Vias de sinalização implicadas no efeito tipo-antidepressivo induzido pela administração aguda de creatina e cetamina em um modelo de depressão

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Bioquímica, Florianópolis, 2013.A creatina é um composto sintetizado endogenamente e também obtido pela dieta, intimamente relacionado com o metabolismo energético muscular e cerebral que possui efeito anti-excitotóxico, antioxidante e neuroprotetor, além de apresentar atividade antidepressiva em estudos pré-clínicos e clínicos. O tratamento da depressão ainda é desafiador tendo em vista as limitações dos fármacos atualmente disponíveis no mercado. Uma nova estratégia para o tratamento da depressão refratária a tratamentos convencionais consiste na utilização de cetamina, um antagonista de receptores NMDA que age de forma rápida e eficiente. Este estudo investigou em camundongos Swiss, de forma comparativa, os efeitos antidepressivos da creatina e da cetamina e a participação da via PI3K/Akt/mTOR neste efeito. Para isso, utilizamos um modelo de indução de comportamento tipo-depressivo por meio da administração crônica de corticosterona nesses animais. A administração oral de corticosterona (20 mg/kg, p.o.) por 21 dias, mas não por 7 e 14 dias, promoveu um aumento no tempo de imobilidade dos animais no teste de suspensão pela cauda (TSC) e uma diminuição no tempo de comportamento de auto-limpeza no teste de borrifagem de sacarose (splash teste), caracterizando um comportamento tipo-depressivo. O aumento no tempo de imobilidade no TSC induzido pelo modelo de depressão foi revertido pelo tratamento com creatina (10 mg/kg, p.o.) e por cetamina (1 mg/kg, i.p.), mas não por fluoxetina (10 mg/kg, p.o.), quando administradas uma única vez, 24 horas após a última administração de corticosterona. Adicionalmente, os animais submetidos ao modelo de depressão apresentaram uma redução naconcentração sérica de corticosterona comparado ao grupo controle sendo que este parâmetro não foi alterado pelo tratamento com creatina (10 mg/kg, p.o.) ou cetamina (1 mg/kg, i.p.). Adicionalmente foi demonstrado que o tratamento dos camundongos com wortmanina (um inibidor irreversível de PI3K, 0,1 µg/sítio, i.c.v.), ou rapamicina (um inibidor de mTOR, 0,2 nmol/sítio, i.c.v.), reverteram o efeito anti-imobilidade da creatina (10 mg/kg, p.o.) e da cetamina (1 mg/kg, i.p.) no TSC, tanto em animais submetidos ao modelo de depressão, quanto nos animais tratados com veículo. Nenhuma alteração locomotora dos animais foi observada no teste do campo aberto, em nenhum dos grupos experimentais. Adicionalmente investigamos o efeito da creatina e da cetamina sobre os níveis de mTOR fosforilada e total no hipocampo. Tanto os animais tratados com creatina (10 mg/kg, p.o.) quanto os animais tratados com cetamina (1 mg/kg, i.p.) apresentaram um aumento no imunoconteúdo de p-mTOR (Ser2481), tanto nos grupos experimentais submetidos ao tratamento crônico com corticosterona, quanto nos grupos controle. O conjunto de resultados indica que a creatina compartilha com a cetamina um efeito tipo-antidepressivo agudo em um modelo animal de depressão classicamente responsivo apenas à administração crônica de antidepressivos. Esse efeito parece ser mediado pela ativação da via de sinalização mediada por PI3K/Akt/mTOR. Dessa maneira pode-se sugerir que a creatina pode constituir uma alternativa terapêutica de efeito antidepressivo rápido, com efeitos adversos menos pronunciados quando comparada com a cetamina, para o tratamento da depressão associada ao estresse. Abstract : Creatine is an endogenous compound synthetized either by our organism or obtained by the diet that plays a key role in muscle and brain energetic metabolism. Besides possessing antiexcitotoxic, antioxidant and neuroprotective properties, it has antidepressant effects in preclinical and clinical studies. The management of depression still represents a challenge, especially due to the limitations of the therapeutic options available in the market. Ketamine, an antagonist of NMDA receptors, has been succesfully used as a novel strategy for the treatment of refractory depression, producing rapid and efficient remission. This study investigated the antidepressant effects of creatine, compared with ketamine and the involvement of PI3K/Akt/mTOR pathway in their effects in a model of depression induced by the chronic administration of corticosterone in Swiss mice. The oral administration of corticosterone (20 mg/kg, p.o.) for 21 days, but not for 7 or 14 days caused an increased immobility time in the tail suspension test (TST) and a reduction in the time spent grooming in the splash test, indicative of a depressive-like behavior. The increased immobility time induced by the depression model was reversed by either creatine (10 mg/kg, p.o.) or ketamine (1 mg/kg, i.p.) treatment, but not by a single dose of fluoxetine (10 mg/kg, p.o.), administered once, 24 h after the last administration of corticosterone. Additionally, mice submitted to the depression model presented a reduction on the serum corticosterone levels as compared to the control group. This parameter was not altered neither by creatine nor ketamine treatment. Moreover, treatment of mice with either wortmannin (irreversible PI3K inhibitor, 0.1 µg/site, i.c.v.), orrapamycin (mTOR inhibitor, 0.2 nmol/site, i.c.v.), abolished the anti-immobility effect of creatine (10 mg/kg, p.o.) and ketamine (1 mg/kg, i.p.) in the TST both in mice submitted to chronic administration of corticosterone and in control mice. None of the treatments caused any alteration in the locomotor activity of mice in the open-field test. Additionally, the effects of creatine and ketamine on the levels and phosphorylation of mTOR were investigated. The immunocontent of p-mTOR (Ser2481) was increased both in mice treated with creatine (10 mg/kg, p.o.) and ketamine (1 mg/kg, i.p.) from corticosterone and vehicle groups. Altogether, the results indicate that creatine shares with ketamine the ability to acutely reverse the depressive-like behavior induced by a model of depression that does not respond to acute fluoxetine administration in mice. This effect seems to be mediated by the activation of PI3K/Akt/mTOR signaling. Therefore, it may be suggested that creatine might be a novel antidepressant compound with a robust and rapid onset of action, comparable to ketamine due devoid of its strong psychotropic effects

Efeito protetor da creatina sobre a plasticidade hipocampal em um modelo de depressão

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Florianópolis, 2017.A depressão é um transtorno psiquiátrico de elevada prevalência mundial, que acarreta em um alto prejuízo social e econômico, além de ser associada com uma diminuição na qualidade de vida e aumento no risco de suicídio. O tratamento para este transtorno permanece um desafio, uma vez que os tratamentos farmacológicos disponíveis apresentam um efeito terapêutico demorado e muitas vezes ineficiente, além de ser associada a um elevado número de efeitos adversos que contribuem para a diminuição na adesão ao tratamento pelos pacientes. Em vista disso, alguns nutracêuticos passaram a ser investigados em virtude dos seus possíveis benefícios para o tratamento deste transtorno psiquiátrico, e dos baixos efeitos adversos que eles apresentam. Neste sentido, a creatina se apresenta como um suplemento largamente utilizado com o objetivo ergogênico, embora também seja um composto neuroprotetor com potencial para tratar ou atenuar uma ampla gama de transtornos neuropsiquiátricos, incluindo a depressão. Entretanto, os mecanismos inerentes ao seu efeito tipo-antidepressivo ainda precisam ser melhor entendidos. No presente trabalho, buscou-se avaliar o potencial efeito antidepressivo decorrente da administração aguda e crônica de creatina sobre a neuroplasticidade hipocampal de animais submetidos a um modelo de depressão induzido por corticosterona (CORT). A exposição crônica à CORT é um modelo de depressão baseado em estresse que induz prejuízos no comportamento dos animais e na neuroplasticidade hipocampal, como a redução da sinaptogênese e da neurogênese. Este modelo é responsivo apenas ao tratamento crônico com antidepressivos convencionais, permitindo que a pesquisa de antidepressivos mais rápidos, como antagonistas de receptores NMDA sejam conduzidas, a exemplo da cetamina. Desta forma, buscou-se investigar se o tratamento agudo com creatina poderia apresentar algum efeito sobre a plasticidade sináptica destes animais submetidos ao modelo de depressão. Neste trabalho, observamos um menor conteúdo hipocampal de proteínas relacionadas à sinaptogênese, como a p-p70S6 kinase (p-p70S6K) e a proteína de densidade pós-sináptica de 95 kDa (PSD95), além do fator neurotrófico derivado do encéfalo (BDNF) nos animais submetidos ao modelo de depressão. Todos estes parâmetros foram revertidos por uma única administração de creatina (10 mg/kg, p.o.) ou cetamina (1 mg/kg, i.p.). Os resultados desta Tese mostraram também que o tratamento crônico com creatina (10 mg kg, p.o., 21 dias) apresenta a capacidade de reverter o aumento de imobilidade no teste de suspensão pela cauda (TSC), no teste do nado forçado (TNF), bem como no aumento do tempo de latência para imobilidade no TNF e na diminuição do consumo de sacarose (TCS) induzidos pela exposição crônica dos animais à CORT (20 mg/kg, p.o., 21 dias). Estes efeitos comportamentais foram associados a uma proteção da creatina frente à diminuição da proliferação celular e diferenciação neuronal hipocampal, bem como da astrogliose induzida pela exposição à CORT. Estes resultados foram semelhantes aos resultados encontrados com o tratamento com fluoxetina (10 mg kg, p.o., 21 dias). Além disso, a fluoxetina, mas não a creatina, reverteu parcialmente a redução nos níveis séricos de CORT induzida pela exposição crônica à CORT. Em conjunto, este trabalho sugere que a creatina administrada cronicamente apresenta um efeito sobre a plasticidade hipocampal, induzindo alterações morfológicas, como o desenvolvimento de novos neurônios, que contribuem para a melhora no comportamento de animais submetidos a modelos de depressão. Já quando administrada agudamente, este nutracêutico pode ainda restaurar os níveis de proteínas sinápticas relacionadas à sinaptogênese, de maneira similar à cetamina. Desta forma, levanta-se a possibilidade de um possível efeito antidepressivo rápido da creatina na reversão dos sintomas da depressão, por um mecanismo provavelmente dependente de um aumento na sinaptogênese.Abstract : Depression, a high prevalent psychiatric disorder worldwide, causes a heavy burden for the society and is associated with suicide risk. The treatment of this disorder remains a challenge, since currently available antidepressants show a slow and often incomplete response and cause several side effects that contribute to diminish the adhesion of patients to treatment. In this context, several nutraceuticals have been investigated regarding their possible beneficial effects for the management of this psychiatric disorder. Creatine stands out as a supplement frequently used for ergogenic purpose, but it also is a neuroprotective compound with potential to treat or mitigate a broad range of central nervous systems diseases, including depression. However the mechanisms underlying these effects remain unknown. In the present study, we investigated the potential ability of creatine to counteract the morphological and behavioral effects elicited by chronic administration of corticosterone (CORT, 20 mg/kg, p.o.) for 21 days to mice, a pharmacological model of depression that mimics stress exposure. Chronic administration of CORT is a stress-based depression model that induces damage to hippocampal neuroplasticity, such as reduced synaptogenesis and neurogenesis. This model is responsive only to chronic treatment with conventional antidepressants, allowing the search for rapid antidepressants including NMDA receptor antagonists, such as ketamine. Thus, we sought to investigate the effects of acute treatment with creatine could have some effect on the synaptic plasticity of these animals submitted to the CORT-induced depression model. Lower levels of proteins related to synaptogenesis, such as p-p70S6 kinase (p70S6K) and post synaptic density protein of 95 kDa (PSD95) as well as brain-derived neurotrophic factor (BDNF) were observed in the hippocampus of mice submitted to CORT. All these parameters were prevented by a single administration of creatine (10 mg/kg, p.o.) or ketamine (1 mg/kg, i.p.). Moreover, CORT treatment increased immobility time in the tail suspension test (TST) and forced swim test (FST), as well as latency to immobility in the FST, and decreased the sucrose consumption in the sucrose preference test (SPT). These behavioral effects were associated with decreased hippocampal cell proliferation and neuronal differentiation and increased glial fibrillary acid protein (GFAP) immunostaining (suggestive of astrogliosis) in dentate gyrus of the hippocampus. These CORT-induced alterations were abolished by treatment with either fluoxetine (a conventional antidepressant) or creatine for 21 days (both at 10 mg/kg, p.o.). In addition, fluoxetine, but not creatine, was able to prevent the CORT-induced reduction in serum CORT levels. Collectively, these results suggest that chronic creatine administration produces morphological alterations that contribute to the improvement of depressive-like behaviors triggered by chronic CORT administration in mice. On the other hand, when administered acutely, this nutraceutical may also modulated the levels of synaptic proteins involved in synaptogenesis, similarly to ketamine. These results raise the possibility of a rapid effect of creatine in reversing the symptoms of depression, by a mechanism probably dependent on synaptogenesis

MPP+-lesioned mice : an experimental model of motor, emotional, memory/learning, and striatal neurochemical dysfunctions

The neurotoxin 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) induces motor and nonmotor dysfunctions resembling Parkinson’s disease (PD); however, studies investigating the effects of 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+), an active oxidative product of MPTP, are scarce. This study investigated the behavioral and striatal neurochemical changes (related to oxidative damage, glial markers, and neurotrophic factors) 24 h after intracerebroventricular administration of MPP+ (1.8–18 μg/mouse) in C57BL6 mice. MPP+ administration at high dose (18 μg/mouse) altered motor parameters, since it increased the latency to leave the first quadrant and reduced crossing, rearing, and grooming responses in the open-field test and decreased rotarod latency time. MPP+ administration at low dose (1.8 μg/mouse) caused specific nonmotor dysfunctions as it produced a depressive-like effect in the forced swim test and tail suspension test, loss of motivational and self-care behavior in the splash test, anxiety-like effect in the elevated plus maze test, and short-term memory deficit in the step-down inhibitory avoidance task, without altering ambulation. MPP+ at doses of 1.8–18 μg/mouse increased tyrosine hydroxylase (TH) immunocontent and at 18 μg/mouse increased α-synuclein and decreased parkin immunocontent. The astrocytic calcium-binding protein S100B and glial fibrillary acidic protein (GFAP)/S100B ratio was decreased following MPP+ administration (18 μg/mouse). At this highest dose, MPP+ increased the ionized calcium-binding adapter molecule 1 (Iba-1) immunocontent, suggesting microglial activation. Also, MPP+ at a dose of 18 μg/mouse increased thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) and glutathione (GSH) levels and increased glutathione peroxidase (GPx) and hemeoxygenase-1 (HO-1) immunocontent, suggesting a significant role for oxidative stress in the MPP+-induced striatal damage. MPP+ (18 μg/mouse) also increased striatal fibroblast growth factor 2 (FGF-2) and brain-derived neurotrophic factor (BDNF) levels. Moreover, MPP+ decreased tropomyosin receptor kinase B (TrkB) immunocontent. Finally, MPP+ (1.8–18 μg/mouse) increased serum corticosterone levels and did not alter acetylcholinesterase (AChE) activity in the striatum but increased it in cerebral cortex and hippocampus. Collectively, these results indicate that MPP+ administration at low doses may be used as a model of emotional and memory/learning behavioral deficit related to PD and that MPP+ administration at high dose could be useful for analysis of striatal dysfunctions associated with motor deficits in PD