Neuro-glia-vascular alterations by common neonatal clinical conditions

Tese de doutoramento, Farmácia (Biologia Celular e Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

NG2 cells differentiate into astrocytes in cerebellar slices

NG2-glia are an abundant population of glial cells that have been considered by many to be oligodendrocyte progenitor cells (OPCs). However, growing evidence suggests that NG2-glia may also be capable of differentiating into astrocytes and neurons under certain conditions. Here, we have examined NG2-glia in cerebellar slices, using transgenic mice in which the astroglial marker glial specific protein (GFAP) drives expression of the reporter gene enhanced green fluorescent protein (EGFP). Immunolabelling for NG2 shows that NG2-glia and GFAP-EGFP astroglia are separate populations in most areas of the brain, although a substantial population of NG2-glia in the pons also express the GFAP-EGFP reporter. In the cerebellum, NG2-glia did not express EGFP, either at postnatal day (P)12 or P29-30. We developed an organotypic culture of P12 cerebellar slices that maintain cytoarchitectural integrity of Purkinje neurons and Bergmann glia. In these cultures, BrdU labelling indicates that the majority of NG2-glia enter the cell cycle within 2 days in vitro (DIV), suggesting that NG2-glia undergo a [`]reactive' response in cerebellar cultures. After 2 DIV NG2-glia began to express the astroglial reporter EGFP and in some cases the respective GFAP protein. However, NG2-glia did not acquire phenotypic markers of neural stem cells or neurons. The results suggest that NG2-glia are not lineage restricted OPCs and are a potential source of astrocytes in the cerebellum.

Bergmann's rule and body size in mammals

Aim: To describe the geographical pattern of mean body size of the non-volant mammals of the Nearctic and Neotropics and evaluate the influence of five environmental variables that are likely to affect body size gradients. Location: The Western Hemisphere. Methods: We calculated mean body size (average log mass) values in 110 × 110 km cells covering the continental Nearctic and Neotropics. We also generated cell averages for mean annual temperature, range in elevation, their interaction, actual evapotranspiration, and the global vegetation index and its coefficient of variation. Associations between mean body size and environmental variables were tested with simple correlations and ordinary least squares multiple regression, complemented with spatial autocorrelation analyses and split-line regression. We evaluated the relative support for each multiple-regression model using AIC. Results: Mean body size increases to the north in the Nearctic and is negatively correlated with temperature. In contrast, across the Neotropics mammals are largest in the tropical and subtropical lowlands and smaller in the Andes, generating a positive correlation with temperature. Finally, body size and temperature are nonlinearly related in both regions, and split-line linear regression found temperature thresholds marking clear shifts in these relationships (Nearctic 10.9 °C; Neotropics 12.6 °C). The increase in body sizes with decreasing temperature is strongest in the northern Nearctic, whereas a decrease in body size in mountains dominates the body size gradients in the warmer parts of both regions. Main conclusions: We confirm previous work finding strong broad-scale Bergmann trends in cold macroclimates but not in warmer areas. For the latter regions (i.e. the southern Nearctic and the Neotropics), our analyses also suggest that both local and broad-scale patterns of mammal body size variation are influenced in part by the strong mesoscale climatic gradients existing in mountainous areas. A likely explanation is that reduced habitat sizes in mountains limit the presence of larger-sized mammals.

Guided growth of neurons and glia using microfabricated patterns of parylene-C on a SiO2 background

This paper describes a simple technique for the patterning of glia and neurons. The integration of neuronal patterning to Multi-Electrode Arrays (MEAs), planar patch clamp and silicon based ‘lab on a chip’ technologies necessitates the development of a microfabrication-compatible method, which will be reliable and easy to implement. In this study a highly consistent, straightforward and cost effective cell patterning scheme has been developed. It is based on two common ingredients: the polymer parylene-C and horse serum. Parylene-C is deposited and photo-lithographically patterned on silicon oxide (SiO2) surfaces. Subsequently, the patterns are activated via immersion in horse serum. Compared to non-activated controls, cells on the treated samples exhibited a significantly higher conformity to underlying parylene stripes. The immersion time of the patterns was reduced from 24 to 3 h without compromising the technique. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of parylene and SiO2 surfaces before and after immersion in horse serum and gel based eluant analysis suggests that the quantity and conformation of proteins on the parylene and SiO2 substrates might be responsible for inducing glial and neuronal patterning.

Differential regulation of the renin-angiotensin system by nicotine in WKY and SHR glia

Given that (1) the renin-angiotensin system (RAS) is compartmentalized within the central nervous system in neurons and glia (2) the major source of brain angiotensinogen is the glial cells, (3) the importance of RAS in the central control of blood pressure, and (4) nicotine increases the probability of development of hypertension associated to genetic predisposition; the objective of the present study was to evaluate the effects of nicotine on the RAS in cultured glial cells from the brainstem and hypothalamus of Wistar Kyoto (WKY) and spontaneously hypertensive (SHR) rats. Ligand binding, real-time PCR and western blotting assays were used to compare the expression of angiotensinogen, angiotensin converting enzyme, angiotensin converting enzyme 2 and angiotensin II type1 receptors. We demonstrate, for the first time, that there are significant differences in the basal levels of RAS components between WKY and SHR rats in glia from 1-day-old rats. We also observed that nicotine is able to modulate the renin-angiotensin system in glial cells from the brainstem and hypothalamus and that the SHR responses were more pronounced than WKY ones. The present data suggest that nicotine effects on the RAS might collaborate to the development of neurogenic hypertension in SHR through modulation of glial cells.

Efeito da fenilalanina sobre a atividade da creatina quinase em córtex cerebral, cerebelo e cérebro médio de ratos

A fenilcetonúria (PKU) é um erro inato do metabolismo de aminoácidos causada pela deficiência da enzima fenilalanina hidroxilase hepática (PAH) que converte fenilalanina (Phe) em tirosina. Caracteriza-se clinicamente por retardo mental severo e, em alguns pacientes, por convulsões e eczema cutâneo. Bioquimicamente os pacientes afetados por esta doença apresentam acúmulo de Phe e seus metabólitos no sangue e nos tecidos. Phe é considerada o principal agente neurotóxico nesta doença, cujos mecanismos de neurotoxicidade são pouco conhecidos. O metabolismo energético cerebral é caracterizado por níveis altos e variáveis de síntese e de utilização de ATP. O cérebro contém altos níveis de creatinaquinase (CK), uma enzima que transferere reversivelmente um grupo fosforil entre ATP e creatina e entre ADP e fosfocreatina (PCr). Considerando que a CK parece estar envolvida em certas condições patológicas relacionadas com deficiência de energia cerebral e sabendo que a PKU está associada à redução de produção e de utilização de energia pelo cérebro, no presente trabalho verificamos a atividade da CK em homogeneizado total de córtex cerebral, cerebelo e cérebro médio de ratos Wistar submetidos aos modelos experimentais agudo e crônico de hiperfenilalaninemia (HPA) quimicamente induzida. Também investigamos o efeito in vitro da Phe e da α-metil-DL-fenilalanina (MePhe), um inibidor da PAH, nas mesmas estruturas de ratos Wistar de 22 dias de idade não tratados. Nossos resultados mostraram uma redução significativa na atividade da CK nas estruturas cerebrais estudadas de ratos sujeitos a HPA. Também verificamos que Phe e MePhe inibiram in vitro a atividade da CK nas mesmas estruturas. O estudo da interação cinética entre Phe e MePhe, sugere a existência de um único sítio de ligação na CK para os dois compostos. Considerando a importância da CK para a manutenção do metabolismo energético cerebral, nossos resultados sugerem que a alteração da homeostasia energética pode contribuir para a neurotoxicidade da Phe na PKU.

Efeitos da mal nutrição protéica sobre o metabolismo da glicina em cerebelo de ratos durante o seu desenvolvimento

Malnutrition is a worldwide problem affecting millions of unborn and young children during the most vulnerable stages of brain development (1). All restriction of protein during the perinatal period of life can alter the development of mammalian fetus and have marked repercussions on development of the Central Nervous System (CNS). The brain is vulnerable to protein malnutrition with altered morphologic and biochemical maturation, leading to impaired functions. The focus of this study is to investigate [U-14C]glycine metabolism in malnourished rats submitted to pre- and postnatal protein deprivation (diet: 8% protein with addition and without addition of L-methionine) on glycine metabolism of rats (normonourished group: 25% protein). It was observed that protein malnutrition alters oxidation to CO2, conversion to lipids and protein synthesis from [U-14C]glycine in cerebellum of malnourished rats without addition of L-methionine on a diet at 7 and 21 days of postnatal life. Our results also indicate that protein malnutrition causes a retardation in the normally ordered progression of brain development, and the malnourished groups have smaller cells, reduction in cell numbers and smaller cerebellar weight comparing to the control group.

Efeitos da desnutrição protéica sobre o metabolismo cerebral e sistemas glutamatérgico e GABAérgico sob condições de excitotoxicidade em SNC de ratos wistar

Para um adequado funcionamento do SNC, são necessárias complexas interações entre os sistemas de neurotransmissão inibitório e excitatório. Desequilíbrios nos sistemas, e/ou na sua interação, podem acarretar comprometimentos neuropsiquiátricos. Várias etapas do desenvolvimento ontogenético cerebral, incluindo proliferação e migração neuronal, crescimento cerebral e mielinização, astrocitogênese e morte celular programada, são alteradas pela desnutrição protéica. Alterações no sistema glutamatérgico decorrentes de desnutrição, padrões de desenvolvimento afetados no sistema GABAérgico como a atividade da glutamato descarboxilase (GAD) e mRNA de subunidades de receptores GABAA , alterações nas reações a fármacos envolvendo o sistema GABAérgico, além de estudos epidemiológicos que apontam para a maior incidência de doenças neuropsiquiátricas em populações desnutridas precocemente e, ainda, os transtornos nas complexas interações entre células neuronais e gliais, que acompanham o desenvolvimento destas patologias, levantam questionamentos sobre as implicações da desnutrição sobre o metabolismo cerebral e parâmetros inibitórios e excitatórios sob condições de excitotoxicidade. Considerando estes aspectos, investigou-se a sensibilidade a drogas convulsivantes agindo sobre os sistemas glutamatérgico (ácido quinolínico) e GABAérgico (picrotoxina), assim como se procurou detectar interferências provocadas pela desnutrição protéica gestacional e pós-natal, e/ou drogas em um dos parâmetros, que, além da biossíntese, liberação, interação com receptores, determina uma neurotransmissão eficiente, qual seja: na inativação dos dois principais neurotransmissores excitatório e inibitório, glutamato e GABA, respectivamente, por meio da captação mediada por transportadores localizados nas membranas neuronais e gliais de córtex e hipocampo de ratos em desenvolvimento, assim como parâmetros ontogenéticos ligados ao transporte de GABA. A sensibilidade à picrotoxina foi avaliada ainda segundo parâmetros metabólicos, envolvendo o metabolismo da glicose e do acetato, procurando detectar interações neurônio-glia na resposta à droga, assim como a ocorrência de peroxidação lipídica, dado o seu envolvimento no processo convulsivante. Considerando que o acetato é metabolizado predominantemente pelos astrócitos, células que têm importante papel no fluxo de substratos energéticos aos neurônios, a sua oxidação foi avaliada em fatias de córtex cerebral de ratos adultos, frente a diferentes concentrações extracelulares de potássio. A desnutrição acarretou menor sensibilidade à ação convulsivante do ácido quinolínico, em ratos de 25 dias de idade, excluindo alterações na captação de glutamato como mecanismo envolvido, uma vez que este parâmetro não foi afetado pela desnutrição e/ou droga. Contrariamente, a desnutrição induziu maior sensibilidade à ação convulsivante da picrotoxina, em ratos de 25 dias, o que pode estar relacionado à maior captação de GABA por fatias de córtex cerebral e hipocampo evidenciadas no grupo desnutrido. A desnutrição alterou o perfil ontogenético da captação de GABA por fatias de córtex cerebral e também o perfil inibitório da β-alanina (inibidor de GAT-3), dando suporte à hipótese de que a maior captação de GABA em ratos desnutridos em desenvolvimento seja devida predominantemente a este transportador. A maior sensibilidade à picrotoxina no grupo desnutrido também foi evidenciada pelo maior estímulo à oxidação da glicose em fatias de córtex cerebral (que também é idade dependente) e peroxidação lipídica. Enquanto em ratos imaturos a administração de uma única dose de picrotoxina mostrou a maior susceptibilidade de ratos desnutridos, no procedimento de “kindling” químico pela picrotoxina em ratos em desenvolvimento, a susceptibilidade mostrou-se sexo e tratamento nutricional dependente. A picrotoxina estimulou a oxidação do acetato a CO2, mas não a da glicose em período precoce pós picrotoxina (24 horas) em fatias de córtex e hipocampo de ratos de 25 dias, indicando o envolvimento astrocitário na resposta ao agente convulsivante, independente do tratamento nutricional. A administração crônica de picrotoxina acarretou estímulo à oxidação da glicose em fatias de córtex de ratos desnutridos, mostrando efeito tempo e tratamento nutricional-dependente sobre o metabolismo da glicose, sem alteração da oxidação do acetato. Altas concentrações de potássio extracelular aumentaram a oxidação do acetato em fatias de córtex cerebral, em função da redução intracelular de sódio em ratos controle e desnutridos adultos; o agravamento do déficit nutricional exacerbou a oxidação do acetato em fatias de cerebelo. A desnutrição pré e pós-natal afeta respostas envolvendo os sistemas GABAérgico e glutamatérgico em situações de excitotoxicidade, provocada por antagonista de receptor GABAA, picrotoxina e por hiperestimulador do sistema glutamatérgico, ácido quinolínico, em ratos em desenvolvimento, assim como parâmetros ontogenéticos ligados ao transporte de GABA. A severidade da restrição nutricional é fator determinante da exacerbação do estímulo à oxidação do acetato. Além do mais, a desnutrição parece afetar a interação neurônio-glia em condições de excitotoxicidade.

Efeito da Gália como aditivo de sinterização em eletrólitos cerâmicos à base de céria sintetizados pelo método de complexação de cátions

Fuel cells are considered one of the most promising ways of converting electrical energy due to its high yield and by using hydrogen (as fuel) which is considered one of the most important source of clean energy for the future. Rare earths doped ceria has been widely investigated as an alternative material for the electrolyte of solid oxide fuel cells (SOFCs) due to its high ionic conductivity at low operating temperatures compared with the traditional electrolytes based on stabilized zirconia. This work investigates the effect of gallium oxide (Gallia) as a sintering aid in Eu doped ceria ceramic electrolytes since this effect has already been investigated for Gd, Sm and Y doped ceria electrolytes. The desired goal with the use of a sintering aid is to reduce the sintering temperature aiming to produce dense ceramics. In this study we investigated the effects on densification, microstructure and ionic conduction caused by different molar fraction of the dopants europium (10, 15 and 20%) and gallium oxide (0.3, 0.6 and 0.9%) in samples sintered at 1300, 1350 and 1450 0 C. Samaria (10 and 20%) doped ceria samples sintered between 1350 and 1450 °C were used as reference. Samples were synthesized using the cation complexation method. The ceramics powders were characterized by XRF, XRD and SEM, while the sintered samples were investigated by its relative density, SEM and impedance spectroscopy. It was showed that gallia contents up to 0.6% act as excellent sintering aids in Eu doped ceria. Above this aid content, gallia addition does not promote significant increase in density of the ceramics. In Ga free samples the larger densification were accomplished with Eu 15% molar, effect expressed in the microstructure with higher grain growth although reduced and surrounded by many open pores. Relative densities greater than 95 % were obtained by sintering between 1300 and 1350 °C against the usual range 1500 - 1600 0 C. Samples containing 10% of Sm and 0.9% of Ga reached 96% of theoretical density by sintering at 1350 0 C for 3h, a gain compared to 97% achieved with 20% of Sm and 1% of Ga co-doped cerias sintered at 1450 0 C for 24 h as described in the literature. It is found that the addition of gallia in the Eu doped ceria has a positive effect on the grain conductivity and a negative one in the grain boundary conductivity resulting in a small decrease in the total conductivity which will not compromise its application as sintering aids in ceria based electrolytes. Typical total conductivity values at 600 and 700 °C, around 10 and 30 mS.cm -1 respectively were reached in this study. Samples with 15% of Eu and 0.9 % of Ga sintered at 1300 and 1350 °C showed relative densities greater than 96% and total conductivity (measured at 700 °C) between 20 and 33 mS.cm -1 . The simultaneous sintering of the electrolyte with the anode is one of the goals of research in materials for SOFCs. The results obtained in this study suggest that dense Eu and Ga co-doped ceria electrolytes with good ionic conductivity can be sintered simultaneously with the anode at temperatures below 1350 °C, the usual temperature for firing porous anode materials

Glia-Pinealocyte Network: The Paracrine Modulation of Melatonin Synthesis by Tumor Necrosis Factor (TNF)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Lipoma do cerebelo: relato de caso

Lipomas intracranianos são raros, geralmente sendo achado de autópsia. Situam-se na linha média, mais frequentemente de localização central. Podem ocorrer desde a infância até a vida adulta. Muitos dos lipomas, na verdade são associados a lesões hamartomatosas ou, mesmo, a neoplasias como os meduloblastomas do cerebelo. Relatamos e discutimos um caso de lipoma de cerebelo, achado de autópsia de um recém-nascido prematuro.