Regulation of oxidative-stress responsive genes by arecoline in human keratinocytes

Background and Objective: Arecoline, an arecanut alkaloid present in the saliva of betel quid chewers, has been implicated in the pathogenesis of a variety of inflammatory oral diseases, including oral submucous fibrosis and periodontitis. To understand the molecular b asis of arecoline action in epithelial changes associated with these diseases, we investigated the effects of arecoline on human keratinocytes with respect to cell growth regulation and the expression of stress-responsive genes.Material and Methods:Human keratinocyte cells (of the HaCaT cell line) were treated with arecoline, following which cell viability was assessed using the Trypan Blue dye-exclusion assay, cell growth and proliferation were analyzed using the MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromide) and 5-bromo-2-deoxyuridine incorporation assays, cell cycle arrest and generation of reactive oxygen species were examined using flow cytometry, and gene expression changes were investigated using the reverse transcription-polymerase chain reaction technique. The role of oxidative stress, muscarinic acetylcholine receptor and mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways were studied using specific inhibitors. Western blot analysis was performed to study p38 MAPK activation.Results:Arecoline induced the generation of reactive oxygen species and cell cycle arrest at the G1/G0 phase in HaCaT cells without affecting the expression of p21/Cip1. Arecoline-induced epithelial cell death at higher concentrations was caused by oxidative trauma without eliciting apoptosis. Sublethal concentrations of arecoline upregulated the expression of the following stress-responsive genes: heme oxygenase-1; ferritin light chain; glucose-6-phosphate dehydrogenase; glutamate-cysteine ligase catalytic subunit; and glutathione reductase.Additionally, there was a dose-dependent induction of interleukin-1alfa mRNA by arecoline via oxidative stress and p38 MAPK activation. Conclusion:our data highlight the role of oxidative stress in arecoline-mediated cell death, gene regulation and inflammatory processes in human keratinocytes.

Properties of acetylcholinesterase from Pisum sativum

Acetylcholinesterase (AChE) from Pisum sativum purified 28 fold showed two closely moving protein bands on polyacrylamide gel electrophoresis, both of which have AChE activity. AChE activity occurs in roots, stem and leaves, that in roots varying with age. Activity is optimal at pH 9 and at 30”. The energy of activation is 9.82 x lo3 J per mol and MW is greater than 200000. Although the enzyme can hydrolyze both choline and non-choline esters, it has greater affinity for acetylthiocholine (ATCh) and acetylcholine (ACh). ATCh inhibits the enzyme at higher concentrations and the K, is 0.2 mM with this as substrate. The enzyme is not as sensitive to Eserine as it is to Neostigmine. It is also inhibited by organophosphorus pesticides such as Fensulfothion, Parathion and Dimethoate. Treatment of the seeds with Fensulfothion [O, O-diethyl (p-methylsulfinylphenyl) phosphorothioate] affects growth and secondary root development. This might be explained by its inhibition of AChE and the consequent increase of endogenous levels of ACh.

Biochemical Characterization Of Β-N-Oxalyl-L-Α,Β-Diaminopropionic Acid, The Lathyrus Sativus Neurotoxin As An Excitant Amino Acid

Abstract—β-N-Oxalyl-l-α,β-diaminopropionic acid (ODAP), the toxin isolated from the seeds of Luthyrus sativus produces head retraction, tremors and convulsions when injected into a variety of experimental animals. In 12-day-old rats, it has been found that the convulsive behaviour is accompanied by profound biochemical changes in the brain. The brain homogenates prepared from ODAP injected animals show a higher rate of respiration. There is a decrease in the brain glucose, glycogen, ATP, phosphocreatine and acetylcholine levels of the convulsing animals. The inorganic phosphate, lactic acid and acetylcholineesterase levels increase. These results establish that ODAP is a typical convulsant.

Assessment of In-House Natural Product and Synthetic Compound Libraries Based on In vitro Inhibition of Cholinesterases

The first line medication for mild to moderate Alzheimer s disease (AD) is based on cholinesterase inhibitors which prolong the effect of the neurotransmitter acetylcholine in cholinergic nerve synapses which relieves the symptoms of the disease. Implications of cholinesterases involvement in disease modifying processes has increased interest in this research area. The drug discovery and development process is a long and expensive process that takes on average 13.5 years and costs approximately 0.9 billion US dollars. Drug attritions in the clinical phases are common due to several reasons, e.g., poor bioavailability of compounds leading to low efficacy or toxic effects. Thus, improvements in the early drug discovery process are needed to create highly potent non-toxic compounds with predicted drug-like properties. Nature has been a good source for the discovery of new medicines accounting for around half of the new drugs approved to market during the last three decades. These compounds are direct isolates from the nature, their synthetic derivatives or natural mimics. Synthetic chemistry is an alternative way to produce compounds for drug discovery purposes. Both sources have pros and cons. The screening of new bioactive compounds in vitro is based on assaying compound libraries against targets. Assay set-up has to be adapted and validated for each screen to produce high quality data. Depending on the size of the library, miniaturization and automation are often requirements to reduce solvent and compound amounts and fasten the process. In this contribution, natural extract, natural pure compound and synthetic compound libraries were assessed as sources for new bioactive compounds. The libraries were screened primarily for acetylcholinesterase inhibitory effect and secondarily for butyrylcholinesterase inhibitory effect. To be able to screen the libraries, two assays were evaluated as screening tools and adapted to be compatible with special features of each library. The assays were validated to create high quality data. Cholinesterase inhibitors with various potencies and selectivity were found in natural product and synthetic compound libraries which indicates that the two sources complement each other. It is acknowledged that natural compounds differ structurally from compounds in synthetic compound libraries which further support the view of complementation especially if a high diversity of structures is the criterion for selection of compounds in a library.

Nikotiinireseptoreiden kautta vaikuttavat lääkeaineet nikotiiniriippuvuuden ja neurologisten sairauksien hoidossa

Neuronaaliset nikotiinireseptorit liittyvät tupakkariippuvuuden lisäksi moniin neurologisiin sairauksiin, kuten Alzheimerin tautiin, skitsofreniaan, masennukseen ja tarkkaavaisuus- ja ylivilkkaushäiriöön. Nikotiinireseptorien stimulaation on tutkimuksissa havaittu parantavan kognitiota. Useat lääkeyritykset tutkivat nikotiinireseptoriagonisteja ja -antagonisteja eri neurologisten sairauksien hoidossa. Ongelmana nikotiinireseptori-agonisteja käytettäessä on reseptorissa tapahtuva desensitisaatio. Tällöin reseptori sulkeutuu, eikä aktivoidu vaikka agonistia olisi tarjolla tai sitoutuneena reseptoriin. Varsinkin alfa7-reseptori desensitoituu hyvin nopeasti agonistialtistuksen seurauksena. Reseptorien desensitoituminen voi kliinisessä käytössä aiheuttaa lääkeaineen tehon menetyksen. Perinteisen agonistin sitoutumiskohdan lisäksi nikotiinireseptorissa sijaitsee myös muita sitoutumiskohtia, joita kutsutaan allosteerisiksi sitoutumispaikoiksi. Tutkimuksissa on havaittu, että eräät allosteerisesti sitoutuvat aineet, kuten PNU-120596, voivat vahvistaa agonistin aikaansaamaa vastetta ja/tai estää reseptorin desensitoitumista. Näitä aineita kutsutaan positiivisiksi allosteerisiksi modulaattoreiksi ja niiden ajatellaan olevan vaihtoehto desensitoitumisen aiheuttamaan tehon menetyksen ongelmaan. Nikotiinireseptorien positiivisten allosteeristen modulaattorien tarkkaa vaikutusta ja sitoutumiskohtaa reseptoriin ei vielä tarkkaan tiedetä. Tutkimuksen aiheena oli karakterisoida positiivisten allosteeristen modulaattoreiden vaikutuksia alfa7-nikotiinireseptoriin. Tutkimuksessa tarkoituksena oli käyttää hyväksi laboratoriossa aiemmin tehtyä havaintoa, jonka mukaan alfa7-nikotiinireseptorin transmembraaniosan aminohappoon tehdyn mutaation L247T seurauksena positiiviset allosteeriset modulaattorit muuttuvat agonisteiksi. Haluttiin selvittää, kuinka agonistin sitoutumiskohtaan kohdennettua mutageneesiä käyttäen tehty mutaatio W149M tai W149F vaikuttavat PNU-120596:n kykyyn toimia agonistina alfa7L247T reseptoriin. Asetyylikoliini toimi konventionaalisen agonistin mallina tutkimuksessa. Tutkimuksen toinen tavoite oli tehdä mutaatio M253Lalfa7-reseptorin transmembraaniosaan. Mutaation on todettu estävän allosteeristen potentiaattoreiden kykyä voimistaa agonistin aikaansaamaa vastetta. Tarkoitus oli tutkia millaisia vaikutuksia M253L-mutaatiolla on allosteerisen potentiaattorin kykyyn toimia agonistina L247T-mutaation sisältävään reseptoriin. Mutatoidun reseptorin mRNA mikroinjektoitiin oosyyttiin ja elektrofysiologian avulla tutkittiin ilmennettyjen reseptorien toimintaa käyttäen kahden elektrodin jännitelukitus -menetelmää. Kaikki suunnitellut mutaatiot saatiin tehtyä onnistuneesti alfa7- ja alfa7L247T-reseptoreihin. Ortosteerisen sitoutumiskohdan mutaatio villin tyypin Į7-reseptorissa vaikutti hyvin voimakkaasti joko asetyylikoliinin sitoutumiseen reseptoriin tai reseptorin toimintaan, sillä asetyylikoliinilla ei reseptorista saatu mitattua vasteita. Myöskään PNU-120596 yksinään ei saanut aikaan vasteita alfa7W149M-reseptorissa. Kaksoismutatoidussa alfa7W149M/L247T-reseptorissa puolestaan havaittiin, että asetyylikoliinin annos-vaste -kuvaaja siirtyi huomattavasti enemmän oikealle kuin PNU-120596:n, kun verrattiin annos-vaste –kuvaajia alfa7L247T ja alfa7W149M/L247T–reseptoreiden välillä. Transmembraaniosan mutaatio M253L ei vaikuttanut PNU-120596:n kykyyn toimia agonistina alfa7L247T-reseptoriin, eikä sillä ollut vaikutusta asetyylikoliinin annosvaste-kuvaajiin. Tutkimus tukee aiempia havaintoja siitä, että positiivisten allosteeristen modulaattoreiden sitoutumiskohta nikotiinireseptorissa sijaitsisi transmembraaniosassa. M253L-mutaation osalta tulokset ovat hieman ristiriidassa aiempien tulosten kanssa. L247T-mutaatio vaikuttaa hyvin voimakkaasti nikotiinireseptorin toimintaan sekä sijaitsee aminohapon M253 läheisyydessä. On mahdollista, että se peittää M253L-mutaation vaikutuksen. Toisaalta voi olla, että M253 on aminohappo, joka vaikuttaa vain reseptorivasteiden voimistumiseen eikä allosteeristen potentiaattoreiden sitoutumiseen.

Studies on neurotransmitter-stimulated phospholipid metabolism with cerebral tissue suspensions: A possible biochemical correlate of synaptogenesis in normal and undernourished rats

The phenomenon of neurotransmitter-stimulated incorporation of32Pi into phosphatidic acid and inositol phosphatides (neurotransmitter effect) in developing brain was studied in vitro as a possible measure of synaptogenesis. While the neurotransmitter effect was not observed with brain homogenates, highly consistent and significant effects were noted with brain tissue suspensions obtained by passing the tissue through nylon bolting cloth. The magnitude of the effect decreased with the increase in mesh number. Maximum stimulations obtained with the 33 mesh adult brain cortex preparations (mean±S.E.M. of6experiments) were203 ± 8%, 316 ± 11 % and150 ± 8% with 10−3 M acetylcholine (ACh) + 10−3 M eserine; 10−2 M norepinephrine (NE) and 10−2 M serotonin (5-HT), respectively. Experiments with developing rat brain at 7, 14 and 21 days of age showed that the neurotransmitter effects due to ACh, NE and 5-HT increase progressively in different regions of the brain but that there are marked regional differences. It is suggested that the neurotransmitter effect is a valid biochemical correlate of synaptogenesis. In rats undernourished from birth t0 21 days of age, by increasing the litter size, the neurotransmitter effect with ACh, NE or 5-HT was not altered in the cortex but was significantly reduced in the brain stem. In cerebellum the effects due to ACh and NE were significantly altered, while that with 5-HT was unaffected. It is concluded that cholinergic, adrenergic and serotonergic synapses are relatively unaffected in the cortex but are significantly affected in the brain stem by undernutrition. In the cerebellum of undernourished rats the adrenergic and cholinergic, but not serotonergic systems, are altered.

Vasomodulatory effect of novel peroxovanadate compounds on rat aorta: Role of rho kinase and nitric oxide/cGMP pathway

The present study was undertaken to assess the role of reactive oxygen species (ROS) in rat aortic ring vasoreactivity and integrity by using various peroxovanadate (pV) compounds. All the pV compounds (1 nM-300 mu M) used in the present study exerted concentration-dependent contractions on endothelium intact rat aortic rings. All compounds with an exception of DPV-asparagine (DPV-asn) significantly altered vascular integrity as shown by diminished KCl responses. Phenylephrine (PE)-mediated contractions (3 nM-300 mu M) were unaltered in the presence of these compounds. Acetylcholine (Ach)-mediated relaxation in PE (1 mu M) pre-contracted rings was significantly reduced in presence of diperoxovanadate (DPV), poly (sodium styrene sulfonate-co-maleate)-pV (PSS-CoM-pV) and poly (sodium styrene 4-sulfonate)-pV (PSS-pV). However, no significant change in Ach-mediated responses was observed in the presence of poly (acrylate)-pV (PM-pV) and DPV-asn. DPV-asn was thus chosen to further elucidate mechanism involved in peroxide mediated modulation of vasoreactivity. DPV-asn (30 nM-300 mu M) exerted significantly more stable contractions, that was found to be catalase (100 U/ml) resistant in comparison with H(2)O(2) (30 nM-300 mu M) in endothelium intact aortic rings. These contractile responses were found to be dependent on extracellular Ca(2+) and were significantly inhibited in presence of ROS scavenger N-acetylcysteine (100 mu M). Intracellular calcium chelation by BAPTA-AM (10 mu M) had no significant effect on DPV-asn (30 nM-300 mu M) mediated contraction. Pretreatment of aortic rings by rho-kinase inhibitor Y-27632 (10 mu M) significantly inhibited DPV-asn-mediated vasoconstriction indicating role of voltage-dependent Ca(2+) influx and downstream activation of rho-kinase. The small initial relaxant effect obtained on addition of DPV-asn (30 nM-1 mu M) in PE (1 mu M) pre-contracted endothelium intact rings, was prevented in the presence of guanylate cyclase inhibitor, methylene blue (10 mu M) and/or nitric oxide synthase (NOS) inhibitor, L-NAME (100 mu M) suggesting involvement of nitric oxide and cGMP. DPV-asn, like H(2)O(2), exerted a response of vasoconstriction in normal arteries and vasodilation at low concentrations (30 nM-1 mu M) in PE-pre contracted rings with overlapping mechanisms. These findings suggest usefulness of DPV-asn having low toxicity, in exploring the peroxide-mediated effects on various vascular beds. The present study also convincingly demonstrates role of H(2)O(2) in the modulation of vasoreactivity by using stable peroxide DPV-asn and warrants future studies on peroxide mediated signaling from a newer perspective. (C) 2011 Published by Elsevier Ltd.

Developing acetylcholinesterase-based inhibition assay by modulated synthesis of silver nanoparticles: applications for sensing of organophosphorus pesticides

A novel and highly sensitive sensing strategy for the detection of organophosphorus compounds (OPs) based on the catalytic reaction of acetylcholinesterase (AChE) and acetylcholine (ATCh) during the modulated synthesis of silver nanoparticles (AgNPs) has been developed. The enzymatic hydrolysis of ATCh by AChE yields thiocholine (TCh), which induces the aggregation of AgNPs during synthesis, and the absorption peak at 382 nm corresponding to AgNPs decreases. The enzymatic reaction can be regulated by OPs, which can covalently bind to the active site of AChE and decrease the TCh formation, thereby decreasing the aggregation and significantly enhancing the absorption peak at 382 nm. The proposed system achieved good linearity and limits of detection of 0.078 nM and 2.402 nM for trichlorfon and malathion, respectively, by UV-visible spectroscopy. Further, the sensitivity of the proposed system was demonstrated through the determination of OPs in different spiked real samples. The described work shows the potential application for further development of a colorimetric sensor for other OP pesticide detection during the synthesis of AgNPs using enzyme-based assays.

Various algorithms for optimization and learning in adaptive systems

This thesis discusses various methods for learning and optimization in adaptive systems. Overall, it emphasizes the relationship between optimization, learning, and adaptive systems; and it illustrates the influence of underlying hardware upon the construction of efficient algorithms for learning and optimization. Chapter 1 provides a summary and an overview.

Chapter 2 discusses a method for using feed-forward neural networks to filter the noise out of noise-corrupted signals. The networks use back-propagation learning, but they use it in a way that qualifies as unsupervised learning. The networks adapt based only on the raw input data-there are no external teachers providing information on correct operation during training. The chapter contains an analysis of the learning and develops a simple expression that, based only on the geometry of the network, predicts performance.

Chapter 3 explains a simple model of the piriform cortex, an area in the brain involved in the processing of olfactory information. The model was used to explore the possible effect of acetylcholine on learning and on odor classification. According to the model, the piriform cortex can classify odors better when acetylcholine is present during learning but not present during recall. This is interesting since it suggests that learning and recall might be separate neurochemical modes (corresponding to whether or not acetylcholine is present). When acetylcholine is turned off at all times, even during learning, the model exhibits behavior somewhat similar to Alzheimer's disease, a disease associated with the degeneration of cells that distribute acetylcholine.

Chapters 4, 5, and 6 discuss algorithms appropriate for adaptive systems implemented entirely in analog hardware. The algorithms inject noise into the systems and correlate the noise with the outputs of the systems. This allows them to estimate gradients and to implement noisy versions of gradient descent, without having to calculate gradients explicitly. The methods require only noise generators, adders, multipliers, integrators, and differentiators; and the number of devices needed scales linearly with the number of adjustable parameters in the adaptive systems. With the exception of one global signal, the algorithms require only local information exchange.

Avaliação da função endotelial microvascular, da rigidez arterial e da resposta inflamatória sistêmica em pacientes submetidos a cirurgia cardíaca com circulação extracorpórea

A Cirurgia de Revascularização do Miocárdio, realizada com o auxílio da Circulação Extracorpórea, está associada a alterações importantes na microcirculação e na produção e circulação de citocinas e marcadores inflamatórios. No presente estudo, foram avaliados 23 pacientes com indicação de Revascularização do Miocárdio, no dia do procedimento e 7 e 28 dias após a cirurgia. A microcirculação cutânea, enquanto reflexo da microcirculação coronariana, foi estudada através da hiperemia térmica e/ ou reativa pós oclusiva e da iontoforese de substâncias vasoativas por mecanismos dependentes e independentes do endotélio. A rigidez arterial foi aferida através da análise da onda de pulso digital. Foi avaliado ainda o impacto da doença e do procedimento cirúrgico sobre a produção e circulação sérica de citocinas e marcadores inflamatórios, tais como: PCR-HS, nitrito/ nitrato, IL-6, Il-7, IL-8, IL-10, IFN-γ, TNF-α e G-CSF. Foi observada uma tendência à redução da vasodilatação da microcirculação cutânea após a administração de doses acumulativas de acetilcolina (endotélio dependente) através da iontoforese de 7 e 28 dias após o procedimento cirúrgico. A hiperemia térmica foi mais pronunciada na avaliação basal do que aos 7 e 28 dias. A hiperemia reativa pós oclusiva não demonstrou alterações 7 dias após o procedimento. Aos 28 dias, houve um aumento da condutância microvascular cutânea. Quando avaliada a vasodilatação endotélio-independente (nitroprussiato de sódio), observamos aumento do fluxo microvascular cutâneo diretamente proporcional à carga/ dose aplicada, sem diferenças nos valores obtidos no basal e 7 e 28 dias após o procedimento. A rigidez arterial não apresentou alterações. A análise dos fatores inflamatórios e das citocinas demonstrou aumento marcante da IL-6 e da IL-8 após 7 dias do procedimento cirúrgico, com retorno parcial aos níveis basais da IL-6 e total da IL-8 após 28 dias. O IFN-γ, TNF-α e G-CSF apenas apresentaram níveis detectáveis na avaliação basal e IL-7 e IL-10 não demonstraram alterações significativas nos tempos avaliados. A PCR-HS demonstrou níveis mais elevados após 7 dias e retorno parcial aos níveis basais após 28 dias. O nitrito/ nitrato, após 7 dias, apresentou leve queda em sua concentração plasmática. Concluímos que a pequena diferença entre o valores obtidos entre o basal e após 7 dias do procedimento cirúrgico com a iontoforese de acetilcolina resulta em minimização do impacto endotelial e um valor constante deste dado após 28 dias, sugere recomposição fisiológica completa. Este resultado foi semelhante com a análise da hiperemia térmica e reativa pós oclusiva. As interleucinas IL-6 e IL-8, bem como a PCR-HS apresentaram comportamento correlacionável, refletindo a cinética inflamatória. A rigidez arterial não demonstrou alterações.

Efeitos cardiovasculares da transferência adotiva de linfócitos T reguladores em camundongos submetidos à infusão crônica de angiotensina II e de aldosterona

A angiotensina (Ang) II e aldosterona induzem hipertensão arterial por mecanismos em parte mediados pela imunidade adaptativa, envolvendo linfócitos T auxiliares respondedores (Tresp). Os linfócitos T reguladores (Treg) são capazes de suprimir os efeitos próinflamatórios do sistema imune. O presente estudo avaliou se a transferência adotiva de Treg é capaz de prevenir a hipertensão e a lesão vascular induzidas pela Ang II ou pela aldosterona, em dois protocolos distintos. No protocolo com Ang II, camundongos machos C57BL/6 sofreram a injeção endovenosa de Treg ou Tresp, sendo depois infundidos com Ang II (1μg/kg/min), ou salina (grupo controle) por 14 dias. No protocolo com aldosterona, um outro conjunto de animais sofreu injeções de Treg ou Tresp, sendo depois infundido com aldosterona (600μg/kg/d) ou salina (grupo controle), pelo mesmo intervalo de tempo. O grupo tratado com aldosterona recebeu salina 1% na água. Tanto o grupo Ang II como aldosterona apresentaram elevação da pressão arterial sistólica (43% e 31% respectivamente), da atividade da NADPH oxidase na aorta (1,5 e 1,9 vezes, respectivamente) e no coração (1,8 e 2,4 vezes, respectivamente) e uma redução da resposta vasodilatadora à acetilcolina (de 70% e 56%, respectivamente), quando comparados com os respectivos controles (P<0,05). Adicionalmente, a administração de Ang II proporcionou um aumento rigidez vascular (P<0,001), na expressão de VCAM-1 nas artérias mesentéricas (P<0,05), na infiltração aórtica de macrófagos e linfócitos T (P<0,001) e nos níveis plasmáticos das citocinas inflamatórias interferon (INF)-γ, interleucina (IL)-6, Tumor necrosis factor (TNF)-α e IL-10 (P<0,05). Ang II causou uma queda de 43% no número de células Foxp3+ no córtex renal, enquanto que a transferência adotiva de Treg aumentou as células Foxp3+ em duas vezes em comparação com o controle. A administração de Treg preveniu o remodelamento vascular induzido pela aldosterona, observado na relação média/lúmen e na área transversal da média das artérias mesentéricas (P<0,05). Todos os parâmetros acima foram prevenidos com a administração de Treg, mas não de Tresp. Estes resultados demonstram que Treg são capazes de impedir a lesão vascular e a hipertensão mediadas por Ang II ou por aldosterona, em parte através de ações antiinflamatórias. Em conclusão, uma abordagem imuno-modulatória pode prevenir o aumento da pressão arterial, o estresse oxidativo vascular, a inflamação e a disfunção endotelial induzidos por Ang II ou aldosterona.

Estudo das alterações cardiovasculares e metabólicas em modelo experimental de programação metabólica: efeito de extrato da casca de uva Vitis vinífera

Estudos epidemiológicos e experimentais têm sugerido que fatores de risco cardiovasculares podem ser parcialmente atribuídos às influências do ambiente em que vive o indivíduo, e que a nutrição materna influencia na programação de alterações metabólicas e cardiovasculares no indivíduo adulto e que caracterizam a síndrome metabólica (SM). Em contrapartida, estudos prévios de nosso laboratório demonstram que o extrato da casca de uva Vitis labrusca (GSE) possui efeito vasodilatador, antihipertensivo e antioxidante. Desta forma, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do tratamento oral com GSE (200mg/kg/dia), sobre as alterações cardiovasculares e metabólicas e estresse oxidativo observados na prole adulta (fêmea e machos) com 3 e 6 meses, cujas mães foram submetidas a uma dieta rica em gordura (hiperlipídica) durante a lactação. Quatro grupos de ratas foram alimentados com dietas experimentais: controle (7% de gordura); controle + GSE (7% de gordura + GSE), hiperlipídica (24% de gordura); hiperlipídica + GSE (24% de gordura + GSE) durante a lactação. Após o desmame, todos os filhotes passaram a ser alimentados com uma dieta controle e foram sacrificados aos 3 ou 6 meses de idade. A pressão arterial sistólica (PAS) foi medida por pletismografia de cauda e o efeito vasodilatador da acetilcolina (ACh) foi avaliado em leito arterial mesentérico (LAM) perfundido. Foram avaliados o peso corporal, adiposidade (intra-abdominal e gonadal), níveis plasmáticos de colesterol total, triglicerídeos, glicose e insulina, e a resistência à insulina (RI) foi calculada pelo índice de HOMA IR. As expressões do IRS-1, Akt e GLUT-4 foram determinadas em músculo soleus. O dano oxidativo, níveis de nitritos e a atividade das enzimas antioxidantes: superóxido dismutase, catalase e glutationa peroxidase foram dosados no plasma e homogenato de LAM. A PAS e tecido adiposo foram aumentados nas proles adultas de ambos os sexos e idades do grupo hiperlipídico e revertidos pelo tratamento com o GSE. A resposta vasodilatadora à ACh em LAM não foi diferente entre os grupos de ambos os sexos, mas foram reduzidas com o envelhecimento. Nas proles fêmeas e machos do grupo hiperlipídico também foram observados o aumento dos níveis de triglicerídeos, de glicose e RI em ambas as idades e foram reduzidos pelo GSE. No grupo hiperlipídico houve redução nas expressões de IRS-1, Akt e GLUT-4 e o GSE reverteu estas expressões. Os níveis plasmáticos de malondialdeído estavam aumentados e os níveis de nitrito diminuídos no grupo hiperlipídico, de ambos os sexos e idades e foram revertidos pelo GSE. As atividades das enzimas antioxidantes no plasma e no mesentério foram reduzidas no grupo hiperlipídico e restauradas pelo GSE. Em conclusão, O GSE parece proteger as proles fêmeas e machos, cujas mães foram expostas a uma dieta hiperlipídica durante a lactação, dos fatores de riscos cardiovasculares, proporcionando uma fonte alternativa nutricional para a prevenção da SM.

Susceptibilidade de pacus, Piaractus mesopotamicus (Holmberg, 1887), sob hipoxia aos agrotóxicos organofosforados

A ação inibitória dos organofosforados sobre as esterases, por ser específica, pode ser empregada como um eficiente biomarcador da exposição de seres vivos aos organofosforados. A inibição da acetilcolinesterase (AChE; EC 3.1.1.7) provoca acúmulo do neurotransmissor acetilcolina nas fendas sinápticas colinérgicas, o que pode resultar na morte do indivíduo. Outra atividade também afetada por organofosforados é a da enzima carboxilesterase (CarbE; EC 3.1.1.1). CarbE estão envolvidas na fase I da biotransformação de xenobióticos e atuam como captadoras (scavengers) de organofosfatos, incluindo os formados pela biotransformação dos organofosforados. As CarbE estudadas até hoje se ligam com maior velocidade aos organofosfatos do que as colinesterases. Por isto se admite que CarbE possam diminuir, por captação estequiométrica, a ligação tóxica de moléculas de organofosfatos às acetilcolinesterases das sinapses colinérgicas e das placas motoras dos músculos. Experimentos realizados em nosso laboratório mostraram que a atividade da CarbE está aproximadamente 50% menor no soro e no fígado de pacus submetidos à hipoxia. Por causa disso, em razão de uma possível diminuição da capacidade captadora da CarbE, decidimos verificar se o pacu em hipoxia seria mais sensível aos agrotóxicos organofosforados. Para este propósito foram colocados seis pacus divididos em dois tanques. No primeiro tanque, os animais foram submetidos a 24 horas de hipoxia seguidos por mais 4 horas de exposição ao organofosforado metilparation em duas concentrações diferentes (0,02 ou 0,01 mg / L). No segundo tanque os animais permaneceram em normoxia durante o mesmo período de 24 horas e depois foram expostos ao metilparation como no primeiro tanque. As atividades da AChE ensaiada com acetiltiocolina, a da butirilcolinesterase (BChE) ensaiada com butiriltiocolina e a da CarbE ensaiada com p-nitrofenilacetato foram avaliadas no soro, fígado, cérebro, músculo e coração dos pacus. Houve redução de aproximadamente 35% da atividade de CarbE no soro dos pacus submetidos a 24 horas de hipoxia. Uma queda de 85% na atividade de CarbE do soro foi observada nos animais que sofreram hipoxia e subsequente exposição a 0,02 mg de metilparation por litro. Com metilparation a 0,01 mg/L a diminuição observada foi de 48,2%. No músculo dos pacus expostos a 0,02 mg/L, as atividades de AChE e BChE cairam pela metade quando os mesmos foram submetidos à hipoxia quando comparados a animais que permaneceram em normoxia. Nos diversos tecidos dos pacus expostos a 0,01 mg/L de metilparation não observamos diferenças significativas nas atividades de AChE, BChE ou CarbE. Concluímos que a duplicação da concentração de metilparation de 0,01 para 0,02 mg/L levou à atividade residual de CarbE do soro de 51,8% para 15%. A ausência de mudanças nas atividades das esterases dos tecidos de animais expostos a 0,01 mg/L entre os grupos hipoxia e normoxia deve ter ocorrido porque a concentração de organofosforado não foi suficiente para superar a primeira barreira de proteção das esterases séricas e atingir os tecidos. Mas, no experimento com 0,02 mg/L de metilparation, as inibições de AChE e de BChE no músculo dos animais em hipoxia podem ser explicadas pela diminuição da atividade de CarbE do soro dos pacus.

CGP37157, an inhibitor of the mitochondrial Na+/Ca2+ exchanger, protects neurons from excitotoxicity by blocking voltage-gated Ca2+ channels

Inhibition of the mitochondrial Na+/Ca2+ exchanger (NCLX) by CGP37157 is protective in models of neuronal injury that involve disruption of intracellular Ca2+ homeostasis. However, the Ca2+ signaling pathways and stores underlying neuroprotection by that inhibitor are not well defined. In the present study, we analyzed how intracellular Ca2+ levels are modulated by CGP37157 (10 mu M) during NMDA insults in primary cultures of rat cortical neurons. We initially assessed the presence of NCLX in mitochondria of cultured neurons by immunolabeling, and subsequently, we analyzed the effects of CGP37157 on neuronal Ca2+ homeostasis using cameleon-based mitochondrial Ca2+ and cytosolic Ca2+ ([Ca2+](i)) live imaging. We observed that NCLX-driven mitochondrial Ca2+ exchange occurs in cortical neurons under basal conditions as CGP37157 induced a decrease in [Ca-2](i) concomitant with a Ca2+ accumulation inside the mitochondria. In turn, CGP37157 also inhibited mitochondrial Ca2+ efflux after the stimulation of acetylcholine receptors. In contrast, CGP37157 strongly prevented depolarization-induced [Ca2+](i) increase by blocking voltage-gated Ca2+ channels (VGCCs), whereas it did not induce depletion of ER Ca2+ stores. Moreover, mitochondrial Ca2+ overload was reduced as a consequence of diminished Ca2+ entry through VGCCs. The decrease in cytosolic and mitochondrial Ca2+ overload by CGP37157 resulted in a reduction of excitotoxic mitochondrial damage, characterized here by a reduction in mitochondrial membrane depolarization, oxidative stress and calpain activation. In summary, our results provide evidence that during excitotoxicity CGP37157 modulates cytosolic and mitochondrial Ca2+ dynamics that leads to attenuation of NMDA-induced mitochondrial dysfunction and neuronal cell death by blocking VGCCs.

Neurotoxicidade de pesticidas organofosforados durante o desenvolvimento: alterações bioquímicas e comportamentais

Pesticidas organofosforados são amplamente usados e seu uso constitui um grave problema de saúde pública. A ação clássica destes compostos é a inibição irreversível da acetilcolinesterase, promovendo acúmulo de acetilcolina nas sinapses e hiperestimulação colinérgica. No entanto, as consequências da exposição a baixas doses podem se estender a outros mecanismos de ação e sistemas neurotransmissores. Considerando que crianças constituem um grupo particularmente vulnerável aos efeitos de pesticidas, neste trabalho investigamos os efeitos da exposição aos organofosforados metamidofós (MET) e clorpirifós (CPF) durante o desenvolvimento sobre os sistemas colinérgico e serotoninérgico e sobre o comportamento de camundongos. Para isso, camundongos suíços foram expostos a injeções subcutâneas de MET, clorpirifós ou veículo do terceiro (PN3) ao nono (PN9) dias de vida pós-natal. As doses de exposição foram previamente escolhidas através da construção de uma curva dose-resposta que identificou como mais adequadas para este estudo as doses de 1mg/kg de MET e 3mg/kg de CPF, as quais promoveram em torno de 20% de inibição da acetilcolinesterase. Em PN10, parte dos animais foi sacrificada e foram avaliados os sistemas colinérgico e serotoninérgico no tronco encefálico e córtex cerebral. De PN60 a PN63, os animais foram submetidos a uma bateria de testes comportamentais. Em seguida, estes animais também foram sacrificados tendo sido avaliados os sistemas colinérgico e serotoninérgico. Em PN10, MET e CPF causaram alterações que sugerem aumento da atividade colinérgica respectivamente no tronco e córtex em fêmeas. No sistema serotoninérgico, apenas CPF promoveu alterações, aumentando a ligação ao receptor 5HT1A e transportador 5HT em fêmeas e diminuindo na ligação ao 5HT2. Em PN63, a atividade da acetilcolinesterase foi reestabelecida em todos os grupos. Ainda assim, MET diminuiu a atividade da colina acetiltransferase no córtex e a ligação ao transportador colinérgico no tronco. Quanto aos efeitos do CPF, no tronco, houve redução da atividade da colina acetiltransferase em fêmeas e aumento em machos. Sobre o sistema serotoninérgico, MET e CPF promoveram diminuições no 5HT1A respectivamente no tronco e córtex das fêmeas e CPF aumentou a ligação no córtex de machos. A ligação ao 5HT2 foi aumentada após o tratamento com MET e ao transportador 5HT foi diminuída em fêmeas após o tratamento com clorpirifós. Sobre o comportamento, identificamos comportamento associado à depressão em animais expostos a MET e aumento dos níveis de ansiedade, além de prejuízo de aprendizado/memória após exposição à CPF. Desta forma, nossos resultados indicam que a exposição à metamidofós e clorpirifós durante o desenvolvimento é capaz de alterar, de diferentes formas, a atividade colinérgica e serotoninérgica, mesmo que as doses de exposição sejam toxicologicamente equivalentes. Foram verificados efeitos nas vias neuroquímicas logo após a exposição e após um longo período de interrupção do tratamento, indicando efeitos tardios em sistemas importantes que podem estar associados às alterações comportamentais. Finalmente, o presente estudo reforça a associação epidemiológica entre pesticidas e alterações psiquiátricas e a capacidade da programação de alterações a longo-prazo quando a exposição se dá durante o desenvolvimento.