Alterações musculares e cerebrais em ratos jovens submetidos ao modelo experimental de hiperhomocistenemia severa : papel protetor da creatina

Abstract

A hiperhomocisteinemia severa ou homocistinúria clássica é um erro inato do metabolismo caracterizado pela deficiência na atividade da enzima cistationina-β-sintetase. Estudos mostram que perturbações bioenergéticas, inflamatórias e o estresse oxidativo parecem estar relacionados às alterações causadas pela hiperhomocisteinemia severa. Alterações em alguns desses parâmetros em encéfalo, fígado e rim de ratos submetidos a esse modelo experimental já foram observadas em estudos prévios realizados em nosso laboratório. Considerando que pacientes com hiperhomocisteinemia severa apresentam alterações musculares, o objetivo principal dessa tese foi padronizar técnicas para avaliar alguns parâmetros de metabolismo energético, estresse oxidativo e inflamação em músculo esquelético de ratos jovens. Também avaliamos a bioenergética e a atividade da enzima Na⁺,K⁺-ATPase em amígdala desses animais. A atividade da butirilcolinesterase e parâmetros inflamatórios também foram avaliados em soro. O efeito do tratamento com creatina sobre as possíveis alterações nos parâmetros bioquímicos encontradas nesse modelo experimental também foi investigado. A hiperhomocisteinemia severa foi induzida em ratos Wistar através da administração subcutânea de homocisteína ou salina (controle), do 6º ao 28º, onde as doses variam de acordo com o desenvolvimento dos animais, atingindo 0,03 μmol/g de peso corporal. Os animais receberam uma injeção intraperitoneal por dia de creatina (50 mg/Kg) concomitante com a administração de homocisteína ou salina (controle). Em relação aos parâmetros bioquímicos no músculo esquelético, mostramos que a homocisteína é capaz de diminuir tanto a viabilidade celular, como a oxidação da glicose, bem como alterar enzimas chave para a manutenção da homeostase energética, como piruvato cinase, creatina cinase e enzimas do ciclo de Krebs e da cadeia transportadora de elétrons. Além disso, a homocisteína aumentou a produção de espécies reativas e lipoperoxidação, alterou as enzimas antioxidantes e o conteúdo de glutationa reduzida, sulfidrilas, carbonilas e nitritos. Em relação aos parâmetros inflamatórios foi observado um aumento nos níveis das citocinas TNF-α, IL-1β and IL-6, proteína quimiotática de monócitos-1 (MCP-1) em músculo esquelético e soro de ratos. Os ratos submetidos à hiperhomocisteinemia severa apresentaram um aumento na atividade da acetilcolinesterase em músculo esquelético. A enzima butirilcolinesterase não teve sua atividade alterada em soro de ratos. Em conjunto, os resultados desse trabalho mostram que a homocisteína promove perturbações no metabolismo energético, insultos oxidativos e inflamatórios, além de prejudicar a funcionalidade de enzimas importantes em músculo esquelético de ratos jovens. Em relação à amígdala, mostramos que a homocisteína é capaz de alterar enzimas essenciais da cadeia transportadora de elétrons, funções mitocondriais importantes como massa e potencial, diminuir a atividade e o imunoconteúdo da Na⁺,K⁺-ATPase e causar apoptose em amígdala de ratos jovens. A creatina foi capaz de prevenir alterações importantes em músculo esquelético, amígdala e soro desses animais submetidos ao modelo crônico de hiperhomocisteinemia severa, onde ela contribuiu para a homeostase energética celular e pôde atuar como antioxidante. Sendo usada com cautela, pode se tornar um adjuvante terapêutico promissor para minimizar sintomas característicos de pacientes homocistinúricos.

Severe hyperhomocysteinemia or classical homocystinuria is an inborn error of metabolism characterized by a deficiency in the activity of cystathionine-β-synthetase enzyme. Studies show that bioenergy disturbances and oxidative stress appear to be related to changes caused by severe hyperhomocysteinemia. Changes in some of these parameters in brain, liver and kidney of rats undergoing this experimental model have been observed in previous studies performed in our laboratory. Whereas patients with severe hyperhomocysteinemia have muscle disorders, the main objective of this thesis was to standardize techniques for assessing some energy metabolism parameters, oxidative stress and inflammation in skeletal muscle of young rats. We also evaluate the bioenergetics and enzyme activity of Na⁺, K⁺-ATPase in the amygdala of these animals. The activity of butyrylcholinesterase and inflammatory parameters were also evaluated in serum. The effect of treatment with creatine on the possible changes in biochemical parameters found in this experimental model was also investigated. The severe hyperhomocysteinemia was induced in rats by subcutaneous administration of homocysteine or saline (control), 6th to 28th, and the doses vary according to the development of animals, totaling 0.03 μmol/g body weight. The animals received one intraperitoneal injection of creatine per day (50 mg/kg) with concomitant administration of homocysteine or saline (control). The biochemical parameters in the skeletal muscle, show that homocysteine can reduce both cell viability and glucose oxidation, and change the key enzymes for the maintenance of energy homeostasis, such as pyruvate kinase and creatine kinase enzymes cycle Krebs and electron transport chain. In addition, homocysteine increased ROS generation and lipid peroxidation, altered the antioxidant enzymes and the reduced glutathione content, sulfhydryl, carbonyl and nitrites. Regarding inflammatory parameters was observed increased levels of cytokines TNF-α, IL- 1β and IL-6 chemotactic protein-1 monocytes (MCP-1) in skeletal muscle and serum of rats. The rats with severe hyperhomocysteinemia showed an increase in acetylcholinesterase activity in skeletal muscle. The enzyme butyrylcholinesterase had not changed their activity in rat serum. Taken together, the results of this work show that homocysteine promotes disruption of energy metabolism, oxidative and inflammatory insults, and impair the functionality of important enzymes in skeletal muscle of young rats. Regarding the amygdala showed that homocysteine can alter essential enzymes of the carrier electrons chain significant mitochondrial functions as a mass and the potential, decrease the activity and immunocontent Na⁺, K⁺-ATPase and cause apoptosis in amygdala of young rats. Creatine was able to prevent major changes in skeletal muscle, amygdala and serum of these animals subjected to chronic model of severe hyperhomocysteinemia, where she contributed to the energy cell homeostasis and could act as an antioxidant. Being used with caution, it can become a promising therapeutic adjuvant to minimize symptoms characteristic of homocistinurics patients.