Avaliação neuroquímica em modelo experimental de homocistinúria clássica : prevenção pela vitamina C e guanosina

Abstract

A homocistinúria clássica é um erro inato de metabolismo de aminoácidos, causado pela deficiência na atividade da enzima cistationina-β- sintase. Pacientes afetados podem apresentar alterações neurológicas como convulsão e retardo mental. A vitamina C e a guanosina têm sido sugeridas como agentes protetores em diversos modelos que afetam o sistema nervoso central. Sendo assim, no presente estudo utilizamos um modelo animal de homocistinúria a fim de investigar os mecanismos pelos quais a homocisteína exerce sua neurotoxicidade. Nesse trabalho também avaliamos a influência da vitamina C, um antioxidante clássico; e da guanosina, um nucleotídeo derivado da guanina, como possíveis neuroprotetores sobre os efeitos causados pela homocisteína. Inicialmente, investigamos o efeito da administração crônica de homocisteína sobre a captação de glutamato, a atividade das enzimas Na+ ,K+ -ATPase, superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT), e sobre os níveis de espécies reativas em hipocampo de ratos de 21 dias de vida pós natal. Os resultados mostraram que a hiperhomocisteinemia crônica severa diminuiu a captação de glutamato e a atividade das enzimas Na+ ,K+ -ATPase, SOD e CAT, bem como aumentou o nível de espécies reativas na estrutura estudada. Além disso, a administração concomitante de vitamina C preveniu significativamente as alterações causadas pela homocisteína. De acordo com os resultados iniciais, podemos sugerir que a redução da captação de glutamato está relacionada à inibição na atividade da Na+ ,K+ -ATPase, já que os transportadores de glutamato utilizam o gradiente de Na+ gerado por essa enzima para o transporte, e pela presença de estresse oxidativo, já que a vitamina C preveniu tal efeito. Posteriormente, estendemos nosso estudo para avaliar os efeitos da hiper-homocisteinemia crônica severa sobre outros parâmetros, tais como imunoconteúdo das subunidades catalíticas da Na+ ,K+ -ATPase (α1, α2 e α3), dano a biomoléculas (substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico- TBARS e sulfidrilas totais) e metabolismo energético (complexo II, citocromo C oxidase- COX e níveis de ATP). Também avaliamos o possível efeito protetor da guanosina sobre os parâmetros citados anteriormente. A administração crônica de homocisteína diminuiu o imunoconteúdo da subunidade α1 e não alterou α2 e α3; aumentou o TBARS e diminuiu os níveis de sulfidrilas totais; a homocisteína diminuiu a atividade da COX e não alterou a atividade do complexo II e os níveis de ATP. A guanosina, per se, não modificou nenhum dos parâmetros analisados, mas foi capaz de prevenir as alterações nas atividades da Na+ ,K+ - ATPase e no imunoconteúdo de α1, das enzimas antioxidantes, COX e nos níveis de sulfidrilas totais. Esses resultados reforçam nossa hipótese de que o estresse oxidativo está envolvido na diminuição da captação de glutamato, já que a guanosina, considerada um importante modulador do sistema glutamatérgico, não foi capaz de prevenir totalmente as alterações oxidativas promovidas pela homocisteína e a diminuição na captação de glutamato. A partir desses achados sugerimos que a administração da vitamina C e da guanosina pode ser benéfica como terapia adjuvante na homocistinúria clássica. Entretanto, mais estudos são necessários para elucidar os mecanismos envolvidos nas modulações mostradas nesse estudo.

The classical homocystinuria is an inborn error of amino acid metabolism caused by deficient of the enzyme cystathionine β-synthase activity. Affected patients may show neurological abnormalities such as seizures and mental retardation. Vitamin C and guanosine have been suggested as protective agents in several models that affect the central nervous system. Thus, the present study we used an animal model of homocystinuria to investigate the mechanisms by which homocysteine exerts its neurotoxicity. In this work we also evaluated the influence of vitamin C, a classic antioxidant, and guanosine, a guanine nucleotide derivative, as possible neuroprotective on the effects caused by homocysteine. Initially, we investigated the effect of chronic administration of homocysteine on glutamate uptake, the activity of enzymes Na+ ,K+ -ATPase, superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT), and on the levels of reactive species in the hippocampus of rats 21 days of postnatal life. The results showed that chronic severe hyperhomocysteinemia decreased glutamate uptake and activity of the enzyme Na+ ,K+ -ATPase, SOD and CAT as well as increased levels of reactive species in the structure studied. In addition, concomitant administration of vitamin C significantly prevented the changes induced by homocysteine. According to initial results, we suggest that the reduction of glutamate uptake is related to inhibition of the activity of Na+ ,K+ -ATPase, as transporters of glutamate using the gradient of Na+ generated by this enzyme for the transport, and oxidative stress, since vitamin C prevented this effect. Later, we extend our study to evaluate the effects of chronic severe hyperhomocysteinemia on other parameters, such as immunocontent the catalytic subunits of Na+ ,K+ -ATPase (α1, α2 and α3), injury to biomolecules (substances reactive to thiobarbituric acid- TBARS and total sulfhydryl) and energy metabolism (complex II, cytochrome c oxidase- COX and ATP levels). We also evaluate the possible protective effect of guanosine on the parameters mentioned above. The chronic administration of homocysteine decreased α1 subunit immunocontent and not changed α2 and α3; increased TBARS and decreased levels of total sulfhydryl; homocysteine decreased COX activity and did not alter the activity of complex II and ATP levels. The guanosine, per se, did not modify any of the parameters analyzed, but was able to prevent changes in the activities of Na+ ,K+ -ATPase and immunocontent of α1, antioxidant enzyme, COX and levels of total sulfhydryl. These results support our hypothesis that oxidative stress is involved in the reduction of glutamate uptake, since guanosine, considered an important modulator of the glutamatergic system was not able to totally prevent oxidative changes promoted by homocysteine and decreased glutamate uptake. From these findings we suggest that administration of vitamin C and guanosine may be beneficial as adjuvant therapy in classical homocystinuria. However, further studies are needed to elucidate the mechanisms involved in the modulation shown in this study.