O papel de metabólitos microbianos no processo neurodegenerativo da doença de Alzheimer
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da FIOCRUZ (ARCA) |
Texto Completo: | https://www.arca.fiocruz.br/handle/icict/53292 |
Resumo: | A microbiota intestinal tem gerado grande interesse na pesquisa biomédica devido à sua influência sobre fisiologia e patologias humanas. Mais recentemente foi criado o conceito de eixo microbiota-intestino-cérebro como uma via de mão dupla de comunicação. Dentre os vários mecanismos de comunicação da microbiota com o cérebro, a atividade dos ácidos graxos de cadeia curta (SCFAs) tem se destacado devido a seus numerosos efeitos na fisiologia cerebral e em diversas doenças, como a doença de Alzheimer (DA). A DA é a maior causa de demência no mundo e seu impacto tende a aumentar com o envelhecimento da população mundial. Terapias atuais são capazes apenas de limitar a progressão da doença e existe uma busca ativa por formas de diagnóstico e prevenção. Neste contexto, o objetivo deste estudo é investigar o potencial neuroprotetor dos principais SCFAs produzidos pela microbiota intestinal (acetato, propionato e butirato) em modelos experimentais da DA. Culturas organotípicas de hipocampo de rato foram expostas a oligômeros do peptídeo β-amiloide (AβOs), um componente neurotóxico encontrado em cérebros de pacientes com DA, e tratadas com cada SCFA individualmente ou com a combinação dos três SCFAs por 24h. Foram analisadas a expressão da molécula adaptadora ligante de cálcio ionizado 1 (IBA-1) por imunofluorescência e a secreção de citocinas inflamatórias por ELISA. Camundongos Swiss foram tratados por duas semanas com uma mistura dos SCFAs na água do bebedouro e então injetados por via intracerebroventricular com os AβOs. Vinte e quatro horas depois foram submetidos a testes cognitivos e comportamentais para avaliar aprendizado, memória, comportamento ansioso e tipo-depressivo. Camundongos Swiss também foram tratados por 2 semanas com antibióticos para depleção da microbiota intestinal, seguido por mais duas semanas de suplementação com SCFAs antes de receberam uma injeção de AβOs e passarem pelos testes comportamentais. Foi encontrado um aumento de TNF-α, IL-1β, IL-6 e IL-10 no meio de cultivo da cultura organotípica após exposição aos AβOs e redução de todas as citocinas após tratamento com propionato e butirato. Imagens de imunofluorescência de fatias de cultura organotípica mostraram que o butirato foi capaz de reduzir o número de micróglias positivas para IBA-1. Testes cognitivos mostraram déficit de aprendizado e memória em animais injetados com os AβOs e recuperação parcial pelo tratamento com SCFAs. Testes comportamentais mostraram indução de comportamento do tipo-depressivo, mas não ansioso, pela injeção dos AβOs e recuperação parcial com tratamento por SCFAs, além de aparente aumento de apetite em animais tratados com SCFAs. Animais depletados de microbiota apresentaram déficit cognitivo, porém tiveram melhor desempenho de aprendizado quando injetados com os AβOs e quando tratados com SCFAs. Foi encontrado um aumento no nível acetilação das histonas 3 e 4 em amostras do hipocampo de camundongos injetados com butirato intraperitonealmente, com pico de acetilação meia hora após a injeção. Ainda que mais experimentos sejam necessários, nossos dados sugerem um efeito neuroprotetor dos SCFAs |
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Silva, Ygor ParladoreGomes, Flávia Lima RibeiroLourenço, Mychael Vinícius da CostaPassos, Giselle FazzioniCuervo Escobar, PatríciaGomes, Ana Lúcia TavaresFrozza, Rudimar Luiz2022-06-15T23:28:35Z2022-06-15T23:28:35Z2021SILVA, Ygor Parladore. O papel de metabólitos microbianos no processo neurodegenerativo da doença de Alzheimer. 2021. 96 f. Dissertação (Mestrado em Biologia Celular e Molecular) - Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, 2021.https://www.arca.fiocruz.br/handle/icict/53292A microbiota intestinal tem gerado grande interesse na pesquisa biomédica devido à sua influência sobre fisiologia e patologias humanas. Mais recentemente foi criado o conceito de eixo microbiota-intestino-cérebro como uma via de mão dupla de comunicação. Dentre os vários mecanismos de comunicação da microbiota com o cérebro, a atividade dos ácidos graxos de cadeia curta (SCFAs) tem se destacado devido a seus numerosos efeitos na fisiologia cerebral e em diversas doenças, como a doença de Alzheimer (DA). A DA é a maior causa de demência no mundo e seu impacto tende a aumentar com o envelhecimento da população mundial. Terapias atuais são capazes apenas de limitar a progressão da doença e existe uma busca ativa por formas de diagnóstico e prevenção. Neste contexto, o objetivo deste estudo é investigar o potencial neuroprotetor dos principais SCFAs produzidos pela microbiota intestinal (acetato, propionato e butirato) em modelos experimentais da DA. Culturas organotípicas de hipocampo de rato foram expostas a oligômeros do peptídeo β-amiloide (AβOs), um componente neurotóxico encontrado em cérebros de pacientes com DA, e tratadas com cada SCFA individualmente ou com a combinação dos três SCFAs por 24h. Foram analisadas a expressão da molécula adaptadora ligante de cálcio ionizado 1 (IBA-1) por imunofluorescência e a secreção de citocinas inflamatórias por ELISA. Camundongos Swiss foram tratados por duas semanas com uma mistura dos SCFAs na água do bebedouro e então injetados por via intracerebroventricular com os AβOs. Vinte e quatro horas depois foram submetidos a testes cognitivos e comportamentais para avaliar aprendizado, memória, comportamento ansioso e tipo-depressivo. Camundongos Swiss também foram tratados por 2 semanas com antibióticos para depleção da microbiota intestinal, seguido por mais duas semanas de suplementação com SCFAs antes de receberam uma injeção de AβOs e passarem pelos testes comportamentais. Foi encontrado um aumento de TNF-α, IL-1β, IL-6 e IL-10 no meio de cultivo da cultura organotípica após exposição aos AβOs e redução de todas as citocinas após tratamento com propionato e butirato. Imagens de imunofluorescência de fatias de cultura organotípica mostraram que o butirato foi capaz de reduzir o número de micróglias positivas para IBA-1. Testes cognitivos mostraram déficit de aprendizado e memória em animais injetados com os AβOs e recuperação parcial pelo tratamento com SCFAs. Testes comportamentais mostraram indução de comportamento do tipo-depressivo, mas não ansioso, pela injeção dos AβOs e recuperação parcial com tratamento por SCFAs, além de aparente aumento de apetite em animais tratados com SCFAs. Animais depletados de microbiota apresentaram déficit cognitivo, porém tiveram melhor desempenho de aprendizado quando injetados com os AβOs e quando tratados com SCFAs. Foi encontrado um aumento no nível acetilação das histonas 3 e 4 em amostras do hipocampo de camundongos injetados com butirato intraperitonealmente, com pico de acetilação meia hora após a injeção. Ainda que mais experimentos sejam necessários, nossos dados sugerem um efeito neuroprotetor dos SCFAsThe intestinal microbiota has drawn great interest in biomedical research due to its influence on human physiology and pathologies. More recently, the concept of the microbiota-gut-brain axis was created as a two-way communication pathway. Among the various communication mechanisms between the microbiota and the brain, the activity of short-chain fatty acids (SCFA) has stood out due to its numerous effects on brain physiology and several diseases, such as Alzheimer's disease (AD). AD is the biggest cause of dementia worldwide and its impact tends to increase with the aging of the world population. Current therapies are only able to limit the progression of the disease and there is an active search for ways of diagnosis and prevention. In this context, the aim of this study is to investigate the neuroprotective potential of the main SCFAs produced by the intestinal microbiota (acetate, propionate and butyrate) in experimental models of AD. Organotypic cultures from rat hippocampus were exposed to β-amyloid oligomers (AβO) - a neurotoxic peptide found in the brains of AD patients - and treated individually or with a combination of the three SCFA for 24h. ionized calcium-binding adapter molecule 1 (IBA-1) immunofluorescence and inflammatory cytokine secretion were analyzed. Swiss mice were treated for two weeks with a mixture of SCFA in the drinking water and then injected intracerebroventricularly with the AβO. Twenty-four hours later they underwent cognitive and behavioral tests to assess learning, memory, anxious- and depressive-like behavior. Swiss mice were also treated for 2 weeks with antibiotics to deplete the gut microbiota, followed by another two weeks with SCFA before receiving an injection of AβO and undergoing behavioral testing. An increase in TNF-α, IL-1β, IL-6 and IL-10 was found in the medium of the organotypic culture after exposure to AβO and a reduction in all cytokines after treatment with propionate and butyrate. Immunofluorescence images of organotypic culture slices showed that butyrate was able to reduce the number of IBA-1 positive microglia. Cognitive tests showed learning and memory deficits in animals injected with AβO and partial recovery by treatment with SCFAs. Behavioral tests showed induction of depressive-like behavior, but not anxious, by injection of AβO and partial recovery with SCFA treatment, in addition to an apparent increase in appetite in animals treated with SCFA. Microbiota depleted animals showed cognitive impairment but had better learning performance when injected with AβO and when treated with SCFAs. An increase in the acetylation level of histones 3 and 4 was found in hippocampal samples from mice injected with butyrate intraperitoneally, with peak acetylation half an hour after injection. Although more experiments are needed, our data suggest a neuroprotective effect of SCFAFundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.porMicrobiota intestinalÁcidos graxos de cadeia curtaNeuroinflamaçãoDoença de AlzheimerNeurodegeneraçãoDoença de AlzheimerDoenças NeurodegenerativasMicrobioma GastrointestinalÁcidos Graxos VoláteisO papel de metabólitos microbianos no processo neurodegenerativo da doença de Alzheimerinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis2021Instituto Oswaldo CruzFundação Oswaldo CruzMestrado AcadêmicoRio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecularinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da FIOCRUZ (ARCA)instname:Fundação Oswaldo Cruz (FIOCRUZ)instacron:FIOCRUZLICENSElicense.txttext/plain1748https://www.arca.fiocruz.br/bitstream/icict/53292/1/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD51ORIGINAL000250185.pdfapplication/pdf7776733https://www.arca.fiocruz.br/bitstream/icict/53292/2/000250185.pdf1d95ac9f5d25c6a8fdc5a3a5b93c3535MD52icict/532922022-06-15 20:28:35.804oai:www.arca.fiocruz.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://www.arca.fiocruz.br/oai/requestrepositorio.arca@fiocruz.bropendoar:21352022-06-15T23:28:35Repositório Institucional da FIOCRUZ (ARCA) - Fundação Oswaldo Cruz (FIOCRUZ)false |
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