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http://hdl.handle.net/1843/ICBD-8QCJP8| Type: | Tese de Doutorado |
| Title: | Sinalização e homeostase do cálcio hipocampal moduladas pelo exercício físico: implicações nos processos de memória e neuroproteção |
| Authors: | Luciana Estefani Drumond Carvalho |
| First Advisor: | Andre Ricardo Massensini |
| First Referee: | Dawidson Assis Gomes |
| Second Referee: | Danusa Dias Soares |
| Third Referee: | Roger Frigerio Castilho |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Ricardo Mário Arida |
| Abstract: | O cálcio (Ca2+) é o mais importante e versátil mensageiro intraneuronal, regulando uma variedade de processos, tais como memória e morte celular. Este papel na sinalização é conduzido contra rígidos mecanismos homeostáticos. Neste contexto, existem evidências indicando que o exercício físico regular exerce efeito positivo no cérebro, ativando vias celulares e moleculares, que influenciam positivamente os processos de memória e morte celular, funções altamente influenciadas pela sinalização de cálcio. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar a modulação do exercício físico na sinalização e homeostase do cálcio hipocampal e suas influências nos processos de memória e neuroproteção. Ratos Wistar machos foram divididos em dois grupos: grupo exercício (EXE) e grupo sedentário (SED). O EXE foi submetido à natação 5x/semana, 30 min/dia, durante 4 semanas, suportando 60% da carga máxima tolerada no teste de esforço máximo. O SED foi levado à piscina nos mesmos tempos, porém não realizou a atividade de natação. Testes comportamentais mostraram que a memória espacial avaliada pela tarefa de preferência ao objeto deslocado foi aumentada pelo treinamento de natação, porém não foi observada diferença na tarefa de reconhecimento de novo objeto. Além disso, utilizando a preparação de sinaptossomas hipocampais, observamos efeito do exercício físico aumentando a concentração basal e a entrada de cálcio no terminal pré-sináptico, após despolarização com KCL. Adicionalmente, quando estimulados com KCL, a liberação de glutamato foi maior nos sinaptossomas hipocampais de animais EXE, mesmo na presença de quelante de Ca2+ externo. No entanto, não foram observadas diferenças na liberação de glutamato dos sinaptossomas hipocampais, quando estes foram estimulados com veratridina ou quando despolarizados com KCL, na presença de quelante de Ca2+ interno e bloqueadores de canais para cálcio dependentes de voltagem. O exercício físico foi capaz de induzir neuroproteção em fatias de hipocampo submetidas ao protocolo de privação de oxigênio e glicose, diminuindo o número de células mortas e preservando a viabilidade celular, com diminuição da liberação de glutamato de fatias hipocampais de animais do grupo exercício. Os experimentos in vitro demonstraram que as mitocôndrias dos animais EXE apresentam a mesma capacidade de retenção de cálcio (CRC) que os animais SED. Além disso, as mitocôndrias respondem com a mesma eficiência à ciclosporina-A (CsA), não havendo diferenças na velocidade de liberação do cálcio. Entretanto, o exercício físico exerceu efeito sobre a dinâmica de abertura do poro de permeabilidade transitória (PPT), diminuindo o período de latência. Não houve diferença na expressão da proteína ANT entre os gurpos, contudo, foi observada grande diminuição na expressão de ciclofilina-D (CypD). Portanto, o aumento da entrada de cálcio no terminal pré-sináptico e da liberação do neurotransmissor glutamato podem favorecer os processos de plasticidade sináptica, contribuindo para a melhora na memória espacial. Adicionalmente, durante o processo isquêmico, há uma diminuição da concentração extracelular de glutamato, este mecanismo favorece o controle homeostático do cálcio, diminuindo a ligação do glutamato a seus receptores e reduzindo a entrada de Ca 2+ nos terminais pós-sinápticos. A avaliação funcional mitocondrial não revelou contribuição da capacidade de controle homeostático do Ca2+ por esta organela, nos efeitos benéficos promovidos pelo exercício físico. Entretanto, a alteração da dinâmica de abertura do PPT e a diminuição na expressão de CypD podem indicar retardo da liberação do cálcio e dos fatores apoptóticos mitocôndrias, favorecendo a neuroproteção |
| Abstract: | Calcium is the most versatile and important intracellular messenger in neurons, regulating a variety of neuronal processes, such as memory and cell death. This role in signaling has to be conducted against rigid homeostatic mechanisms. In this context, there is evidence supporting the fact that regular exercise has beneficial effects on the brain, which activate cellular and molecular pathways that contribute to memory and neuroprotection. Thus, the purpose of this study was to evaluate the modulation of calcium signaling and calcium homeostasis in memory and neuroprotection induced by exercise. Male Wistar rats were divided into two groups: exercise (EXE) and sedentary (SED). The EXE group was submitted to a swimming protocol 5x/week, 30 min/day for 4 weeks, with moderate training intensity (60% of maximum load). At the end of training period, animals were submitted to experimental protocols. Memory performance evaluated by displaced object preference tasks showed that spatial short-term memory was improved by swimming training. However, no effect was observed for the novel object task. We have used rat synaptosomes to study the effects of physical exercise on the release of glutamate and on the concentrations of free calcium ions inside the synaptosomes. The results indicate modifications of concentrations free Ca2+. Additionally, glutamate release was increased in the hippocampus of animals submitted to physical activity, with possible consequences for neurotransmission. Physical exercise was able to induce neuroprotection in hippocampal slices submitted to oxygen glucose deprivation, decreasing the number of cell death and increasing de viability in EXE , in addition to a reduced glutamate release in this group. The in vitro functional mitochondria experiments demonstrated that hippocampal mitochondria from EXE group required the same levels of Ca2+ than those from SED group to open the PTP. In addition, these assays showed that hippocampal mitochondrias from TRE group respond to the permeability pore transition (PPT) inhibitor, cyclosporine A (CsA) as efficiently as mitochondrias from SED group. Interestingly CypD expression in hippocampal mitochondria was slower in SED group. In summary, our results are in accordance with the literature regarding the beneficial and neuroprotective effects of exercise, pointing to pathways that increase the mechanisms involved in the calcium-independent and -dependent glutamate release. However, the calcium retention capacity (CRC) seems do not contribute to the observed neuroprotection. |
| Subject: | Farmacologia Fisiologia |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/ICBD-8QCJP8 |
| Issue Date: | 7-Dec-2011 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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