Biotechnologies for cancer diagnostics : cell sorting, protein analysis and imaging of cellular metabolism

This thesis presents the development of chip-based technology for informative in vitro cancer diagnostics. In the first part of this thesis, I will present my contribution in the development of a technology called “Nucleic Acid Cell Sorting (NACS)”, based on microarrays composed of nucleic acid encoded peptide major histocompatibility complexes (p/MHC), and the experimental and theoretical methods to detect and analyze secreted proteins from single or few cells.

Secondly, a novel portable platform for imaging of cellular metabolism with radio probes is presented. A microfluidic chip, so called “Radiopharmaceutical Imaging Chip” (RIMChip), combined with a beta-particle imaging camera, is developed to visualize the uptake of radio probes in a small number of cells. Due to its sophisticated design, RIMChip allows robust and user-friendly execution of sensitive and quantitative radio assays. The performance of this platform is validated with adherent and suspension cancer cell lines. This platform is then applied to study the metabolic response of cancer cells under the treatment of drugs. Both cases of mouse lymphoma and human glioblastoma cell lines, the metabolic responses to the drug exposures are observed within a short time (~ 1 hour), and are correlated with the arrest of cell-cycle, or with changes in receptor tyrosine kinase signaling.

The last parts of this thesis present summaries of ongoing projects: development of a new agent as an in vivo imaging probe for c-MET, and quantitative monitoring of glycolytic metabolism of primary glioblastoma cells. To develop a new agent for c-MET imaging, the one-bead-one-compound combinatorial library method is used, coupled with iterative screening. The performance of the agent is quantitatively validated with cell-based fluorescent assays. In the case of monitoring the metabolism of primary glioblastoma cell, by RIMChip, cells were sorting according to their expression levels of oncoprotein, or were treated with different kinds of drugs to study the metabolic heterogeneity of cancer cells or metabolic response of glioblastoma cells to drug treatments, respectively.

Structurally engineered cytochromes c with novel ligand-binding properties

Semisynthesis of horse heart cytochrome c and site-directed mutagenesis of Saccharomyces cerevisiae (S. c.) iso-1-cytochrome c have been utilized to substitute Ala for the cytochrome c heme axial ligand Met80 to yield ligand-binding proteins (horse heart Ala80cyt c and S.c. Ala80cyt c) with spectroscopic properties remarkably similar to those of myoglobin. Both species of Fe(II)Ala80cyt c form exceptionally stable dioxygen complexes with autoxidation rates 10-30x smaller and O₂ binding constants ~ 3x greater than those of myoglobin. The resistance of O₂-Fe(II)Ala80cyt c to autoxidation is attributed in part to protection of the heme site from solvent as exhibited by the exceptionally slow rate of CO binding to the heme as well as the low quantum yield of CO photodissociation.

UV/vis, EPR, and paramagnetic NMR spectroscopy indicate that at pH 7 the Fe(III)Ala80cyt c heme is low-spin with axial His-OH^- coordination and that below pH ~6.5, Fe(III)Ala80cyt cis high-spin with His-H₂O heme ligation. Significant differences in the pH dependence of the ¹H NMR spectra of S.c. Fe(III)Ala80cyt c compared to wild-type demonstrate that the axial ligands influence the conformational energetics of cytochrome c.

¹H NMR spectroscopy has been utilized to determine the solution structure of the cyanide derivative of S.c. Fe(III)Ala80cyt c. 82% of the resonances in the ¹H NMR spectrum of S.c. CN-Fe(III)Ala80cyt c have been assigned through 1D and 2D experiments. The RMSD values after restrained energy minimization of the family of 17 structures obtained from distance geometry calculations are 0.68 ± 0.11 Å for the backbone and 1.32 ± 0.14 Å for all heavy atoms. The solution structure indicates that a tyrosine in the "distal" pocket of CN-Fe(III)Ala80cyt c forms a hydrogen bond with the Fe(III)-CN unit, suggesting that it may play a role analogous to that of the distal histidine in myoglobin in stabilizing the dioxygen adduct.

Protein-protein recognition: The neonatal Fe receptor and immunoglobulin G

The neonatal Fe receptor (FeRn) binds the Fe portion of immunoglobulin G (IgG) at the acidic pH of endosomes or the gut and releases IgG at the alkaline pH of blood. FeRn is responsible for the maternofetal transfer of IgG and for rescuing endocytosed IgG from a default degradative pathway. We investigated how FeRn interacts with IgG by constructing a heterodimeric form of the Fe (hdFc) that contains one FeRn binding site. This molecule was used to characterize the interaction between one FeRn molecule and one Fe and to determine under what conditions FeRn forms a dimer. The hdFc binds one FeRn molecule at pH 6.0 with a K_d of 80 nM. In solution and with FeRn anchored to solid supports, the heterodimeric Fe does not induce a dimer of FeRn molecules. FcRnhdFc complex crystals were obtained and the complex structure was solved to 2.8 Å resolution. Analysis of this structure refined the understanding of the mechanism of the pH-dependent binding, shed light on the role played by carbohydrates in the Fe binding, and provided insights on how to design therapeutic IgG antibodies with longer serum half-lives. The FcRn-hdFc complex in the crystal did not contain the FeRn dimer. To characterize the tendency of FeRn to form a dimer in a membrane we analyzed the tendency of the hdFc to induce cross-phosphorylation of FeRn-tyrosine kinase chimeras. We also constructed FeRn-cyan and FeRn-yellow fluorescent proteins and have analyzed the tendency of these molecules to exhibit fluorescence resonance energy transfer. As of now, neither of these analyses have lead to conclusive results. In the process of acquiring the context to appreciate the structure of the FcRn-hdFc interface, we developed a study of 171 other nonobligate protein-protein interfaces that includes an original principal component analysis of the quantifiable aspects of these interfaces.

Signal transduction, regulation, and developmental logic of EGFR signalling in C. elegans

RTKs-mediated signaling systems and the pathways with which they interact (e.g., those initiated by G protein-mediated signaling) involve a highly cooperative network that sense a large number of cellular inputs and then integrate, amplify, and process this information to orchestrate an appropriate set of cellular responses. The responses include virtually all aspects of cell function, from the most fundamental (proliferation, differentiation) to the most specialized (movement, metabolism, chemosensation). The basic tenets of RTK signaling system seem rather well established. Yet, new pathways and even new molecular players continue to be discovered. Although we believe that many of the essential modules of RTK signaling system are rather well understood, we have relatively little knowledge of the extent of interaction among these modules and their overall quantitative importance.

My research has encompassed the study of both positive and negative signaling by RTKs in C. elegans. I identified the C. elegans S0S-1 gene and showed that it is necessary for multiple RAS-mediated developmental signals. In addition, I demonstrated that there is a SOS-1-independent signaling during RAS-mediated vulval differentiation. By assessing signal outputs from various triple mutants, I have concluded that this SOS-1-independent signaling is not mediated by PTP-2/SHP-2 or the removal of inhibition by GAP-1/ RasGAP and it is not under regulation by SLI-1/Cb1. I speculate that there is either another exchange factor for RASor an as yet unidentified signaling pathway operating during RAS-mediated vulval induction in C. elegans.

In an attempt to uncover the molecular mechanisms of negative regulation of EGFR signaling by SLI-1/Cb1, I and two other colleagues codiscovered that RING finger domain of SLI-1 is partially dispensable for activity. This structure-function analysis shows that there is an ubiquitin protein ligase-independent activity for SLI-1 in regulating EGFR signaling. Further, we identified an inhibitory tyrosine of LET-23/ EGFR requiring sli-1(+)for its effects: removal of this tyrosine closely mimics loss of sli-1 but not loss of other negative regulator function.

By comparative analysis of two RTK pathways with similar signaling mechanisms, I have found that clr-1, a previously identified negative regulator of egl-15 mediated FGFR signaling, is also involved in let-23 EGFR signaling. The success of this approach promises a similar reciprocal test and could potentially extend to the study of other signaling pathways with similar signaling logic.

Finally, by correlating the developmental expression of lin-3 EGF to let-23 EGFR signaling activity, I demonstrated the existence of reciprocal EGF signaling in coordinating the morphogenesis of epithelia. This developmental logic of EGF signaling could provide a basis to understand a universal mechanism for organogenesis.

Functional evaluation of noncovalent interactions in neuroreceptors and progress toward the expansion of unnatural amino acid methodology

This dissertation primarily describes chemical-scale studies of G protein-coupled receptors and Cys-loop ligand-gated ion channels to better understand ligand binding interactions and the mechanism of channel activation using recently published crystal structures as a guide. These studies employ the use of unnatural amino acid mutagenesis and electrophysiology to measure subtle changes in receptor function.

In chapter 2, the role of a conserved aromatic microdomain predicted in the D3 dopamine receptor is probed in the closely related D2 and D4 dopamine receptors. This domain was found to act as a structural unit near the ligand binding site that is important for receptor function. The domain consists of several functionally important noncovalent interactions including hydrogen bond, aromatic-aromatic, and sulfur-π interactions that show strong couplings by mutant cycle analysis. We also assign an alternate interpretation for the linear fluorination plot observed at W6.48, a residue previously thought to participate in a cation-π interaction with dopamine.

Chapter 3 outlines attempts to incorporate chemically synthesized and in vitro acylated unnatural amino acids into mammalian cells. While our attempts were not successful, method optimizations and data for nonsense suppression with an in vivo acylated tRNA are included. This chapter is aimed to aid future researchers attempting unnatural amino acid mutagenesis in mammalian cells.

Chapter 4 identifies a cation-π interaction between glutamate and a tyrosine residue on loop C in the GluClβ receptor. Using the recently published crystal structure of the homologous GluClα receptor, other ligand-binding and protein-protein interactions are probed to determine the similarity between this invertebrate receptor and other more distantly related vertebrate Cys-loop receptors. We find that many of the interactions previously observed are conserved in the GluCl receptors, however care must be taken when extrapolating structural data.

Chapter 5 examines inherent properties of the GluClα receptor that are responsible for the observed glutamate insensitivity of the receptor. Chimera synthesis and mutagenesis reveal the C-terminal portion of the M4 helix and the C-terminus as contributing to formation of the decoupled state, where ligand binding is incapable of triggering channel gating. Receptor mutagenesis was unable to identify single residue mismatches or impaired protein-protein interactions within this domain. We conclude that M4 helix structure and/or membrane dynamics are likely the cause of ligand insensitivity in this receptor and that the M4 helix has an role important in the activation process.

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.

Efeitos da suplementação dietética com cálcio sobre a plasticidade ontogenética decorrente do desmame precoce ou da exposição materna a nicotina na lactação

O cálcio tem se mostrado útil na regulação do metabolismo energético, favorecendo a perda de peso. Visto que tanto o desmame precoce como a exposição materna à nicotina na lactação são fatores condicionantes para o desenvolvimento de obesidade, hiperleptinemia e resistência à insulina, além de outras alterações endócrinas na idade adulta, decidimos avaliar os possíveis efeitos da suplementação dietética com cálcio sobre as disfunções apresentadas pelos seguintes modelos experimentais: 1) Desmame precoce (DP): ratas lactantes foram envolvidas com atadura para interromper o acesso da prole ao leite nos 3 últimos dias da lactação. As proles das ratas controles tiveram livre acesso ao leite materno durante todo o período da lactação (21 dias). 2) Exposição materna à nicotina (N): Dois dias após o nascimento, ratas lactantes receberam implantes de minibombas osmóticas contendo solução de nicotina (6 mg/kg/dia, 14 dias) ou salina (C), nas mesmas condições. Aos 120 dias de idade, as proles de ambos os modelos de obesidade experimental receberam dieta padrão ou dieta suplementada com cálcio (10g de carbonato de cálcio/kg de ração). O sacrifício ocorreu aos 180 dias de idade. Os dados foram considerados significativos quando p<0,05. Corroborando dados anteriores do nosso grupo, as proles de ambos os modelos de programação (N e DP) apresentaram maior gordura corporal total e visceral, hiperleptinemia, resistência hipotalâmica a leptina e distúrbios na homeostase glicêmica. Além disto, verificamos que as proles N e DP também exibiram aumento dos níveis séricos de 25-hidroxivitamina D3. Todos essas alterações endócrino-metabólicas foram corrigidas pelo tratamento com suplementação com cálcio. Além disso, a prole DP aos 180 dias mostrou hiperfagia e hipertrigliceridemia, que também foram normalizados pela suplementação dietética com cálcio. A prole N apresentou hipotireoidismo, maior conteúdo de catecolaminas e maior expressão de tirosina hidroxilase (TH). A terapia com cálcio reverteu a disfunção adrenal, embora não tenha sido eficaz para normalizar a hipofunção tireoideana. Assim, a suplementação dietética com cálcio normalizou a maioria dos parâmetros da síndrome metabólica observadas nos dois modelos de plasticidade ontogenética. É possível que a redução da adiposidade central induzida pela terapia com cálcio, por si, tenha sido o principal mecanismo que resultou na melhora dos parâmetros estudados. Uma vez que a suplentação de cálcio reverteu as concentrações séricas de 25-hidroxivitamina D3 dos animais obesos, é possível que o efeito anti-obesidade do cálcio também ocorra via ação do calcitriol sobre o adipócito.

Efeito da superalimentação neonatal sobre a função adrenal e o desenvolvimento da microesteatose hepática em ratos adultos

O estado nutricional e hormonal em fases iniciais de desenvolvimento (gestação e lactação) está relacionado a alterações epigenéticas, que podem levar ao desenvolvimento de doenças. A obesidade infantil está relacionada com a ocorrência da obesidade na idade adulta, resistência à insulina e maior risco cardiometabólico. Em estudos experimentais, a superalimentação neonatal causa obesidade e aumenta o risco de doenças cardiovasculares. Estes animais apresentam obesidade visceral, hiperfagia, hiperleptinemia e hipertensão na idade adulta. Previamente, demonstramos que a hiperleptinemia neonatal causa hiperfunção da medula adrenal e microesteatose na idade adulta. No presente estudo avaliamos a função adrenal de ratos adultos obesos no modelo de superalimentação neonatal por redução do tamanho da ninhada e a sensibilidade as catecolaminas no tecido adiposo visceral (TAV) e no fígado. Ao nascimento todas as ninhadas tiveram seu número de filhotes ajustados para 10. Para induzir a superalimentação neonatal, o tamanho da ninhada foi reduzido de dez para três filhotes machos no terceiro dia de lactação até o desmame (SA), enquanto que o grupo controle permaneceu com 10 filhotes durante toda a lactação. Após o desmame, os ratos tiveram livre acesso à dieta padrão e água até 180 dias (1 animal de cada ninhada, n = 7). O TAV e as glândulas adrenais foram pesadas. As contrações hormonais séricas, o conteúdo hepático de glicogênio e triglicerídeos foram avaliados por kits comerciais. O conteúdo e a secreção de catecolaminas adrenais foram avaliados utilizando o método do trihidroxindol. O conteúdo dos hormônios eixo hipotálamo-hipófise-córtex adrenal, das enzimas da via de síntese das catecolaminas na glândula adrenal, ADRB2 no fígado e ADRB3 no TAV foram determinados por Western blotting ou imunohistoquímica. As diferenças foram consideradas significativas quando p <0,05. Aos 180 dias de vida, o grupo SA apresentou maior massa corporal (+15%), maior consumo alimentar (+15%) e maior adiposidade visceral (+79%). Os hormônios do eixo hipotálamo-hipófise-córtex-adrenal não foram alterados. O grupo SA apresentou maior expressão de tirosina hidroxilase e de DOPA descarboxilase (+31% e 90%, respectivamente); conteúdo de catecolaminas adrenais (absoluta: 35% e relativa: 40%), e secreção de catecolaminas, tanto basal quanto estimulada por cafeína (+35% e 43%, respectivamente). O conteúdo ADRB3 no TAV não foi alterado nos grupo SA, entretanto o ADRB2 no fígado apresentou-se menor (-45%). O grupo SA apresentou maior conteúdo de glicogênio e triglicerídeos no fígado (+79% e +49%, respectivamente), além de microesteatose. A superalimentação neonatal resulta em hiperativação adrenomedular e aparentemente está associada a preservação da sensibilidade às catecolaminas no VAT. Adicionalmente sugerimos que o maior conteúdo de glicogênio e triglicerídeos hepático seja devido a menor sensibilidade as catecolaminas. Tal perfil pode contribuir para a disfunção metabólica hepática e hipertensão arterial que são características deste modelo de obesidade programada.

Leptina e grelina na regulação do comportamento alimentar da tartaruga Eretmochelys imbricata (Linnaeus 1766)

Durante a temporada de nidação, fêmeas de tartarugas marinhas costumam reduzir ou cessar por completo a ingestão de alimentos. Este fato sugere que o armazenamento de energia e nutrientes para a reprodução ocorra durante o período que antecede a migração para os sítios reprodutivos, enquanto estes animais ainda se encontram nas áreas de alimentação. Do ponto de vista fisiológico, tartarugas em atividade reprodutiva são capazes de permanecer longos períodos em jejum. Fatores neuroendócrinos vêm sendo recentemente apontados como os mais relevantes para a manutenção da homeostase energética de todos os vertebrados; entre eles, a leptina (hormônio anorexígeno) e a grelina (peptídeo orexígeno). Com o objetivo de compreender o mecanismo de fome e saciedade nas tartarugas marinhas, investigamos os níveis séricos destes hormônios e de outros indicadores nutricionais em fêmeas de Eretmochelys imbricata desovando no litoral do Rio Grande do Norte, Brasil. Foram coletadas amostras de sangue de 41 tartarugas durante as temporadas reprodutivas de 2010/2011 e 2011/2012. Os níveis séricos de leptina diminuíram significativamente ao longo do período de nidação, de modo a explicar a busca por alimentos ao término da temporada. Ao mesmo tempo, registramos uma tendência crescente nos níveis séricos de grelina, fator este que também justifica a remigração para as áreas de alimentação no fim do período. Não foram observadas tendências lineares para alguns dos parâmetros avaliados, entre eles: hematócrito, alanina aminotransferase (ALT), aspartato aminotransferase (AST), fosfatase alcalina (FA), gama glutamil transferase (GGT), lipoproteínas de baixa densidade (LDL) e lipoproteínas de alta densidade (HDL). É possível que a maior parte dos indicadores nutricionais tenha apresentado redução gradativa devido ao estresse fisiológico decorrente da vitelogênese e de repetidas oviposições. No entanto, é valido ressaltar que o quadro de restrição calórica por tempo prolongado é o principal responsável pelas alterações em índice de massa corpórea e padrões bioquímicos nestes animais.

Disfunções endócrinas no modelo de programação pela exposição à fumaça de cigarro na lactação

Eventos ou estímulos no início da vida podem afetar o desenvolvimento do indivíduo; dentre esses o tabagismo materno. A exposição materna isolada à nicotina, principal componente do cigarro, causa na prole alterações metabólicas, em curto e longo prazo, como aumento da adiposidade, resistência à leptina, e disfunção tireoideana e adrenal. Entretanto é sabido que na fumaça de cigarro estão presentes outros componentes com potenciais efeitos tóxicos. Assim propomos comparar o efeito de duas formas de exposição neonatal à fumaça do cigarro sobre o perfil endócrino-metabólico da prole em curto e longo prazo. Para isso, no 3 dia após o nascimento, ratos lactentes foram submetidos a dois modelos: Modelo I (exposição pelo leite materno), ninhadas separadas em: exposição à fumaça (EF; n=8) lactantes expostas à fumaça de cigarros 2R1F (1,7 mg de nicotina/cigarro por 1h, 4 vezes ao dia), separadas de suas proles e grupo controle (C; n=8), onde as mães foram separadas de suas proles e expostas ao ar filtrado; Modelo II (exposição direta à fumaça), ninhadas separadas em: exposição à fumaça (EF; n=8) mães e proles expostas à fumaça de cigarros 2R1F e controle (C; n=8) mães e proles expostas ao ar filtrado. A exposição ao tabaco ocorreu até o desmame. Mães sacrificadas aos desmame e proles aos desmame e aos 180 dias de idade. As mães lactantes expostas à fumaça (EF) apresentaram hipoleptinemia (-46%), hiperprolactinemia (+50%), hipoinsulinemia (-40%) e diminuição de triglicérides (-53%). Quanto a composição bioquímica do leite, as lactantes EF mostraram aumento de lactose (+52%) e triglicérides (+78%). No modelo I, as proles EF apresentaram ao desmame: diminuição da gordura corporal total (-24%), aumento de proteína corporal total (+17%), diminuição da glicemia (-11%), hiperinsulinemia (+28%), hipocorticosteronemia (-40%) e aumento de triglicérides (+34%). Quando adultas, as proles EF apresentaram somente alteração da função adrenal onde observou-se menor conteúdo de catecolaminas (-50%) e da expressão de tirosina hidroxilase na medula adrenal (-56%). No modelo II, as proles EF aos 21 dias exibiram diminuição da MC (-7%), do comprimento nasoanal (-5%), da gordura retroperitoneal (-59%), da área dos adipócitos viscerais (-60%) com maior área dos adipócitos subcutâneos (+95%), aumento do T4 (+59), da corticosterona (+60%), do conteúdo adrenal de catecolaminas (+58%) e hipoinsulinemia (-29%). Aos 180 dias, as proles EF apresentaram aumento da ingestão alimentar (+10%), dos depósitos de gordura visceral (~60%) e conteúdo de gordura corporal total (+50%), menor área dos adipócitos subcutâneos (-24%), aumento da leptina (+85%), glicemia (+11%), adiponectina (+1.4x), T3 (+71%), T4 (+57%) e TSH (+36,5%) com menor corticosterona (-41%) e catecolaminas adrenais (-57%) e aumento dos triglicerídeos (+65%). Somados nossos dados evidenciam o impacto negativo que a exposição à fumaça do cigarro tem sobre o desenvolvimento do neonato com o surgimento de desordens endócrinas futuras, que ocorrem pelo menos em parte devido às alterações observadas nas mães. Portanto, independente da forma de exposição, seja via aleitamento materno ou por inalação direta, é de grande importância alertar a sociedade sobre as possíveis complicações metabólicas em longo prazo decorrente da exposição involuntária do neonato ao tabagismo.

Efeitos da hipóxia-isquemia perinatal sobre o comportamento motor, distribuição da Tirosina Hidroxilase na substância negra e da NADPH diaforase no hipocampo durante o desenvolvimento em ratos

A hipóxia isquemia (HI) pré-natal é uma das principais causas de mortalidade e doenças neurológicas crônicas em neonatos, que podem apresentar déficits remanentes como: retardamento, paralisia cerebral, dificuldade de aprendizado ou epilepsia. Estes prejuízos, provavelmente, estão relacionados com o atraso no desenvolvimento neural, astrogliose e com a perda de neurônios e oligodendrócitos. Déficits funcionais e cognitivos estão associados à degeneração de vias dopaminérgicas e de estruturas hipocampais. A enzima tirosina hidroxilase (TH) é a enzima limitante na síntese de dopamina e seus níveis são alterados em eventos de HI. O óxido nítrico (NO) é um gás difusível que atua modulando diferentes sistemas, participando de eventos como plasticidade sináptica e neuromodulação no sistema nervoso central e é produzido em grandes quantidades em eventos de injúria e inflamação, como é o caso da HI. O presente estudo teve por objetivos avaliar, utilizando o modelo criado por Robinson e colaboradores em 2005, os efeitos da HI sobre o comportamento motor e avaliar o desenvolvimento de estruturas encefálicas relacionadas a este comportamento como a substância negra (SN) e o complexo hipocampal. A HI foi induzida a partir do clampeamento das artérias uterinas da rata grávida, por 45 minutos no décimo oitavo dia de gestação (grupo HI). Em um grupo de fêmeas a cirurgia foi realizada, mas não houve clampeamento das artérias (grupo SHAM). A avaliação do comportamento motor foi realizada com os testes ROTAROD e de campo aberto em animais de 45 dias. Os encéfalos foram processados histologicamente nas idades de P9, P16, P23 e P90, sendo então realizada imunohistoquímica para TH e histoquímica para NADPH diaforase (NADPH-d), para avaliação do NO. Nossos resultados demonstraram redução da imunorreatividade para a TH em corpos celulares na SN aos 16 dias no grupo HI e aumento na imunorreatividade das fibras na parte reticulada aos 23 dias, com a presença de corpos celulares imunorreativos nesta região no grupo HI. Demonstramos também aumento do número de células marcadas para NADPH-d no giro dentado nos animais HI, nas idades analisadas, assim como aumento na intensidade de reação no corno de Ammon (CA1 e CA3) aos 9 dias no grupo HI, e posterior redução nesta marcação aos 23 e 90dias neste mesmo grupo. Nos testes comportamentais, observamos diminuição da atividade motora no grupo HI com uma melhora do desempenho ao longo dos testes no ROTAROD, sem entretanto atingir o mesmo nível do grupo SHAM. Os animais HI não apresentaram maior nível de ansiedade em relação ao grupo SHAM, descartando a hipótese das alterações observadas nos testes de motricidade estarem relacionadas a fatores ansiogênicos. O modelo de clampeamento das artérias uterinas da fêmea se mostrou uma ferramenta importante no estudo das alterações decorrentes do evento de HI pré-natal, por produzir diversos resultados que são similares aos ocorridos em neonatos que passam por este evento.