The central nervous control of walking in the locust, Schistocerca Americana

Rhythmic motor behaviors in all animals appear to be under the control of "central pattern generator" circuits, neural circuits which can produce output patterns appropriate for behavior even when isolated from their normal peripheral inputs. Insects have been a useful model system in which to study the control of legged terrestrial locomotion. Much is known about walking in insects at the behavioral level, but to date there has been no clear demonstration that a central pattern generator for walking exists. The focus of this thesis is to explore the central neural basis for locomotion in the locust, Schistocerca americana.

Rhythmic motor patterns could be evoked in leg motor neurons of isolated thoracic ganglia of locusts by the muscarinic agonist pilocarpine. These motor patterns would be appropriate for the movement of single legs during walking. Rhythmic patterns could be evoked in all three thoracic ganglia, but the segmental rhythms differed in their sensitivities to pilocarpine, their frequencies, and the phase relationships of motor neuron antagonists. These different patterns could be generated by a simple adaptable model circuit, which was both simulated and implemented in VLSI hardware. The intersegmental coordination of leg motor rhythms was then examined in preparations of isolated chains of thoracic ganglia. Correlations between motor patterns in different thoracic ganglia indicated that central coupling between segmental pattern generators is likely to contribute to the coordination of the legs during walking.

The work described here clearly demonstrates that segmental pattern generators for walking exist in insects. The pattern generators produce motor outputs which are likely to contribute to the coordination of the joints of a limb, as well as the coordination of different limbs. These studies lay the groundwork for further studies to determine the relative contributions of central and sensory neural mechanisms to terrestrial walking.

Chemical-scale studies of G protein-coupled receptors and ligand-gated ion channels

This dissertation describes studies of G protein-coupled receptors (GPCRs) and ligand-gated ion channels (LGICs) using unnatural amino acid mutagenesis to gain high precision insights into the function of these important membrane proteins.

Chapter 2 considers the functional role of highly conserved proline residues within the transmembrane helices of the D2 dopamine GPCR. Through mutagenesis employing unnatural α-hydroxy acids, proline analogs, and N-methyl amino acids, we find that lack of backbone hydrogen bond donor ability is important to proline function. At one proline site we additionally find that a substituent on the proline backbone N is important to receptor function.

In Chapter 3, side chain conformation is probed by mutagenesis of GPCRs and the muscle-type nAChR. Specific side chain rearrangements of highly conserved residues have been proposed to accompany activation of these receptors. These rearrangements were probed using conformationally-biased β-substituted analogs of Trp and Phe and unnatural stereoisomers of Thr and Ile. We also modeled the conformational bias of the unnatural Trp and Phe analogs employed.

Chapters 4 and 5 examine details of ligand binding to nAChRs. Chapter 4 describes a study investigating the importance of hydrogen bonds between ligands and the complementary face of muscle-type and α4β4 nAChRs. A hydrogen bond involving the agonist appears to be important for ligand binding in the muscle-type receptor but not the α4β4 receptor.

Chapter 5 describes a study characterizing the binding of varenicline, an actively prescribed smoking cessation therapeutic, to the α7 nAChR. Additionally, binding interactions to the complementary face of the α7 binding site were examined for a small panel of agonists. We identified side chains important for binding large agonists such as varenicline, but dispensable for binding the small agonist ACh.

Chapter 6 describes efforts to image nAChRs site-specifically modified with a fluorophore by unnatural amino acid mutagenesis. While progress was hampered by high levels of fluorescent background, improvements to sample preparation and alternative strategies for fluorophore incorporation are described.

Chapter 7 describes efforts toward a fluorescence assay for G protein association with a GPCR, with the ultimate goal of probing key protein-protein interactions along the G protein/receptor interface. A wide range of fluorescent protein fusions were generated, expressed in Xenopus oocytes, and evaluated for their ability to associate with each other.

Studies of the serotonin type 3A receptor and the chemical preparation of tRNA

This thesis describes studies surrounding a ligand-gated ion channel (LGIC): the serotonin type 3A receptor (5-HT₃AR). Structure-function experiments using unnatural amino acid mutagenesis are described, as well as experiments on the methodology of unnatural amino acid mutagenesis. Chapter 1 introduces LGICs, experimental methods, and an overview of the unnatural amino acid mutagenesis.

In Chapter 2, the binding orientation of the clinically available drugs ondansetron and granisetron within 5-HT₃A is determined through a combination of unnatural amino acid mutagenesis and an inhibition based assay. A cation-π interaction is found for both ondansetron and granisetron with a specific tryptophan residue (Trp183, TrpB) of the mouse 5-HT₃AR, which establishes a binding orientation for these drugs.

In Chapter 3, further studies were performed with ondansetron and granisetron with 5-HT₃A. The primary determinant of binding for these drugs was determined to not include interactions with a specific tyrosine residue (Tyr234, TyrC2). In completing these studies, evidence supporting a cation-π interaction of a synthetic agonist, meta-chlorophenylbiguanide, was found with TyrC2.

In Chapter 4, a direct chemical acylation strategy was implemented to prepare full-length suppressor tRNA mediated by lanthanum(III) and amino acid phosphate esters. The derived aminoacyl-tRNA is shown to be translationally competent in Xenopus oocytes.

Appendix A.1 gives details of a pharmacological method for determining the equilibrium dissociation constant, K_B, of a competitive antagonist with a receptor, known as Schild analysis. Appendix A.2 describes an examination of the inhibitory activity of new chemical analogs of the 5-HT₃A antagonist ondansetron. Appendix A.3 reports an organic synthesis of an intermediate for a new unnatural amino acid. Appendix A.4 covers an additional methodological examination for the preparation of amino-acyl tRNA.

Effects of TI-299423 on Neuronal Nicotinic Acetylcholine Receptors

Nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) are pentameric, ligand-gated, cation channels found throughout the central and peripheral nervous system, whose endogenous ligand is acetylcholine, but which can also be acted upon by nicotine. The subunit compositions of nAChR determine their physiological and pharmacological properties, with different subunits expressed in different combinations or areas throughout the brain. The behavioral and physiological effects of nicotine are elicited by its agonistic and desensitizing actions selectively on neuronal nAChRs. The midbrain is of particular interest due to its population of nAChRs expressed on dopaminergic neurons, which are important for reward and reinforcement, and possibly contribute to nicotine dependence. The α6-subunit is found on dopaminergic neurons but very few other regions of the brain, making it an interesting drug target. We assayed a novel nicotinic agonist, called TI-299423 or TC299, for its possible selectivity for α6-containing nAChRs. Our goal was to isolate the role of α6-containing nAChRs in nicotine reward and reinforcement, and provide insight into the search for more effective smoking cessation compounds. This was done using a variety of in vitro and behavioral assays, aimed dually at understanding TI-299423’s exact mechanism of action and its downstream effects. Additionally, we looked at the effects of another compound, menthol, on nicotine reward. Understanding how reward is generated in the cholinergic system and how that is modulated by other compounds contributes to a better understand of our complex neural circuitry and provides insight for the future development of therapeutics.

Binding Studies of Neuronal Nicotinic Acetylcholine Receptors Expressing Unnatural Amino Acids

Nicotinic acetylcholine receptors are pentameric ligand-gated ion channels mediating fast synaptic transmission throughout the peripheral and central nervous systems. They have been implicated in various processes related to cognitive functions, learning and memory, arousal, reward, motor control and analgesia. Therefore, these receptors present alluring potential therapeutic targets for the treatment of pain, epilepsy, Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, Tourette’s syndrome, schizophrenia, anxiety, depression and nicotine addiction. The work detailed in this thesis focuses on binding studies of neuronal nicotinic receptors and aims to further our knowledge of subtype specific functional and structural information.

Chapter 1 is an introductory chapter describing the structure and function of nicotinic acetylcholine receptors as well as the methodologies used for the dissertation work described herein. There are several different subtypes of nicotinic acetylcholine receptors known to date and the subtle variations in their structure and function present a challenging area of study. The work presented in this thesis deals specifically with the α4β2 subtype of nicotinic acetylcholine receptor. This subtype assembles into 2 closely related stoichiometries, termed throughout this thesis as A3B2 and A2B3 after their respective subunit composition. Chapter 2 describes binding studies of select nicotinic agonists on A3B2 and A2B3 receptors determined by whole-cell recording. Three key binding interactions, a cation-π and two hydrogen bonds, were probed for four nicotinic agonists, acetylcholine, nicotine, smoking cessation drug varenicline (Chantix®) and the related natural product cytisine.

Results from the binding studies presented in Chapter 2 show that the major difference in binding of these four agonists to A3B2 and A2B3 receptors lies in one of the two hydrogen bond interactions where the agonist acts as the hydrogen bond acceptor and the backbone NH of a conserved leucine residue in the receptor acts as the hydrogen bond donor. Chapter 3 focuses on studying the effect of modulating the hydrogen bond acceptor ability of nicotine and epibatidine on A3B2 receptor function determined by whole-cell recording. Finally, Chapter 4 describes single-channel recording studies of varenicline binding to A2B3 and A3B2 receptors.

Investigation of competitive antagonist binding to the nicotinic acetylcholine receptor using voltage-jump and light-flash techniques

1. The effect of 2,2’-bis-[α-(trimethylammonium)methyl]azobenzene (2BQ), a photoisomerizable competitive antagonist, was studied at the nicotinic acetycholine receptor of Electrophorus electroplaques using voltage-jump and light-flash techniques.

2. 2BQ, at concentrations below 3 μΜ, reduced the amplitude of voltage-jump relaxations but had little effect on the voltage-jump relaxation time constants under all experimental conditions. At higher concentrations and voltages more negative than -150 mV, 2BQ caused significant open channel blockade.

3. Dose-ratio studies showed that the cis and trans isomers of 2BQ have equilibrium binding constants (K _ᵢ) of .33 and 1.0 μΜ, respectively. The binding constants determined for both isomers are independent of temperature, voltage, agonist concentration, and the nature of the agonist.

4. In a solution of predominantly cis-2BQ, visible-light flashes led to a net cis→trans isomerization and caused an increase in the agonist-induced current. This increase had at least two exponential components; the larger amplitude component had the same time constant as a subsequent voltage-jump relaxation; the smaller amplitude component was investigated using ultraviolet light flashes.

5. In a solution of predominantly trans-2BQ, UV-light flashes led to a net trans→cis isomerization and caused a net decrease in the agonist-induced current. This effect had at least two exponential components. The smaller and faster component was an increase in agonist-induced current and had a similar time constant to the voltage-jump relaxation. The larger component was a slow decrease in the agonist-induced current with rate constant approximately an order of magnitude less than that of the voltage-jump relaxation. This slow component provided a measure of the rate constant for dissociation of cis-2BQ (k_ = 60/s at 20°C). Simple modelling of the slope of the dose-rate curves yields an association rate constant of 1.6 x 10⁸/M/s. This agrees with the association rate constant of 1.8 x 10⁸/M/s estimated from the binding constant (K_i). The Q₁₀ of the dissociation rate constant of cis-2BQ was 3.3 between 6° and 20°C. The rate constants for association and dissociation of cis-28Q at receptors are independent of voltage, agonist concentration, and the nature of the agonist.

6. We have measured the molecular rate constants of a competitive antagonist which has roughly the same K _ᵢ as d-tubocurarine but interacts more slowly with the receptor. This leads to the conclusion that curare itself has an association rate constant of 4 x 10⁹/M/s or roughly as fast as possible for an encounter-limited reaction.

Structure-Function Studies of Nicotinic Acetylcholine Receptors Using Selective Agonists and Positive Allosteric Modulators

This dissertation primarily describes chemical-scale studies of nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) in order to better understand ligand-receptor selectivity and allosteric modulation influences during receptor activation. Electrophysiology coupled with canonical and non-canonical amino acids mutagenesis is used to probe subtle changes in receptor function.

The first half of this dissertation focuses on differential agonist selectivity of α4β2-containing nAChRs. The α4β2 nAChR can assemble in alternative stoichiometries as well as assemble with other accessory subunits. Chapter 2 identifies key structural residues that dictate binding and activation of three stoichiometry-dependent α4β2 receptor ligands: sazetidine-A, cytisine, and NS9283. These do not follow previously suggested hydrogen-bonding patterns of selectivity. Instead, three residues on the complementary subunit strongly influence binding ability of a ligand and receptor activation. Chapter 3 involves isolation of a α5α4β2 receptor-enriched population to test for a potential alternative agonist binding location at the α5 α4 interface. Results strongly suggest that agonist occupation of this site is not necessary for receptor activation and that the α5 subunit only incorporates at the accessory subunit location.

The second half of this dissertation seeks to identify residue interactions with positive allosteric modulators (PAMs) of the α7 nAChR. Chapter 4 focuses on methods development to study loss of potentiation of Type I PAMs, which indicate residues vital to propagation of PAM effects and/or binding. Chapter 5 investigates α7 receptor modulation by a Type II PAM (PNU 120596). These results show that PNU 120596 does not alter the agonist binding site, thus is relegated to influencing only the gating component of activation. From this, we were able to map a potential network of residues from the agonist binding site to the proposed PNU 120596 binding site that are essential for receptor potentiation.

The Regulation of Sleep and Circadian Rhythms: The Role of Melatonin and Adenosine in Zebrafish

Sleep is a highly conserved behavioral state whose regulation is still unclear. In this thesis I initially briefly introduce the known sleep circuitry and regulation in vertebrates, and why zebrafish is seen as a good model to study sleep-regulation. I describe the existing two-process model of sleep regulation, which posits that the two processes C (circadian) and S (homeostatic) control timing of sleep-wake behavior. I then study the role melatonin plays in the circadian regulation of sleep using zebrafish. Firstly, we find that the absence of melatonin results in a reduction of sleep at night, establishing that endogenous melatonin is required for sleep at night. Secondly, melatonin mutants show a reduction in sleep in animals with no functional behavioral rhythms suggesting that melatonin does not require intact circadian rhythms for its effect on sleep. Thirdly, melatonin mutants do not exhibit any changes in circadian rhythms, suggesting that the circadian clock does not require melatonin for its function. Fourthly, we find that in the absence of melatonin, there is no rhythmic expression of sleep, suggesting that melatonin is the output molecule of process C. Lastly, we describe a connection between adenosine signaling (output molecules of process S), and melatonin. Following this we proceed to study the role adenosine signaling plays in sleep-wake behavior. We find that firstly, adenosine receptor A1 and A2 are involved in sleep- wake behavior in zebrafish, based on agonist/antagonist behavioral results. Secondly, we find that several brain regions such as PACAP cells in the rostral midbrain, GABAergic cells in the forebrain and hindbrain, Dopamine and serotonin cells in the caudal hypothalamus and sox2 cells lining the hindbrain ventricle are activated in response to the A1 antagonist and VMAT positive cells are activated in response to the A2A agonist, suggesting these areas are involved in adenosine signaling in zebrafish. Thirdly, we find that knocking out the zebrafish adenosine receptors has no effect on sleep architecture. Lastly, we find that while the A1 agonist phenotype requires the zfAdora1a receptor, the antagonist and the A2A agonist behavioral phenotypes are not mediated by the zfAdora1a, zfAdora1b and zfAdoraA2Aa, zfAdora2Ab receptors respectively.

Efeitos macrovasculares, microvasculares e interação leucócito-endotélio, na endotoxemia experimental após o uso de Dobutamina com e sem ressuscitação volêmica

Na sepse, o mecanismo desencadeador de morte é a disfunção múltipla de órgãos e sistemas. Com isso a microcirculação é considerada o motor na patogênese da sepse. A perfusão microcirculatória representa um dos principais objetivos para melhorar as taxas de sobrevida. Uma vez reconhecida a síndrome séptica, o protocolo clínico estabelece o uso de fluidoterapia com salina, de forma vigorosa na primeira hora e seguida de suporte inotrópico com Dobutamina. A partir daí foi levantada a hipótese das drogas β-agonistas serem relevantes na recuperação da microcirculação, antes mesmo de seu conhecido papel na recuperação do choque cardiogênico. Assim, estudar o papel da Dobutamina, um β-agonista, na resposta adrenérgica em situação de sepse se faz necessário e urgente e o entendimento de sua ação, associada à reposição volêmica, foi objeto deste estudo. Foram usados no presente estudo, 78 hamsters, induzida a endotoxemia com LPS (2mg/kg/de massa de peso corporal) e divididos em 9 grupos: controle (n=10), endotóxico(n=10), endotóxico tratados com Dobutamina na dose de 5 e 15 μg /kg/min (n=10), Isoproterenol(n=10), ressuscitação volêmica (n=10) e ressuscitação volêmica associada à Dobutamina 5 (n=10) e 15 μg/kg/min (n=4) e Isoproterenol (n=4). Foram comparados os resultados de recuperação da densidade capilar funcional ao longo do tempo entre os grupos, e obteve-se resultado estatisticamente significativo no grupo em que se usa Dobutamina de 5μg/kg/min associada à ressuscitação volêmica p< 0,05. Em conclusão este estudo mostra que o papel da ressuscitação volêmica é crucial na resposta da microcirculação para melhorar a densidade capilar funcional, que a velocidade da hemácia capilar tem relação direta com a melhora na perfusão tecidual e que a associação de recuperação volêmica com solução salina e Dobutamina na dose de 5 μg /kg /min melhora significativamente sua resposta e melhora a perfusão.

Alteração do ciclo menstrual na adolescência: manifestação precoce da Síndrome Metabólica?

Na última década, surgiram evidências de que a Síndrome Metabólica (SM), relatada de forma crescente entre adolescentes, tem início na vida intrauterina e seus sinais e sintomas já estão presentes na adolescência, porém, ainda faltam critérios diagnósticos específicos para essa faixa etária. O ciclo menstrual representa o resultado do funcionamento normal não apenas do eixo Hipotálamo-Hipófise-Ovário (HHO), do útero e do aparelho genital, mas também, do equilíbrio metabólico do organismo. Alterações no ciclo menstrual podem representar sinais de desequilíbrio e anormalidade. A SM está também relacionada à Síndrome dos Ovários Policísticos (SOP), disfunção ovariana caracterizada por oligoanovulação, hiperandrogenismo e/ou ovários policísticos. A resistência à insulina (RI) tem um papel central na fisiopatologia e na inter-relação dos componentes tanto da SM como também da SOP. A RI é compensada pelo aumento da produção de insulina pelas células beta pancreáticas, e essa hiperinsulinemia compensatória tem conseqüências no endotélio, nos fatores inflamatórios, no metabolismo glicídico e lipídico, além de afetar o ciclo menstrual pelo estímulo da androgênese ovariana, suprimindo a SHBG e possivelmente alterando o padrão da secreção pulsátil do GnRH. Estas alterações menstruais podem apresentar-se de forma precoce, antes das alterações metabólicas da RI, portanto, a avaliação atenta do padrão menstrual de adolescentes pode representar um valioso sinal que alerta para o risco metabólico e cardiovascular. Avaliamos o comportamento de parâmetros da Síndrome Metabólica e sua relação com o ciclo menstrual em adolescentes através de um estudo observacional transversal com 59 adolescentes do sexo feminino entre 12 e 19 anos e presença de pelo menos um dos seguintes fatores de risco para SM: Sobrepeso - Obesidade - Acantose Nigricans. Todas as adolescentes foram submetidas a uma avaliação clínica com levantamento de dados antropométricos, e laboratoriais composta de: Glicose de Jejum, Colesterol Total, HDL-Colesterol, Triglicerídeos, Teste Oral de Tolerância a Glicose (Glicose 120), Insulina pré (insulina jejum), pós TOTG (insulina 120), Folículo-Estimulante (FSH), Hormônio Luteinizante (LH), Testosterona Total (TT), Androstenediona, Foram criados 2 grupos:G-1- adolescentes com ciclos irregulares, e G-2- adolescentes com ciclos regulares. Das 59 adolescentes avaliadas, 36 formaram o G-1, e 23 o G-2. A média da idade ginecológica foi de 4,5 anos e da menarca 11,3 anos. Na análise estatística das diferenças nas variáveis clínicas e laboratoriais entre os grupos, observou-se que o G-1 apresentou: Cintura (p=0,026), Insulina de jejum (p=0,001), Glicose 120 (p=0,002), insulina 120 (p=0,0001), HOMA-IR (p=0,0008), Triglicerídeos (p=0,013), SM (p<0,0001) e SOP (p<0,0001) significativamente maiores e QUICK (p=0,008), G/I (p=0,002), HDL (p=0,001) significativamente menores que o G-2. (88,8% das adolescentes com ciclos irregulares no ultimo ano apresentavam irregularidade desde a menarca. Estes resultados demonstram uma associação significativa entre a irregularidade menstrual, RI, SM e SOP na população estudada. Todas as adolescentes com diagnóstico de SM apresentavam irregularidade desde a menarca e destas, 93,5% tiveram o diagnóstico de SOP. O nosso estudo chama a atenção para o comportamento do ciclo menstrual na adolescência em relação aos riscos cardiovasculares e metabólicos, sinalizando assim que outros estudos precisam ser desenvolvidos nesta população.

Fenofibrato (agonista do receptor ativador da proliferação peroxissomal) modula o sistema renina-angiotensina no coração de camundongos alimentados com dieta hiperlipídica

O objetivo deste trabalho foi estudar a ação do fenofibrato, um agonista do receptor ativador da proliferação peroxissomal alfa, no remodelamento cardíaco e na expressão de componentes do sistema renina-angiotensina (SRA) em um modelo de obesidade induzida por dieta. Camundongos machos C57Bl/6 com três meses de idade foram alimentados durante 11 semanas com dieta controle (grupo C, 3,57 kcal/g de dieta) ou dieta hiperlipídica (grupo HL, 5,40 kcal/g de dieta), em seguida foram separados em quatro grupos e estudados durante cinco semanas: C; HL; C-L (C mais fenofibrato) e HL-F (HL mais fenofibrato). Os animais HL foram mais pesados e apresentaram maior pressão arterial (PA) comparados aos animais C, mas HL-F foram mais leves e tiveram PA menor que HL. A resistência insulínica vista nos camundongos HL foi melhorada com fenofibrato nos camundongos HL-F. Fenofibrato reduziu colesterol total, triglicerídeos e aumentou HDL-c. Os animais HL apresentou um ventrículo esquerdo (VE) mais pesado e com espessura da parede maior, como também cardiomiócitos maiores e uma menor razão cardiomiócito/capilares que os animais C. Fenofibrato foi eficiente em melhorar estas alterações. As expressões cardíacas de Angiotensina II (ANG II) e de seu receptor tipo 1 (AT1R) foram maiores, enquanto que a expressão de seu receptor tipo 2 (AT2R) foi menor nos animais HL que nos animais C, e fenofibrato foi eficiente em atenuar estas diferenças. Como conclusão, a dieta HL lidera para a obesidade, elevação da PA, hipertrofia cardíaca, alterações metabólicas e expressão proteica alterada do SRA em camundongos, sugerindo a participação do SRA nestas alterações. Fenofibrato é eficiente em diminuir a PA e controlar a expressão proteica do SRA, assim como no tratamento da resistência insulínica e do remodelamento cardíaco adverso, diminuindo a hipertrofia dos cardiomiócitos e melhorando a vascularização do miocárdio, desta maneira, diminuindo importantes fatores de risco para doenças cardiovasculares

Alteração do tecido adiposo e fígado em modelo experimental de síndrome metabólica: ação de agonista PPAR-gama e bloqueador de receptor AT1 da angiotensina 2

Este trabalho teve como objetivo investigar os efeitos da telmisartana (agonista PPAR-gama parcial), losartana (puro bloqueador do receptor AT1 da angiotensina II) e rosiglitazona (agonista PPAR-gama) em modelo experimental de síndrome metabólica. Os alvos do estudo foram a pressão arterial, metabolismo de carboidratos, resistência insulínica, inflamação, tecido adiposo e fígado. Camundongos C57BL/6 (a partir de 3 meses de idade) foram alimentados com dieta padrão (SC, n = 10) ou dieta hiperlipídica rica em sal (HFHS, n = 40) por 12 semanas. Após esse tempo, os animais do grupo HFHS foram subdivididos em 4 grupos (n = 10): HFHS (sem tratamento), ROSI (HFHS tratado com rosiglitazona), TELM (HFHS tratado com telmisartana) e LOS (HFHS tratado com losartana) por 5 semanas. O grupo HFHS apresentou um significante ganho de peso e aumento da pressão arterial sistólica, hiperinsulinemia com resistência insulínica, hiperleptinemia, hipertrofia de adipócitos bem como um quadro de esteatose hepática e níveis aumentados da citocina inflamatória interleucina-6 (IL-6). Os animais tratados com telmisartana chegou ao final do experimento com massa corporal similar ao grupo SC, com reversão do quadro de resistência insulínica, com pressão arterial normal, adipócitos de tamanho normal e sem apresentar esteatose hepática. Além disso, o tratamento com telmisartana aumentou a expressão de PPARγ e adiponectina no tecido adiposo epididimal. A expressão da proteína desacopladora-1 (UCP-1) no tecido adiposo branco (TAB) também foi aumentada. O tratamento com losartana diminuiu a pressão arterial para valores normais, porém com menores efeitos nos parâmetros metabólicos dos animais. O presente modelo experimental de ganho de peso e hipertensão induzidos por dieta mimetiza a síndrome metabólica humana. Neste modelo, a telmisartana aumentou a expressão de UCP-1 no TAB, preveniu o ganho de peso e melhorou a sensibilidade à insulina e a esteatose hepática dos camundongos C57BL/6, provavelmente devido à ativação PPAR-gama.

Agonista PAN-PPAR (receptores ativadores de proliferação peroxissomal) e alterações hepáticas na prole adulta de camundongos de mães obesas

O objetivo do presente estudo foi avaliar se o Bezafibrato, um agonista PAN-PPAR, é capaz de aliviar a doença não alcoólica do fígado gorduroso (NAFLD) na prole de machos de mães C57BL/6 obesas. Fêmeas virgens foram alimentadas com uma dieta HL (hiperlipídica, 49% de lipídios) ou uma dieta C (controle, 10% de lipídios) por oito semanas antes do acasalamento e durante os períodos de gestação e lactação. A prole de machos foi subdividida em quatro grupos: C (dieta controle para as mães e filhotes); C/BZ (dieta controle para as mães e filhotes com tratamento com Bezafibrato[100mg/Kg]); HL (dieta HL para as mães e dieta controle para os filhotes); e HL/BZ (dieta HL para as mães e dieta controle para os filhotes com tratamento com Bezafibrato [100mg/Kg]). O tratamento com Bezafibrato começou na 12 semana e se manteve por três semanas. Análise do metabolismo, bioquímica, estereológica e por western-blotting foram realizadas. A dieta HL causou um fenótipo de sobrepeso nas mães e acarretou em uma intolerância oral à glicose com aumento da glicemia de jejum. A prole HL apresentou hiperfagia, ganho de massa corporal, altos níveis de triglicerídeo hepático e plasmático, esteatose hepática e aumento da expressão de proteínas lipogênicas concomitante com diminuição do receptor ativador de proliferação peroxissomal alfa (PPARα), que é responsável pela β-oxidação e aumento do receptor ativador de proliferação peroxissomal gama (PPARγ) e do elemento regulador de esterol ligante da proteína 1 (SREBP-1c) proteínas envolvidas na lipogênese hepática. Por outro lado, o tratamento com o Bezafibrato reverteu o quadro da programação metabólica no fígado, com uma melhora dos parâmetros morfológicos, bioquímicos e moleculares do fígado dos animais, com um aumento da ativação de PPARα em associação a uma diminuição do PPARγ e não alterando a expressão de SREBP-1c. Em conclusão, nós demonstramos que o tratamento com Bezafibrato melhora a NAFLD causada pela obesidade materna.

Expression and Localization of Opioid Receptors in Male Germ Cells and the Implication for Mouse Spermatogenesis

The presence of endogenous opioid peptides in different testicular cell types has been extensively characterized and provides evidence for the participation of the opioid system in the regulation of testicular function. However, the exact role of the opioid system during the spermatogenesis has remained controversial since the presence of the mu-, delta-and kappa-opioid receptors in spermatogenic cells was yet to be demonstrated. Through a combination of quantitative real-time PCR, immunofluorescence, immunohistochemistry and flow cytometry approaches, we report for the first time the presence of active mu-, deltaand kappa-opioid receptors in mouse male germ cells. They show an exposition time-dependent response to opioid agonist, hence suggesting their active involvement in spermatogenesis. Our results contribute to understanding the role of the opioid receptors in the spermatogenesis and could help to develop new strategies to employ the opioid system as a biochemical tool for the diagnosis and treatment of male infertility.

Efeitos pleiotrópicos da telmisartana nos tecidos adiposos branco e marrom: aumento da expressão gênica e proteica pan-PPAR em camundongos obesos

Receptores ativadores de proliferação perixossomal(PPARs) são fatores de transcrição envolvidos com a oxidação dos ácidos graxos e proliferação celular, mediando diversas vias, o que representa uma estratégia promissora para enfrentar as características da síndrome metabólica. Existem três isoformas de PPARs(PPARalfa, beta/delta e gama), que são diferencialmente expressos em diferentes tecidos.No presente estudo, objetivou-se avaliar os efeitos pleiotrópicos da telmisartana, um anti-hipertensivo, bloqueador do receptor AT1 da angiotensina e agonista parcial PPAR gama, no tecido adiposo branco (TAB) e marrom (TAM) em camundongos obesos induzido por dieta.Camundongos machos, da linhagem C57BL/6 foram alimentados com uma dieta padrão (standard-chow, 10% da energia proveniente de lipídios) ou com uma dieta com alto teor lipídico (high fat, 49% de energia proveniente de lipídios) durante 10 semanas. Em seguida, os animais foram distribuídos aleatoriamente em quatro grupos: SC, SC-T, HF e HF-T (n=10). O fármaco foi administrado (10mg/kg de dieta) durante 4 semanas para os grupos SC-T e HF-T.O grupo HF apresentou sobrepeso, hipertensão arterial sistêmica, perfil de adipocinas pró-inflamatórias, resistência insulínica, diminuição do gasto energético, comprometimento do metabolismo da glicose e distribuição anormal da massa adiposa. Além disso, a obesidade ocasionou diminuição da expressão de PPARalfa, beta/delta e gama noTAB e TAM, resultando na inadequação da captação de glicose e termogênese insuficiente. Por outro lado,a ativação das três isoformas de PPARs, a melhora do perfil inflamatório das adipocinas, o aumento da sensibilidade à insulina e a melhora da captação de glicose, foi vistaapós o tratamento com telmisartana. A ativação dos PPARs no TAB trouxe muitos benefícios. No TAM, resultados surpreendentes foram que a telmisartana provocou o aumento da expressão do recepetor adrenérgico beta 3 (RAβ3), induzido pela ativação de PPARbeta/delta e maior termogênese comaumento da expressão da proteína desacopladora1 (UCP1). Em conclusão, nossos resultados mostram que telmisartanaaumenta a expressão gênica e proteica PAN-PPAR no TAB e TAM em camundongos obesos induzidos por dieta. Nossas observações mostram que, apesar do grupo HF-T ter reduzido a ingestão energética, os efeitossão explicados pela ativação PAN-PPAR da telmisartana, causando a ativação da termogênese e resultando num balanço energético negativo.