GABA and glutamate transporters: new events and function in the vertebrate retina

The neural retina is a highly complex tissue composed of excitatory and inhibitory neurons and glial cells. Glutamate, the main excitatory neurotransmitter, mediates information transfer from photoreceptors, bipolar cells, and ganglion cells, whereas interneurons, mainly amacrine and horizontal cells, use γ-aminobutyric acid (GABA), the main inhibitory neurotransmitter. In this review we place an emphasis on glutamate and GABA transporters as highly regulated molecules that play fundamental roles in neurotransmitter clearance, neurotransmitter release, and oxidative stress. We pharmacologically characterized glutamate transporters in chicken retina cells and identified two glutamate transporters: one Na+-dependent transporter and one Na+-independent transporter. The Na+-dependent uptake system presented characteristics related to the high-affinity xAG- system (EAAT1), and the Na+-independent uptake system presented characteristics related to the xCG- system, which highly contributes to glutamate transport in the retina. Glutamate shares the xCG- system with another amino acid, L-cysteine, suggesting the possible involvement of glutathione. Both transporter proteins are present mainly in Müller glial cells. GABA transporters (GATs) mediate high-affinity GABA uptake from the extracellular space and terminate the synaptic action of GABA in the central nervous system. GABA transporters can be modulated by molecules that act on specific sites to promote transporter phosphorylation and dephosphorylation. In addition to a role in the clearance of GABA, GATs may also release GABA through a reverse transport mechanism. In the chicken retina, a GAT-1 blocker, but not GAT2/3 blocker, was shown to inhibit GABA uptake, suggesting that GABA release from retina cells is mainly mediated by a GAT-1-like transporter.

Caracterização da cinética de captação de glutamato por cromatografia líquida de alta eficiência em tecido retiniano

O presente estudo descreve um método eficiente e simples utilizando cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) acoplada a detector de fluorescência para determinação dos parâmetros cinéticos da captação de glutamato (glu) no sistema nervoso central (SNC). O tecido retiniano embrionário de ave com sete dias de desenvolvimento foi incubado com concentrações conhecidas de glu (50-500 μM) por dez minutos. Os níveis do aminoácido derivado a partir de ortoftaldeído (OPA) no meio de incubação foram mensurados. Após avaliar a diferença entre a concentração de glu inicial e a final no meio, foi determinada a saturação do mecanismo de captação (Km = 8,2 e Vmax = 9,8 nmol/mg proteína/minuto). Estas determinações foram dependentes e independentes de sódio e temperatura, indicando que o mecanismo que regula a diminuição dos níveis de glu no SNC, é a captação via transportadores de alta afinidade. Além disso, o cloreto de zinco (ZnCl) (um inibidor do transportador glu/aspartato) foi utilizado em diversas concentrações e evocou diminuição da captação de glu. Com isto, destaca-se a elevada aplicabilidade desta metodologia. Além deste trabalho caracterizar metodologia alternativa para avaliar captação de glu no SNC usando CLAE, também pode ser importante ferramenta para estudos relacionados à caracterização do transporte do neurotransmissor durante injúrias no SNC.

Alterações neuroquímicas no tecido retiniano murino em modelo de malária cerebral induzida pela infecção por Plasmodium berghei (ANKA)

A Malária Cerebral (MC) apresenta-se como uma severa complicação resultante da infecção por Plasmodium falciparum. Esta condição encontra-se comumente associada a disfunções cognitivas, comportamentais e motoras, sendo a retinopatia uma das mais graves conseqüências da doença. Diversos modelos experimentais já foram descritos no intuito de elucidar os mecanismos fisiopatológicos relacionados a esta síndrome, no entanto, estes ainda permanecem pouco compreendidos. Dentro deste contexto, o presente trabalho procurou investigar as alterações neuroquímicas envolvidas na patologia da MC. Os camundongos C57Bl/6 (fêmeas e machos) inoculados com ≈106 eritrócitos parasitados (PbA) apresentaram baixa parasitemia (15-20%) com sinais clínicos evidentes como: deficiência respiratória, ataxia, hemiplegia e coma seguido de morte, condizentes com o quadro de MC. A análise no tecido retiniano demonstrou uma diminuição nos níveis de GSH com 2 dias após a inoculação. Entretanto, essa diminuição não foi tão evidente com o decorrer da infecção (4º e 6º dias após infecção). Concomitante a este aumento durante o processo infeccioso, observamos um progressivo aumento na captação de 3H-glutamato (4º e 6º dia após infecção) por um sistema independente de Na+, sugerindo que o quadro de MC é responsável por um aumento na atividade de uma proteína transportadora. Dados obtidos com a imunofluorescência demonstram que além de aumentar a atividade do sistema de transporte, o quadro de MC também estimula o aumento na expressão do sistema xCG - no tecido retiniano. O presente trabalho demonstra ainda que estes eventos neuroquímicos no tecido retiniano são independentes de ativação inflamatória, visto que os níveis de TNF-α e expressão de NOS-2, apresentam-se alterados somente no tecido retiniano.

Efeito modulador da glutationa na liberação de gaba induzida por glutamato em retinas de embrião de galinha

O ácido γ-aminobutírico (GABA) e o glutamato são, respectivamente, os principais neurotransmissores inibitório e excitatório no Sistema Nervoso Central (SNC) e são fundamentais para o processamento visual. Estudos revelam que o glutamato induz liberação de GABA na retina. Trabalhos prévios também apontam que compostos tióis regulam a liberação de GABA, mas ainda não são totalmente esclarecidos os efeitos de tióis (-SH) sobre os níveis endógenos deste neurotransmissor na retina. Neste intermédio, a glutationa (GSH) além de ser o mais importante dos compostos tióis, vem demonstrando exercer um papel neuromodulador na liberação de neurotransmissores. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar um possível efeito modulador de GSH sobre a liberação de GABA mediada por glutamato em retinas de embrião de galinha. Para isso, utilizamos como modelo experimental tecido retiniano íntegro de embrião de galinha, com sete ou oito dias de desenvolvimento. Nos ensaios de liberação de GABA, as retinas foram tratadas com GSH (100 e 500 μM); glutamato (50 e 500 μM) e Butionina Sulfoximina (BSO), inibidor da síntese de glutationa, (50 μM) por 15 minutos, e os níveis de GABA liberado para o meio extracelular foram quantificados por Cromatografia Líquida de Alta Eficácia (CLAE). Para experimentos de liberação de compostos tióis (–SH), as retinas foram incubadas com glutamato (100 μM) com ou sem Na+ por 15 minutos, e os seus níveis extracelulares foram determinados pela reação com DTNB e quantificados por espectrofotometria (412 nm). Os resultados revelam que o glutamato, assim como GSH, liberam GABA. Nossos dados também demonstram que BSO atenua a liberação de GABA promovida por glutamato. Além disso, demonstramos que glutamato induz liberação de compostos tióis independentemente de sódio. Sendo assim, é sabido que glutamato é capaz de liberar GABA e tióis; dentre estes, GSH é o mais abundante e responsável por também liberar GABA. Sabe-se também que uma vez inibida a síntese de GSH por BSO, a liberação de GABA induzida por glutamato é atenuada. Então, se sugere uma possível modulação de GSH na liberação de GABA induzida por glutamato, em retinas íntegras de embrião de galinha.

Modulação dos sistemas GABAérgico e glutamatérgico na secreção hipotalâmica de ocitocina sob condições hiperosmóticas

Em mamíferos, a osmolalidade do fluído extracelular é o parâmetro mais importante na manutenção do balanco hidroeletrolitica. Deste modo, variações de osmolalidade são detectadas por células hipotalâmicas especializadas, iniciando assim uma sinalização neuroquímica, com envolvimento dos sistemas glutamátergicos e GABAérgico, a qual pode desencadear a secreção da ocitocina. Entretanto, o modo como a relação dos aminoácidos GABA e glutamato pode modular a liberação de ocitocina durante a hiperosmolalidade ainda é pouco compreendida. Neste contexto, o objetivo do presente estudo foi caracterizar o efeito do meio hipertônico sobre os níveis extracelulares de GABA e glutamato e sua relação com a liberação de ocitocina em preparações de hipotálamo in vitro. Para tal, Ratos Wistar Machos (270-300g) foram mantidos em condições padrões de laboratório. E após decapitação o cérebro foi retirado rapidamente, os fragmentos hipotalâmicos foram imediatamente dissecados em Krebs Ringer Bicarbonato Glicose gelado (KRBG) e colocados no sistema de perinfusão com solução de KRBG isotônica (280 mOsm/Kg H₂O) fluxo de 0.5-1.0 ml/min, foram feitas as coletas a cada minuto durante 15 min. O estímulo hipertônico (340 mOsm/Kg H₂O) ocorreu por 3 minutos. As dosagens de glutamato, GABA e ocitocina foram efetuadas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC). As dosagens de glutamato mostraram um aumento da liberação somente após a diminuição da concentração de GABA. Este padrão de liberação temporal motivou-nos a adicionar GABA (3 μM) durante o estímulo osmótico, resultando no bloqueio da liberação de glutamato anteriormente observada. Além disso, os resultados mostraram que a liberação de ocitocina estimulada por solução de NaCl hipertônica pode depender também de uma diminuição da liberação de GABA. O presente estudo sugere que a liberação de ocitocina estimulada por hipertonicidade depende de alteração da relação GABA/glutamato.

O fator de crescimento do nervo inibe o edema citotóxico de células de Müller e células bipolares da retina de rato por meio da liberação de citocinas gliais: participação do sistema glutamatérgico e purinérgico

O fator de crescimento do nervo (NGF) pode retardar a degeneração celular na retina de ratos em diferentes injúrias retinianas. O acúmulo de água em células da retina contribui para o desenvolvimento de edema retiniano e degeneração neuronal. Em atribuição ao seu efeito protetor, este trabalho teve por objetivo avaliar se o NGF influencia o edema celular osmótico em células de Müller e células bipolares. Assim, montagens planas, fatias de retina e células isoladas da retina de ratos foram superfundidas com solução hipo-osmótica na presença de BaCl₂. Secções retinianas foram utilizadas para imunomarcações, e a liberação de adenosina foi medida por cromatografia líquida de alta eficácia, em montagens planas. A área de secção transversal celular foi medida antes e após a superfusão em meio hipo-osmótico, em fatias de retina e suspensões celulares. Tanto células de Müller quanto células bipolares foram imunopositivas para TrkA, mas somente células de Müller foram marcadas contra p75^NTR e NGF. A hipo-osmolaridade induziu um rápido e significativo aumento da liberação de adenosina endógena em retinas controle, mas não em retinas perfundidas com BaCl₂. O NGF inibiu o edema citotóxico em células de Müller e em células bipolares em fatias de retina controle e retinas pós-isquêmicas submetidas a condições hipo-osmóticas. Por outro lado, NGF impediu o edema citotóxico da célula de Müller isolada, mas não da célula bipolar isolada (em meio hipo-osmótico contendo íons Ba²⁺). Isto sugere que NGF induz a liberação de fatores por células de Müller, os quais inibem o edema citotóxico de células bipolares em fatias de retina. O efeito inibitório do NGF sobre o edema citotóxico de células de Müller foi mediado pela ativação do receptor TrkA, mas não de p75^NTR, e foi anulado por bloqueadores de receptores metabotrópicos de glutamato, receptores de adenosina A₁, e receptores do fator de crescimento de fibroblasto (FGF). O bFGF evitou o edema citotóxico de células de Müller isoladas, mas inibiu somente em parte o edema citotóxico de células bipolares isoladas. O bloqueio de FGFR impediu o efeito inibidor de edema celular da adenosina, sugerindo que a liberação de bFGF ocorre após à ativação autócrina/parácrina de receptores A_l. Além de bFGF, GDNF e TGF431 reduziram em parte o edema citotóxico da célula bipolar. Estes dados sugerem que o efeito neuroprotetor do NGF é em parte mediado pela prevenção de edema citotóxico de células gliais e bipolares da retina.

Caracterização da resposta inflamatória e alterações neuroquímicas e eletrofisiológicas do tecido retiniano em modelo murino de malária cerebral induzido pela infecção por Plasmodium Berghei ANKA

A malária cerebral (MC) é uma das complicações mais graves resultante da infecção por P. falciparum e a principal causa de morte em crianças. O quadro de MC apresenta uma patogênese complexa, associado a complicações neurológicas provenientes de uma resposta imunológica exacerbada, bem como eventos hemorrágicos. Estudos descrevem uma retinopatia associada ao quadro, juntamente com um intenso processo de astrogliose nas proximidades de vasos que nutrem o tecido retiniano. O presente trabalho buscou caracterizar o processo inflamatório e as possíveis alterações neuroquímicas e eletrofisiológicas no tecido retiniano de camundongos albino suíço, quando inoculados com a cepa ANKA de Plasmodium berghei (PbA). Camundongos albino suíço foram infectados com cepa PbA. Para caracterização do quadro de malária cerebral experimental (MCE) foram avaliados diversos parâmetros, como surgimento dos sinais clínicos, curva de sobrevivência, parasitemia (%), ganho de massa corpórea, permeabilidade vascular e quantificação de citocinas (TNF-α, IL-6 e IL-10) no tecido cortical. Para avaliarmos alterações na funcionalidade do tecido retiniano, utilizamos eletrorretinograma de campo total. Para a avaliação dos sistemas de neurotransmissão foi realizado ensaio de liberação e captação de glutamato e GABA que, posteriormente foi quantificado por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência. Para análise da resposta inflamatória foi realizada a quantificação de citocinas (TNF-α, IL-6 e IL-10) no tecido retiniano. Após a caracterização do quadro de MCE nós observamos a diminuição da amplitude de onda-b de cones e bastonetes, bem como aumento do tempo implícito de bastonetes, respostas mistas em diferentes intensidades e potencial oscilatório. Observamos aumento na liberação e captação de glutamato e, ainda, a ativação de uma via antiinflamatória no tecido retiniano. Este trabalho nos permitiu validar o modelo murino de MCE e caracterizar, pela primeira vez, alterações na funcionalidade do tecido retiniano, acompanhada de alterações no sistema glutamatérgico, bem como ativação de uma via antiinflamatória no tecido retiniano.