Analysis of biogenesis and mitochondrial dysfunction in the progression of Alzheimer\'s disease in 3xTg-AD mice.

A doença de Alzheimer (DA) caracteriza-se por perda neuronal associada as placas senis e emaranhados neurofibrilares (NFTs). Disfunção mitocondrial também foi encontrada na DA, bem como expressão reduzida do coativador 1α do receptor gama ativado pelo proliferador de peroxissoma (PGC-1α), um importante regulador da biogênese mitocondrial. No entanto, ainda não está claro até que ponto o comprometimento da biogênese mitocondrial influencia na disfunção das mitocôndrias no início e na progressão da DA. Neste estudo foi investigado a biogênese e a função mitocondrial, bem como o fenótipo comportamental de um modelo animal para a DA, o camundongo 3xTg-AD, avaliado nas idades de 1, 2, 4 e 6 meses. Primeiramente, avaliamos o genótipo e características histopatológicas através da técnica de imuno-histoquímica, confirmando o modelo utilizado. Demonstramos alterações significativas na expressão de PGC-1α avaliadas nas regiões CA1 do hipocampo e do giro dentado de camundongos 3xTg-AD, bem como níveis reduzidos de expressão de mRNA de PKAC-α, CREB, PGC-1α, NRF1, NRF2 e TFAM nos camundongos 3xTg-AD desde a idade de 1 mês. Camundongos 3xTg-AD também demonstraram redução da expressão proteica de pCREB/CREB, PGC-1α, NRF1 e TFAM, sugerindo que a biogênese mitocondrial provavelmente está prejudicada em idades precedentes ao desenvolvimento da doença. Além disso, camundongos 3xTg-AD de 4 e 6 meses de idade apresentaram diminuição do conteúdo mitocondrial, avaliado pela expressão proteica de VDAC2, e da função mitocondrial, demonstrado pela redução da expressão proteica do complexo IV, bem como nas atividades dos complexos II + III e IV. Esses resultados sugerem que o comprometimento da biogênese mitocondrial é um evento que antecede o desenvolvimento das manifestações patológicas da DA, podendo contribuir para o desencadeamento desta doença. Quando analisado o fenótipo comportamental, camundongos 3xTg-AD demonstraram redução da atividade exploratória, avaliado pelo teste de campo aberto (CA), e comportamento semelhante a ansiedade e depressão, avaliados pelos testes de CA, labirinto em zero elevado (LZE) e teste de nado forçado, desde a idade de 1 mês, e comportamento anedônico, avaliado pelo teste de preferência por solução de sacarose, com 6 meses de idade. No teste de reconhecimento de um novo objeto, observamos comprometimento da memória de curto prazo (MCP) nos camundongos 3xTg-AD de 4 meses, e de MCP e longo prazo (MLP) nos camundongos 3xTg-AD de 6 meses. Em conjunto, esses dados sugerem que o comprometimento precoce da biogênese mitocondrial pode ter contribuído para o desencadeamento de alterações comportamentais neuropsíquicas, e a redução do conteúdo junto ao comprometimento da função mitocondrial e desenvolvimento da patologia amilóide podem ter sido implicados no déficit cognitivo e no agravamento desta patologia. Coletivamente, de uma perspectiva terapêutica, a melhora da biogênese mitocondrial em estágios iniciais da DA pode ser uma abordagem farmacológica promissora para prevenir, retardar e/ou impedir o desenvolvimento desta doença.Alzheimer\'s disease (AD) is characterized by neuronal loss associated with senile plaques and neurofibrillary tangles (NFTs). Mitochondrial dysfunction was also found in AD, as well as a reduction of the expression of the peroxisome proliferator-activated receptor-gamma coactivator-1alpha (PGC-1α), an important regulator of mitochondrial biogenesis. However, it is not yet clear to what extent the impairment of mitochondrial biogenesis influences mitochondrial dysfunction at the onset and progression of AD. This study investigated the biogenesis and mitochondrial function, as well as the behavioral phenotype in an animal model of AD, the 3xTg-AD mouse, evaluated at the ages of 1, 2, 4 and 6 months. First, we evaluated the genotype and histopathological characteristics by immunohistochemical technique, confirming the animal model used. We demonstrated significant changes in PGC-1α expression evaluated in the hippocampal CA1 and dentate gyrus tissues of 3xTg-AD mice, as well as a reduction of the mRNA expression levels of PKAC-α, CREB, PGC-1α, NRF1, NRF2 and TFAM in 3xTg-AD mice since the age of 1 month. 3xTg-AD mice also demonstrated reduced protein expression of pCREB/CREB, PGC-1α, NRF1 and TFAM, suggesting that mitochondrial biogenesis is probably impaired at ages preceding the disease development. In addition, 3xTg-AD mice of 4 and 6 months showed decreased mitochondrial content, assessed by VDAC2 protein expression, and mitochondrial function, demonstrated by reduced complex IV protein expression, as well as in complex II + III and IV activities. These results suggesting that the impairment of mitochondrial biogenesis is an event that precedes the development of pathological manifestations of AD and may contribute to the onset of this disease. When the behavioral phenotype was analyzed, 3xTg-AD mice demonstrated reduced exploratory activity, as assessed by open field test (OFT), and behaviors related to anxiety and depression, as assessed by the OFT, elevated zero maze test (EZM) and forced swim test, at 1 month of age, and anhedonic behavior, assessed by the sucrose solution preference test, at 6 months of age. In the novel object recognition test, we observed impairment of the short-term memory (STM) in 4-month 3xTg-AD mice, and STM and long-term memory (LTM) in 6-month 3xTg-AD mice. Taken together, these data suggest that early impairment of mitochondrial biogenesis may have contributed to the onset of neuropsychic behavioral changes, and reduced content associate with impaired mitochondrial function and development of amyloid pathology may have been implicated in cognitive impairment and worsening of this pathology. Collectively, from a therapeutic perspective, improvement of mitochondrial biogenesis in early stages of AD may be a promising pharmacological approach to prevent, retard and / or prevent the development of this disease

Análise do potencial osteogênico de células estromais derivadas da medula óssea de ratas adultas e senis submetidas ou não ao treinamento de força

Células tronco mesenquimais (CTMs) derivadas do estroma da medula óssea possuem potencial para se diferenciar in vivo e in vitro, em vários tipos celulares, incluindo osteoblastos e adipócitos. Durante o envelhecimento, há o maior número de células que se diferenciam espontaneamente em adipócitos, comprometendo a qualidade óssea, bem como perda da massa óssea decorrente do estilo de vida sedentário. Dentre fatores capazes de modular a diferenciação de CTMs em prol a formação óssea, sinais mecânicos estão sendo estudados como alternativa para o tratamento da osteoporose. Neste estudo, analisamos como o treinamento de força (TF) influencia a remodelação óssea durante o envelhecimento. Para isso, analisamos o potencial osteogênico de diferenciação de CTMs isoladas da medula óssea de ratas adultas (09 meses) e idosas (21 meses) que realizaram ou não o exercício físico com sobrecarga. Os resultados mostraram que o TF aumentou a expressão da proteína óssea morfogênica 2 (BMP2), regulando a diferenciação dos osteoblastos e formação óssea por promover up-regulation do fator de transcrição relacionado com o Runt 2 (Runx2) e down-regulation do fator de transcrição de adipócitos, receptor ativado por proliferadores de peroxissoma ? (Ppar?) em CTMs diferenciadas de doadoras idosas. Além disso, os valores de densidade mineral óssea areal e os parâmetros biomecânicos na tíbia das ratas idosas foram otimizados após a realização do TF. Estes resultados sugerem que o aumento dos fatores de transcrição e proteínas de matriz, bem como o decréscimo de Ppar?, desencadeado pelo TF, contribui para a melhoria da qualidade do osso de ratas idosas treinadasIn vivo and in vitro studies indicate that a subpopulation of bone marrow stromal cells derived mesenchymal stem cells (MSCs) has potential to differentiate into multiple cell types, including osteoblasts and adipocytes. During the aging, greater number of cells is able to differentiate spontaneously into adipocytes, committing bone quality, well as loss of bone mass due to the sedentary lifestyle. Among the factors capable of modulating differentiation of MSCs to promote bone formation mechanical signals are being studied as an alternative for the treatment of osteoporosis. In this study, we analyzed how the strength training (ST) participates in the bone remodeling during the aging. For this purpose, we analyzed the osteogenic potential of differentiation of MSCs isolated from the bone marrow of adult (09 months) and elderly (21 months) female rats that performed or not physical activity with overcharge. The results showed that the ST increased the bone morphogenic protein 2 (BMP2), regulated the osteoblast differentiation and bone formation for up-regulation of the osteogenic master transcription factor, Runt-related transcription factor 2 (Runx2) and the down-regulation of the adipocytes master transcription factor, peroxisome proliferator-activated receptor ? (Ppar?) in differentiated MSCs of the elderly donors. In addition, the values of areal bone mineral density and biomechanical parameters in the tibia of elderly rats were optimized after the realization of ST. These results suggest that increase of transcription factors and matrix proteins as well as the decrease of Ppar?, triggered by ST, contributes to better bone quality of trained elderlyFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES

The effects of strength training and raloxifene on bone health in aging ovariectomized rats

The aim of this study was to investigate the effects of strength training (ST) and raloxifene (Ral), alone or in combination, on the prevention of bone loss in an aging estrogen-deficient rat model. Aging Wistar female rats were ovariectomized at 14 months and allocated to four groups: (1) non-trained and treated with vehicle, NT-Veh; (2) strength training and treated with vehicle, ST-Veh; (3) non-trained and treated with raloxifene, NT-Ral; and (4) strength training and treated with raloxifene, ST-Ral. ST was performed on a ladder three times per week and Ral was administered daily by gavage (1 mg/kg/day), both for 120 days. Areal bone mineral density (aBMD), strength, microarchitecture, and biomarkers (osteocalcin, OCN; osteoprotegerin, OPG; and tartrate resistant acid phosphatase, TRAP) were assessed. Immunohistochemistry was performed for runt-related transcription factor 2 (RUNX2), osterix (OSX), OCN, OPG, TRAP, and receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand (RANKL). The rats that performed ST (ST-Veh) or were treated with Ral (NT-Ral) showed significant improvements in aBMD (p = 0.001 and 0.004), bone strength (p = 0.001), and bone microarchitecture, such as BV/ TV (%) (p = 0.001), BS/11/ (mm(2)/mm(3)) (p = 0.023 and 0.002), Conn.Dn (1/mm(3)) (p = 0.001), Tb.N (1/mm) (p = 0.012 and 0.011), Tb.Th (1/mm) (p = 0.001), SMI (p = 0.001 and 0.002), Tb.Sp (p = 0.001), and DA (p = 0.002 and 0.007); there was also a significant decrease in plasma levels of OCN (p = 0.001 and 0.002) and OPG (p = 0.003 and 0.014), compared with animals in the NT-Veh group. Ral, with or without ST, promoted an increased immunolabeling pattern for RUNX2 (p = 0.0105 and p = 0.0006) and OSX (p = 0.0105), but a reduced immunolabeling pattern for TRAP (p = 0.0056) and RANIG. (p = 0.033 and 0.004). ST increased the immunolabeling pattern for RUNX2 (p = 0.0105), and association with Ral resulted in an increased immunolabeling pattern for OPG (p = 0.0034) and OCN (p = 0.0024). In summary, ST and Ral administration in aged, estrogen-deficient Wistar female rats is associated with a decrease in bone turnover marker plasma levels, increased activity of cells that promote osteoblastogenesis, and decreased activity of cells that promote osteoclastogenesis; these are correlated with higher aBMD, bone strength, and bone microarchitecture at the femoral neck. The results indicate that strength training and Ral are potential tools to reduce the risk of fractures at clinically relevant sites854554COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPESFUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP2010/03,112-62010/09,393-