vivo e in vitro de toxicidade induzida pelo peptídeo A 1-42. Inicialmente, demonstramos que o co-tratamento com curcumina reduziu a morte celular induzida pela exposição ao peptídeo A por 48 h em culturas organotípicas de hipocampo de ratos. Em paralelo, a curcumina preveniu a redução da proteína sinaptofisina, a geração de espécies reativas, a ativação astrocitária e microglial, bem como, a alteração na secreção de importantes mediadores inflamatórios. Além disso, o mecanismo envolvido com sua neuroproteção pode estar associado com a regulação da fosforilação da proteína -catenina e da modulação da via de sinalização PI3K, através da regulação dos substratos Akt e GSK-3 , visto que o uso do inibidor LY294002 bloqueou o efeito neuroprotetor da curcumina. Diante da intensa ativação astrocitária observada no primeiro capítulo, investigamos o efeito da curcumina na reatividade astrocitária em cultura primária de astrócitos expostos ao peptídeo A . Neste trabalho observamos que os mecanismos de proteção da curcumina envolvem a prevenção da ativação da proteína JNK e a regulação do perfil de sumoilação de astrócitos, visto que a superexpressão de SUMO-1 diminui a reatividade astrocitária induzida pelo peptídeo A . Além do efeito neuroprotetor contra a morte celular, a curcumina demonstrou ter efeitos benéficos na transmissão sináptica, evitando a diminuição da excitabilidade neuronal em fatias organotípicas de hipocampo de ratos expostas por 24 h ao peptídeo A e este efeito parece estar associado com a modulação das proteínas CaMKII e sinapsina I. Para a avaliação do efeito neuroprotetor da curcumina no modelo in vivo de toxicidade ao peptídeo A 1-42, devido a sua baixa biodisponibilidade, comparamos a eficiência de nanocápsulas de curcumina e curcumina livre na prevenção dos danos cognitivos induzidos pela injeção icv do peptídeo A . De modo interessante, observamos um significativo aumento do desempenho in vivo da curcumina nanoencapsulada, a qual apresentou efeitos similares ou melhores com uma dose 20 vezes menor do que a dose efetiva de curcumina livre. Os mecanismos de neuroproteção da curcumina neste modelo parecem envolver o fator neurotrófico BDNF e a via de sinalização PI3K/Akt. Juntos, nossos resultados não somente confirmam o potencial da curcumina no tratamento dos processos neurodegenerativos como também oferecem uma via efetiva para melhorar o efeito neuroprotetor da curcumina através da nanobiotecnologia. The increased longevity of the population has resulted in a higher prevalence of neurodegenerative diseases. Alzheimer’s disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder and the leading cause of dementia in persons over 60 years. The AD is characterized clinically by progressive impairments in cognition and memory. These clinical features are accompanied by the presence of structural changes in brain tissue: neurofibrillary tangles formed by hyperphosphorylated tau protein and amyloid plaques formed by amyloid beta-peptide (A ). A has been considered the main processes responsible for synaptic dysfunction, neuronal death and subsequent cognitive decline in patients with AD. The current scenario of our knowledge of the etiology, pathophysiology and therapy of AD does not allow a full and satisfactory understanding of this disease and its treatment. Curcumin, a naturally occurring polyphenol, has attracted considerable interest for its beneficial potentials for human health. Over the past decade, studies have been shown that curcumin is associated with antioxidant, anti-inflammatory and anti-amyloidogenic properties in models of AD; however, the molecular basis for its neuroprotection is not yet fully understood. In this study, we evaluated several mechanisms that are modulated by curcumin in in vitro and in vivo models of A 1-42-induced toxicity. Initially, we demonstrated that co-treatment with curcumin reduced the cell death induced by exposure to peptide A for 48 h in organotypic hippocampal slice cultures. In parallel, curcumin prevented the reduction of synaptophysin protein, generation of reactive species, astrocytic and microglial activation and the changes in the release of important inflammatory mediators. Furthermore, the mechanism involved in this neuroprotection may be associated with regulation of phosphorylation of -catenin protein and modulation of PI3K signaling pathway, by regulating the substrates Akt and GSK-3 , since the use of inhibitor LY294002 blocked the neuroprotective effect of curcumin. Given the intense astrocytic activation observed in the first study, we investigated the effect of curcumin on astrocytic reactivity in primary culture of astrocytes exposed to A 1-42. In this study we observed that the protective mechanisms of curcumin involve the prevention of JNK activation and regulation of SUMOylation profile of astrocytes, whereas overexpression of SUMO-1 reduces astrocyte reactivity induced by A . Besides the neuroprotective effect against cell death, curcumin shown to have beneficial effects in synaptic transmission, avoiding the reduction of neuronal excitability in organotypic hippocampal slices exposed for 24 h to A 1-42 and this effect could be associated with CaMKII and synapsin I modulation by curcumin. For evaluating the neuroprotective effect of curcumin in an in vivo model of A -induced toxicity, due to its poor bioavailability, we compared the efficiency of curcumin-loaded lipid-core nanocapsules and free curcumin in preventing cognitive impairments induced by icv injection of A 1- 42. Interestingly, we observed a significant increase in the in vivo performance of nanoencapsulated curcumin, which presented similar or better neuroprotective results in a dose 20-fold lower compared to the effective dose of free curcumin. The neuroprotective mechanisms of curcumin in this model appear to involve the neurotrophic factor BDNF and PI3K/Akt signaling pathway. Taken together, our results not only confirm the potential of curcumin in treating neurodegenerative processes but also offer an effective way to improve the neuroprotective efficiency of curcumin through nanobiotechnology.

Alzheimer’s disease (AD) is a neurodegenerative disorder whose pathogenesis involves production and aggregation of amyloid-b peptide (Ab). Ab-induced toxicity is believed to involve alterations on as Na+,K+- ATPase and acetylcholinesterase (AChE) activities, prior to neuronal death. Drugs able to prevent or to reverse these biochemical changes promote neuroprotection. GM1 is a ganglioside proposed to have neuroprotective roles in AD models, through mechanisms not yet fully understood. Therefore, this study aimed to investigate the effect of Ab1-42 infusion and GM1 treatment on recognition memory and on Na+,K+-ATPase and AChE activities, as well as, on antioxidant defense in the brain cortex and the hippocampus. For these purposes, Wistar rats received i.c.v. infusion of fibrilar Ab1-42 (2 nmol) and/or GM1 (0.30 mg/kg). Behavioral and biochemical analyses were conducted 1 month after the infusion procedures. Our results showed that GM1 treatment prevented Ab-induced cognitive deficit, corroborating its neuroprotective function. Ab impaired Na+,K+-ATPase and increase AChE activities in hippocampus and cortex, respectively. GM1, in turn, has partially prevented Ab-induced alteration on Na+,K+-ATPase, though with no impact on AChE activity. Ab caused a decrease in antioxidant defense, specifically in hippocampus, an effect that was prevented by GM1 treatment. GM1, both in cortex and hippocampus, was able to increase antioxidant scavenge capacity. Our results suggest that Ab-triggered cognitive deficit involves region-specific alterations on Na+,K+-ATPase and AChE activities, and that GM1 neuroprotection involves modulation of Na+,K+- ATPase, maybe by its antioxidant properties. Although extrapolation from animal findings is difficult, it is conceivable that GM1 could play an important role in AD treatment.

A doença de Alzheimer (DA) é uma devastadora desordem neurológica que afeta mais de 37 milhões de pessoas ao redor do mundo, caracterizada pelo progressivo dano cognitivo e pela perda da memória. Estas alterações clínicas são acompanhadas por alterações histológicas cerebrais características da doença, as quais incluem atrofia cerebral, perda de neurônios e disfunção sináptica secundárias à deposição extracelular do peptídeo beta-amilóide (Aβ) e à deposição intracelular de emaranhados neurofibrilares constituídos da proteína tau. Fármacos disponíveis para a terapia da DA apresentam efeito limitado e tratamentos utilizando um único medicamento ou a combinação de terapias que possam efetivamente parar ou modificar o curso da doença ainda não se encontram disponíveis. O resveratrol, um polifenol de origem vegetal, tem atraído considerável interesse devido aos seus potenciais benefícios à saúde humana. Diversos estudos têm demonstrado que o resveratrol possui propriedades anti-amiloidogênicas; entretanto, os efeitos biológicos in vivo do resveratrol são fortemente limitados devido a sua baixa biodisponibilidade, a qual representa uma barreira no desenvolvimento de aplicações terapêuticas do resveratrol. Neste contexto, o objetivo deste estudo foi desenvolver uma nova formulação capaz de superar a baixa solubilidade, a limitada estabilidade, a elevada metabolização e a baixa biodisponibilidade do resveratrol e avaliar o seu efeito frente à toxicidade induzida pelo Aβ em modelos in vitro e in vivo. Inicialmente, o isômero trans do resveratrol foi incorporado em nanocápsulas poliméricas de núcleo lipídico (RSV-LNC) e a distribuição destas nanocápsulas nos tecidos cerebral, hepático e renal foi avaliada após a administração intraperitoneal (i.p.) ou por gavagem em ratos saudáveis. As nanocápsulas apresentaram elevada capacidade de encapsulamento do resveratrol e animais tratados com RSV-LNC exibiram maior concentração do resveratrol no cérebro, no fígado e no rim quando comparados aos animais tratados com resveratrol livre (RSV) após administrações diárias pelas vias i.p. ou gavagem. Na sequência, nós comparamos o efeito do tratamento com RSV e RSV-LNC frente à toxicidade induzida pelo Aβ através da exposição de culturas organotípicas de hipocampo ao Aβ1-42 por 48 h. Tanto o tratamento prévio quanto o simultâneo das culturas com RSV ou RSV-LNC reduziram significativamente a morte celular induzida pelo Aβ, com o RSV-LNC apresentando efeito mais pronunciado. O pré-tratamento com ambos, RSV ou RSV-LNC, preveniu a produção de espécies reativas de oxigênio; entretanto, o tratamento simultâneo com RSV não protegeu as culturas do dano oxidativo. Ambos os tratamentos, prévio e simultâneo, com RSV-LNC bloquearam a neuroinflamação desencadeada pelo Aβ de maneira sustentada. Além disso, apenas os tratamentos com RSV-LNC foram capazes de aumentar a liberação da IL-10 mesmo na presença do Aβ e prevenir/reduzir a ativação glial e a fosforilação da JNK. Finalmente, nós avaliamos o efeito do resveratrol frente à toxicidade induzida pelo Aβ através da injeção intracerebroventricular do Aβ1-42 em ratos. Nós observamos que os animais que foram injetados com o Aβ1-42 exibiram um significativo défcit na memória, o qual foi acompanhado pela significativa redução nos níveis da sinaptofisina no hipocampo. É importante ressaltar que através do uso das nanocápsulas o resveratrol foi capaz de reduzir estes efeitos deletérios do Aβ1-42 enquanto o tratamento com RSV não foi capaz de proteger da toxicidade induzida pelo Aβ, o que pode ser explicado pelo robusto aumento na biodisponibilidade cerebral do resveratrol atingida pelo uso das nanocápsulas. Adicionalmente, a ativação astrocitária e microglial, bem como fosforilação da JNK desencadeada pelo Aβ foram reduzidas somente após o tratamento com RSV-LNC, enquanto ambos os tratamentos com RSV e RSV-LNC foram capazes de reestabelecer os distúrbios na sinalização mediada pela GSK-3β e a desestabilização da β-catenina desencadeadas pelo Aβ. Juntos, nossos resultados não somente confirmam o potencial do resveratrol no tratamento dos processos neurodegenerativos como também oferecem uma via efetiva para melhorar o efeito neuroprotetor do resveratrol através de um sistema nanocarreador. Estes resultados fornecem suporte para futuros estudos objetivando o entendimento dos mecanismos envolvidos no efeito neuroprotetor do resveratrol. Além disso, a combinação do resveratrol com o sistema de entrega mediado por nanocápsulas poliméricas de núcleo lipídico abrem novas possibilidades para o tratamento da doença de Alzheimer. Alzheimer's disease (AD) is a devastating neurological disorder that affects more than 37 million people worldwide, characterized clinically by progressive impairments in cognition and memory. These clinical features are accompanied by characteristic histological changes in the brain, which include brain atrophy, loss of neurons and loss of synaptic function secondary to extracellular deposition of amyloid-beta peptide (Aβ) and intracellular deposition of neurofibrillary tangle composed of the microtubule-associated protein tau. Available drugs for AD therapy have small effect sizes and we still not have a single treatment or combination therapy that can effectively stop or reverse the relentless progression of AD. Resveratrol, a naturally occurring polyphenol, has attracted considerable interest for its beneficial potentials for human health. Several studies have been shown that resveratrol is associated with anti-amyloidogenic properties; however, the in vivo biological effects of resveratrol appear strongly limited by its low bioavailability, which is a barrier to the development of therapeutic applications. In this context, the present study was designed to develop a novel resveratrol formulation to overcome its poor solubility, limited stability, high metabolization and weak bioavailability, and to evaluate the effects of resveratrol against in vitro and in vivo Aβ-induced toxicity. Initially, trans-resveratrol was loaded into lipid-core nanocapsules (RSV-LNC) and the nanocapsule distribution in brain, liver and kidney tissues was evaluated by intraperitoneal (i.p.) and gavage routes in healthy rats. Lipid-core nanocapsules showed high entrapment of resveratrol and animals treated with RSV-LNC displayed a higher resveratrol concentration in the brain, the liver and the kidney than those treated with free resveratrol (RSV) after daily i.p. or gavage administration. Next, we compared the effects of RSV and RSV-LNC treatment against Aβ-induced toxicity by expositing organotypic hippocampal cultures to Aβ1-42 by 48 h. Pre- and co-treatment of cultures with both, RSV and RSV-LNC, significantly attenuated Aβ-induced cell death, with RSV-LNC showing somewhat higher potency. Reactive oxygen species formation was prevented by pretreatment with both RSV or RSV-LNC; however, co-treatment with RSV failed to protect cultures from oxidative damage. Pre- and co-treatment with RSV-LNC was able to block the neuroinflammation triggered by Aβ in a sustained pattern. Furthermore, only RSV-LNC treatments were able to increase IL-10 release even in the presence of Aβ, and prevent/decrease glial activation and JNK phosphorylation. Finally, we evaluated the effects of resveratrol against Aβ-induced toxicity by using an intracerebroventricular injection of Aβ1-42 model in rats. We found that Aβ1-42-injected animals showed a significant impairment on learning-memory ability, which was paralleled by a significant decrease in hippocampal synaptophysin levels. Noteworthy, by using lipid-core nanocapsules, resveratrol was able to rescue these deleterious effects of Aβ1-42 while treatment with RSV failed to protect against Aβ-induced toxicity, which can be explained by robust increase of brain bioavailability of resveratrol achieved by lipid-core nanocapsules. Additionally, activated astrocytes and microglial cells, as well as JNK phosphorylation triggered by Aβ was reduced only after RSV-LNC treatment, while both RSV and RSV-LNC treatments were able to restore the disturbance in GSK-3β signaling and destabilization of β-catenin triggered by Aβ. Taken together, our results not only confirm the potential of resveratrol in treating neurodegenerative processes but also offer an effective way to improve the neuroprotective efficiency of resveratrol by nanocarrier delivery system. These findings provide further support for future studies aiming at precisely understanding of mechanisms involved in the neuroprotective effects of resveratrol. Furthermore, the combination of resveratrol and lipidcore nanocapsules-based delivery system may open new avenues for the treatment of Alzheimer’s disease.

A doença de Alzheimer é uma desordem neurodegenerativa cuja patogenia não é completamente elucidada. Atribui-se ao peptídeo beta-amilóide (A ), em sua forma oligomérica ou fibrilada, um importante papel neste processo. Uma vez que a produção e a fibrilação do peptídeo ocorrem ao nível de membrana neural, sua dinâmica e composição lipídica podem modular a cascata amilóide e/ou interferir na extensão do dano gerado pela mesma. Tendo isto em vista e considerando o potencial sinalizatório dos glicoesfingolipídios, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do peptídeo betaamilóide (A 25-35), em sua forma fibrilada ou não-fibrilada, sobre a biossíntese dos gangliosídios em modelo de cultura organotípica de hipocampo. Para tanto, foram utilizados ratos Wistar de 6-8 dias, dos quais o hipocampo foi dissecado, fatiado e submetido à cultura. No 28º dia de cultura foi adicionado A 25- 35 (25μM), em sua forma fibrilada ou não fibrilada; após 24h adicionou-se ao meio D- [1-14C]-galactose para avaliar a biossíntese dos gangliosídios; no 30º dia a morte celular foi analisada com iodeto de propídio. A partir das fatias, os gangliosídios radiomarcados foram extraídos, purificados, analisados por HPTLC, fluorografia e densitometria. Nossos resultados demonstraram uma alteração na biossíntese de gangliosídios induzida pelo peptídeo beta-amilóide A 25-35, um efeito que foi dependente de seu estado de fibrilação. Desta maneira, o A 25-35, em sua forma fibrilada, promoveu um aumento na biossíntese de GM3 e uma redução na biossíntese de GD1b, ao passo que o peptídeo não fibrilado levou a um aumento na síntese do gangliosídio GM1. Uma vez que o GM3 é considerado um gangliosídio apoptótico, quando expresso em neurônios adultos, um aumento em sua síntese pode estar relacionado aos eventos tóxicos desencadeados pelo peptídeo beta-amilóide fibrilado. O GM1, por sua vez, ainda não possui um papel suficientemente claro no desenvolvimento da doença de Alzheimer. Uma série de efeitos neuroprotetores são atribuídos a este gangliosídio enquanto fortes evidências sugerem que o GM1 poderia acelerar o processo de fibrilação do beta-amilóide, e assim influenciar a progressão da doença. A fim de investigar o papel do GM1 no presente modelo, realizamos uma série de experimentos com a finalidade de avaliar uma possível ação neuroprotetora deste gangliosídio. Como resultado, um pré-tratamento das fatias hipocampais com GM1(10μM) foi capaz de prevenir a toxicidade induzida pelo peptídeo beta-amilóide em sua forma fibrilada, como demonstram os resultados da captação de iodeto de propídio. Com o intuito de corroborar sua ação neuroprotetora, bem como investigar o mecanismo pelo qual esta neuroproteção seria mediada, analisamos o efeito de um tratamento com GM1 (1h, 6h, 12h ou 24h) sobre as alterações induzidas pelo peptídeo beta-amilóide no estado de fosforilação (ativação/inativação) da GSK3b. Nossos resultados demonstraram um importante efeito neuroprotetor do GM1 após 24 horas de tratamento, uma vez que nestas circunstâncias este gangliosídio foi capaz de reverter a ativação (defosforilação) da GSK3b, uma via de sinalização associada à morte celular programada. Como conclusão, nossos resultados dão suporte a participação dos gangliosídios em modelos de doença de Alzheimer, e sugerem uma ação neuroprotetora do gangliosídio GM1 frente à toxicidade induzida pelo beta-amilóide, o que, no futuro, pode ser explorado como uma alternativa terapêutica ao tratamento do Alzheimer. Alzheimer disease (AD) is a neurodegenerative disorder whose pathogenesis is still poorly understood. It is attributed to beta-amyloid peptide, in its fibrillar or nonfibrillar forms, an important role in the disease development and progression. Once the production and fibrillation of beta-amyloid peptide occurs on the neural membrane surface, the lipid dynamic and composition of these membranes could modulate amyloid cascade and/or interfere in the damage triggered by it. Taking this into account, and considering the potential signalling role of glycosphingolipids, the objective of this study was to investigate the effect of fibrillar and non-fibrillar beta-amyloid peptide (Ab25-35) upon ganglioside biosynthesis in a model of organotypic hippocampal culture. In order to do this, we used 6-8 days old Wistar rats, whose hippocampi were dissected, sliced and subjected to culture. On the 28th in vitro day, A 25-35 (25μM) was added to the culture medium, in its fibrillar or non-fibrillar forms. After 24h incubation, D-[1-C14]-galactose was added to the medium with the purpose of labeling ganglioside; on day 30th in vitro day cell death was analyzed by PI uptake. The radiolabeled gangliosides were extracted from the hippocampal slices, purified, and analyzed by HPTLC, fluorography and densitometry. Our results demonstrated an Ab25-35 induced alteration in ganglioside biosynthesis, an effect which seemed to be dependent on the peptide fibrillation state. Furthermore, the fibrillar Ab25-35 caused an increase in GM3 and a reduction in GD1b biosynthesis, whereas the non-fibrillar form of this peptide was able to enhance the synthesis of GM1 ganglioside. Once GM3 is an apoptotic ganglioside, when expressed in adult neurons, an increase in its synthesis could take part of the toxic events triggered by the fibrillar betaamyloid peptide. GM1, in turn, has a still poorly understood participation in Alzheimer development. A sort of neuroprotective effects are attributed to this ganglioside while several evidences suggest that GM1 could accelerate the endogenous fibril formation, and thence influence the disease progression. To further investigate the role of GM1 ganglioside in our model, we have performed some experiments in order to test a possible neuroprotective effect of this gangliosides. As a result, a pre-treatment of the hippocampal slices with 10μM GM1 was able to prevent the toxicity triggered by the fibrillar beta-amyloid peptide, when measured by PI uptake protocol. In order to corroborate its neuroprotective action, as well as to investigate a candidate mechanism by which GM1 could promote neuroprotection, we have analyzed the effect of GM1 treatment (1h, 6h, 12h and 24h) upon the amyloid-induced alterations in GSK3b phosphorylation/dephosphorylation state. Our results demonstrated an important effect of GM1 after 24h incubation, once it was able to reverse the amyloid-induced dephosphorilation (activation) of GSK3b, a signalling pathway involved in apoptosis triggering. Taken together, our results provides new and important support for the ganglioside participation in Alzheimer models, and suggests a protective role of GM1 upon the amyloid induced toxicity, which, in the future, could expand the therapeutic strategy available for Alzheimer disease treatment.

Accumulation of the neurotoxic amyloid b-peptide (Ab) in the brain is a hallmark of Alzheimer’s disease (AD). Several synthetic Ab peptides have been used to study the mechanisms of toxicity. Here, we sought to establish comparability between two commonly used Ab peptides Ab1-42 and Ab25-35 on an in vitro model of Ab toxicity. For this purpose we used organotypic slice cultures of rat hippocampus and observed that both Ab peptides caused similar toxic effects regarding to propidium iodide uptake and caspase-3 activation. In addition, we also did not observe any effect of both peptides on Akt and PTEN phosphorylation; otherwise the phosphorylation of GSK-3b was increased. Although further studies are necessary for understanding mechanisms underlying Ab peptide toxicity, our results provide strong evidence that Ab1-42 and the Ab25-35 peptides induce neural injury in a similar pattern and that Ab25-35 is a convenient tool for the investigation of neurotoxic mechanisms involved in AD.

Alzheimer's disease (AD) is a clinically heterogeneous disease that may have atypical presentations with focal cortical syndromes and relatively preserved episodic memory. The posterior variant of AD has two subtypes: occipitotemporal, presenting with visuoperceptive impairment, and biparietal, presenting with visuospatial dysfunction and apraxia. We report a case of a 51-year-old woman with progressive limb apraxia and choreiform movements. Her neuropsychological evaluation was compatible with dementia, and revealed ideomotor and ideational limb apraxia, severe visuoconstructive ability impairment, dyscalculia and posterior aphasia. Workup excluded metabolic, infectious, inflammatory or neoplastic causes, and hereditary conditions as Huntington's disease and familial AD. Cerebrospinal fluid biomarkers revealed β-amyloid reduction and τ protein increase. Brain imaging showed marked biparietal atrophy and hypoperfusion, and widespread cortical β-amyloid deposition. Biparietal variant of AD was diagnosed and acetylcholinesterase inhibitor treatment induced clinical stabilisation. AD may present with atypical features and a high clinical suspicion is necessary for an early diagnosis. info:eu-repo/semantics/publishedVersion

A Doença de Alzheimer é uma das doenças neurodegenerativas progressivas mais graves, sendo frequente na população idosa. É responsável por um número significativo de casos de demência senil. Trata-se de um problema de saúde pública da maior importância, se tivermos em conta a tendência actual para o aumento significativo da longevidade da população mundial. Este artigo tem por objectivo rever as características neuroquímicas e histopatológicas da Doença de Alzheimer, bem como os mais recentes avanços terapêuticos nesta área.