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Type: Tese de Doutorado
Title: Efeitos da deficiência de tiamina sobre aspectos cognitivos espaciais e perfil do proteoma talâmico de ratos wistar
Authors: Polliana Toledo Nunes
First Advisor: Angela Maria Ribeiro
First Co-advisor:  Diana Paola Gómez Mendoza
Abstract: A deficiência de tiamina (DT) aguda resulta em alterações neurológicas progressivas, que se não tratada pode levar a lesões cerebrais crônicas e déficits cognitivos graves, caracterizando uma classe de doenças, denominadas neurodegenerativas nutricionais. Estudos utilizando modelo experimental de roedores submetidos à DT têm mostrado evidencias de que a deficiência desta vitamina causa alterações neuroquímicas e lesões em regiões do Sistema Nervoso Central (SNC) e prejuízos cognitivos e motores, bastante similares aos observados em humanos com DT. A participação de proteínas específicas nos mecanismos moleculares responsáveis pela morte neuronal que podem, como consequência, gerar alterações cognitivas, vem sendo investigada por vários pesquisadores, incluindo o nosso grupo. Em estudos prévios, observamos que a DT causa alterações em proteína presente em vesícula sináptica, a sinapsina 1, e também afeta os níveis de proteínas talâmicas, entre elas, foi identificada uma proteína importante para manutenção e sobrevivência celular, o canal aniônico dependente de voltagem (VDAC). Além disso, verificamos que algumas dessas alterações estão relacionadas com o desempenho dos animais em tarefas cognitivas espacial. A partir desses dados, decidimos executar um estudo mais detalhado e amplo, dando assim uma continuidade à essas investigações. O objetivo do presente estudo foi investigar o proteoma e os níveis de neurotransmissores nos tálamos de ratos Wistar deficientes de tiamina e também avaliar o desempenho cognitivo espacial, aprendizado e memória, no Labirinto Aquático de Morris (LAM). Para isso, foi utilizado o modelo de ratos adultos (DTP) submetidos à DT induzida por piritiamina. Após o aparecimento dos últimos sinais neurológicos graves, o episódio de DT foi interrompido. Após duas semanas de recuperação os animais foram avaliados em tarefas cognitivas espaciais no LAM. No dia seguinte ao final do estudo comportamental, os animais foram eutanasiados e o tálamo foi dissecado. Observamos que a DT afeta a variação do peso corporal, consumo de ração e água. Além disso, verificamos que os animais DTP tiveram déficit no desempenho durante o processo de aprendizagem, que foi revertido pelo treino sucessivo. A análise neuroproteômica usando quantificação sem marcação, revelou desregulação de 183 proteínas, das 1440 proteínas identificadas. Destas 183, 153 foram reguladas negativamente pela DT e as demais foram reguladas positivamente. A partir do uso de ferramentas de bioinformática, as proteínas foram categorizadas e associadas de acordo com anotações funcionais e vias de sinalização e metabólicas. Essas análises mostraram que a DT afeta proteínas que fazem parte de diferentes processos biológicos, funções moleculares e componentes celulares. Entre os processos biológicos afetados, destacamos o estresse oxidativo, o qual está envolvido no processo de neurodegeneração. Esse foi afetado pela DT em 7 alvos proteicos. Outra evidência do envolvimento da DT com o estresse oxidativo é a desregulação de proteínas consideradas marcadores de estresse oxidativo como a ferritina, além disso a indução de citocina próinflamatória pela DT indica um possível mecanismo de defesa em resposta a esse processo. Os dados também mostraram que a DT altera proteínas importantes para o funcionamento do ciclo da vesícula sináptica (VS), tais como a Complexina 2, Dinamina 3, complexo adaptador AP2, V-ATPase. Essas alterações podem interferir em processos como, exocitose, endocitose e preenchimento da VS, e consequentemente a liberação de neurotransmissores. Além disso, a síntese de neurotransmissores também pode ser afetada pela DT, devido a desregulação de enzimas não dependentes de tiamina importantes para manutenção de vias metabólicas. Um equilíbrio entre sistemas funcionais dependentes de GABA e glutamato pode ser uma possível explicação para a recuperação da informação aprendida após repetições da tarefa. Os dados apontam diferentes alvos moleculares que podem ser explorados em mais detalhes em estudos futuros. Os achados representam os primeiros passos na direção de uma contribuição para o entendimento do papel de componentes moleculares nos processos neurodegenerativos, que comprometem aspectos da função cognitiva.
Abstract: Acute thiamine deficiency (TD) results in progressive neurological changes, which if left untreated, can lead to chronic brain damage and cognitive deficits, featuring a class of neurodegenerative diseases, called nutritional neurodegenerative diseases. Studies using rodent TD experimental model have shown that TD causes neurochemical changes and injuries in different regions of the Central Nervous System (CNS) and cognitive and motor impairment, which are similar to the deficiencies observed in humans. The involvement of specific proteins in the molecular mechanisms responsible for the neuronal death that leads to cognitive changes has been investigated by several groups, including our own. In previous studies, our group has shown that TD alters regulation of a protein present in the synaptic vesicle, synapsin I, and affects certain proteins levels in the thalamus. Among the proteins affected, the voltage-dependent anion channel (VDAC) was identified, an important protein for cell maintenance and survival. In addition, we verified that these effects are associated with spatial cognitive performance of the rats. According to these results, we decided to perform a more detailed and extensive study. The aim of the present study was to investigate the proteomic profile of the thalamus of male Wistar rats thiamine deficient. In addition, the spatial cognitive performance, learning and memory were assessed, using the Morris Water Maze task (MWM). We used the pyrithiamine-induced thiamine deficiency model in adult rats (PTD). After the onset of the last neurological signs, the TD was interrupted. Following two weeks of recovery, spatial cognitive tasks using the MWM were performed. One day after the behavioral test, the animals were killed and the thalamus were dissected. We observed that TD affects the body weight gain, and food and water intake. In addition, we noted that the PTD animals showed deficits in performance during the learning process, which was reverted by training. The neuroproteomic analysis, using label-free quantification, revealed deregulation of 183 proteins, out of 1440 proteins identified. Among these 183 proteins, 153 were down-regulated and the remaining were up-regulated after the vitamin deficiency. Using bioinformatics tools, the proteins were categorized and associated according to functional annotation and signaling, and to metabolic pathways. These analyses showed that the TD affected proteins involved in different biological processes, cellular components and molecular functions. One of the biological processes affected was oxidative stress mechanism, which is involved in the TD neurodegeneration process. Seven of the proteins identified in the proteomic analysis were involved in this mechanism and were altered in comparison to the control animals. Other evidence relating oxidative stress mechanism dysregulation to TD is the alteration of a protein known as ferritin, which is considered a marker of cells exposed to oxidative stress. Also, the pro-inflammatory cytokine up-regulated by TD indicates a possible defense mechanism in response to this process. The data also showed that the TD affects several proteins involved in the synaptic vesicle (SV) cycle function, such as complexin 2, dynamin 3, AP2 adaptor complex, V-ATPase. These down-regulations might interfere in processes such as exocytosis, endocytosis and filling of the VS and, consequently, affect the release of neurotransmitters. In addition, the synthesis of neurotransmitters can also be affected by TD, due to down-regulation of thiamine-nondependent enzymes. These enzymes are important for the maintenance of the metabolic pathways in the thalamus by TD. A modification of the balance between functional dependent system of GABA and glutamate may be a possible explanation for the recovery of information learned after repetitions of tasks. The data obtained in the present work indicates that different molecular targets that affect different pathways can be explored in further studies. These findings contribute to understanding the role of different proteins and molecular components in neurodegenerative processes that will lead to impairment of cognitive aspects.
Subject: Proteom
Neurociências
Tálamo
Deficiência de tiamina
Estresse oxidativo
Neurotransmissores
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B49JZJ
Issue Date: 31-Oct-2016
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