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Parmeggiani B, Signori MF, Cecatto C, Frusciante MR, Marcuzzo MB, Souza DG, Ribeiro RT, Seminotti B, Gomes de Souza DO, Ribeiro CAJ, Wajner M, Leipnitz G. Glycine disrupts myelin, glutamatergic neurotransmission, and redox homeostasis in a neonatal model for non ketotic hyperglycinemia. Biochimie 2024; 219:21-32. [PMID: 37541567 DOI: 10.1016/j.biochi.2023.07.022] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/10/2023] [Revised: 06/26/2023] [Accepted: 07/30/2023] [Indexed: 08/06/2023]
Abstract
Non ketotic hyperglycinemia (NKH) is an inborn error of glycine metabolism caused by mutations in the genes encoding glycine cleavage system proteins. Classic NKH has a neonatal onset, and patients present with severe neurodegeneration. Although glycine accumulation has been implicated in NKH pathophysiology, the exact mechanisms underlying the neurological damage and white matter alterations remain unclear. We investigated the effects of glycine in the brain of neonatal rats and MO3.13 oligodendroglial cells. Glycine decreased myelin basic protein (MBP) and myelin-associated glycoprotein (MAG) in the corpus callosum and striatum of rats on post-natal day (PND) 15. Glycine also reduced neuroglycan 2 (NG2) and N-methyl-d-aspartate receptor subunit 1 (NR1) in the cerebral cortex and striatum on PND15. Moreover, glycine reduced striatal glutamate aspartate transporter 1 (GLAST) content and neuronal nucleus (NeuN), and increased glial fibrillary acidic protein (GFAP) on PND15. Glycine also increased DCFH oxidation and malondialdehyde levels and decreased GSH concentrations in the cerebral cortex and striatum on PND6, but not on PND15. Glycine further reduced viability but did not alter DCFH oxidation and GSH levels in MO3.13 cells after 48- and 72-h incubation. These data indicate that impairment of myelin structure and glutamatergic system and induction of oxidative stress are involved in the neuropathophysiology of NKH.
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Affiliation(s)
- Belisa Parmeggiani
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
| | - Marian Flores Signori
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Cristiane Cecatto
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Marina Rocha Frusciante
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Manuela Bianchin Marcuzzo
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Débora Guerini Souza
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil; Brain Institute of Rio Grande do Sul, Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
| | - Rafael Teixeira Ribeiro
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Bianca Seminotti
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Diogo Onofre Gomes de Souza
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Bioquímica, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - César Augusto João Ribeiro
- Natural and Humanities Sciences Center, Universidade Federal do ABC, São Bernardo do Campo, SP, 09606-070, Brazil
| | - Moacir Wajner
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Bioquímica, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil; Serviço de Genética Médica do Hospital de Clínicas de Porto Alegre, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Guilhian Leipnitz
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Bioquímica, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
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Frusciante MR, Signori MF, Parmeggiani B, Grings M, Pramio J, Cecatto C, de Andrade Silveira J, Aubin MR, Santos LA, Paz AH, Wajner M, Leipnitz G. Disruption of Bioenergetics in the Intestine of Wistar Rats Caused by Hydrogen Sulfide and Thiosulfate: A Potential Mechanism of Chronic Hemorrhagic Diarrhea in Ethylmalonic Encephalopathy. Cell Biochem Biophys 2023; 81:683-695. [PMID: 37589888 DOI: 10.1007/s12013-023-01161-0] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Accepted: 08/05/2023] [Indexed: 08/18/2023]
Abstract
Ethylmalonic encephalopathy (EE) is a severe inherited metabolic disorder that causes tissue accumulation of hydrogen sulfide (sulfide) and thiosulfate in patients. Although symptoms are predominantly neurological, chronic hemorrhagic diarrhea associated with intestinal mucosa abnormalities is also commonly observed. Considering that the pathophysiology of intestinal alterations in EE is virtually unknown and that sulfide and thiosulfate are highly reactive molecules, the effects of these metabolites were investigated on bioenergetic production and transfer in the intestine of rats. We observed that sulfide reduced NADH- and FADH2-linked mitochondrial respiration in the intestine, which was avoided by reduced glutathione (GSH) but not by melatonin. Thiosulfate did not change respiration. Moreover, both metabolites markedly reduced the activity of total, cytosolic and mitochondrial isoforms of creatine kinase (CK) in rat intestine. Noteworthy, the addition of GSH but not melatonin, apocynin, and Trolox (hydrosoluble vitamin E) prevented the change in the activities of total CK and its isoforms caused by sulfide and thiosulfate, suggesting a direct protein modification on CK structure by these metabolites. Sulfide further increased thiol content in the intestine, suggesting a modulation in the redox state of these groups. Finally, sulfide and thiosulfate decreased the viability of Caco-2 intestinal cells. Our data suggest that bioenergetic impairment caused by sulfide and thiosulfate is a mechanism involved in the gastrointestinal abnormalities found in EE.
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Affiliation(s)
- Marina Rocha Frusciante
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2600 Ramiro Barcelos Street-Attached, Porto Alegre, RS, 90035-003, Brazil
| | - Marian Flores Signori
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2600 Ramiro Barcelos Street-Attached, Porto Alegre, RS, 90035-003, Brazil
| | - Belisa Parmeggiani
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2600 Ramiro Barcelos Street-Attached, Porto Alegre, RS, 90035-003, Brazil
| | - Mateus Grings
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2600 Ramiro Barcelos Street-Attached, Porto Alegre, RS, 90035-003, Brazil
| | - Julia Pramio
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2600 Ramiro Barcelos Street-Attached, Porto Alegre, RS, 90035-003, Brazil
| | - Cristiane Cecatto
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2600 Ramiro Barcelos Street-Attached, Porto Alegre, RS, 90035-003, Brazil
| | - Josyane de Andrade Silveira
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2600 Ramiro Barcelos Street-Attached, Porto Alegre, RS, 90035-003, Brazil
| | - Mariana Rauback Aubin
- Programa de Pós-Graduação em Fisiologia, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 500 Sarmento Leite Street, Porto Alegre, RS, 90035-190, Brazil
- Laboratório de Células, Tecidos e Genes - Centro de Pesquisa Experimental, HCPA, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Larissa Aguiar Santos
- Programa de Pós-Graduação em Fisiologia, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 500 Sarmento Leite Street, Porto Alegre, RS, 90035-190, Brazil
- Laboratório de Células, Tecidos e Genes - Centro de Pesquisa Experimental, HCPA, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Ana Helena Paz
- Programa de Pós-Graduação em Fisiologia, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 500 Sarmento Leite Street, Porto Alegre, RS, 90035-190, Brazil
- Laboratório de Células, Tecidos e Genes - Centro de Pesquisa Experimental, HCPA, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Moacir Wajner
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2600 Ramiro Barcelos Street-Attached, Porto Alegre, RS, 90035-003, Brazil
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2600 Ramiro Barcelos Street-Attached, Porto Alegre, RS, 90035-003, Brazil
- Serviço de Genética Médica, Hospital de Clínicas de Porto Alegre, 2350 Ramiro Barcelos Street, Porto Alegre, RS, 90035-903, Brazil
| | - Guilhian Leipnitz
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2600 Ramiro Barcelos Street-Attached, Porto Alegre, RS, 90035-003, Brazil.
- Programa de Pós-Graduação em Fisiologia, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 500 Sarmento Leite Street, Porto Alegre, RS, 90035-190, Brazil.
- Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2600 Ramiro Barcelos Street-Attached, Porto Alegre, RS, 90035-003, Brazil.
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Lazzarotto L, Pflüger P, Regner GG, Santos FM, Aguirre DG, Brito VB, Moura DJ, Dos Santos NM, Picada JN, Parmeggiani B, Frusciante MR, Leipnitz G, Pereira P. Lacosamide improves biochemical, genotoxic, and mitochondrial parameters after PTZ-kindling model in mice. Fundam Clin Pharmacol 2020; 35:351-363. [PMID: 32851690 DOI: 10.1111/fcp.12598] [Citation(s) in RCA: 3] [Impact Index Per Article: 0.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/26/2020] [Revised: 07/27/2020] [Accepted: 08/05/2020] [Indexed: 10/23/2022]
Abstract
This study evaluated the effect of lacosamide (LCM) on biochemical and mitochondrial parameters after PTZ kindling in mice. Male mice were treated on alternative days for a period of 11 days with LCM (20, 30, or 40 mg/kg), saline, or diazepam (2 mg/kg), before PTZ administration (50 mg/kg). The hippocampi were collected to evaluate free radicals, the activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), and the mitochondrial complexes I-III, II, and II-III, as well as Bcl-2 and cyclo-oxygenase-2 (COX-2) expressions. Hippocampi, blood, and bone marrow were collected for genotoxic and mutagenic evaluations. LCM 40 mg/kg increased latency and decreased percentage of seizures, only on the 3rd day of observation. The dose of 30 mg/kg only showed positive effects on the percentage of seizures on the 2nd day of observation. LCM decreased free radicals and SOD activity and the dose of 40 mg/kg were able to increase CAT activity. LCM 30 and 40 mg/kg improved the enzymatic mitochondrial activity of the complex I-III and LCM 30 mg/kg improved the activity of the complex II. In the comet assay, the damage induced by PTZ administration was reduced by LCM 20 and 30 mg/kg. The dose of 20 mg/kg increased COX-2 expression while the highest dose used, 40 mg/kg, was able to reduce this expression when compared to the group treated with LCM 20 mg/kg. Although LCM did not produce the antiepileptogenic effect in vivo, it showed the neuroprotective effect against oxidative stress, bioenergetic dysfunction, and DNA damage induced by the repeated PTZ administration.
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Affiliation(s)
- Letícia Lazzarotto
- Laboratory of Neuropharmacology and Preclinical Toxicology, Institute of Basic Health Sciences, Federal University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 90050-170, Brazil
| | - Pricila Pflüger
- Laboratory of Neuropharmacology and Preclinical Toxicology, Institute of Basic Health Sciences, Federal University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 90050-170, Brazil
| | - Gabriela Gregory Regner
- Laboratory of Neuropharmacology and Preclinical Toxicology, Institute of Basic Health Sciences, Federal University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 90050-170, Brazil
| | - Fernanda Marcélia Santos
- Laboratory of Neuropharmacology and Preclinical Toxicology, Institute of Basic Health Sciences, Federal University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 90050-170, Brazil
| | - Débora Gonçalves Aguirre
- Laboratory of Neuropharmacology and Preclinical Toxicology, Institute of Basic Health Sciences, Federal University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 90050-170, Brazil
| | - Verônica Bidinotto Brito
- Laboratory of Genetic Toxicology, Federal University of Health Sciences of Porto Alegre, Porto Alegre, 90050-170, Brazil
| | - Dinara Jaqueline Moura
- Laboratory of Genetic Toxicology, Federal University of Health Sciences of Porto Alegre, Porto Alegre, 90050-170, Brazil
| | | | | | - Belisa Parmeggiani
- Postgraduate Program in Biological Sciences: Biochemistry, Department of Biochemistry, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 90035-003, Brazil
| | - Marina Rocha Frusciante
- Postgraduate Program in Biological Sciences: Biochemistry, Department of Biochemistry, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 90035-003, Brazil
| | - Guilhian Leipnitz
- Postgraduate Program in Biological Sciences: Biochemistry, Department of Biochemistry, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 90035-003, Brazil
| | - Patrícia Pereira
- Laboratory of Neuropharmacology and Preclinical Toxicology, Institute of Basic Health Sciences, Federal University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 90050-170, Brazil
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da Rosa-Junior NT, Parmeggiani B, Glänzel NM, de Moura Alvorcem L, Frusciante MR, Dutra Filho CS, Wajner M, Leipnitz G. In vivo evidence that bezafibrate prevents oxidative stress and mitochondrial dysfunction caused by 3-methylglutaric acid in rat liver. Biochimie 2020; 171-172:187-196. [DOI: 10.1016/j.biochi.2020.03.007] [Citation(s) in RCA: 4] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/11/2019] [Accepted: 03/07/2020] [Indexed: 12/15/2022]
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Gonçalves LK, da Silva IRV, Cechinel LR, Frusciante MR, de Mello AS, Elsner VR, Funchal C, Dani C. Maternal consumption of high-fat diet and grape juice modulates global histone H4 acetylation levels in offspring hippocampus: A preliminary study. Neurosci Lett 2017; 661:29-32. [PMID: 28951285 DOI: 10.1016/j.neulet.2017.09.042] [Citation(s) in RCA: 12] [Impact Index Per Article: 1.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/10/2017] [Revised: 08/21/2017] [Accepted: 09/21/2017] [Indexed: 01/10/2023]
Abstract
This study aimed to investigate the impact of maternal consumption of a hyperlipid diet and grape juice on global histone H4 acetylation levels in the offsprinǵs hippocampus at different stages of development. During pregnancy and lactation of offspring, dams were divided into 4 groups: control diet (CD), high-fat diet (HFD), control diet and purple grape juice (PGJCD) and purple grape juice and high-fat diet (PGJHFD). Male Wistar rats were euthanized at 21days of age (PN21, adolescents) and at 50days of age (PN50, adults). The maternal consumption of grape juice increased global histone H4 acetylation levels in hippocampus of adolescents pups (PN21), an indicative of enhanced transcriptional activity and increased gene expression. On the other hand, the maternal high-fat diet diminished significantly this epigenetic marker in the adult phase (PN50), suggesting gene silencing. These preliminary findings demonstrated that the maternal choices are able to induce changes on histone H4 acetylation status in hippocampus of the offspring, which may modulate the expression of specific genes. Interestingly, this response occurs in an age and stimuli-dependent manner and strongly reinforce the importance of maternal choices during gestation.
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Affiliation(s)
- Luciana Kneib Gonçalves
- Programa de Pós Graduação em Biociências e Reabilitação do Centro Universitário Metodista-IPA, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brazil.
| | - Ivy Reichert Vital da Silva
- Programa de Pós Graduação em Biociências e Reabilitação do Centro Universitário Metodista-IPA, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brazil.
| | - Laura Reck Cechinel
- Programa de Pós Graduação em Ciências Biológicas: Fisiologia, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brazil.
| | - Marina Rocha Frusciante
- Programa de Pós Graduação em Biociências e Reabilitação do Centro Universitário Metodista-IPA, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brazil.
| | - Alexandre Silva de Mello
- Programa de Pós Graduação em Biociências e Reabilitação do Centro Universitário Metodista-IPA, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brazil.
| | - Viviane Rostirola Elsner
- Programa de Pós Graduação em Biociências e Reabilitação do Centro Universitário Metodista-IPA, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brazil.
| | - Claudia Funchal
- Programa de Pós Graduação em Biociências e Reabilitação do Centro Universitário Metodista-IPA, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brazil.
| | - Caroline Dani
- Programa de Pós Graduação em Biociências e Reabilitação do Centro Universitário Metodista-IPA, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brazil.
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Abstract
A Doença de Alzheimer (DA) é uma doença neurodegenerativa e progressiva, caracterizada por alterações comportamentais e cognitivas, apresenta como principais características neuropatológicas a presença de placas senis e emaranhados neurofibrilares. A presença de placas senis está relacionada com o metabolismo anormal da proteína precursora de amiloide (APP) e os emaranhados neurofibrilares são formados a partir da hiperfosforilação da proteína tau. O resveratrol, um potente antioxidante pertencente à família dos estilbenos, parece atuar como fator protetor na neurodegeneração da DA. O presente estudo tem como objetivo realizar uma revisão da literatura sobre o efeito protetor do resveratrol na DA, uma vez que não existe um tratamento efetivo para esta doença, portanto se necessita de uma busca de substâncias que poderiam ser adjuvantes terapêuticos nesta patologia.
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