Efeitos do ácido 3-hidróxi-3-metilglutárico sobre o estresse oxidativo e a bioenergética em cérebro de ratos
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Data
2024Orientador
Nível acadêmico
Mestrado
Tipo
Assunto
Resumo
A deficiência da 3-hidróxi-3-metilglutaril-CoA liase (HL), também chamada de acidemia 3-hidróxi-3-metilglutárica, é um erro inato do metabolismo de herança autossômica recessiva que afeta a cetogênese e o catabolismo da leucina. Essa doença é caracterizada pelo acúmulo predominante do ácido 3-hidróxi-3-metilglutárico (HMG) em líquidos biológicos e tecidos de pacientes, incluindo o cérebro. Os achados clínicos incluem déficit cognitivo, hipotonia, convulsões, coma e anormalidades no córtex cereb ...
A deficiência da 3-hidróxi-3-metilglutaril-CoA liase (HL), também chamada de acidemia 3-hidróxi-3-metilglutárica, é um erro inato do metabolismo de herança autossômica recessiva que afeta a cetogênese e o catabolismo da leucina. Essa doença é caracterizada pelo acúmulo predominante do ácido 3-hidróxi-3-metilglutárico (HMG) em líquidos biológicos e tecidos de pacientes, incluindo o cérebro. Os achados clínicos incluem déficit cognitivo, hipotonia, convulsões, coma e anormalidades no córtex cerebral e gânglios basais, cuja fisiopatologia ainda não está bem estabelecida. Portanto, para elucidar os mecanismos fisiopatológicos, investigamos os efeitos da administração intracerebroventricular (i.c.v) do HMG em córtex cerebral e estriado de ratos Wistar de 30 dias idade. Os animais receberam uma única administração de HMG (grupo teste) e NaCl (grupo controle) nas doses de 1,5 μmol (2 μL de uma solução 0,74M) e 3 μmol (2 μL de uma solução 1,5M) e foram eutanasiados por decapitação nos períodos de 2 ou 24h após a injeção. Nossos achados mostraram que a administração de 1,5 μmol de HMG diminuiu a atividade das enzimas antioxidantes glutationa peroxidase (GPx), glicose-6- fosfato desidrogenase (G6PDH) e os níveis de glutationa reduzida (GSH) ao passo que aumentou a atividade da glutationa redutase (GR) em córtex cerebral de ratos eutanasiados em 2h. Já em córtex de ratos eutanasiados em 24h, o HMG diminuiu a atividade das enzimas glutationa S-transferase (GST), G6PDH, GR, superóxido dismutase (SOD) e níveis de GSH ao passo que aumentou a atividade da GPx. Além disso, verificamos em estriado de ratos eutanasiados em 2h que o HMG diminuiu a atividade da GPx, GST e G6PDH, e em 24h que o HMG diminuiu a atividade da GST e as concentrações de GSH ao passo que aumentou a atividade da SOD. Em relação à atividade da catalase (CAT) e conteúdo de grupamentos sulfidrila, o HMG, na dose de 1,5 μmol, não alterou esses parâmetros em nenhum período ou estrutura cerebral avaliado. Já na dose de 3 μmol, o HMG diminuiu a atividade das enzimas antioxidantes GPx, GST, G6PDH e GR, os níveis de GSH e o conteúdo de grupamentos de sulfidrila em córtex cerebral de animais eutanasiados em 2h. Em córtex de ratos eutanasiados em 24h, o HMG aumentou a atividade da GPx, GST, G6PDH, GR e CAT. Em estriado de ratos eutanasiados em 2h, observamos que o HMG diminuiu a atividade da G6PDH e GR e as concentrações de GSH, ao passo que aumentou a atividade das enzimas GPx e GST. Além disso, verificamos que o HMG diminuiu a atividade das enzimas GST e G6PDH e os níveis de GSH e aumentou a atividade de GPx e GR em estriado em 24h. A SOD não teve sua atividade significativamente alterada em nenhum dos períodos e estruturas cerebrais avaliados. Também investigamos os efeitos do HMG, na dose de 3 μmol, sobre parâmetros de bioenergética 2h após a administração. O HMG aumentou a atividade da isocitrato desidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase em córtex cerebral e a atividade da malato desidrogenase em estriado de ratos com eutanásia em 2h. Ainda, o HMG diminuiu a atividade da CK em estriado. Contudo, o ácido orgânico não alterou significativamente a atividade das enzimas citrato sintase e succinato desidrogenase. Além disso, verificamos que as atividades dos complexos I, II, II-III e IV não foram significativamente alteradas pelo HMG. Finalmente, o HMG diminuiu o conteúdo de GFAP em estriado, porém não alterou esse parâmetro em córtex de animais eutanasiados em 2h. Considerando os resultados obtidos, pode ser sugerido que o acúmulo de HMG induz estresse oxidativo no cérebro de animais, uma vez que ele alterou a atividade de múltiplas enzimas antioxidantes e os níveis de GSH, o principal antioxidante cerebral. O HMG também aumentou a atividade de enzimas do ciclo do ácido cítrico, indicando um mecanismo compensatório a fim de manter a homeostase bioenergética, e diminuiu a atividade da CK, prejudicando a transferência de energia celular. Portanto, nossos achados mostram que esses mecanismos patológicos podem contribuir para a fisiopatologia da deficiência da HL. ...
Abstract
3-Hydroxy-3-methylglutaryl-CoA lyase (HL) deficiency, also called 3-hydroxy-3- methylglutaric acidemia, is an autosomal recessive inborn error of metabolism that affects ketogenesis and leucine catabolism. This disorder is characterized by the predominant accumulation of 3-hydroxy-3-methylglutaric acid (HMG) in biological fluids and patient tissues, including the brain. Clinical findings include cognitive deficit, hypotonia, seizures, coma and abnormalities in the cerebral cortex and basal gang ...
3-Hydroxy-3-methylglutaryl-CoA lyase (HL) deficiency, also called 3-hydroxy-3- methylglutaric acidemia, is an autosomal recessive inborn error of metabolism that affects ketogenesis and leucine catabolism. This disorder is characterized by the predominant accumulation of 3-hydroxy-3-methylglutaric acid (HMG) in biological fluids and patient tissues, including the brain. Clinical findings include cognitive deficit, hypotonia, seizures, coma and abnormalities in the cerebral cortex and basal ganglia, the pathophysiology of which is not yet established. Therefore, to elucidate the pathophysiological mechanisms, we investigated the effects of intracerebroventricular (i.c.v.) administration of HMG in the cerebral cortex and striatum of 30-day-old Wistar rats. The animals received a single icv injection of HMG (test group) and NaCl (control group) at doses of 1.5 μmol (2 μL of a 0,74M solution) and 3 μmol (2 μL of a 1,5M solution) and were euthanized by decapitation 2 or 24h after injection. Our findings showed that the administration of 1.5 μmol of HMG decreased the activity of the antioxidant enzymes glutathione peroxidase (GPx), glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) and reduced glutathione (GSH) levels while it increased the activity of glutathione reductase (GR) in the cerebral cortex of rats euthanized at 2h. In rats euthanized at 24h, HMG decreased the activity of glutathione S-transferase (GST), G6PDH, GR and superoxide dismutase (SOD) and GSH levels while it increased the activity of GPx. Furthermore, we found in the striatum of rats euthanized at 2h that HMG decreased GPx, GST and G6PDH activities, while in rats euthanized at 24h, HMG decreased GST activity and GSH concentrations. Concerning catalase (CAT) activity and sulfhydryl group content, HMG, at the dose of 1.5 μmol, did not change these parameters in any period or brain structure evaluated.At a dose of 3 μmol, HMG decreased the activity of the antioxidant enzymes GPx, GST, G6PDH and GR, GSH levels and sulfhydryl group content in the cerebral cortex of rats euthanized at 2h. In the cortex of rats euthanized at 24h, HMG increased GPx, GST, G6PDH, GR and CAT activities. In the striatum of rats euthanized at 2h, we observed that HMG decreased the activity of G6PDH and GR and the concentrations of GSH, while it increased the activity of GPx and GST. Furthermore, HMG decreased GST and G6PDH activities and GSH levels and increased GPx and GR activities in the striatum of euthanized rats at 24h. SOD activity was not significantly changed in any period or brain structure evaluated. We also investigated the effects of HMG, at the dose of 3 μmol, on bioenergetics parameters and GFAP content 2h after the administration. HMG increased the activity of isocitrate dehydrogenase and α-ketoglutarate dehydrogenase in the cerebral cortex and the activity of malate dehydrogenase in the striatum of rats. Furthermore, HMG decreased CK activity in the striatum. However, HMG did not significantly alter the activity of the enzymes citrate synthase and succinate dehydrogenase. Furthermore, the activities of the respiratory chain complexes I, II, II-III and IV were not significantly altered. Finally, HMG decreased GFAP content in the striatum but did not change this parameter in the cortex of animals at 2h. Considering these data, it can be suggested that the accumulation of HMG induces oxidative stress in the brain of young rats since it alters the activity of multiple antioxidant enzymes and the levels of GSH, the main brain antioxidant. HMG also increased the activity of citric acid cycle enzymes, indicating a compensatory mechanism to maintain bioenergetic homeostasis, and decreased the activity of CK, suggesting an impairment in the cellular energy transfer. Therefore, our findings show that these pathological mechanisms may contribute to the pathophysiology of HL deficiency ...
Instituição
Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Ciências Básicas da Saúde. Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica.
Coleções
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Ciências Biológicas (4206)Bioquímica (912)
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