Curcumin requires tumor necrosis Factor α signaling to alleviate cognitive impairment elicited by Lipopolysaccharide

A decline in cognitive ability is a typical feature of the normal aging process, and of neurodegenerative disorders such as Alzheimer’s, Parkinson’s and Huntington’s diseases. Although their etiologies differ, all of these disorders involve local activation of innate immune pathways and associated inflammatory cytokines. However, clinical trials of anti-inflammatory agents in neurodegenerative disorders have been disappointing, and it is therefore necessary to better understand the complex roles of the inflammatory process in neurological dysfunction. The dietary phytochemical curcumin can exert anti-inflammatory, antioxidant and neuroprotective actions. Here we provide evidence that curcumin ameliorates cognitive deficits associated with activation of the innate immune response by mechanisms requiring functional tumor necrosis factor α receptor 2 (TNFR2) signaling. In vivo, the ability of curcumin to counteract hippocampusdependent spatial memory deficits, to stimulate neuroprotective mechanisms such as upregulation of BDNF, to decrease glutaminase levels, and to modulate N-methyl- D –aspartate receptor levels was absent in mice lacking functional TNFRs. Curcumin treatment protected cultured neurons against glutamate-induced excitotoxicity by a mechanism requiring TNFR2 activation. Our results suggest the possibility that therapeutic approaches against cognitive decline designed to selectively enhance TNFR2 signaling are likely to be more beneficial than the use of anti-inflammatory drugs per se.

Actividade anti-inflamatória dos flavonóides

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Benefícios da cafeína na terapêutica

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

A alfarroba como fonte de ingredientes bioactivos: fibra alimentar, polifenóis e ciclitóis

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

MicroRNAs in pathology and as therapeutic target in gene therapy?

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Reprogramação de células-tronco mesenquimais em neurônios utilizando genes pró-neurais

A possibilidade de repor células perdidas em doenças neurodegenerativas através de transplantes com células-troncos das mais diversas fontes vem sendo amplamente estudada. As células-tronco adultas (CTA) podem ser facilmente isoladas e sua utilização na pesquisa não envolve questões éticas e religiosas. Além disso, estas células são menos propícias à transformação tumoral do que células-tronco embrionárias, outra importante fonte de células para terapias celulares. No entanto, as CTA são, em estados fisiológicos, restritas a geração de células dos seus tecidos de origem, o que poderia limitar a sua utilização. Porém, nos últimos anos, uma série de técnicas vem sendo descritas com o objetivo de reverter tais limitações. Neste trabalho, nós investigamos a capacidade das células-tronco mesenquimais adultas, isoladas de camundongos ou do cordão umbilical humano, serem induzidas a adquirir um fenótipo neuronal de forma direta, sem passar por um estágio de célula progenitora ou pluripotente, através da reprogramação genética com genes pró-neurais. Nossos resultados indicam que tanto células-tronco mesenquimais adultas murinas quanto humanas podem ser reprogramadas em neurônios após a expressão combinada de Sox2 e Ascl1 ou Sox2 e Neurog2. As células reprogramadas exibem morfologias compatíveis com o fenótipo neuronal, expressam proteínas típicas de neurônios maduros, apresentam a capacidade de gerar potenciais de ação repetitivos e formam conexões sinápticas com outros neurônios presentes no cultivo. Portanto, nosso trabalho apresenta a primeira evidência de reprogramação direta de células-tronco mesenquimais humanas em neurônios funcionais.

Polpa de jambolão (Eugenia jambolana Lam.) fresca e desidratada: características físico-químicas, bioativas e funcionais, efeitos biológicos em Caenorhabditis elegans e uso para produção de frozen yogurt caprino probiótico

This work evaluated the fresh, spray dried (with 10 % of Arabic Gum) and freeze dried jambolan pulp (Eugenia jambolana Lam.) in regard to physicochemical (pH, moisture, water activity, average particle diameter, solubility and color), bioactive [total phenolic content (TPC), monomeric anthocyanin, pronathocyanidin (PA), total elagic acid (TEA), myricetin and cyanidin] and in vitro functionality (antioxidant, antienzymatic and antimicrobial activities]. In addition, the in vivo functionality of jambolan pulp was investigated using the Caenorhabditis elegans model for insulin signaling, longevity and induced neurodegeneration (Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease related symptoms). The dried jambolan pulp presented TPC retention (50% to 75%), PA (90% to 98%), TEA (31% to 83%), myricetin (40% to 84%), cyanidin (72% to 84%) and antioxidant activity (15%). The fresh jambolan pulp, the freeze dried pulp and the spray dried jambolan pulp presented high enzymatic inhibitory activity against pancreatic lipase (4,4 to 5,8 mg/mL), alpha-glycosidase (10,3 to 13,8 mg/mL) and alpha-amylase (8,9 to 11,2 mg/mL). They also were active inhibitors against the pathogen S. aureus. The dried jambolan experimental samples were able to increase the expression of several genes linked to the insulin signaling pathways (SIR-2.1, PPTR-1, DAF-16, SOD-3, e CTL) and increased the lifespan in C. elegans (18,07 % - 24,34 %), besides decreasing the amyloid AB1-42 aggregation induced paralysis and MPP+ (1-methyl-4-phenylpyridinium) induced neurodegeneration. Based on that, the jambolan pulp and the spray dried jambolan pulp were further selected for the production of caprine frozen yogurt with the addition of Bifidobacterium animalis subsp. lactis BI-07. The final product were evaluated in regard to their physicochemical (pH, acidity, total solids, protein, total reducing sugars, fat, ashes, overrun, melting test), bioactive (TPC and monomeric anthocyanin, antioxidant activity, probiotic viability and sensory analysis (sensory acceptance). The results showed that samples with probiotic had lowest pH and higher acidity, TPC, anthocyanin and antioxidant activity. It was also observed low overrun (14.2% to 22.6%). vi Samples with probiotic had lower flavor scores. Overall, this research presents the jambolan as a highly functional bioactive-rich fruit with the potential to modulate important biological pathways, extend lifespan and retard the development of neurodegenerative diseases. Jambolan is an underexploited exotic fruit with a high colorant potential and this thesis shows for the first time in the literature important technological, biological and scientific data about this fruit that could be used towards the development of health-oriented food products.

Relação do polimorfismo BDNF val66met e níveis periféricos de BDNF com a doença de Parkinson e sua sintomatologia

Neurodegenerative diseases are frequently studied due to the increasing number of cases associated with the populational ageing and to the impact on the conditions on the quality of life. Parkinson’s disease (DP) is the second most frequent neurodegenerative disease. Despite the fact that its etiology is not completely understood, it is known that DP is caused by environmental and genetic factors. Thus, the investigation of etiologic factors and mechanisms responsible for the changes that lead to DP may help early diagnostic and prevention. A possible association between DP and the common polymorphism of Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF) G196A (Val66Met) has been suggested by different studies with contrasting results. For this reason, the aim of this study is to investigate if the BDNF Val66Met polymorphism is related to susceptibility to DP in a cohort of Brazilian patients. Additionaly, we verify if the presence of the polymorphism implies in alterations in the BDNF whole blood concentrations, as well as variations in symptomatology. The sample comprised Brazilian patients accompanied by the neurology service of the Onofre Lopes University Hospital (HUOL) and healthy controls (CTRL). The motor aspects of DP were evaluated by Hoehn e Yahr Scale (HY), Unified Parkinson’s Disease Rating Scale (UPDRS) and Schwab & England Scale (SE). For the evaluation of non-motor symptoms were used the following instruments: Frontal Assessment Battery (BAF), Mini-Mental State Examination (MEEM), Beck Depression Inventory (IDB) and the Beck Anxiety Inventory (IAB). Blood samples were collected for BDNF Val66Met polymorphism genotyping and BDNF whole blood measurement. As expected, DP patients performed worse in motor, cognitive and emotional battery of questionnaires. Alleles distribution between DP and CTRL was not significantly different, but the A/G genotype was significantly associated with a protector factor for DP. In contrast, the G/G genotype was significantly associated with depression and anxiety development in DP patients. However, BDNF concentrations were not different between genotypes or groups. This is the first study of genetic association of this polymorphism with DP in Brazilian subjects and the first one that associate A/G genotype with protection against DP.

Mecanismos de neurotoxicidade induzidos pela Dopamina e pela 6–OH-dopamina num modelo celular humano: efeito da presença de extratos de algas com elevada capacidade antioxidante

O aumento da esperança média de vida tem elevado a prevalência de doenças neurodegenerativas, como é o caso da doença de Parkinson. Nos últimos anos a procura de novas soluções terapêuticas, assim como a minimização dos efeitos dos tratamentos atualmente utilizados tem promovido a procura de novas soluções. Deste modo, o objetivo deste trabalho consistiu no estudo dos mecanismos moleculares de neurotoxicidade induzidos pela dopamina (DA) e 6-hidroxidopamina (6-OHDA) num modelo celular do neuroblastoma humano (SH-SY5Y), bem como na avaliação do potencial neuroprotetor de extratos de algas com elevada capacidade antioxidante. O efeito neurotóxico da DA e 6-OHDA, assim como o efeito protetor dos extratos das algas com maior atividade antioxidante (Sargassum muticum, Saccorhiza polyschides, Padina pavonica, Codium tomentosum, Ulva compressa) foi avaliado através da viabilidade celular das células SH-SY5Y utilizando o método de MTT. De modo a compreender os efeitos induzidos na viabilidade celular pela DA e 6-OHDA procedeu-se ao estudo da atividade da caspase-3, alterações do potencial mitocondrial e quantificação de H2O2. Os resultados demonstraram um claro efeito dependente da concentração da DA (30-3000μM) e 6-OHDA (10-1000μM) na viabilidade celular das células SH-SY5Y, bem como do tempo de exposição (6-48h). No que diz respeito a prevenção do efeito neurotóxico da DA (1000μM (56,41±5,05% de células viáveis); 24h) e 6-OHDA (100μM (66,76±3,24% de células viáveis);24h) pelos extratos das algas (1mg/mL; 24h) verificou-se que os extratos que apresentaram um efeito preventivo mais marcado pertencem as algas Sargassum muticum (82,37±6,41% de células viáveis e 115,8±8,53% de células viáveis, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente), Saccorhiza polyschides (89,26±8,62% de células viáveis e 106,51±4,26% de células viáveis, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente) e Codium tomentosum (81,28±3,68% de células viáveis e 103,17±7,25% de células viáveis, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente). A morte celular induzida pela DA e pela 6-OHDA foi acompanhada pelo aumento da atividade da caspase-3 quando comparado com o controlo (DA - 66,46±1,49fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto; 6-OHDA - 22,56±1,71fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto; controlo – 4,8 ±0,48fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto), pela presença de elevadas quantidades de peróxido de hidrogénio (H2O2) (363,81±28,58 % do controlo e 214,26 ± 8,46 % do controlo, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente) e pela despolarização da membrana mitocondrial (162,3±2,34 % do controlo e 144,7±2,87 % do controlo, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente). Por sua vez, durante o tratamento com extratos das algas (1mg/mL) na presença de DA e 6-OHDA verificou-se uma inibição da atividade da caspase-3 induzida pelas algas Sargassum muticum (2,53±2,49fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto e 4,52±1,36 fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente), Saccorhiza polyschides (4,71±0,70fluorescência (u.a.)/mg de proteína/minuto e 2,73±1,11 fluorescência (u.a.)/mg de proteína/minuto, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente) e Codium tomentosum (17,05±1,72fluorescência (u.a.)/mg de proteína/minuto e 2,58±1,77fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente). De igual modo verificou-se uma diminuição da produção de H2O2 pelas células SH-SY5Y na presença dos extratos das algas Sargassum muticum (132,58 ± 10,68% controlo), Saccorhiza polyschides (150,54 ± 23,54% controlo) e Codium tomentosum (54,074 ± 6,66% do controlo), quando expostas a 6-OHDA, contudo não se verificou o mesmo efeito na presença de DA. Relativamente ao potencial mitocondrial observou-se uma inibição da despolarização mitocondrial induzida pela DA e 6-OHDA nas células SH-SY5Y pela presença dos extratos das algas Sargassum muticum (135,7±2,97% controlo e 49,3±1,17% controlo, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente), Saccorhiza polyschides (126,7±5,46% controlo e 94,3±1,70% controlo, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente). Os resultados obtidos demonstraram o potencial citoprotetor dos extratos de algas sobre efeitos neurotóxicos induzidos pela DA e 6-OHDA no modelo celular SH-SY5Y. O efeito protetor é mediado pela diminuição da condição de stress oxidativo, com redução da produção de H2O2, diminuição da atividade da caspase-3 e prevenção da alteração do potencial mitocondrial induzido pela DA e 6-OHDA. Conclui-se que os extratos de algas produzem moléculas bioativas com elevado potencial antioxidante, podendo ser uma fonte promissora de novos compostos neuroprotetores com aplicação terapêutica para doenças neurodegenerativas como a doença de Parkinson.

Dissecting the role of Profilin-1 in microglial cell function: the impact on ROS production

Microglial cells are the resident immune cells of central nervous system (CNS) and the major players in neuroinflammation. These cells are also responsible for surveilling the neuronal microenvironment, and upon injury to the CNS they change their morphology and molecular profile and become activated. Activated status is associated with microglia proliferation, migration to injury foci, increased phagocytic capacity, production and release of reactive oxygen species (ROS), cytokines (pro- or anti-inflammatory) and reactive nitrogen species. Microglia activation is crucial for tissue repair in the healthy brain. However, their chronic activation or deregulation might contribute for the pathophysiology of neurodegenerative diseases. A better understanding of the mechanisms underlying microglial cell activation is important for defining targets and develop appropriate therapeutic strategies to control the chronic activation of microglia. It has been observed an increase in profilin (Pfn) mRNA in microglial cells in the rat hippocampus after unilateral ablation of its major extrinsic input, the entorhinal cortex. This observation suggested that Pfn might be involved in microglia activation. Pfn1 is an actin binding protein that controls assembly and disassembly of actin filaments and is important for several cellular processes, including, motility, cell proliferation and survival. Here, we studied the role of Pfn1 in microglial cell function. For that, we used primary cortical microglial cell cultures and microglial cell lines in which we knocked down Pfn1 expression and assessed the activation status of microglia, based on classical activation markers, such as: phagocytosis, glutamate release, reactive oxygen species (ROS), pro- and anti-inflammatory cytokines. We demonstrated that Pfn1 (i) is more active in hypoxia-challenged microglia, (ii) modulates microglia pro- and anti-inflammatory signatures and (iii) plays a critical role in ROS generation in microglia. Altogether, we conclude that Pfn1 is a key protein for microglia homeostasis, playing an essential role in their activation, regardless the polarization into a pro or anti-inflammatory signature.

Caracterização da fosfatase String/Cdc25 como um regulador da neurotoxicidade de Tau em Drosophila

As tauopatias, grupo onde se inclui a doença de Alzheimer (AD), são caracterizadas pela deposição intracelular de emaranhados neurofibrilares (NFTs), compostos principalmente por formas hiperfosforiladas da proteína Tau, uma proteína que se associa aos microtúbulos. Os mecanismos moleculares subjacentes à neurotoxicidade induzida por Tau não são ainda claros. Drosophila melanogaster tem sido usada para modelar diversas doenças neurodegenerativas humanas, incluindo as tauopatias. Neste trabalho foi usado o sistema visual de Drosophila como modelo para identificar os passos que podem levar à acumulação de Tau em Tauopatias. Durante o desenvolvimento do olho de Drosophila, a expressão ectópica de hTau induz um olho rugoso, em consequência da neurotoxicidade, e que pode ser utilizado para identificar modificadores do fenótipo. A fosfatase codificada por string /cdc25 (stg), um regulador universal da transição G2/M, foi previamente identificada como um supressor da neurotoxicidade associada à expressão da proteina Tau. No entanto, os mecanismos moleculares que estão na base desta interação genética nunca foram estudados, desconhecendo-se também se a atividade fosfatase de Stg/Cdc25 é essencial para modular os níveis de fosforilação de Tau. O objetivo deste projeto consistiu em elucidar os mecanismos que se encontram na base da interação Stg-Tau. Para alcançar este objectivo, usou-se uma abordagem genética e bioquímica. Os resultados obtidos sugerem que Stg é um possível modulador da neurotoxicidade de Tau.

Diminuição da expressão dos genes APP e CP em doentes de Alzheimer sugere alteração da exportação de ferro celular nesta demência

Recentemente tem-se assistido a um acumular de evidência sugerindo a implicação de uma desregulação do metabolismo do ferro (Fe) na fisiopatologia da doença de Alzheimer (DA). Neste trabalho, pretendemos esclarecer melhor os mecanismos moleculares subjacentes à homeostasia deste metal na DA, particularmente ao nível do efluxo celular. Assim, mediu-se em células mononucleares do sangue periférico de 73 doentes com DA e 74 controlos a expressão de genes diretamente envolvidos na regulação e exportação celular de Fe, utilizando a técnica de PCR quantitativo. Os resultados mostraram uma diminuição significativa na expressão dos genes aconitase (ACO1; P=0,007); ceruloplasmina (CP; P<0,001) e proteína precursora de beta amilóide (APP; P=0,006) em doentes com DA comparativamente com os voluntários saudáveis. Estas observações apontam para uma diminuição significativa da expressão dos genes associados com a exportação de Fe celular mediada pela ferroportina na DA. Assim, o presente estudo reforça resultados anteriores que mostram alterações no metabolismo do Fe e podem estar na origem da retenção intracelular deste metal e aumento de stress oxidativo caraterísticos desta patologia.

Identificação dos produtos de oxidação de glicosfingolípidos por espectrometria de massa

O stress oxidativo está associado ao envelhecimento e a inúmeras patologias, nomeadamente a doenças neurodegenerativas e cardiovasculares, e a diversos outros fatores. O stress oxidativo leva à oxidação de importantes biomoléculas como os lípidos e, ao contrário da maior parte dos produtos de oxidação de fosfolípidos e ácidos gordos insaturados (PUFAS), os produtos de oxidação de glicosfingolípidos (GSLs) têm sido escassamente estudados. Os glicosfingolípidos são moléculas muito diversificadas estruturalmente e com importantes funções, essencialmente no sistema nervoso central (SNC) onde estão localizados maioritariamente. Deste modo, alterações na estrutura dos GSLs conduzirão a consequente comprometimento das suas funções e ao possível desenvolvimento de patologias. Assim para identificar as modificações oxidativas que ocorrem em glicosfingolípidos e pressupor consequentes efeitos biológicos nas células sob stress oxidativo, prepararamse sistemas modelo biomiméticos com diferentes GSLs os quais foram expostos a radicais hidroxilo gerados sob condições da reação de Fenton (H2O2 e Fe2+) e as reações foram monitorizadas por diferentes metodologia utilizando a espectrometria de massa. Os resultados obtidos com este estudo permitiram-nos identificar vários produtos de oxidação produzidos durante a oxidação desta classe de lípidos. Os produtos de oxidação observados em comum, em todos os GSLs estudados (C16:0GalCer, C24:1GalCer, C24:1LacCer e GM1) foram as suas correspondentes ceramidas. Estas atuam como agentes pro-apoptóticos e podem in vivo promover a neurodegeneração nas células sob stress oxidativo. Também foi possível observar produtos com inserção de oxigénio junto às duplas ligações ou na cadeia de esfingosina (no caso do GM1) ou na cadeia de ácido gordo monoinsaturada (no caso da C24:1GalCer, C24:1LacCer), corroborando o facto de que ácidos gordos saturados não são susceptíveis à oxidação por radicais. Interessantemente em ambos os GSLs de cadeias glicosiladas compostas com mais de um açúcar (C24:1LacCer e GM1) observou-se a despolimerização oxidativa da porção glicosilada por quebra das correspondentes ligações glicosídicas. Esta degradação leva à formação de GlcCer no caso de oxidação de LacCer ou na formação de outros gangliósidos (GM2, GM3, asialoGM1 e asialoGM2) e glicolípidos (LacCer e GlcCer), no caso de oxidação de GM1. A formação por via radicalar não enzimática destes GSLs leva a distúrbios no perfil lipídico. Previamente, em certas doenças, foram observadas variações na concentração do perfil de gangliósidos e de ceramidas. Estes dados permitem sugerir que em células em condições de stress oxidativo, a acumulação de gangliósidos mais simples e ceramidas poderá ter uma contribuição de produtos da degradação oxidativa dos gangliósidos e GSLs mais complexos. Este trabalho contribui assim para uma melhor compreensão das modificações estruturais que ocorrem em alguns glicosfingolípidos em condições de stress oxidativo. Os produtos de oxidação aqui identificados suportam a sua possível futura deteção em sistemas biológicos.