Avaliação do perfil eletroencefalográfico após injeção intraestriatal de ácido quinolínico em modelo animal de acidemia glutárica tipo I

Abstract

A acidemia glutárica tipo I (AG-I) é uma doença autossômica recessiva do metabolismo dos aminoácidos lisina, hidroxilisina e triptofano, causada pela deficiência da enzima glutaril-CoA-desidrogenase (GCDH). Nesta doença ocorre o acúmulo de ácidos orgânicos em fluidos e tecidos, principalmente no Sistema Nervoso Central (SNC), o que caracteriza a AG-I como uma acidemia com sinais e sintomas principalmente de cunho neurológico e leva a alterações neurológicas que incluem discinesia, déficits neurológicos e epilepsia, geralmente associadas à atrofia frontotemporal e degeneração estriatal. O modelo animal para AG-I, camundongos deficientes na atividade da GCDH (Gcdh-/-) e que recebem dieta com sobrecarga de lisina (Gcdh-/--Lis) replica genótipo e fenótipo de pacientes com a doença. Apesar da intensa investigação, a compreensão das causas da degeneração estriatal e da neuropatologia na AG-I ainda é limitada, e uma das hipóteses postuladas traz o ácido quinolínico (AQ), um intermediário da rota das quinureninas, a principal rota catabólica do triptofano, como um dos responsáveis pelas alterações neurológicas vistas na doença. O AQ é um agonista de receptores NMDA, exercendo excitotoxicidade através do sistema glutamatérgico, podendo exercer uma toxicidade sinérgica com os ácidos orgânicos que se acumulam no tecido encefálico de pacientes com AG-I. Estes fatores podem contribuir para a encefalopatia e a epileptogênese vistas na doença. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o eletroencefalograma de animais Gcdh-/- que receberam dieta com sobrecarga de lisina e injeção intraestriatal de AQ, a fim de identificar fatores associando a rota das quinureninas à neuropatologia da AG-I. Para isso, análises comportamentais e eletroencefalográficas foram conduzidas no modelo animal para AG-I (Gcdh-/--Lis) e em animais wild type com dieta com sobrecarga de lisina (Gcdh+/+-Lis), considerando os efeitos da injeção intraestriatal bilateral de AQ. Verificou-se que o modelo animal para AG-I apresenta maior susceptibilidade a crises epilépticas induzidas por AQ, apresentando maior número destas crises e menor latência para a primeira crise. Além disso, estes animais apresentam alterações significativas no perfil de oscilações cerebrais, caracterizado pela diminuição no poder das oscilações teta e gama após a injeção de AQ. Durante a administração do AQ, estes animais tiveram um aumento significativo nos valores do EEG left index em relação aos demais grupos, indicando um grau de encefalopatia. Estes resultados indicam que o modelo animal para AG-I é mais suscetível à ação do AQ quando diretamente administrado na região estriatal, o que pode indicar seu efeito sinérgico com os ácidos orgânicos acumulados no tecido encefálico. Estes achados podem ajudar a elucidar os efeitos neurotóxicos do acúmulo de AQ como um alvo importante no mecanismo neurodegenerativo e oxidativo do estriado em camundongos Gcdh-/--Lis. O esclarecimento do papel do AQ na neuropatogênese da AG-I pode levar ao desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas para o tratamento de pacientes com esta doença.

Glutaric acidemia type I (GA-I) is an autosomal recessive metabolic disease, caused by glutaryl-CoA-dehydrogenase (GCDH) deficiency, a key enzyme from lysine, hydroxylysine and tryptophan metabolism. In GA-I, accumulation of organic acids in body fluids and tissues, mainly in the Central Nervous System (CNS) occur, characterizing GA-I as a acidemia with mainly neurological signs and symptoms, inducing neurological alterations such as dyskinesia, neurological impairment and epilepsy, commonly associated with frontotemporal atrophy and striatal degeneration. The GA-I animal model, mice deficient in GCDH activity (Gcdh-/-) and receiving high lysine diet (Gcdh-/--Lys) replicates genotype and phenotype seen in GA-I patients. In spite of intense investigation, comprehension of striatal damage and GA-I neuronal features is still limited. One of the proposed hypotheses brings quinolinic acid (QA), an intermediate of kynurenine pathway, the main tryptophan catabolic pathway, as responsible for neurological symptoms seen in this disease. QA is an NMDA agonist, being excitotoxic through hyperactivation of glutamatergic system, and exerts synergic toxicity with organic acids that accumulate in GA-I patients brain tissue. These factors can contribute to the encephalopathy and epileptogenesis seen in this disease. Thereby, this work evaluated the electroencephalographic (EEG) recordings of Gcdh-/--Lys mice receiving bilateral intrastriatal QA injection, aiming factors implying a kynurenine pathway role in GA-I neurological features. To test this hypothesis, behavioral and electroencephalographic analysis were conducted in GA-I animal model (Gcdh-/--Lys) and wild type mice with high lysine diet intake (Gcdh+/+-Lys), considering intrastriatal QA injection effects. The GA-I animal model showed increased susceptibility to QA-induced seizures, with increased number and decreased latency for the first seizure. Furthermore, Gcdh-/--Lys mice develop significant alterations in EEG oscillation patterns, with marked decrements in theta and gamma oscillation power following QA injection. During QA administration, these animals showed significant increases in EEG left index values when compared to other groups, suggesting a certain degree of encephalopathy. These results indicate that GA-I animal model is more susceptible to QA effects when directly administrated in the striatum, suggesting its synergic action with the organic acids built up in the brain. These findings can help elucidating the neurotoxic effects of QA buildup for neurodegenerative and oxidative damage of striatum in Gcdh-/--Lys mice. Investigating the QA role in GA-I neurological features could lead to new therapeutic strategies for the treatment of GA-I patients.