Avaliação emocional, motora e bioquímico-molecular em modelo experimental de hiper-homocisteinemia leve em roedores

Abstract

Níveis plasmáticos levemente elevados de homocisteína (Hcy), que caracterizam a hiper- homocisteinemia (HHcy), têm sido relacionados a perturbações na homeostase celular e são considerados um fator de risco para o desenvolvimento de doenças neurodegenerativas, psiquiátricas e motoras. No entanto, os mecanismos pelos quais a Hcy exerce seu efeito tóxico ainda não estão completamente elucidados. Baseado nisso, o objetivo desta tese foi avaliar as possíveis alterações causadas pela HHcy leve crônica sobre parâmetros emocionais (testes do labirinto em cruz elevada, exploração claro-escuro e campo aberto, preferência pela sacarose 1%, natação forçada, ganho de peso corpóreo e relação peso adrenal/peso corpóreo) e motores (testes da caminhada em escada horizontal, trave de equilíbrio, suspensão e pole vertical) em ratos. Também investigamos possíveis alterações bioquímico-molecular estrutura-específico em uma ou mais estruturas cerebrais (amígdala, córtex pré-frontal, estriado e/ou cerebelo). Ratos Wistar foram submetidos a uma injeção subcutânea de Hcy (0,03μmol/g de peso corporal) duas vezes ao dia, dos 30 aos 60 dias de vida. Após a indução do modelo de HHcy leve crônica os animais foram submetidos à eutanásia e/ou aos testes emocionais/motores seguidos de eutanásia. A HHcy leve induziu comportamento semelhante à ansiedade, aumentou a produção de bolos fecais e o tempo para desenvolver tarefas em alguns aparatos dos testes ansiosos e motores, mas não alterou significativamente o comportamento semelhante à depressão e a motricidade dos animais. Quanto às análises bioquímicas, na amígdala, a HHcy leve aumentou as atividades das enzimas succinato desidrogenase (SDH) e complexo II, superóxido dismutase (SOD) e glutationa peroxidase (GPx), Na+, K+-ATPase e glutamina sintetase, bem como os níveis de nitritos, o dano ao DNA e o imunoconteúdo nuclear do fator nuclear eritróide 2 (Nrf-2). A atividade da citocromo c oxidase e os níveis de ATP foram diminuídos. No córtex pré-frontal, a HHcy leve aumentou as atividades da catalase (CAT), GPx, Mg2+-ATPase e da glutamina sintetase, bem como o dano ao DNA. Os demais parâmetros avaliados na amígdala e no córtex pré-frontal não foram alterados. No estriado, a HHcy leve aumentou as espécies reativas, as atividades da GPx, CAT e acetilcolinesterase (AChE) e a expressão gênica da interleucina(IL)-1β, bem como reduziu a atividade da citocromo c oxidase, o imunoconteúdo da AChE e a expressão gênica do fator de necrose tumoral (TNF)-α. No cerebelo, a HHcy leve aumentou as espécies reativas, o dano lipídico, e a expressão gênica do TNF-α, IL-1β, IL-10 e do fator de transformação do crescimento (TGF)-β, bem como diminuiu o conteúdo de glutationa reduzida, a razão SOD/CAT, a atividade da citocromo c oxidase e da AChE e o imunoconteúdo da AChE. Os demais parâmetros avaliados em estriado e cerebelo não foram alterados. Em conjunto nossos achados sugerem que a HHcy leve induz comportamento semelhante ao ansioso, prejuízos oxidativos, bioenergéticos, glutamatérgicos e inflamatórios, além de alterar a atividade das ATPases e da AChE de maneira estrutura-específica. Tais alterações podem estar relacionadas aos mecanismos pelos quais a HHcy leve exerce toxicidade, aumentando o risco e a incidência de doenças neurodegenerativas, psiquiátricas e motoras, assim como comorbidades associadas a estas doenças na população em geral.

Elevated levels of homocysteine (Hcy) are linked to disturbances in cell homeostasis. Hyperhomocysteinemia (HHcy) has been considered a risk factor for the development of neurodegenerative, psychiatric, and motor diseases. However, the mechanisms by which Hcy exerts its toxic effect are not yet fully understood. Thus, the objective of the thesis was to assess the possible changes caused by chronic mild HHcy on parameters of emotional behavior (elevated plus maze tests, light-dark exploration, and open field, sucrose preference, forced swimming, body weight gain and adrenal weight/body weight ratio), as well as the motor system (horizontal stair walk tests, balance beam, suspension, and vertical pole) in rats. We aim to perform a structure-specific biochemical-molecular screening in the amygdala, prefrontal cortex, striatum, and cerebellum. For this, Wistar rats received a subcutaneous injection of HCY (0.03μmol / g of body weight) twice a day, from 30 to 60 days of life. After the mild HHcy model induction, the animals were euthanized and/or submitted to emotional/motor tests followed by euthanasia. Mild HHcy induced anxiety-like behavior, increased the fecal boli production and the time to develop tasks in some apparatus of anxious and motor tests, without, however, significantly altering the depressive-like behavior and motricity of animals. As for biochemical parameters, in the amygdala, mild HHcy increased the activities of succinate dehydrogenase (SDH) and complex II, superoxide dismutase (SOD) and glutathione peroxidase (GPx), Na+, K+-ATPase and glutamine synthetase, as well as nitrite levels, DNA damage and nuclear immunocontent of nuclear erythroid factor 2 (Nrf-2). Cytochrome c oxidase activity and ATP levels were decreased. In the prefrontal cortex, mild HHcy increased the activity of catalase (CAT) and GPx, DNA damage, and the activities of Mg2+-ATPase and glutamine synthetase. The other assays in the amygdala and prefrontal cortex were not changed. In the striatum, mild HHcy increased reactive species, activities of CAT, GPx, and AChE, and interleukin (IL)-1β gene expression, as well as reduced cytochrome c oxidase activity, AChE immunocontent, and tumor necrosis factor (TNF)-α gene expression. In the cerebellum, mild HHcy increased reactive species, lipid damage, and gene expression of TNF-α, IL-1β, IL-10, and transformation growth factor (TGF)-β, as well as decreased reduced glutathione content, SOD/CAT ratio, the activity of cytochrome c oxidase and AChE, and the immunocontent of AChE. The other assays in the striatum and cerebellum were not changed. Our findings suggest that mild HHcy induces anxiety-like behavior, oxidative, bioenergetic, glutamatergic, and inflammatory damages, in addition to altering ATPase and AChE activities in a structure-specific manner. Such changes may be related to the mechanisms by which mild HHcy exerts toxicity, increasing the risk and incidence of neurodegenerative, psychiatric, and motor diseases, as well as comorbidities associated with these diseases in the general population.