Estudos sobre os mecanismos das alterações do metabolismo energético e das atividades de ecto-nucleotidases em animais submetidos à hiperargininemia

Abstract

A hiperargininemia é um erro inato do ciclo da uréia causado pela deficiência na atividade da arginase hepática, a qual catalisa a conversão de arginina (Arg) em uréia e ornitina. Esta doença é caracterizada bioquimicamente pelo acúmulo tecidual de Arg. Retardo mental e outras alterações neurológicas, cujos mecanismos são ainda desconhecidos, são sintomas comuns em pacientes hiperargininêmicos. Considerando que a disfunção neurológica característica da hiperargininemia é pouco conhecida e que o metabolismo energético está associado com a fisiopatologia de muitas doenças que afetam o sistema nervoso central, o objetivo geral do nosso estudo foi investigar o efeito da administração aguda de Arg sobre alguns parâmetros importantes de metabolismo energético, tais como a captação de glicose, liberação de lactato, produção de CO2 a partir de glicose, atividade de enzimas da cadeia respiratória (CR) e atividades da creatinaquinase (CK) e Na+,K+-ATPase em cérebro de ratos.Também verificamos o efeito da Arg sobre a hidrólise de nucleotídeos em sinaptossomas obtidos de hipocampo de ratos e em soro de ratos, bem como o efeito da administração intracerebroventricular de Arg sobre alguns parâmetros de estresse oxidativo. Em adição, também investigamos a influência dos antioxidantes, a-tocoferol e ácido ascórbico e do Nv-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME), um potente inibidor da enzima óxido nítrico sintase, sobre os efeitos causados pela Arg. Os resultados do presente trabalho mostraram que a Arg reduziu o metabolismo energético cerebral, uma vez que houve redução na captação de glicose, aumento da liberação de lactato, diminuição na atividade do complexo II e da succinatodesidrogenase (SDH) da CR, redução na produção de CO2 a partir de glicose e redução nas atividades das enzimas CK e Na+,K+-ATPase, provavelmente através da geração de óxido nítrico e/ou peroxinitrito e/ou outros radicais livres, visto que antioxidantes importantes como o a-tocoferol e ácido ascórbico e o L-NAME preveniram esses efeitos. Verificamos também que a Arg induziu o estresse oxidativo, visto que a infusão intracerebroventricular de Arg acarretou em aumento da formação de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS) e diminuição da capacidade antioxidante total não-enzimática (TRAP), corroborando assim, com nossos resultados prévios. Em adição, também mostramos que a administração aguda de Arg alterou a hidrólise de nucleotídeos adenínicos em sinaptossomas de hipocampo de ratos, bem como em soro de ratos.Esses resultados em conjunto, poderão auxiliar no entendimento dos sintomas e distúrbios neurológicos observados em pacientes hiperargininêmicos. Além disso, se confirmados em humanos, esses resultados podem sugerir que a suplementação com antioxidantes possa ser utilizada como uma estratégia no tratamento da hiperargininemia.

Hyperargininemia is an inherited metabolic disease caused by severe deficiency of liver arginase activity, an enzyme of the urea cycle which catalyses the conversion of arginine (Arg) to urea and ornithine. This disease is biochemically characterized by tissue accumulation of Arg. Mental retardation and other neurological features, whose mechanisms are still obscure, are common symptoms in hyperargininemic patients. Considering that the neurological disfunction characteristic of hyperargininemia is not yet well established and that energy metabolism is associated with the pathophysiology of several diseases that affect the central nervous system, the geral objective of the present study was to investigate the effect of acute Arg administration on some important parameters of energy metabolism, such as glucose uptake, lactate release, CO2 production from glucose, activities of enzymes of the respiratory chain and activities of creatine kinase (CK) and Na+,K+-ATPase in rat brain.We also tested the effect of Arg on the hydrolysis of nucleotides in synaptosomes from hippocampus of rats and in serum of rats, as well as the effect of intracerebroventricular injection of Arg on some parameters of oxidative stress. In addition, we also evaluated the influence of antioxidants, namely a-tocopherol plus ascorbic acid and Nv-nitro-Larginine methyl ester (L-NAME), a potent nitric oxide sinthase inhibitor, on the effects elicited by Arg. The results of the present study showed that Arg impairs brain energy metabolism, since decreased glucose uptake, increased lactate release, diminished the activities of complex II and succinate dehydrogenase (SDH) of the respiratorychain, inhibited CO2 production from glucose and decreased the activities of the enzymes CK and Na+,K+-ATPase, probably through the generation of nitric oxide and /or its derivates peroxynitrite and/or other free radicals, since important antioxidants such as a-tocopherol plus ascorbic acid and the L-NAME prevented these effects. We also verified that Arg induced oxidative stress, since intracerebroventricular infusion of Arg increased the production of thiobarbituric acid-reactive substances (TBA-RS) and reduced total radical-trapping parameter (TRAP). These results are in agreement with our previous findings. In addition, we also showed that acute Arg administration altered adenine nucleotide hydrolysis in synaptosomes from hippocampus of rats, as well as in serum of rats. This group´s results may be helpful in the understanding of the symptoms and brain disfunction showed by hyperargininemic patients. Besides, if these findings also occur in humans, we can suggest that the supplementation with antioxidants should be used as a strategy to the treatment of hyperargininemia.