Guanidinoacetato induz déficit de memória e neurotoxicidade em estriado de ratos : é a creatina um bom protetor?

Abstract

A deficiência de guanidinoacetato metiltransferase (GAMT) é uma rara doença metabólica do metabolismo da creatina que leva a níveis diminuídos de creatina e acúmulo de guanidinoacetato (GAA). Indivíduos afetados apresentam sintomas neurológicos, tais como: epilepsia não responsiva a medicamentos, memória e intelecto prejudicados, autismo, síndrome extrapiramidal, fala arrastada e hipotonia. Entretanto, a fisiopatologia desta doença ainda não é clara, sendo as propriedades neurotóxicas do GAA atribuídas principalmente à excitotoxicidade e estresse oxidativo. No presente estudo nós verificamos a toxicidade de uma injeção intraestriatal de GAA em parâmetros de metabolismo energético (atividades da succinato desidrogenase [SDH], complexo II e citocromo c oxidase [COX]; massa e potencial mitocondrial; e níveis de ATP), estresse oxidativo e inflamação (atividades das enzimas antioxidantes catalase [CAT] e superóxido dismutase [SOD], níveis de diclorofluoresceína [DCF], níveis de nitritos; e citocinas pró-inflamatórias [TNF-α, IL1-β and IL-6]), atividade e imunoconteúdo da acetilcolinesterase (AChE); atividade e imunoconteúdo da enzima Na+,K+-ATPase; captação de glutamato e imunoconteúdo de seus transportadores (GLAST e GLT-1); memória (via reconhecimento de objetos); assim como o papel da creatina como neuroprotetora. Ratos Wistar foram submetidos a um pré-tratamento com uma injeção intraperitoneal diária de creatina (50 mg/kg), ou salina por 7 dias. Ao completarem 60 dias os animais foram submetidos a uma cirurgia estereotáxica e divididos em quatro grupos: Controle (pré-tratamento com salina e injeção intraestriatal de salina), GAA (pré-tratamento com salina e injeção intraestriatal de 10 μM GAA [0.02 nmol/estriado]), GAA+Creatina (pré-tratamento com creatina e injeção intraestriatal de 10 μM GAA [0.02 nmol/striatum]), e Creatina (pré-tratamento com creatina e injeção intraestriatal de salina). Os experimentos foram realizados 30 minutos após a injeção. O GAA diminuiu a atividade da SDH, complexo II e COX, e os níveis de ATP, mas não afetou o potencial ou a massa mitocondrial. A creatina preveniu totalmente a diminuição da SDH e complexo II, mas preveniu apenas parcialmente a diminuição da COX e dos níveis ATP. O GAA aumentou os níveis de DCF e diminui as atividades das enzimas antioxidantes SOD e CAT. A creatina preveniu apenas a diminuição da CAT e aumento nos níveis de DCF. O GAA aumentou os níveis de citocinas pró-inflamatórias, nitritos e atividade da AChE, mas não alterou o imunoconteúdo da mesma. A creatina preveniu tais alterações, com exceção do aumento dos níveis de nitritos. O GAA diminuiu a captação de glutamato, não alterando o imunoconteúdo de seus transportadores. Além disso, o GAA diminuiu a atividade da Na+,K+-ATPase e levou a um aumento do imunoconteúdo de sua subunidade α3. Em relação à memória, o GAA prejudicou a performance no teste de reconhecimento de objetos. A creatina preveniu parcialmente a diminuição da captação de glutamato e na atividade da Na+,K+-ATPase, e preveniu totalmente a alteração de memória. Nossos resultados indicam que a toxicidade do GAA prejudica a cadeia transportadora de elétrons, levando a níveis mais baixos de ATP, estresse oxidativo e processos inflamatórios. Essas alterações estão associadas à diminuição na captação de glutamato e atividade da Na+,K+-ATPase, o que também contribui para a alteração comportamental. A creatina parece ter atuado como reserva energética, antioxidante e anti-inflamatória, já que foi capaz de prevenir quase todas alterações bioquímicas e comportamentais observadas neste estudo.

Guanidinoacetate methyltransferase (GAMT) deficiency is a rare metabolic disease of the metabolism of creatine that leads to a decrease in creatine levels associated with accumulation of guanidinoacetate (GAA) in brain, skeletal muscle, blood and other tissues. Affected individuals may present: intractable epilepsy, intellectual and memory impairment, autism, extra pyramidal syndrome, slurred speech and hypotonia. However, the pathophysiology of this disease is still unclear. In the present study, we investigate the toxicity of an intrastriatal injection of GAA on parameters of energy metabolism (activities of succinate dehydrogenase [SDH], complex II and citocrome c oxidase [COX]; mitochondrial mass and membrane potential; and ATP levels), oxidative stress and inflammation (activities of the antioxidant enzymes catalase [CAT] and superoxide dismutase [SOD]; dichlorofluorescein [DCF] levels; proinflammatory cytokines TNF-α, IL1-β and IL-6; and nitrite levels), acetycholinesterase (AChE) activity and immunocontent; Na+, K+-ATPase activity and immunocontent; glutamate uptake and immunocontent of its transporters (GLAST and GLT-1); memory (via object recognition test); as well as the role of creatine as a neuroprotector. Wistar rats underwent a pretreatment with a daily intraperitoneal injection of creatine (50 mg/kg), or saline for 7 days. Sixty-day-old animals then underwent stereotactic surgery and were divided into four groups: Control (pretreatment with saline and intrastriatal infusion of saline), GAA (pretreatment with saline and intrastriatal infusion of 10 μM of GAA [0.02 nmol/striatum]), GAA+Creatine (pretreatment with creatine and intrastriatal infusion of 10 μM of GAA [0.02 nmol/striatum]), and Creatine (pretreatment with creatine and intrastriatal infusion of saline). Thirty minutes after intrastriatal infusion experiments were carried out. GAA decreased SDH, complexes II and COX activities and ATP levels, but had no effect on mitochondrial mass/membrane potential. Creatine totally prevented SDH and complex II and partially prevented COX and ATP alterations. GAA decreased antioxidant enzymes activities and increased DCF levels. Creatine only prevented CAT activity and DCF alterations. GAA increased cytokines, nitrites levels and AChE activity, but had no effect on AChE immunocontent. Creatine prevented such effects, except nitrite levels. GAA decreased glutamate uptake with no effect on the immunocontent of its transporters, and Na+,K+-ATPase activity, as well as in the performance on the novel object recognition task. In addition, GAA increased the immunocontent of α3 subunit of Na+,K+-ATPase. Creatine partially prevented the changes in glutamate uptake and Na+,K+-ATPase activity, and completely prevented the memory impairment. Our findings indicate that GAA intrastriatal injection impairs the mitochondrial respiratory chain, leading to depleted ATP levels, redox imbalance and inflammatory processes. In addition, we have confirmed that glutamate uptake and Na+,K+-ATPase activity in the striatum of young adult rats are inhibited after GAA exposure, probably due to the depletion of ATP levels and attack from radical species, contributing for the memory impairment observed. These alterations may contribute to the neurological dysfunction presented by GAMT deficient patients. Creatine seems to act as an energy reservoir, antioxidant and anti-inflammatory agent, as well as a neuromodulator, since it was able to prevent almost every biochemical and behavioral alteration detected in this study.