Characterization of adenosinergic system in Rett syndrome

Tese de mestrado, Neurociências, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2015

Exploring the modulatory role of A2A receptors in oligodendrogenesis derived from neural stem/progenitor cells of the subventricular zone

Tese de mestrado, Neurociências, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2015

BDNF impairs recovery of synaptic transmission after hypoxia even with blockage of adenosine A2A receptors

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Alterações da sinalização purinérgica gastrointestinal na Diabetes

A dismotilidade entérica é uma complicação a longo prazo da Diabetes mellitus (DM) que causa desconforto significativo em 76% dos pacientes diabéticos. Sabendo que as purinas estão envolvidas na neuromodulação colinérgica e que no SNC de animais diabéticos foram encontradas alterações na expressão de recetores purinérgicos, decidimos investigar se na dismotilidade diabética a neuromodulação purinérgica se encontra preservada. O modelo animal escolhido de diabetes tipo I resultou da administração de estreptozotocina (STZ, 55 mg/kg, IP) a ratazanas (Rattus norvegicus, Wistar). Este modelo STZ provou ser adequado para o estudo, apresentando 2 semanas após a indução polidipsia, poliúria, polifagia, hiperglicemia e um atraso da motilidade gastrointestinal. A caraterização morfológica macroscópica dos animais STZ revelou um aumento significativo do cego e do intestino. Funcionalmente, estudos preliminares indicam que as contrações espontâneas do íleo dos animais STZ perdem ritmicidade e apresentam maior amplitude que as dos animais controlo de uma forma insensível à TTX, sugerindo o comprometimento das ICC. Paralelamente, estudos imagiológicos revelaram uma perda neuronal mioentérica, principalmente de neurónios nitrérgicos, sendo os colinérgicos preservados. Contudo, a resposta muscular do íleo de animais diabéticos à acetilcolina (ACh) foi inferior à dos controlos, estando a libertação de ACh modulada pela adenosina modificada. Verificou-se que a inibição promovida pelos recetores A1 se mantinha, mas que se perdia a facilitação mediada pela ativação de recetores A2A, cuja imunorreatividade também se encontrava diminuída. Curiosamente, apesar do catabolismo do ATP e dos seus metabolitos estar aumentado nos animais STZ, não se verificou um aumento dos níveis extracelulares de adenosina. Nos animais diabéticos a adenosina é rapidamente desaminada e recaptada por transportadores de nucleósidos, com principal relevância para os concentrativos, sendo os equilibrativos responsáveis pelo transporte da adenosina em animais controlo. Os resultados apresentados nesta tese sugerem que a dismotilidade diabética pode dever-se à perda da atividade nitrérgica, das ICC e da neuromodulação purinérgica mediada por recetores A2A, comprometendo assim a libertação de ACh e consequentemente a motilidade GI.

Modulation of GABA and glutamate release by brain-derived neurotrophic factor : role of adenosine A2A receptors

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Suplementos alimentares termogénicos contendo cafeína

Trabalho Complementar apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de licenciada em Ciências da Nutrição

Age-related changes in cardiac adenosine receptor expression

Adenosine is an important cardioprotective agent that works via several adenosine receptor (ADOR) subtypes to regulate cardiovascular activity. It is well established that functional responses to adenosine decline with age. What is unclear, though, is whether these changes occur at the receptor, second messenger or translational level. In this study we determined the effect of age on cardiac adenosine receptor expression using the housekeeping gene 18S rRNA versus the adenosine A2B receptor gene as internal controls. Absolute quantification showed that no age-related changes occurred in the expression of 18S rRNA or adenosine A2B receptor internal control genes. Subsequently, relative analysis of the adenosine receptor subtypes using 18S rRNA found a significant age-related reduction in the expression of the adenosine A1 receptor (5.5-fold), with no changes in the expression of the adenosine A2A, A2B and A3 receptors. When using the expression of the adenosine A2B receptor as the internal control gene, a significant down regulation of both the adenosine A1 (5.4-fold) and A2A (2.2-fold) receptors with no change in the expression of adenosine A3 receptor was found. Therefore, the high level of expression of the 18S rRNA housekeeping gene was found to mask a significant change in expression of the adenosine A2A receptor with age. Ultimately, these findings show an age-related reduction in adenosine A1 and A2A receptor expression in rat heart.

The role of adenosine-related genes variants in susceptibility to essential hypertension

OBJECTIVE: To test markers within adenosine-related genes: A1 and A2a receptors (ADORA1, ADORA2a) and adenosine deaminase (ADA) for potential involvement in essential hypertension (EH). DESIGN: Case-control association study investigating gene variants for the ADORA1, ADORA2a and ADA genes. PARTICIPANTS: The study used a cohort of 249 unrelated hypertensive individuals who were diagnosed with hypertension, and an age, sex and ethnically matched group of 249 normotensive controls. RESULTS: The association analysis indicated that both allele and genotype frequencies did not differ significantly between the case and control groups (P > 0.05) for any of the markers tested. CONCLUSION: The adenosine-related gene variants do not appear to alter susceptibility to the disease in this group of essential hypertensives. However, involvement of these genes and the adenosine system cannot be conclusively excluded from essential hypertension pathogenesis as other gene variants may still be involved.

Molecular Pathways of Disturbed Sleep and Depression: Studies on Adenosine and Gene Expression Patterns

Background: Adenosine is a potent sleep-promoting substance, and one of its targets is the basal forebrain. Fairly little is known about its mechanism of action in the basal forebrain and about the receptor subtype mediating its regulating effects on sleep homeostasis. Homeostatic deficiency might be one of the causes of the profoundly disturbed sleep pattern in major depressive disorder, which could explain the reduced amounts of delta-activity-rich stages 3 and 4. Since major depression has a relatively high heritability, and on the other hand adenosine regulates sleep homeostasis and might also be involved in mood modulation, adenosine-related genes should be considered for their possible contribution to a predisposition for depression and disturbed sleep in humans. Depression is a complex disorder likely involving the abnormal functioning of several genes. Novel target genes which could serve as the possible common substrates for depression and comorbid disturbed sleep should be identified. In this way specific brain areas related to sleep regulation should be studied by using animal model of depression which represents more homogenous phenotype as compared to humans. It is also important to study these brain areas during the development of depressive-like features to understand how early changes could facilitate pathophysiological changes in depression. Aims and methods: We aimed to find out whether, in the basal forebrain, adenosine induces recovery non-rapid eye movement (NREM) sleep after prolonged waking through the A1 or/and A2A receptor subtype. A1 and A2A receptor antagonists were perfused into the rat basal forebrain during 3 h of sleep deprivation, and the amount of NREM sleep and delta power during recovery NREM sleep were analyzed. We then explored whether polymorphisms in genes related to the metabolism, transport and signaling of adenosine could predispose to depression accompanied by signs of disturbed sleep. DNA from 1423 individuals representative of the Finnish population and including controls and cases with depression, depression accompanied by early morning awakenings and depression accompanied by fatigue, was used in the study to investigate the possible association between polymorphisms from adenosine-related genes and cases. Finally to find common molecular substrates of depression and disturbed sleep, gene expression changes were investigated in specific brain areas in the rat clomipramine model of depression. We focused on the basal forebrain of 3-week old clomipramine-treated rats which develop depressive-like symptoms later in adulthood and on the hypothalamus of adult female clomipramine-treated rats. Results: Blocking of the A1 receptor during sleep deprivation resulted in a reduction of the recovery NREM sleep amount and delta power, whereas A2A receptor antagonism had no effect. Polymorphisms in adenosine-related genes SLC29A3 (equilibrative nucleoside transporter type 3) in women and SLC28A1 (concentrative nucleoside transporter type 1) in men associated with depression alone as well as when accompanied by early morning awakenings and fatigue. In Study III the basal forebrain of postnatal rats treated with clomipramine displayed disturbances in gamma-aminobutyric acid (GABA) receptor type A signaling, in synaptic transmission and possible epigenetic changes. CREB1 was identified as a common transcription denominator which also mediates epigenetic regulation. In the hypothalamus the major changes included the expression of genes in GABA-A receptor pathway, K+ channel-related, glutamatergic and mitochondrial genes, as well as an overexpression of genes related to RNA and mRNA processing. Conclusions: Adenosine plays an important role in sleep homeostasis by promoting recovery NREM sleep via the A1 receptor subtype in the basal forebrain. Also adenosine levels might contribute to the risk of depression with disturbed sleep, since the genes encoding nucleoside transporters showed the strongest associations with depression alone and when accompanied by signs of disturbed sleep in both women and men. Sleep and mood abnormalities in major depressive disorder could be a consequence of multiple changes at the transcriptional level, GABA-A receptor signaling and synaptic transmission in sleep-related basal forebrain and the hypothalamus.

Synaptic dysfunction in early encephalopathies : from genes to function

Tese de doutoramento, Medicina (Neurologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2015

Bloqueio adenosinérgico e filtro sensorial

Esta dissertação é estruturada em três partes. Na primeira, revisa-se a noção de filtro sensorial, com enfoque particular no paradigma do P50, uma técnica eletroneurofisiológica de extremo valor para a investigação da neurobiologia básica subjacente aos defeitos de processamento sensorial que caracterizam algumas doenças mentais, e mais particularmente a esquizofrenia, sobre a qual dedica-se especial interesse. Na segunda, revisa-se a hipótese, proposta recentemente por Lara e Souza (2000), de hipofunção adenosinérgica como disfunção bioquímica básica na esquizofrenia, à luz das evidências mais recentes. Na terceira, desenvolve-se um trabalho experimental original com o intuito de investigar a hipótese hipoadenosinérgica da esquizofrenia. Trata-se de um desafio farmacológico, de um ensaio clínico cruzado onde 13 voluntários hígidos foram submetidos a tratamento com teofilina (um antagonista não-seletivo dos receptores de adenosina do tipo A1 e A2A) e a placebo, em dois momentos diferentes, tendo se avaliado os seus potenciais evocados de acordo com o paradigma do P50 antes (em seu valor basal) e após o tratamento, levantando-se uma curva de efeito com base no tempo. Paralelamente, avaliaram-se 17 pacientes com diagnóstico estabelecido de esquizofrenia, clinicamente estáveis, em acompanhamento ambulatorial e em uso de medicação neuroléptica típica, com a intenção de fornecer um grupo adicional de comparação e de replicar os achados prévios de falha de supressão do componente P50 na esquizofrenia, um aspecto fundamental para demonstrar o domínio da metodologia experimental, que foi aqui empregada pela primeira vez em nosso meio. Este estudo foi capaz de mostrar que a indução de um estado transitório de hipofunção adenosinérgica em indivíduos normais, mostra perda da supressão. Em outras palavras, que déficits no processamento da informação auditiva, que não existiam nos indivíduos normais, foram provocados pela utilização de teofilina, que, bloqueando os receptores de adenosina A1 e A2A, provocou um estado hipoadenosinérgico transitório. A disfunção provocada pela teofilina foi da mesma ordem de grandeza da verificada nos pacientes com esquizofrenia. Estes resultados fornecem evidência que corroboram o modelo de hipofunção adenosinérgica para a esquizofrenia.

Intervenções no sistema adenosinérgico : avaliação de aspectos neuroquímicos, locomotores e nociceptivos

A adenosina está presente em todos os tipos celulares exercendo um papel homeostático. Em sistema nervoso central e periférico seu papel neuromodulador é observado. A presença de adenosina no meio extracelular permite a ativação de receptores adenosinérgicos específicos, classificados em: A1, A2A, A2B e A3. A ativação dos receptores A1 e A2A, receptores de alta afinidade, está diretamente envolvida com o papel neuromodulador, visto que a sua ativação produz inibição e facilitação da liberação de neurotransmissores, respectivamente. A seleção de qual receptor será ativado, visto que exibem co-expressão em muitas regiões neurais, pode ser feita de acordo com os sítios de liberação ou produção de adenosina extracelular. Desta forma, receptores A1 seriam preferencialmente ativados pela adenosina liberada através dos transportadores bidirecionais de nucleosídeos e os receptores A2A preferencialmente ativados pela adenosina proveniente da degradação do ATP realizada por uma cascata enzimática. A hidrólise de ATP a adenosina é realizada pelas enzimas ectonucleosídeo trifosfato difosfoidrolases e ecto-5’-nucleotidase. Em ratos, a ativação do sistema adenosinérgico exerce seus efeitos neuromoduladores desde fases iniciais de desenvolvimento embrionário, alcançando o padrão adulto mesmo antes do nascimento. A ativação de receptores de adenosina na fase fetal e neonatal foi demonstrada ter como conseqüência o retardo no desenvolvimento global dos animais, bem como, ventriculomegalia e perda de massa cerebral branca. Esta informação levanta a questão da suscetibilidade do cérebro imaturo a certas drogas, tais como a cafeína. A cafeína é uma metilxantina com efeitos estimulantes, a qual exibe como base para seus efeitos o bloqueio inespecífico dos receptores de adenosina. No presente estudo, avaliou-se o efeito da administração de cafeína em diversos parâmetros. A administração aguda de cafeína, mas não a crônica, em ratos adultos foi capaz de alterar significativamente as atividades de hidrólise de ATP no hipocampo e de ADP no estriado. Este resultado poderia estar relacionado com a capacidade plástica do sistema adenosinérgico em restabelecer seu tônus em ratos adultos tratados cronicamente com cafeína. Além disto, verificou-se que a ação direta da cafeína afetou a produção de adenosina. A administração crônica de cafeína na água de beber de ratas mães durante a fase gestacional e lactacional alterou o padrão de hiperlocomoção induzido por MK-801, um antagonista de receptores NMDA glutamatérgicos, nos ratos filhotes aos 21 dias de vida, mesmo quando o acesso a cafeína foi retirado sete dias antes do teste. Além disto, o mesmo tratamento não alterou o limiar de dor de filhotes aos 14 e 50 dias de vida, bem como a analgesia induzida nestes animais aos 50 dias. Entretanto, quando os animais ainda recebiam cafeína no dia do teste, foi observado efeito analgésico somente nos ratos de 14 dias. A análise dos efeitos do tratamento sobre a degradação de acetilcolina e sobre a degradação de nucleotídeos em hipocampo de ratos jovens demonstrou que ambas as atividades foram alteradas. O conjunto de resultados desta tese indica que a intervenção no sistema adenosinérgico durante as fases gestacional e neonatal é capaz de desenvolver adaptações, provavelmente relacionadas ao aumento da expressão de receptores para adenosina, na tentativa de restabelecer o controle modulador adenosinérgico, considerada a importância dos sistemas avaliados para a manutenção do organismo.

O filtro sensorial P50 em transtornos neuropsiquiátricos e a sua modulação por cafeína

O paradigma do P50 é uma técnica eletrofisiológica útil na investigação da neurobiologia básica subjacente aos defeitos de processamento sensorial que caracterizam algumas doenças mentais, mais tradicionalmente associados à esquizofrenia. Nessa tese replica-se e amplia-se o estudo do filtro sensorial P50 em algumas condições neurológicas e psiquiátricas. Foram replicados os achados de perda de supressão na esquizofrenia, na doença de Parkinson e no transtorno de estresse pós-traumático (avaliando pioneiramente vítimas de violência urbana). O filtro sensorial P50 em populações com transtorno de pânico, com transtorno obsessivo-compulsivo e na doença de Machado-Joseph, uma ataxia cerebelar, foi avaliado pela primeira vez. Em todas estas patologias documentou-se uma perda da supressão do P50. Também se investigou os efeitos da modulação do filtro sensorial por cafeína (a substância psicoativa mais consumida no mundo todo, um antagonista não-seletivo dos receptores de adenosina do tipo A1 e A2A), administrada por via oral a 24 voluntários saudáveis em diferentes doses (100, 200 e 400 mg e placebo). As doses de 200mg e 400 mg reduziram a supressão do P50. O efeito da cafeína foi independente do gênero e do uso habitual de cafeína. Usuários (n=15) mostraram valores basais diferentes quando comparados aos não usuários (n=9), com amplitudes S2 menores. Os resultados obtidos com a teofilina, num estudo prévio, e com a cafeína foram reanalizados, mostrando uma perda transitória de supressão do P50 mais pronunciada à direita, sugerindo uma alteração no padrão de lateralização do filtro sensorial P50 mediada pelo uso de metil-xantinas. Estes achados reforçam a participação da adenosina na modulação do filtro sensorial P50 e indicam que a ingestão de cafeína deva ser controlada neste tipo de estudo. Dessa forma, demonstra-se que uma supressão do P50 alterada é um achado pouco específico. Uma vez que a supressão do P50 pode ser alterada por uma situação habitual como o uso de bebidas que contém cafeína, é possível que a perda da supressão não seja necessáriariamente ruim, mesmo que ela esteja potencialmente associada a uma vulnerabilidade maior para doenças neuropsiquiátricas.

Efeitos da cafeína sobre a memória de saguis (Callithrix jacchus)

Caffeine is considered the most consumed psychostimulant in the world, presenting several central and peripheral effects. In the Central Nervous System the major effect occur by its antagonistic activity at the A1 and A2a subtypes of the adenosine receptors. These receptors are responsible for the slow-wave sleep induction, and their binding, caused by the consumption of foods and beverages that contain caffeine, cause behaviors like increase of alertness, mood and locomotion. The effects of caffeine on memory are still discussed because of the diversity of experimental protocols. Also, it does not have the same effects on all stages of the processing of memory - acquisition, consolidation and recall. Thus, using the marmoset (Callitrhix jacchus) as subject, we aim to evaluate the effects of caffeine on the memory of this primate through the conditioned place preference paradigm, where the animal selects a context by presence of food. This cognitive task consists of five phases. The first phase was two sessions of pre-exposure, in which they were evaluated for preference for any compartment of the apparatus. Then, we proceeded the training, conditioning the animals to the food-present context for 8 days. Then, there was administration of caffeine or placebo (10mg/kg) for 8 consecutive days, during the pre-sleep phase, where the 20 animals were distributed in two groups: placebo and repeated. The forth phase was one day of retraining, a re-exposure of the apparatus to the marmosets followed by the administration of caffeine (for the repeated group and a new group called abstinence) or placebo (for placebo and abstinence groups). Finally, was the test where we evaluated if the subjects learned where the food was present. Moreover, in this work we evaluate the existence of differences between females and males on the task, and the locomotor activity for the experimental groups. The results showed that in the pre-exposure phase the animals were habituated on the apparatus and did not present differences for any contexts. In training, they were able to learn the conditioning task, independent of gender. For the retraining, the two groups exhibited more interactions in rewarded context than that in non-rewarded context. Nevertheless, in the locomotor activity, the repeated group moved similarly in contact with the apparatus and outside of it. In the other hand, the animals of the placebo group moved more when in contact with the apparatus. In the test phase, the marmosets under influence of caffeine presented an increase in the locomotor activity when compared with the placebo group, corroborating works that show this increase in locomotion. In the learning evaluation, the continuous and abstinence groups had a bad performance in the task in relation to the placebo and acute groups. This suggests that the prolonged administration of caffeine disrupts the memories because it affected sleep, which is largely responsible offline processing of memories

“Papel dos recetores purinérgicos no crescimento e temodelação do tecido cavernoso”

A adenosina é um nucleósido ubíquo envolvido na regulação de controlo do tónus vascular do tecido cavernoso, desempenhando um papel importante na fisiopatologia da Disfunção Erétil (DE) resistente aos fármacos relaxantes musculares clássicos. Apesar da importância comprovada dos recetores da adenosina na fisiopatologia da DE no homem, pouca informação é conhecida no que diz respeito à expressão e localização dos recetores purinérgicos no Tecido Cavernoso de Ratazana (TCR). Neste trabalho avaliou-se o fenótipo dos recetores purinérgicos responsáveis pela regulação do tónus do tecido erétil de ratazana por imunofluorescência indireta aplicada à microscopia confocal em co-culturas de células endoteliais e musculares lisas do TCR. Para além da caracterização imunofenotípica, desenvolveu-se uma técnica que permite diferenciar funcionalmente em tempo real (por microscopia confocal funcional) células musculares lisas e células endoteliais isoladas de TCR em co-cultura marcadas com a sonda fluorescente Fluo-4NW. Esta técnica permite distinguir cada um dos subtipos celulares mediante o padrão e a magnitude das oscilações dos níveis intracelulares de Ca2+ ([Ca2+]i) em resposta ao ATP (agonista P2) e à fenilefrina (PE, agonista α-adrenérgico). Nas células musculares lisas, observou-se uma resposta mais acentuada ao agonista α-adrenérgico, PE, e uma resposta menos significativa ao ATP. O contrário foi observado relativamente às células endoteliais. A incubação das células musculares lisas e endoteliais com ATP (300 μM) causou um aumento dos níveis de [Ca2+]i. O efeito do ATP (300 μM) parece envolver a ativação de recetores dos subtipos P2X1 e P2X3 sensíveis ao bloqueio com NF023 (3μM) e A317491 (100 nM), respetivamente. Já o aumento dos níveis [Ca2+]i produzido pelo ADP (300 μM) parece envolver a ativação de recetores P2Y1, P2Y12 e P2Y13 mediante o antagonismo produzido pelos antagonistas MRS 2179 (0,3μM), AR-C66096 (0,1 μM) e MRS 2211 (10μM), respetivamente. Os dois tipos celulares expressam imunorreatividade contra recetores A2A, A2B, P2X1, P2X3, P2Y1, P2Y12 e P2Y13.