Efeito tipo-antidepressivo da irisina e seu possível papel pró-neurogênico após exercícios físicos em camundongos

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Florianópolis, 2019.A depressão é um dos transtornos psiquiátricos mais prevalentes na sociedade e está associada com múltiplas causas fisiopatológicas, tais como alterações nos níveis de neurotransmissores e a redução na biodisponibilidade de fatores neurotróficos, como o fator neurotrófico derivado do encéfalo (BDNF). Estes eventos levam a alterações morfofuncionais no hipocampo e córtex pré-frontal afetando assim a neuroplasticidade como um todo, em especial a neurogênese hipocampal adulta. O exercício físico é uma estratégia não farmacológica que pode ser utilizada como alternativa e/ou concomitante ao tratamento com fármacos antidepressivos, uma vez que é capaz de produzir efeito antidepressivo e pró-neurogênico. Após protocolos de exercício físico, o músculo é capaz de produzir uma miocina denominada irisina. A irisina tem origem a partir da proteína transmembrana fibronectina tipo III contendo o domínio 5 (FNDC5), que após clivagem e glicosilação é liberada para o meio extracelular possuindo efeito em órgãos distantes como o cérebro. Assim, com o objetivo de explorar o potencial tipo-antidepressivo da irisina per se e após protocolos de exercícios físicos, esta Tese está apresentada em dois Capítulos. O primeiro Capítulo teve o intuito de elucidar os mecanismos celulares e moleculares pelos quais a irisina e o BDNF apresentam efeito tipo- antidepressivo, enquanto que o Capítulo 2 avaliou o efeito da irisina produzida endogenamente após um protocolo de exercício físico aeróbio de endurance, sobre parâmetros de neuroplasticidade, como etapas da neurogênese hipocampal adulta. Os resultados do Capítulo I mostram uma redução do tempo de imobilidade no TSC e no TNF em camundongos C57BL/6 machos após o tratamento com irisina (0,5 e 1 ng/camundongo, i.c.v.) e uma redução do tempo de imobilidade no TSC após a administração de BDNF (0,25 µg/camundongo, i.c.v.), um efeito que foi sustentado por até 6 horas após uma única administração de irisina (1 ng/camundongo, i.c.v.) e BDNF (0,25 µg/camundongo). Além disso, nenhuma alteração locomotora foi observada no TCA com a administração de irisina, enquanto que o BDNF reduziu o número de quadrantes cruzados. A irisina promoveu um efeito tipo-antidepressivo semelhante ao BDNF e ambos estão associados a modulação dos genes PGC1-a, FNDC5 e BDNF tanto no córtex pré-frontal quanto no hipocampo dos camundongos. Assim nossos dados reforçam a importância da via de sinalização PGC1a/FNDC5/BDNF na depressão. No segundo Capítulo, os experimentos foram realizados com camundongos Swiss fêmeas submetidos a um protocolo de treinamento aeróbio de endurance de quatro semanas em uma esteira de corrida. Após o protocolo, verificamos uma redução na imobilidade no TSC e TNF e este efeito tipo-antidepressivo foi acompanhado de um aumento da proliferação celular, diferenciação neuronal e sobrevivência de células hipocampais dos camundongos. Cabe ressaltar que este efeito pró-neurogênico foi verificado tanto no giro denteado (GD) ventral e dorsal do hipocampo. Além disso, este protocolo de exercício físico aumentou o número de células FNDC5-positivas tanto no GD total quanto nas sub-regiões ventrais e dorsais do GD hipocampal. Finalmente, avaliamos o imunoconteúdo do fragmento C-terminal de FNDC5 e de FNDC5/irisina no hipocampo e encontramos um maior imunoconteúdo no grupo submetido ao mesmo protocolo de exercício físico. Conjuntamente, nossos resultados sugerem que FNDC5/irisina pode ser responsável, pelo menos em parte, pelo efeito tipo-antidepressivo e pró-neurogênico deste protocolo de exercício físico.Abstract : Depression is one of the most prevalent psychiatric disorders in society and is associated with multiple pathophysiological causes, such as changes in neurotransmitter levels and reduced bioavailability of neurotrophic factors such as brain-derived neurotrophic factor (BDNF). These events lead to morphofunctional changes in the hippocampus and prefrontal cortex, thereby affecting neuroplasticity, especially adult hippocampal neurogenesis. Physical exercise is a non-pharmacological strategy that may be used as an alternative and/or concomitant to treatment with antidepressant drugs, since it is able to produce antidepressant and pro-neurogenic effects. Therefore, the aim of this thesis was to investigate the potential antidepressant-like effect of irisin, a myokine which is a result of muscle contraction after physical exercise. Irisin is originated from a transmembrane protein (fibronectin type III domain-containing protein 5 - FNDC5) and after cleavage and glycosylation is released into the extracellular space having an effect on distant organs such as the brain. The present Thesis is presented in two chapters aimed to elucidate the cellular and molecular mechanisms by which irisin per se and after a protocol of physical exercise. The first Chapter aimed to investigate the cellular and molecular mechanisms by which irisin and BDNF elicit antidepressant-like effect. The second Chapter investigated the effect of endogenous produced irisin following endurance physical exercise protocol on neuroplasticity parameters related to adult hippocampal neurogenesis. The results of the first Chapter demonstrated a reduction of immobility time in the TST and FST in male C57BL/6 mice after irisin administration (0.5 e 1 ng/mice, i.c.v.), as well as a reduction in the immobility time in the TST after injection of BDNF (0.25 µg/mice, i.c.v.), an effect that was sustained until 6 hours after a single administration of both irisin and BDNF. The antidepressant-like effect of irisin and BDNF are associated with modulation of PGC1-a, FNDC5 and BDNF genes in the prefrontal cortex and hippocampus of mice, reinforcing the importance of these molecular targets in mood disorders. In the second Chapter of this Thesis, female Swiss mice were submitted to aerobic endurance training protocol for four weeks in treadmill running. After the protocol it was verified a reduction of immobility time in the TST and FST without altering locomotion in the OFT, and this antidepressant-like effect was accompanied by an increase in cell proliferation, neuronal differentiation and survival of hippocampal cells in mice. Of note, the pro-neurogenic effect was observed both in the dorsal and ventral aspects of the hippocampal dentate gyrus (DG). Moreover, endurance physical exercise protocol also resulted in an increased number of FNDC5-positive cells in the entire hippocampal DG, as well as, in both aspects evaluated separately. Finally, the immunocontents of FNDC5 C-terminal and FNDC5/irisin in the hippocampus of mice were higher after endurance physical exercise protocol. Together, our results suggest that FNDC5/irisin may be implicated, at least in part, in the antidepressant-like and pro-neurogenic effects of endurance physical exercise

Natação de alta intensidade reduz nocicepção somática induzida por glutamato pela ativação de receptores acoplados a proteína G / inibição da proteína cinase A

Introduction: The excitatory neurotransmitter glutamate is widely distributed throughout mammals' nervous system. Glutamatergic pathways have been associated with different kinds of pain. Analgesia induced by exercise is a phenomenon observed in preclinical and clinical studies. However, the analgesia associated with this neurobiological mechanism has not been fully elucidated. Goal: To evaluate the effect of high-intensity swimming in the somatic hyperalgesia and nociception induced by glutamate analyzing the role of different receptors and pathways involved in it. Methodology: This study was approved by the Ethics Committee on Animal Use (CEUA /Unisul in the Portuguese acronym) under the number 13.020.4.06.IV. Swiss male mice were submited to one or two weeks of high-intensity swimming and compared to mice that did not exercise. The somatic nociception and hyperalgesia was induced by intraplantar injection (i.pl.) of glutamate (GLU). The paw response (licking time or removal frequency) against noxious stimuli was tested. Because paw (peripheral) and spinal cord (central) modulation are important sites for pain control, the involment of receptors of the main endogenous systems (opioid adenosinergic and cannabinoid) and the expression of protein kinase A (PKA) phosphorylated were evaluated by, respectively, specific antagonists of these systems and by Western blotting. Results: It was concluded that central and peripheral opioid and adenosinergic (A1) receptors are part of the spinal analgesia induced by high intensity swimming. In addition, spinal but not peripheral cannabinoid receptors CB1 are involved in this effect. An increased expression of phosphorylated PKA was induced by i.pl. injection of GLU, that was significantly reduced by swimming, was also found on both sites (paw and spinal cord). Coclusion: High intensity swimming reduces somatic nociception and hyperalgesia induced by glutamate. Inhibition of PKA phosphorylation by the activation of opioid, cannabinoid and adenosinergic receptors seem at least partially, to mediate this effect.Introdução: O neurotransmissor excitatório glutamato é amplamente distribuído pelo sistema nervoso de mamíferos. Vias glutamatérgicas tem sido associadas a diferentes tipos de dor. Analgesia induzida pelo exercício físico é um fenômeno observado em estudos pré-clínicos e clínicos. No entanto, o mecanismo neurobiológico adjacente a esta analgesia ainda não foi totalmente elucidado. Objetivo: Avaliar o efeito da natação de alta intensidade na nocicepção somática e hiperalgesia induzida pelo glutamato, analisando o papel de diferentes receptores e vias envolvidas neste efeito. Métodos: O presente estudo foi aprovado pela Comissão de Ética no Uso de Animais (CEUA/Unisul) sob o número 13.020.4.06.IV. Foram utilizados camundongos Swiss machos. Animais foram submetidos à uma ou duas semanas de natação de alta intensidade e comparados à camundongos não exercitados. A nocicepção e hiperalgesia mecânica somática foram induzida por uma injeção intraplantar (i.pl.) de glutamato (GLU). Testou-se a resposta da pata (tempo de licking) ou (frequência de retirada) frente a estímulos nocivos. Pelo fato da pata (periférico) e da medula espinal (central) serem sítios de modulação importantes no controle da dor, a participação dos receptores dos principais sistemas endógenos (opióde, adenosinérgico e canabinóide) e a expressão da proteína cinase A (PKA) fosforilada foram avaliados nestes locais, por meio de antagonistas específicos dos referidos sistemas e por Western Blotting, respectivamente. Resultados: Observou-se que receptores opióides e adenosinérgicos (A1) periféricos e espinais participam da analgesia induzida pela natação de alta intensidade. Além disso, receptores canabinóides CB1 espinais, mas não periféricos, também estão envolvidos neste efeito. Paralelo a estes resultados, também foi encontrado aumento na expressão de PKA fosforilada induzido pela injeção i.pl. de GLU, o qual foi reduzido significativamente pela natação, em ambos sítios, pata e medula espinal. Conclusão: Natação de alta intensidade reduz nocicepção somática e hiperalgesia induzida pelo glutamato. A inibição da fosforilação de PKA pela ativação de receptores opióides, adenosinérgicos e canabinóides parece, pelo menos em parte, mediar este efeito

Natação de alta intensidade reduz nocicepção somática induzida por glutamato pela ativação de receptores acoplados a proteína G / inibição da proteína cinase A

Introduction: The excitatory neurotransmitter glutamate is widely distributed throughout mammals' nervous system. Glutamatergic pathways have been associated with different kinds of pain. Analgesia induced by exercise is a phenomenon observed in preclinical and clinical studies. However, the analgesia associated with this neurobiological mechanism has not been fully elucidated. Goal: To evaluate the effect of high-intensity swimming in the somatic hyperalgesia and nociception induced by glutamate analyzing the role of different receptors and pathways involved in it. Methodology: This study was approved by the Ethics Committee on Animal Use (CEUA /Unisul in the Portuguese acronym) under the number 13.020.4.06.IV. Swiss male mice were submited to one or two weeks of high-intensity swimming and compared to mice that did not exercise. The somatic nociception and hyperalgesia was induced by intraplantar injection (i.pl.) of glutamate (GLU). The paw response (licking time or removal frequency) against noxious stimuli was tested. Because paw (peripheral) and spinal cord (central) modulation are important sites for pain control, the involment of receptors of the main endogenous systems (opioid adenosinergic and cannabinoid) and the expression of protein kinase A (PKA) phosphorylated were evaluated by, respectively, specific antagonists of these systems and by Western blotting. Results: It was concluded that central and peripheral opioid and adenosinergic (A1) receptors are part of the spinal analgesia induced by high intensity swimming. In addition, spinal but not peripheral cannabinoid receptors CB1 are involved in this effect. An increased expression of phosphorylated PKA was induced by i.pl. injection of GLU, that was significantly reduced by swimming, was also found on both sites (paw and spinal cord). Coclusion: High intensity swimming reduces somatic nociception and hyperalgesia induced by glutamate. Inhibition of PKA phosphorylation by the activation of opioid, cannabinoid and adenosinergic receptors seem at least partially, to mediate this effect.Introdução: O neurotransmissor excitatório glutamato é amplamente distribuído pelo sistema nervoso de mamíferos. Vias glutamatérgicas tem sido associadas a diferentes tipos de dor. Analgesia induzida pelo exercício físico é um fenômeno observado em estudos pré-clínicos e clínicos. No entanto, o mecanismo neurobiológico adjacente a esta analgesia ainda não foi totalmente elucidado. Objetivo: Avaliar o efeito da natação de alta intensidade na nocicepção somática e hiperalgesia induzida pelo glutamato, analisando o papel de diferentes receptores e vias envolvidas neste efeito. Métodos: O presente estudo foi aprovado pela Comissão de Ética no Uso de Animais (CEUA/Unisul) sob o número 13.020.4.06.IV. Foram utilizados camundongos Swiss machos. Animais foram submetidos à uma ou duas semanas de natação de alta intensidade e comparados à camundongos não exercitados. A nocicepção e hiperalgesia mecânica somática foram induzida por uma injeção intraplantar (i.pl.) de glutamato (GLU). Testou-se a resposta da pata (tempo de licking) ou (frequência de retirada) frente a estímulos nocivos. Pelo fato da pata (periférico) e da medula espinal (central) serem sítios de modulação importantes no controle da dor, a participação dos receptores dos principais sistemas endógenos (opióde, adenosinérgico e canabinóide) e a expressão da proteína cinase A (PKA) fosforilada foram avaliados nestes locais, por meio de antagonistas específicos dos referidos sistemas e por Western Blotting, respectivamente. Resultados: Observou-se que receptores opióides e adenosinérgicos (A1) periféricos e espinais participam da analgesia induzida pela natação de alta intensidade. Além disso, receptores canabinóides CB1 espinais, mas não periféricos, também estão envolvidos neste efeito. Paralelo a estes resultados, também foi encontrado aumento na expressão de PKA fosforilada induzido pela injeção i.pl. de GLU, o qual foi reduzido significativamente pela natação, em ambos sítios, pata e medula espinal. Conclusão: Natação de alta intensidade reduz nocicepção somática e hiperalgesia induzida pelo glutamato. A inibição da fosforilação de PKA pela ativação de receptores opióides, adenosinérgicos e canabinóides parece, pelo menos em parte, mediar este efeito

Frequency of Neuroendocrine Tumor Studies: Using Latent Dirichlet Allocation and HJ-Biplot Statistical Methods

Background: Neuroendocrine tumors (NETs) are severe and relatively rare and may affect any organ of the human body. The prevalence of NETs has increased in recent years; however, there seem to be more data on particular types, even though, despite the efforts of different guidelines, there is no consensus on how to identify different types of NETs. In this review, we investigated the countries that published the most articles about NETs, the most frequent organs affected, and the most common related topics. Methods: This work used the Latent Dirichlet Allocation (LDA) method to identify and interpret scientific information in relation to the categories in a set of documents. The HJ-Biplot method was also used to determine the relationship between the analyzed topics, by taking into consideration the years under study. Results: In this study, a literature review was conducted, from which a total of 7658 abstracts of scientific articles published between 1981 and 2020 were extracted. The United States, Germany, United Kingdom, France, and Italy published the majority of studies on NETs, of which pancreatic tumors were the most studied. The five most frequent topics were t_21 (clinical benefit), t_11 (pancreatic neuroendocrine tumors), t_13 (patients one year after treatment), t_17 (prognosis of survival before and after resection), and t_3 (markers for carcinomas). Finally, the results were put through a two-way multivariate analysis (HJ-Biplot), which generated a new interpretation: we grouped topics by year and discovered which NETs were the most relevant for which years. Conclusions: The most frequent topics found in our review highlighted the severity of NETs: patients have a poor prognosis of survival and a high probability of tumor recurrence