Fructose-1,6-bisphosphate reduces inflammatory pain-like behaviour in mice: role of adenosine acting on A(1) receptors

Background and purpose: D-Fructose-1,6-bisphosphate (FBP) is an intermediate in the glycolytic pathway, exerting pharmacological actions on inflammation by inhibiting cytokine production or interfering with adenosine production. Here, the possible antinociceptive effect of FBP and its mechanism of action in the carrageenin paw inflammation model in mice were addressed, focusing on the two mechanisms described above. Experimental approach: Mechanical hyperalgesia (decrease in the nociceptive threshold) was evaluated by the electronic pressure-metre test; cytokine levels were measured by elisa and adenosine was determined by high performance liquid chromatography. Key results: Pretreatment of mice with FBP reduced hyperalgesia induced by intraplantar injection of carrageenin (up to 54%), tumour necrosis factor alpha (40%), interleukin-1 beta (46%), CXCL1 (33%), prostaglandin E(2) (41%) or dopamine (55%). However, FBP treatment did not alter carrageenin-induced cytokine (tumour necrosis factor alpha and interleukin-1 beta) or chemokine (CXCL1) production. On the other hand, the antinociceptive effect of FBP was prevented by systemic and intraplantar treatment with an adenosine A(1) receptor antagonist (8-cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine), suggesting that the FBP effect is mediated by peripheral adenosine acting on A(1) receptors. Giving FBP to mice increased adenosine levels in plasma, and adenosine treatment of paw inflammation presented a similar antinociceptive mechanism to that of FBP. Conclusions and implications: In addition to anti-inflammatory action, FBP also presents an antinociceptive effect upon inflammatory hyperalgesia. Its mechanism of action seems dependent on adenosine production but not on modulation of hyperalgesic cytokine/chemokine production. In turn, adenosine acts peripherally on its A(1) receptor inhibiting hyperalgesia. FBP may have possible therapeutic applications in reducing inflammatory pain.

Distribuição dos receptores da adenosina no plexo mioentérico – músculo longitudinal do íleo de rato: implicações funcionais

A acetilcolina (ACh) é o neurotransmissor mais importante no controlo da motilidade gastrointestinal. A libertação de ACh dos neurónios entéricos é regulada por receptores neuronais específicos (De Man et al., 2003). Estudos prévios demonstraram que a adenosina exerce um papel duplo na libertação de ACh dos neurónios entéricos através da activação dos receptores inibitórios A1 e facilitatórios A2A (Duarte-Araújo et al., 2004). O potencial terapêutico dos compostos relacionados com a adenosina no controlo da motilidade e da inflamação intestinal, levou-nos a investigar o papel dos receptores com baixa afinidade para a adenosina, A2B e A3, na libertação de acetilcolina induzida por estimulação eléctrica nos neurónios mioentéricos. Estudos de imunolocalização mostraram que os receptores A2B exibem um padrão de distribuição semelhante ao do marcador de células gliais (GFAP). No que respeita aos receptores A1 e A3, estes encontram-se distribuídos principalmente nos corpos celulares dos neurónios ganglionares mioentéricos, enquanto os receptores A2A estão localizados predominantemente nos terminais nervosos colinérgicos. Neste trabalho mostrou-se que a modulação da libertação de ACh-[3H] (usando os antagonistas selectivos DPCPX, ZM241385 e MRS1191) é balanceada através da activação tónica dos receptores inibitórios (A1) e facilitatórios (A2A e A3) pela adenosina endógena. O antagonista selectivo dos receptores A2B, PSB603, não foi capaz de modificar o efeito inibitório da NECA (análogo da adenosina com afinidade para receptores A2). O efeito facilitatório do agonista dos receptores A3, 2-Cl-IB MECA (1-10 nM), foi atenuado pelo MRS1191 e pelo ZM241385, os quais bloqueiam respectivamente os receptores A3 e A2A. Contrariamente à 2-Cl-IB MECA, a activação dos receptores A2A pelo CGS21680C, atenuou a facilitação da libertação de ACh induzida pela activação dos receptores nicotínicos numa situação em que a geração do potencial de acção neuronal foi bloqueada pela tetrodotoxina. A localização diferencial dos receptores excitatórios A3 e A2A ao longo dos neurónios mioentéricos explica porque razão a estimulação dos receptores A3 (com 2-Cl-IB MECA) localizados nos corpos celulares dos neurónios mioentéricos exerce um efeito sinérgico com os receptores facilitatórios A2A dos terminais nervosos no sentido de aumentarem a libertação de ACh. Os resultados apresentados consolidam e expandem a compreensão actual da distribuição e função dos receptores da adenosina no plexo mioentérico do íleo de rato, e devem ser tidos em consideração para a interpretação de dados relativos às implicações fisiopatológicas da adenosina nos transtornos da motilidade intestinal.

Functional significance of adenosine in carotid body chemosensory activity in control and chronically hypoxic animals

ABSTRACT: Carotid bodies (CB) are peripheral chemoreceptor organs sensing changes in arterial blood O2, CO2 and pH levels. Hypoxia and acidosis or hypercapnia activates CB chemoreceptor cells, which respond by releasing neurotransmitters in order to increase the action potential frequency in their sensory nerve, the carotid sinus nerve (CSN). CSN activity is integrated in the brainstem to induce a fan of cardiorespiratory reflex responses, aimed at normalising the altered blood gases. Exogenously applied adenosine (Ado) increases CSN chemosensory activity inducing hyperventilation through activation of A2 receptors. The importance of the effects of adenosine in chemoreception was reinforced by data obtained in humans, in which the intravenous infusion of Ado causes hyperventilation and dyspnoea, an effect that has been attributed to the activation of CB because Ado does not cross blood-brain barrier and because the ventilatory effects are higher the closer to the CB it is injected. The present work was performed in order to establish the functional significance of adenosine in chemoreception at the carotid body in control and chronically hypoxic rats. To achieve this objective we investigated: 1) The release of adenosine from a rat carotid body in vitro preparation in response to moderate hypoxia and the specificity of this release. We also investigated the metabolic pathways of adenosine production and release in the organ in normoxia and hypoxia; 2) The modulation of adenosine/ATP release from rat carotid body chemoreceptor cells by nicotinic ACh receptors; 3) The effects of caffeine on peripheral control of breathing and the identity of the adenosine receptors involved in adenosine and caffeine effects on carotid body chemoreceptors; 4) The interactions between dopamine D2 receptors and adenosine A2B receptors that modulate the release of catecholamines (CA) from the rat carotid body; 5) The effect of chronic caffeine intake i.e. the continuous blockage of adenosine receptors thereby simulating a caffeine dependence, on the carotid body function in control and chronically hypoxic rats. The methodologies used in this work included: molecular biology techniques (e.g. immunocytochemistry and western-blot), biochemical techniques (e.g. neurotransmitter quantification by HPLC, bioluminescence and radioisotopic methods), electrophysiological techniques (e.g. action potential recordings) and ventilatory recordings using whole-body plethysmography. It was observed that: 1) CB chemoreceptor sensitivity to hypoxia could be related to its low threshold for the release of adenosine because moderate acute hypoxia (10% O2) increased adenosine concentrations released from the CB by 44% but was not a strong enough stimulus to evoke adenosine release from superior cervical ganglia and arterial tissue; 2) Acetylcholine (ACh) modulates the release of adenosine/5’-adenosine triphosphate (ATP) from CB in moderate hypoxia through the activation of nicotinic receptors with α4 and ß2 receptor subunits, suggesting that the excitatory role of ACh in chemosensory activity includes indirect activation of purinergic receptors by adenosine and ATP, which strongly supports the hypothesis that ATP/adenosine are important mediators in chemotransduction; 3) adenosine increases the release of CA from rat CB chemoreceptor cells via A2B receptors; 4) the inhibitory effects of caffeine on CB chemoreceptors are mediated by antagonism of postsynaptic A2A and presynaptic A2B adenosine receptors indicating that chemosensory activity elicited by hypoxia is controlled by adenosine; 5) The release of CA from rat CB chemoreceptor cells is modulated by adenosine through an antagonistic interaction between A2B and D2 receptors, for the first time herein described; 6) chronic caffeine treatment did not significantly alter the basal function of CB in normoxic rats assessed as the dynamics of their neurotransmitters, dopamine, ATP and adenosine, and the CSN chemosensory activity. In contrast, the responses to hypoxia in these animals were facilitated by chronic caffeine intake because it increased the ventilatory response, slightly increased CSN chemosensory activity and increased dopamine (DA) and ATP release; 7) In comparison with normoxic rats, chronically hypoxic rats exhibited an increase in several parameters: ventilatory hypoxic response; basal and hypoxic CSN activity; tyrosine hydroxylase expression, CA content, synthesis and release; basal and hypoxic adenosine release; and in contrast a normal basal release and diminished hypoxia-induced ATP release; 8) Finally, in contrast to chronically hypoxic rats, chronic caffeine treatment did not alter the basal CSN chemosensory activity. Nevertheless, the responses to mild and intense hypoxia, and hypercapnia, were diminished. This inhibitory effect of chronic caffeine in CB output is compensated by central mechanisms, as the minute ventilation parameter in basal conditions and in response to acute hypoxic challenges remained unaltered in rats exposed to chronic hypoxia. We can conclude that adenosine both in acute and chronically hypoxic conditions have an excitatory role in the CB chemosensory activity, acting directly on adenosine A2A receptors present postsynaptically in CSN, and acting presynaptically via A2B receptors controlling the release of dopamine in chemoreceptor cells. We suggest that A2B -D2 adenosine / dopamine interactions at the CB could explain the increase in CA metabolism caused by chronic ingestion of caffeine during chronic hypoxia. It was also concluded that adenosine facilitates CB sensitisation to chronic hypoxia although this effect is further compensated at the central nervous system.-------- RESUMO: Os corpos carotídeos (CB) são pequenos orgãos emparelhados localizados na bifurcação da artéria carótida comum. Estes órgãos são sensíveis a variações na PaO2, PaCO2, pH e temperatura sendo responsáveis pela hiperventilação que ocorre em resposta à hipóxia, contribuindo também para a hiperventilação que acompanha a acidose metabólica e respiratória. As células quimiorreceptoras (tipo I ou glómicas) do corpo carotídeo respondem às variações de gases arteriais libertando neurotransmissores que activam as terminações sensitivas do nervo do seio carotídeo (CSN) conduzindo a informação ao centro respiratório central. Está ainda por esclarecer qual o neurotransmissor (ou os neurotransmissores) responsável pela sinalização hipóxica no corpo carotídeo. A adenosina é um neurotransmissor excitatório no CB que aumenta a actividade eléctrica do CSN induzindo a hiperventilação através da activação de receptores A2. A importância destes efeitos da adenosina na quimiorrecepção, descritos em ratos e gatos, foi reforçada por resultados obtidos em voluntários saudáveis onde a infusão intravenosa de adenosina em induz hiperventilação e dispneia, efeito atribuído a uma activação do CB uma vez que a adenosina não atravessa a barreira hemato-encefálica e o efeito é quanto maior quanto mais perto do CB for a administração de adenosina. O presente trabalho foi realizado com o objectivo de esclarecer qual o significado funcional da adenosina na quimiorrecepção no CB em animais controlo e em animais submetidos a hipoxia crónica mantida. Para alcançar este objectivo investigou-se: 1) o efeito da hipóxia moderada sobre a libertação de adenosina numa preparação in vitro de CB e a especificidade desta mesma libertação comparativamente com outros tecidos não quimiossensitivos, assim como as vias metabólicas de produção e libertação de adenosina no CB em normoxia e hipóxia; 2) a modulação da libertação de adenosina/ATP das células quimiorreceptoras do CB por receptores nicotínicos de ACh; 3) os efeitos da cafeína no controlo periférico da ventilação e a identidade dos receptores de adenosina envolvidos nos efeitos da adenosina e da cafeína nos quimiorreceptores do CB; 4) as interacções entre os receptores D2 de dopamina e os receptores A2B de adenosina que modulam a libertação de catecolaminas (CA) no CB de rato e; 5) o efeito da ingestão crónica de cafeína, isto é, o contínuo bloqueio e dos receptores de adenosina, simulando assim o consumo crónico da cafeína, tal como ocorre na população humana mundial e principalmente no ocidente, na função do corpo carotídeo em ratos controlo e em ratos submetidos a hipoxia crónica. Os métodos utilizados neste trabalho incluíram: técnicas de biologia molecular como imunocitoquímica e western-blot; técnicas bioquímicas, tais como a quantificação de neurotransmissores por HPLC, bioluminescência e métodos radioisotópicos; técnicas electrofisiológicas como o registro de potenciais eléctricos do nervo do seio carotídeo in vitro; e registros ventilatórios in vivo em animais não anestesiados e em livre movimento (pletismografia). Observou-se que: 1) a especificidade dos quimiorreceptores do CB como sensores de O2 está correlacionada com o baixo limiar de libertação de adenosina em resposta à hipóxia dado que a libertação de adenosina do CB aumenta 44% em resposta a uma hipóxia moderada (10% O2), que no entanto não é um estímulo suficientemente intenso para evocar a libertação de adenosina do gânglio cervical superior ou do tecido arterial. Observou-se também que aproximadamente 40% da adenosina libertada pelo CB provém do catabolismo extracelular do ATP quer em normóxia quer em hipóxia moderada, sendo que PO2 reduzidas induzem a libertação de adenosina via activação do sistema de transporte equilibrativo ENT1. 2) a ACh modula a libertação de adenosina /ATP do CB em resposta à hipoxia moderada sugerindo que o papel excitatório da ACh na actividade quimiossensora inclui a activação indirecta de receptores purinérgicos pela adenosina e ATP, indicando que a adenosina e o ATP poderiam actuar como mediadores importantes no processo de quimiotransducção uma vez que: a) a activação dos receptores nicotínicos de ACh no CB em normóxia estimula a libertação de adenosina (max 36%) provindo aparentemente da degradação extracelular do ATP. b) a caracterização farmacológica dos receptores nicotínicos de ACh envolvidos na estimulação da libertação de adenosina do CB revelou que os receptores nicotínicos de ACh envolvidos são constituídos por subunidades α4ß2. 3) a adenosina modula a libertação de catecolaminas das células quimiorreceptoras do CB através de receptores de adenosina A2B dado que: a)a cafeína, um antagonista não selectivo dos receptores de adenosina, inibiu a libertação de CA quer em normóxia quer em resposta a estímulos de baixa intensidade sendo ineficaz na libertação induzida por estímulos de intensidade superior; b) o DPCPX e do MRS1754 mimetizaram os efeitos da cafeína no CB sendo o SCH58621 incapaz de induzir a libertação de CA indicando que os efeitos da cafeína seriam mediados por receptores A2B de adenosina cuja presença nas células quimiorreceptoras do CB demonstramos por imunocitoquímica. 4) a aplicação aguda de cafeína inibiu em 52% a actividade quimiossensora do CSN induzida pela hipóxia sendo este efeito mediado respectivamente por receptores de adenosina A2A pós-sinápticos e A2B pré-sinápticos indicando que a actividade quimiossensora induzida pela hipóxia é controlada pela adenosina. 5) existe uma interacção entre os receptores A2B e D2 que controla a libertação de CA do corpo carotídeo de rato uma vez que: a) os antagonistas dos receptores D2, domperidona e haloperidol, aumentaram a libertação basal e evocada de CA das células quimiorreceptoras confirmando a presença de autorreceptores D2 no CB de rato que controlam a libertação de CA através de um mecanismo de feed-back negativo. b) o sulpiride, um antagonista dos receptores D2, aumentou a libertação de CA das células quimiorreceptoras revertendo o efeito inibitório da cafeína sobre esta mesma libertação; c) a propilnorapomorfina, um agonista D2 inibiu a libertação basal e evocada de CA sendo este efeito revertido pela NECA, um agonista dos receptores A2B. O facto de a NECA potenciar o efeito do haloperidol na libertação de CA sugere que a interacção entre os receptores D2 e A2B poderia também ocorrer ao nível de segundos mensageiros, como o cAMP. 6) a ingestão crónica de cafeína em ratos controlo (normóxicos) não alterou significativamente a função basal do CB medida como a dinâmica dos seus neurotransmissores, dopamina, ATP e adenosina e como actividade quimiossensora do CSN. Contrariamente aos efeitos basais, a ingestão crónica de cafeína facilitou a resposta à hipóxia, dado que aumentou o efeito no volume minuto respiratórioapresentando-se também uma clara tendência para aumentar a actividade quimiossensora do CSN e aumentar a libertação de ATP e dopamina.7) após um período de 15 dias de hipóxia crónica era evidente o fenómeno de aclimatização dado que as respostas ventilatórias à hipóxia se encontram aumentadas, assim como a actividade quimiossensora do CSN basal e induzida pela hipóxia. As alterações observadas no metabolismo da dopamina, assim como na libertação basal de dopamina e de adenosina poderiam contribuir para a aclimatização durante a hipoxia crónica. A libertação aumentada de adenosina em resposta à hipóxia aguda em ratos hipóxicos crónicos sugere um papel da adenosina na manutenção/aumento das respostas ventilatórias à hipóxia aguda durante a hipóxia crónica. Observou-se também que a libertação de ATP induzida pela hipóxia aguda se encontra diminuída em hipóxia crónica, contudo a ingestão crónica de cafeína reverteu este efeito para valores similares aos valores controlo, sugerindo que a adenosina possa modular a libertação de ATP em hipóxia crónica. 8) a ingestão crónica de cafeína em ratos hipóxicos crónicos induziu o aumento do metabolismo de CA no CB, medido como expressão de tirosina hidroxilase, conteúdo, síntese e libertação de CA. 9) a ingestão crónica de cafeína não provocou quaisquer alterações na actividade quimiossensora do CSN em ratos hipóxicos crónicos no entanto, as respostas do CSN à hipóxia aguda intensa e moderada e à hipercapnia encontram-se diminuídas. Este efeito inibitório que provém da ingestão crónica de cafeína parece ser compensado ao nível dos quimiorreceptores centrais dado que os parâmetros ventilatórios em condições basais e em resposta à hipoxia aguda não se encontram modificados em ratos expostos durante 15 dias a uma atmosfera hipóxica. Resumindo podemos assim concluir que a adenosina quer em situações de hipoxia aguda quer em condições de hipoxia crónica tem um papel excitatório na actividade quimiossensora do CB actuando directamente nos receptores A2A presentes pós-sinapticamente no CSN, assim como facilitando a libertação de dopamina pré-sinapticamente via receptores A2B presentes nas células quimiorreceptoras. A interacção negativa entre os receptores A2B e D2 observadas nas células quimiorreceptoras do CB poderia explicar o aumento do metabolismo de CA observado após a ingestão crónica de cafeína em animais hipóxicos. Conclui-se ainda que durante a aclimatização à hipóxia a acção inibitória da cafeína, em termos de resposta ventilatória, mediada pelos quimiorreceptores periféricos é compensada pelos efeitos excitatórios desta xantina ao nível do quimiorreceptores centrais.------- RESUMEN Los cuerpos carotídeos (CB) son órganos emparejados que están localizados en la bifurcación de la arteria carótida común. Estos órganos son sensibles a variaciones en la PaO2, en la PaCO2, pH y temperatura siendo responsables de la hiperventilación que ocurre en respuesta a la hipoxia, contribuyendo también a la hiperventilación que acompaña a la acidosis metabólica y respiratoria. Las células quimiorreceptoras (tipo I o glómicas) del cuerpo carotídeo responden a las variaciones de gases arteriales liberando neurotransmissores que activan las terminaciones sensitivas del nervio del seno carotídeo (CSN) llevando la información al centro respiratorio central. Todavía esta por clarificar cual el neurotransmisor (o neurotransmisores) responsable por la señalización hipóxica en el CB. La adenosina es un neurotransmisor excitatório en el CB ya que aumenta la actividad del CSN e induce la hiperventilación a través de la activación de receptores de adenosina del subtipo A2. La importancia de estos efectos de la adenosina en la quimiorrecepción, descritos en ratas y gatos, ha sido fuertemente reforzada por resultados obtenidos en voluntarios sanos en los que la infusión intravenosa de adenosina induce hiperventilación y dispnea, efectos estés que han sido atribuidos a una activación del CB ya que la adenosina no cruza la barrera hemato-encefalica y el efecto es tanto más grande cuanto más cercana del CB es la administración. Este trabajo ha sido realizado con el objetivo de investigar cual el significado funcional de la adenosina en la quimiorrecepción en el CB en animales controlo y en animales sometidos a hipoxia crónica sostenida. Para alcanzar este objetivo se ha estudiado: 1) el efecto de la hipoxia moderada en la liberación de adenosina en una preparación in vitro de CB y la especificidad de esta liberación en comparación con otros tejidos no-quimiosensitivos, así como las vías metabólicas de producción y liberación de adenosina del órgano en normoxia y hipoxia; 2) la modulación de la liberación de adenosina/ATP de las células quimiorreceptoras del CB por receptores nicotínicos de ACh; 3) los efectos de la cafeína en el controlo periférico de la ventilación y la identidad de los receptores de adenosina involucrados en los efectos de la adenosina y cafeína en los quimiorreceptores del CB; 4) las interacciones entre los receptores D2 de dopamina y los receptores A2B de adenosina que modulan la liberación de catecolaminas (CA) en el CB de rata y; 5) el efecto de la ingestión crónica de cafeína, es decir, el bloqueo sostenido de los receptores de adenosina, simulando la dependencia de cafeína observada en la populación mundial del occidente, en la función del CB en ratas controlo y sometidas a hipoxia crónica sostenida. Los métodos utilizados en este trabajo incluirán: técnicas de biología molecular como imunocitoquímica y western-blot; técnicas bioquímicas, tales como la cuantificación de neurotransmissores por HPLC, bioluminescencia y métodos radioisotópicos; técnicas electrofisiológicas como el registro de potenciales eléctricos del nervio do seno carotídeo in vitro; y registros ventilatórios in vivo en animales no anestesiados y en libre movimiento (pletismografia). Se observó que: 1) la sensibilidad de los quimiorreceptores de CB esta correlacionada con un bajo umbral de liberación de adenosina en respuesta a la hipoxia ya que en respuesta a una hipoxia moderada (10% O2) la liberación de adenosina en el CB aumenta un 44%, sin embargo esta PaO2 no es un estimulo suficientemente fuerte para inducir la liberación de adenosina del ganglio cervical superior o del tejido arterial; se observó también que aproximadamente 40% de la adenosina liberada del CB proviene del catabolismo extracelular del ATP en normoxia y en hipoxia moderada, y que bajas PO2 inducen la liberación de adenosina vía activación del sistema de transporte equilibrativo ENT1. 2) la ACh modula la liberación de adenosina /ATP del CB en respuesta a la hipóxia moderada lo que sugiere que el papel excitatório de la ACh en la actividad quimiosensora incluye la activación indirecta de receptores purinérgicos por la adenosina y el ATP, indicando que la adenosina y el ATP pueden actuar como mediadores importantes en el proceso de quimiotransducción ya que: a) la activación de los receptores nicotínicos de ACh en el CB en normoxia estimula la liberación de adenosina (max 36%) que aparentemente proviene de la degradación extracelular del ATP. Se observó también que este aumento de adenosina en el CB en hipoxia ha sido antagonizado parcialmente por antagonistas de estos mismos receptores; b) la caracterización farmacológica de los receptores nicotínicos de ACh involucrados en la estimulación de la liberación de adenosina del CB ha revelado que los receptores nicotínicos de ACh involucrados son constituidos por sub-unidades α4ß2. 3) la adenosina modula la liberación de CA de las células quimiorreceptoras del CB a través de receptores de adenosina A2B ya que: a) la cafeína, un antagonista no selectivo de los receptores de adenosina, ha inhibido la liberación de CA en normoxia y en respuesta a estímulos de baja intensidad siendo ineficaz en la liberación inducida por estímulos de intensidad superior; b) el DPCPX y el MRS1754 ha mimetizado los efectos de la cafeína en el CB y el SCH58621 ha sido incapaz de inducir la liberación de CA lo que sugiere que los efectos de la cafeína son mediados por receptores A2B de adenosina que están localizados pré-sinapticamente en las células quimiorreceptoras del CB. 4) la aplicación aguda de cafeína ha inhibido en 52% la actividad quimiosensora del CSN inducida por la hipoxia siendo este efecto mediado respectivamente por receptores de adenosina A2A pós-sinápticos y A2B pré-sinápticos lo que indica que la actividad quimiosensora inducida por la hipoxia es controlada por la adenosina. 5) existe una interacción entre los receptores A2B y D2 que controla la liberación de CA del CB de rata ya que: a) el sulpiride, un antagonista de los receptores D2, ha aumentado la liberación de CA de las células quimiorreceptoras revertiendo el efecto inhibitorio de la cafeína sobre esta misma liberación; b) los antagonistas de los receptores D2, domperidona y haloperidol, han aumentado la liberación basal e evocada de CA de las células quimiorreceptoras confirmando la presencia de autorreceptores D2 en el CB de rata que controlan la liberación de CA a través de un mecanismo de feed-back negativo; c) la propilnorapomorfina, un agonista D2, ha inhibido la liberación basal e evocada de CA sendo este efecto revertido por la NECA, un agonista de los receptores A2B. Ya que la NECA potencia el efecto del haloperidol en la liberación de CA la interacción entre los D2 y A2B puede también ocurrir al nivel de segundos mensajeros, como el cAMP. 6) la ingestión crónica de cafeína en ratas controlo (normóxicas) no ha cambiado significativamente la función basal del CB medida como la dinámica de sus neurotransmisores, dopamina, ATP y adenosina y como actividad quimiosensora del CSN. Al revés de lo que pasa con los efectos básales, la ingestión crónica de cafeína facilitó la respuesta a la hipóxia, ya que ha aumentado la respuesta ventilatória medida como volumen minuto presentando también una clara tendencia para aumentar la actividad quimiosensora del CSN y aumentar la liberación de ATP y dopamina. 7. Después de un período de 15 días de hipoxia crónica se puede observar el fenómeno de climatización ya que las respuestas ventilatórias a la hipoxia están aumentadas, así como la actividad quimiosensora del CSN basal e inducida por la hipoxia. Los cambios observados en el metabolismo de la dopamina, así como en la liberación basal de dopamina y de adenosina podrían contribuir para la climatización en hipoxia crónica. El aumento en la liberación de adenosina en respuesta a la hipoxia aguda en ratas sometidas a hipoxia crónica sugiere un papel para la adenosina en el mantenimiento/aumento de las respuestas ventilatórias a la hipoxia aguda en hipoxia crónica sostenida. Se ha observado también que la liberación de ATP inducida por la hipoxia aguda está disminuida en hipoxia crónica y que la ingestión crónica de cafeína reverte este efecto para valores similares a los valores controlo, sugiriendo que la adenosina podría modular la liberación de ATP en hipoxia crónica. 8. la ingestión crónica de cafeína ha inducido el aumento del metabolismo de CA en el CB en ratas hipóxicas crónicas, medido como expresión de la tirosina hidroxilase, contenido, síntesis y liberación de CA. 9. la ingestión crónica de cafeína no ha inducido cambios en la actividad quimiosensora del CSN en ratas hipóxicas crónicas sin embargo las respuestas do CSN a una hipoxia intensa y moderada y a la hipercapnia están disminuidas. Este efecto inhibitorio que es debido a la ingestión crónica de cafeína es compensado al nivel de los quimiorreceptores centrales ya que los parámetros ventilatórios en condiciones básales y en respuesta a la hipoxia aguda no están modificados en ratas expuestas durante 15 días a una atmósfera hipóxica. Resumiendo se puede concluir que la adenosina en situaciones de hipoxia aguda así como en hipoxia crónica tiene un papel excitatório en la actividad quimiosensora del CB actuando directamente en los receptores A2A localizados pós-sinapticamente en el CSN, así como controlando la liberación de dopamina pré-sinaptica vía receptores A2B localizados en las células quimiorreceptoras. Las interacciones entre los receptores A2B y D2 observadas en las células quimiorreceptoras del CB podrían explicar el aumento del metabolismo de CA observado después de la ingestión crónica de cafeína en animales hipóxicos. Por fin, pero no menos importante se puede concluir que durante la climatización a la hipoxia la acción inhibitoria de la cafeína, medida como respuesta ventilatória, mediada por los quimiorreceptores periféricos es compensada por los efectos excitatórios de esta xantina al nivel de los quimiorreceptores centrales.

Cafeína e resistência à insulina: qual o papel da adenosina?

O seguinte prémio: - Prémio Hargreaves 2012, Guarino MP, Ribeiro MJ, Sacramento JF, Antunes DD, Conde SV, Chronic caffeine intake reverses age-induced insulin resistance in the rat: effects on skeletal muscle glut4 expression and AMPK activity, Sociedade Portuguesa de Diabetologia (SPD) e Jaba Recordati.

Renal effects of adenosine A1-receptor blockade with 8-cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine in hypoxemic newborn rabbits.

The key role of intrarenal adenosine in mediating the hypoxemic acute renal insufficiency in newborn rabbits has been well demonstrated using the nonspecific adenosine antagonist theophylline. The present study was designed to define the role of adenosine A1 receptors during systemic hypoxemia by using the specific A1-receptor antagonist 8-cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine (DPCPX). Renal function parameters were assessed in 31 anesthetized and mechanically ventilated newborn rabbits. In normoxia, DPCPX infusion induced a significant increase in diuresis (+44%) and GFR (+19%), despite a significant decrease in renal blood flow (RBF) (-22%) and an increase in renal vascular resistance (RVR) (+37%). In hypoxemic conditions, diuresis (-19%), GFR (-26%), and RBF (-35%) were decreased, whereas RVR increased (+33%). DPCPX administration hindered the hypoxemia-induced decrease in GFR and diuresis. However, RBF was still significantly decreased (-27%), whereas RVR increased (+22%). In all groups, the filtration fraction increased significantly. The overall results support the hypothesis that, in physiologic conditions, intrarenal adenosine plays a key role in regulating glomerular filtration in the neonatal period through preferential A1-mediated afferent vasoconstriction. During a hypoxemic stress, the A1-specific antagonist DPCPX only partially prevented the hypoxemia-induced changes, as illustrated by the elevated RVR and drop in RBF. These findings imply that the contribution of intrarenal adenosine to the acute adverse effects of hypoxemia might not be solely mediated via the A1 receptor.

Adenosine A1 receptor activation is arrhythmogenic in the developing heart through NADPH oxidase/ERK- and PLC/PKC-dependent mechanisms.

Whether adenosine, a crucial regulator of the developing cardiovascular system, can provoke arrhythmias in the embryonic/fetal heart remains controversial. Here, we aimed to establish a mechanistic basis of how an adenosinergic stimulation alters function of the developing heart. Spontaneously beating hearts or dissected atria and ventricle obtained from 4-day-old chick embryos were exposed to adenosine or specific agonists of the receptors A(1)AR (CCPA), A(2A)AR (CGS-21680) and A(3)AR (IB-MECA). Expression of the receptors was determined by quantitative PCR. The functional consequences of blockade of NADPH oxidase, extracellular signal-regulated kinase (ERK), phospholipase C (PLC), protein kinase C (PKC) and L-type calcium channel (LCC) in combination with adenosine or CCPA, were investigated in vitro by electrocardiography. Furthermore, the time-course of ERK phosphorylation was determined by western blotting. Expression of A(1)AR, A(2A)AR and A(2B)AR was higher in atria than in ventricle while A(3)AR was equally expressed. Adenosine (100μM) triggered transient atrial ectopy and second degree atrio-ventricular blocks (AVB) whereas CCPA induced mainly Mobitz type I AVB. Atrial rhythm and atrio-ventricular propagation fully recovered after 60min. These arrhythmias were prevented by the specific A(1)AR antagonist DPCPX. Adenosine and CCPA transiently increased ERK phosphorylation and induced arrhythmias in isolated atria but not in ventricle. By contrast, A(2A)AR and A(3)AR agonists had no effect. Interestingly, the proarrhythmic effect of A(1)AR stimulation was markedly reduced by inhibition of NADPH oxidase, ERK, PLC, PKC or LCC. Moreover, NADPH oxidase inhibition or antioxidant MPG prevented both A(1)AR-mediated arrhythmias and ERK phosphorylation. These results suggest that pacemaking and conduction disturbances are induced via A(1)AR through concomitant stimulation of NADPH oxidase and PLC, followed by downstream activation of ERK and PKC with LCC as possible target.

In vivo co-ordinated interactions between inhibitory systems to control glutamate mediated hippocampal excitability.

We present an overview of the long-term adaptation of hippocampal neurotransmission to cholinergic and GABAergic deafferentation caused by excitotoxic lesion of the medial septum. Two months after septal microinjection of 2.7 nmol a -amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionate (AMPA), a 220% increase of GABA A receptor labelling in the hippo- campal CA3 and the hilus was shown, and also changes in hippocampal neurotransmission characterised by in vivo microdialysis and HPLC. Basal amino acid and purine extra- cellular levels were studied in control and lesioned rats. In vivo effects of 100 m M KCl perfusion and adenosine A 1 receptor blockade with 1,3-dipropyl- 8-cyclopentylxanthine (DPCPX) on their release were also investigated. In lesioned animals GABA, glutamate and glutamine basal levels were decreased and taurine, adenosine and uric acid levels increased. A similar response to KCl infusion occurred in both groups except for GABA and glutamate, which release decreased in lesioned rats. Only in lesioned rats, DPCPX increased GABA basal level and KCl-induced glutamate release, and decreased glutamate turnover. Our results evidence that an excitotoxic septal lesion leads to increased hippocampal GABA A receptors and decreased glutamate neurotransmis- sion. In this situation, a co-ordinated response of hippocampal retaliatory systems takes place to control neuron excitability.

Antidipsogenic effects of central adenosine-5'-triphosphate

Besides other physiological functions, adenosine-5'-triphosphate (ATP) is also a neurotransmitter that acts on purinergic receptors. In spite of the presence of purinergic receptors in forebrain areas involved with fluid-electrolyte balance, the effect of ATP on water intake has not been investigated. Therefore, we studied the effects of intracerebroventricular (icv) injections of ATP (100, 200 and 300 nmol/µL) alone or combined with DPCPX or PPADS (P1 and P2 purinergic antagonists, respectively, 25 nmol/µL) on water intake induced by water deprivation. In addition, the effect of icv ATP was also tested on water intake induced by intragastric load of 12% NaCl (2 mL/rat), acute treatment with the diuretic/natriuretic furosemide (20 mg/kg), icv angiotensin II (50 ng/µL) or icv carbachol (a cholinergic agonist, 4 nmol/µL), on sodium depletion-induced 1.8% NaCl intake, and on food intake induced by food deprivation. Male Holtzman rats (280-320 g, N = 7-11) had cannulas implanted into the lateral ventricle. Icv ATP (300 nmol/µL) reduced water intake induced by water deprivation (13.1 ± 1.9 vs saline: 19.0 ± 1.4 mL/2 h; P < 0.05), an effect blocked by pre-treatment with PPADS, but not DPCPX. Icv ATP also reduced water intake induced by NaCl intragastric load (5.6 ± 0.9 vs saline: 10.3 ± 1.4 mL/2 h; P < 0.05), acute furosemide treatment (0.5 ± 0.2 vs saline: 2.3 ± 0.6 mL/15 min; P < 0.05), and icv angiotensin II (2.2 ± 0.8 vs saline: 10.4 ± 2.0 mL/2 h; P < 0.05), without changing icv carbachol-induced water intake, sodium depletion-induced 1.8% NaCl intake and food deprivation-induced food intake. These data suggest that central ATP, acting on purinergic P2 receptors, reduces water intake induced by intracellular and extracellular dehydration.

Adenosine Modulatesa alpha(2)-Adrenergic Receptors within Specific Subnuclei of the Nucleus Tractus Solitarius in Normotensive and Spontaneously Hypertensive Rats

Adenosine Is known to modulate neuronal activity within the nucleus tractus solitarius (NTS). The modulatory effect of adenosine A, receptors (A(1R)) on alpha(2)-adrenoceptors (Adr(2R)) was evaluated using quantitative radioautography within NTS subnuclei and using neuronal culture of normotensive (WKY) and spontaneously hypertensive rats (SHR). Radioautography was used in a saturation experiment to measure Adr2R binding parameters (B(max), K(d)) In the presence of 3 different concentrations of N(6)-cyclopentyladenosine (CPA), an A(1R) agonist. Neuronal culture confirmed our radioautographic results. [(3)H]RX821002, an Adr(2R) antagonist, was used as a ligand for both approaches. The dorsomedial/dorsolateral subnucleus of WKY showed an increase in B(max) values (21%) Induced by 10 nmol/L of CPA. However, the subpostremal subnucleus showed a decrease in Kd values (24%) induced by 10 nmol/L of CPA. SHR showed the same pattern of changes as WKY within the same subnuclei; however, the modulatory effect of CPA was induced by I nmol/L (increased B(max), 17%; decreased K(d), 26%). Cell culture confirmed these results, because 10(-5) and 10(-7) mol/L of CPA promoted an Increase in [3H]RX821002 binding of WKY (53%) and SHR cells (48%), respectively. DPCPX, an AIR antagonist, was used to block the modulatory effect promoted by CPA with respect to Adr2R binding. In conclusion, our study shows for the first time an interaction between A(1R) that increases the binding of Adr2R within specific subnuclei of the NTS. This may be important In understanding the complex autonomic response induced by adenosine within the NTS. In addition, changes in interactions between receptors might be relevant to understanding the development of hypertension. (Hypertens Res 2008; 31: 2177-2186)

Sistema purinérgico na memória da tarefa de esquiva inibitória em córtex cingulado e córtex pré-frontal de ratos

A memória pode ser definida como o armazenamento e a evocação de uma informação aprendida. Sendo um processo dinâmico, requer a ativação de diversos sistemas para que a informação adquirida seja consolidada. O ATP é um importante neurotransmissor que, após a sua liberação e conseqüente ativação de seus receptores específicos, precisa ser inativado. Esta remoção do ATP da fenda sináptica ocorre através de sua hidrólise promovida pelas ectonucleotidases. Como um dos produtos da hidrólise do ATP, a adenosina é considerada um potente neuromodulador e exerce suas ações através de receptores específicos com ações excitatórias (A2A e A2B ) ou inibitórias (A1 e A3). Vários trabalhos já demonstraram a participação do sistema purinérgico nos processos relacionados a memória da tarefa da esquiva inibitória. Estudos realizados em nosso laboratório mostraram a participação das ectonucleotidases sinaptossomais de hipocampo, córtex entorrinal e córtex parietal na consolidação da memória para esquiva inibitória. No entanto, existem poucos estudos a respeito do sistema purinérgico nos mecanismos de consolidação da memória em outras regiões cerebrais, tais como o córtex cingulado anterior (CA) e posterior (CP) e a área pré-central medial (FR2). Portanto, na primeira parte deste estudo, avaliamos as atividades ectonucleotidásicas em sinaptossomas de CA, CP e FR2 de ratos submetidos à tarefa de esquiva inibitória. Nossos resultados demonstraram um aumento na hidrólise de ATP em sinaptossomas de FR2 e CA; e na hidrólise de ADP em sinaptossomas de FR2 e CP. Este aumento na hidrólise de ATP e ADP ocorreu devido ao choque administrado na tarefa, já que o grupo de animais que não recebeu choque não apresentou alterações na hidrólise de ATP e ADP. Este efeito observado provavelmente não está associado à consolidação da memória, mas a mudanças neuroquímicas e neurohumorais induzidas pelo estresse após o choque. Além disso, foi observado um aumento relacionado ao aprendizado na atividade ATPásica e ADPásica em CP e CA, respectivamente. Estes resultados sugerem fortemente que estas enzimas participam da consolidação da memória em CP e CA. O aumento na hidrólise de ATP e ADP sugere um possível aumento na concentração de adenosina nestas regiões. Portanto, na segunda parte deste estudo, verificamos a influência de agonistas e antagonistas de receptores de adenosina nas memórias de curta (STM) e de longa (LTM) duração na tarefa de esquiva inibitória. Então, neste estudo administramos intrafusões de análogos de adenosina em CP, imediatamente após o treino em esquiva inibitória. Os resultados demonstraram que a intrafusão de DPCPX, um antagonista de receptores A1, em CP, na concentração de 50 nM, aumentou significativamente a retenção da tarefa em ambas STM e LTM. Além disso, a administração de CPA, um agonista de receptores A1 de adenosina, não alterou ambas STM e LTM nas concentrações testadas. Portanto, este estudo sugere que os receptores A1 exercem uma modulação inibitória em CP tanto na STM quanto na LTM para o aprendizado de esquiva inibitória. A regulação dos níveis de ATP e adenosina pelas ectonucleotidases em CP, CA e FR2 controlaria a ativação dos receptores A1 nestas estruturas, podendo exercer efeitos modulatórios na consolidação da memória nestas estruturas.

Antidipsogenic effects of central adenosine-5'-triphosphate

Besides other physiological functions, adenosine-5'-triphosphate (ATP) is also a neurotransmitter that acts on purinergic receptors. In spite of the presence of purinergic receptors in forebrain areas involved with fluid-electrolyte balance, the effect of ATP on water intake has not been investigated. Therefore, we studied the effects of intracerebroventricular (icv) injections of ATP (100, 200 and 300 nmol/µL) alone or combined with DPCPX or PPADS (P1 and P2 purinergic antagonists, respectively, 25 nmol/µL) on water intake induced by water deprivation. In addition, the effect of icv ATP was also tested on water intake induced by intragastric load of 12% NaCl (2 mL/rat), acute treatment with the diuretic/natriuretic furosemide (20 mg/kg), icv angiotensin II (50 ng/µL) or icv carbachol (a cholinergic agonist, 4 nmol/µL), on sodium depletion-induced 1.8% NaCl intake, and on food intake induced by food deprivation. Male Holtzman rats (280-320 g, N = 7-11) had cannulas implanted into the lateral ventricle. Icv ATP (300 nmol/µL) reduced water intake induced by water deprivation (13.1 ± 1.9 vs saline: 19.0 ± 1.4 mL/2 h; P < 0.05), an effect blocked by pre-treatment with PPADS, but not DPCPX. Icv ATP also reduced water intake induced by NaCl intragastric load (5.6 ± 0.9 vs saline: 10.3 ± 1.4 mL/2 h; P < 0.05), acute furosemide treatment (0.5 ± 0.2 vs saline: 2.3 ± 0.6 mL/15 min; P < 0.05), and icv angiotensin II (2.2 ± 0.8 vs saline: 10.4 ± 2.0 mL/2 h; P < 0.05), without changing icv carbachol-induced water intake, sodium depletion-induced 1.8% NaCl intake and food deprivation-induced food intake. These data suggest that central ATP, acting on purinergic P2 receptors, reduces water intake induced by intracellular and extracellular dehydration.

Amplification of neuromuscular transmission by methylprednisolone involves activation of presynaptic facilitatory adenosine A(2A) receptors and redistribution of synaptic vesicles

The mechanisms underlying improvement of neuromuscular transmission deficits by glucocorticoids are still a matter of debate despite these compounds have been used for decades in the treatment of autoimmune myasthenic syndromes. Besides their immunosuppressive action, corticosteroids may directly facilitate transmitter release during high-frequency motor nerve activity. This effect coincides with the predominant adenosine A(2A) receptor tonus, which coordinates the interplay with other receptors (e.g. muscarinic) on motor nerve endings to sustain acetylcholine (ACh) release that is required to overcome tetanic neuromuscular depression in myasthenics. Using myographic recordings, measurements of evoked [H-3]ACh release and real-time video microscopy with the FM4-64 fluorescent dye, results show that tonic activation of facilitatory A(2A) receptors by endogenous adenosine accumulated during 50 Hz bursts delivered to the rat phrenic nerve is essential for methylprednisolone (03 mM)-induced transmitter release facilitation, because its effect was prevented by the A(2A) receptor antagonist, ZM 241385 (10 nM). Concurrent activation of the positive feedback loop operated by pirenzepine-sensitive muscarinic M-1 autoreceptors may also play a role, whereas the corticosteroid action is restrained by the activation of co-expressed inhibitory M-2 and Al receptors blocked by methoctramine (0.1 mu M) and DPCPX (2.5 nM), respectively. Inhibition of FM4-64 loading (endocytosis) by methylprednisolone following a brief tetanic stimulus (50 Hz for 5 s) suggests that it may negatively modulate synaptic vesicle turnover, thus increasing the release probability of newly recycled vesicles. Interestingly, bulk endocytosis was rehabilitated when methylprednisolone was co-applied with ZM241385. Data suggest that amplification of neuromuscular transmission by methylprednisolone may involve activation of presynaptic facilitatory adenosine A(2A) receptors by endogenous adenosine leading to synaptic vesicle redistribution. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A physiological role of the adenosine A3 receptor: Sustained cardioprotection

Adenosine released during cardiac ischemia exerts a potent, protective effect in the heart. A newly recognized adenosine receptor, the A3 subtype, is expressed on the cardiac ventricular cell, and its activation protects the ventricular heart cell against injury during a subsequent exposure to ischemia. A cultured chicken ventricular myocyte model was used to investigate the cardioprotective role of a novel adenosine A3 receptor. The protection mediated by prior activation of A3 receptors exhibits a significantly longer duration than that produced by activation of the adenosine A1 receptor. Prior exposure of the myocytes to brief ischemia also protected them against injury sustained during a subsequent exposure to prolonged ischemia. The adenosine A3 receptor-selective antagonist 3-ethyl 5-benzyl-2-methyl-6-phenyl-4-phenylethynyl-1,4-(±)-dihydropyridine-3,5-dicarboxylate (MRS1191) caused a biphasic inhibition of the protective effect of the brief ischemia. The concomitant presence of the A1 receptor antagonist 8-cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine (DPCPX) converted the MRS1191-induced dose inhibition curve to a monophasic one. The combined presence of both antagonists abolished the protective effect induced by the brief ischemia. Thus, activation of both A1 and A3 receptors is required to mediate the cardioprotective effect of the brief ischemia. Cardiac atrial cells lack native A3 receptors and exhibit a shorter duration of cardioprotection than do ventricular cells. Transfection of atrial cells with cDNA encoding the human adenosine A3 receptor causes a sustained A3 agonist-mediated cardioprotection. The study indicates that cardiac adenosine A3 receptor mediates a sustained cardioprotective function and represents a new cardiac therapeutic target.

BDNF impairs recovery of synaptic transmission after hypoxia even with blockage of adenosine A2A receptors

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014