Academic literature on the topic 'G(M1) Ganglioside'

Photoreactive gangliosides of high specific radioactivity may prove useful for studies on glycosphingolipid functions. We prepared 4-azidosalicylic acid (ASA) acylated derivatives of GM3, GD3, GM1, and FucGM1 gangliosides (gangliosides-ASA). Gangliosides-ASA were characterized by their TLC mobility, UV spectra, carbohydrate composition, and digestion with leech endoceramidase. After radioiodination to about 200 Ci/mmole gangliosides-ASA were used for photochemical labeling of human erythrocytes. Radioiodinated gangliosides-ASA were incorporated into erythrocytes in a time and concentration dependent manner, the kinetics and extent of incorporation being similar for all the gangliosides-ASA used. Radioiodinated gangliosides-ASA incorporated into erythrocytes were resistant to trypsin digestion while treatment with 1% BSA removed about 90% of the label. Incubation with cholera toxin protected radioiodinated GM1-ASA and, to a lesser extent, FucGM1-ASA but not GM3-ASA and GD3-ASA, against removal with BSA. After photolysis about 40-50% of radioactivity was firmly bound to erythrocyte lipids and proteins. The ratio of lipid- to protein-bound radioactivity ranged from 2.2:1 to 3.2:1. Photolabeled proteins were analyzed by SDS/PAGE followed by autoradiography. Band 3 was the most extensively photolabeled protein with all the radioiodinated gangliosides-ASA used. DIDS, an inhibitor of band 3 protein activity, caused reduction in photolabeling of this protein by about 20%.

Abstract Hematopoietic stem/progenitor cells (HSPC) derived from mobilized peripheral blood engraft faster than those from bone marrow (BM) or cord blood (CB). We recently postulated that leukapheresis product supernatants (collected from G-CSF-mobilized patients) and their components (fibrinogen, fibronectin, thrombin, hyaluronic acid (HA) and C3 cleavage fragments) have a priming effect on HSPC homing by enhancing chemotactic responses to SDF-1 through increased incorporation of CXCR4 into membrane lipid rafts and stimulation of matrix metalloproteinase (proMMP-2 and proMMP-9) secretion in these cells (Blood2005; 105:40). As MT1-MMP has been shown to activate latent forms of MMP-2 and (indirectly) MMP-9 and is known to localize proteolytic activity at the leading edge of migrating cells, we decided to investigate MT1-MMPs’ role in the priming of HSPC homing. We observed that stimulation of BM and CB CD34+ cells with priming agents (HA, fibrinogen or thrombin) not only increased secretion of proMMP-2 and proMMP-9 (zymography) but also highly upregulated levels of MT1-MMP transcript (RT-PCR) and protein (Western blotting) in these cells. Moreover, trans-Matrigel chemoinvasion of CD34+ cells towards a low SDF-1 gradient (20 ng/mL), enhanced by priming agents, was inhibited by the potent MT1-MMP inhibitor epigallocatechin-3-gallate. Furthermore, priming agents (HA, fibrinogen and thrombin) increased levels of active MMP-2 in co-cultures of stromal cells (endothelial cells and BM fibroblasts) with CD34+ cells. To elucidate the mechanism of MT1-MMP upregulation by priming agents, we evaluated whether they affected MT1-MMP incorporation in ganglioside M1-enriched membrane lipid rafts in the same way as for CXCR4. We found that stimulation of hematopoietic and THP-1 cells with HA, fibrinogen and thrombin increased incorporation of MT1-MMP into membrane lipid rafts and these observations were confirmed using confocal microscopy. Hence it appears that MT1-MMP, like CXCR4, localizes in membrane lipid rafts, and this is enhanced by priming agents, leading to better homing of HSPC.

Quarenta biópsias de conjuntivas obtidas de um número igual de crianças portadoras de doenças metabólicas do SNC, ou supostas de tal acometimento, foram analisadas do ponto de vista ultrastrutural. Em 20 casos foram observadas alterações ultrastruturais que possibilitaram firmar o diagnóstico de muco-polissacaridose em 8, gangliosidose G M1 em 6, distrofia neuro-axonal infantil em 4, gangliosidose G M1 em um e forma infantil tardia de lipofuscinose ceróide em um. Nos 20 casos em que o exame revelou-se negativo, este era esperado em dois (doença de Leigh e de Hallervorden-Spatz); em dois, o resultado revelou-se falso negativo (leucodistrofia metacromática e adrenoleucodistrofia); em 12 casos sua negatividade permitiu afastar doença de acúmulo; em 4 casos suspeitos de lipofuscinose ceróide seu resultado foi inconclusivo. O estudo ultrastrutural de biópsias de conjuntiva é um instrumento importante para o diagnóstico de doenças metabólicas do SNC.

Orientador: William Dias Belangero
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas
Made available in DSpace on 2018-08-26T07:47:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 OliveiraFilho_OsvaldoMendesde_D.pdf: 2509545 bytes, checksum: 6effb16e1eedd8b6d33c41daea640b76 (MD5) Previous issue date: 2014
Resumo: O objetivo deste trabalho foi comparar através da avaliação funcional pelo grasping test e análise histomorfométrica o tratamento da lesão do nervo mediano em ratos de linhagem Wistar através da microneurorrafia tradicional com a microneurorrafia associada à administração do monossialogangliosídeo (GM1) e avaliar especificamente se o GM1 melhora a regeneração axonal do nervo mediano e a função da musculatura por ele inervado. Material e Método: Foram empregados 32 ratos machos de linhagem Wistar. Destes, foram selecionados aleatoriamente 10 animais, grupo 0, para obtenção da força de preensão média em ratos normais, antes do procedimento cirúrgico. Esses animais foram reintegrados aos grupos. Foram criados o grupo I, com 10 animais, em que foi feita ressecção de 5 mm do nervo mediano do membro anterior direito e não foi submetido a nenhum tratamento. Nos outros grupos foi produzida uma lesão transversa do nervo mediano proximalmente ao epicôndilo medial criando-se os grupos II, tratados com microneurorrafia epineural externa e o grupo III, tratado com a microneurorrafia epineural externa associada à administração intraperitoneal de GM1. A cirurgia foi realizada imediatamente após a lesão e a técnica utilizada foi a sutura término-terminal. Foi realizada análise funcional semanal durante seis semanas através do teste de preensão da musculatura flexora dos dedos, que é específico para avaliar a ação do nervo mediano. Após esse período, os animais foram submetidos a eutanásia. As porções proximal e distal dos nervos foram coradas com azul de toluidina a 1% e realizada a análise histológica. Pela análise morfométrica obteve-se o número e diâmetro dos axônios nos cotos proximais e distais, criando-se uma nova fórmula com inclusão tanto do número como do diâmetro dos axônios para a avaliação da regeneração nervosa. Resultados: Os valores médios da força de preensão exercida pelos ratos do grupo 0 foram comparados aos animais dos grupos II e III através da análise de variância (ANOVA one way). Para a comparação dos valores médios da força realizada pelos ratos do grupo II e III foi feito o teste de Wilkoxon. Do ponto de vista funcional, o grupo III imprimiu uma maior força média com erro menor que 5% e realizou o teste de preensão mais precocemente. O grupo tratado com o GM1 apresentou um número 28% maior de axônios regenerados no segmento distal, com padrão histológico mais organizado e homogêneo e uma diferença significativa no diâmetro médio dos mesmos. Conclusão: Pode-se afirmar com erro menor que 5% que os grupos II (microneurorrafia) e III (microneurorrafia e GM1) apresentaram diferenças em relação à recuperação funcional, tendo o grupo III reagido melhor ao teste de preensão. O padrão histológico do grupo III apresentou maior grau de mielinização, tendo-se observado maior diâmetro médio nos axônios dos cotos distais (p=0,0056). Há um significativo indicio (p=0,0536) de que a utilização do GM1 nas cirurgias dos nervos periféricos melhora o padrão de regeneração axonal. Palavras Chaves: GM1, nervo mediano, regeneração axonal, ratos Wistar, avaliação funcional, morfometria
Abstract: Summary OBJECTIVES: The objective of this study was to compare the treatment of nerve median injuries in Wistar rats submitted to traditional microneurorraphy with the treatment that combined microneurorraphy and monossialoganglioside (GM1) administration while also specifically evaluating if GM1 promotes an increase in median nerve axonal regeneration, thus improving the function of the muscles in its territory of innervation. This comparison was done through functional evaluation measured by the grasping test and histomorphometric analysis. MATERIAL AND METHODS: Experiments were performed in thirty-two Wistar rats. Among them, 10 were randomly selected (group 0) to determine the average grasping strength in normal rats. These animals were then reunited with the others. There were three groups: group I (control group), submitted to a 5 mm lesion in the median nerve of the right forelimb and no treatment. Group II, submitted to lesion of the median nerve proximal to the medial epicondyle, treated with external epineural microneurorraphy, and group III, submitted to the same lesion and treated with external epineural microneurorraphy associated with intraperitoneal administration of GM1. Surgery was undertaken immediately after the damage to the nerve and end-to-end suture was used. Functional analysis through the grasping test of the flexor muscles of the fingers was assessed weekly; this test is specific to evaluate the action of the median nerve. In this experimental model, the animal is lifted by the tail and is stimulated to grasp a bar with its paw; the bar is located on the top of a conventional digital balance. While grasping the bar with its paw, the rat continued to be held by the tail until it releases the bar and the number on the scale is registered. After the functional evaluation the animals were euthanized. The proximal and distal portions of the nerves were colored with 1% toluidine blue dye. After the histologic exam, morphometric analysis was done by counting the number and diameter of the axons in the proximal and distal stumps. A new formula was designed including the number and diameter of the axons to evaluate nerve regeneration. RESULTS: The mean values of grasping strength exerted by rats in group I (control), were compared with group II (only microneurorraphy) and group III (microneurorraphy and GM1) through the analysis of variance (ANOVA one way). To compare the mean values of the strength sustained by rats in groups II and III, the Wilkoxon test was applied. From the functional perspective, the group that received GM1 performed the grasping test earlier, exerting a greater mean strength (error inferior to 5%). The microscopic analysis demonstrated that the group treated with GM1 showed a higher number of regenerated axons better organized and homogenous. And also that this group had a slightly thicker myelin sheath. There was a significant difference in the mean diameter of the axons of the distal segment and a number 28% higher of regenerated axons in the group treated with GM1. CONCLUSIONS: The authors can state with error inferior to 5% that the groups II and III showed differences in relation to functional recovery, group III performing better when submitted to the grasping test. Histological pattern of the group that received GM1 showed a higher degree of myelination. It was observed a greater mean diameter in the axons of distal stumps (p=0,0056). There is a significant indication (p=0,0536) that the use of GM1 in peripheral nerve surgery improves the pattern of axonal regeneration. Key Words: GM1, median nerve, axonal regeneration, Wistar rats, functional evaluation, morphometry
Doutorado
Medicina Interna
Doutor em Ciências Médicas

Objetivo: avaliar os efeitos do monossialogangliosídeo (GM1) administrado pela via de transdérmica por laser a baixa temperatura, após lesão medular experimental em ratos. Métodos: o estudo incluiu 40 ratos Wistar, machos, com idade entre 20 e 21 semanas, submetidos à lesão medular contusa pelo equipamento NYU Impactor, a altura de 25 mm, de acordo com o protocolo MASCIS. Foram formados 4 grupos de 10 animais. No grupo 1, os ratos receberam diariamente 0,2 ml de soro fisiológico, via intraperitoneal; no grupo 2, GM1 via intraperitoneal, na concentração 30 mg/kg por dia; no grupo 3, sessão diária de laser a baixa temperatura na topografia da lesão; no grupo 4 sessão diária de laser contendo GM1 na concentração de 30 mg/kg pela via transcutânea por Laser Ice. Todos os animais foram tratados por 42 dias. Foram avaliados por meio da escala de avaliação funcional Basso, Baettie e Bresnahan (BBB) em 7, 14, 21, 28, 35 e 42 dias após a lesão, pelo exame histopatológico e por potencial evocado motor após 42 dias da lesão. Resultados: os animais do grupo 4 apresentaram os escores da escala BBB superiores aos demais grupos até a quarta semana, sendo equiparado aos demais na sexta semana. Não houve diferença estatisticamente significante entre os grupos e as semanas. A avaliação histológica não demonstrou resultados com significância estatística. Os exames de potencial evocado motor demonstraram maior latência média no grupo 1, sem significância estatística. Conclusão: o emprego de GM1 associado a laser em baixa temperatura demonstra resultados funcionais superiores nas primeiras semanas, mas sem evidenciar diferença estatisticamente significante
Objective: To evaluate the effects of monossialoganglioside (GM1) administered transdermally, and laser at low temperature, in the functional and histological recovery of spinal cord injury in rats. Methods: Forty male Wistar rats, aged between 20 and 21 weeks, underwent spinal cord contusion at NYU Impactor, according to the MASCIS protocol. They were divided into four groups: in Group 1, rats received 0.2 ml of saline intraperitoneally daily; in Group 2, GM1 was administered intraperitoneally at a concentration 30 mg/kg per day; in Group 3, rats were treated with laser at low temperature on the skin, daily and in Group 4, the daily laser session also contained GM1. All the groups were treated for 42 days. The animals were evaluated by the Basso, Baettie and Bresnahan (BBB) functional scale on days 7, 14, 21, 28, 35 and 42 after injury, and by histopathology and motor evoked potentials after 42 days of injury. Results: The animals in Group 4 had higher BBB scores compared to the other groups, until the 4th week. There were no statistically significant differences between the groups, or in the comparisons over time, i.e. from one week to the next. Histological evaluation showed no statistically significant results, and no significant differences were found in the motor evoked potential tests either. Conclusion: GM1 associated with the use of low-temperature laser shows no superior functional, neurological or histological results in the treatment of spinal cord lesions in rats

A metilprednisolona (MP) e o gangliosídeo GM-1 são drogas de uso clínico estabelecido para o tratamento da lesão medular em humanos, embora sua eficácia e seus mecanismos de ação ainda não sejam totalmente entendidos. O objetivo do presente trabalho foi avaliar os resultados da recuperação da função locomotora e comparar com as alterações histomorfométricas da medula de ratos com lesão medular medicados com MP; GM-1 e sua associação. A lesão medular foi produzida pelo sistema New York University® em 24 ratos Wistar, divididos em quatro grupos: controle (n=6), MP (n=6), GM1 (n=6) e MP+GM1 (n=6). A avaliação da recuperação da função locomotora dos ratos foi realizada utilizando-se a escala de BBB no 2º, 7º e 14º dias após lesão medular e sacrificados no 14º dia para análise histológica e morfométrica de área total, área preservada e percentual de área preservada. Concluímos que a MP e sua associação com o GM-1 mostraram-se eficazes na recuperação da função locomotora e que todos os ratos medicados demonstraram melhora no percentual de área preservada superior ao grupo controle. Os Grupos MP e GM1 foram superiores na preservação de substância branca e o GM-1 demonstrou efeitos benéficos na preservação de substância cinzenta no centro da lesão. A substância cinzenta demonstrou ser mais suscetível à lesão que a substância branca e não houve correlação entre os achados histológicos e a recuperação da função locomotora.
The methylprednisolone and the GM-1 ganglioside are drugs with established clinical usage for the treatment of spinal cord injury in human; however its efficiency and its active mechanisms are not completely understood yet. The objective of the present paper has been to evaluate the results from the neurological function recovering and to compare these with the histomorphometric alterations in rats with spinal cord injury, prescribed with methylprednisolone; GM-1 and its association. The spinal cord injury has been done by the New York University system® in 24 Wistar rats which were assigned to one of four groups: control (n=6), MP (n=6), GM1 (n=6) and MP+GM1 (n=6). The evaluation of the neurological function outcome has been carried out using BBB locomotor rating scale on the second, seventh and fourteenth days after the injury and sacrificed on the fourteenth day for histological and morphometric analyses of total cross-sectional area, spared area and percentage of spared area. We concluded that the methylprednisolone and its association with the GM-1 revealed themselves effective concerning to the locomotor function recover and that every medicated rat demonstrated an improvement in the preserved area percentage superior to the control group. The MP and GM1 Groups were superior in the white matter preservation and the GM-1 demonstrated beneficial effects regarding the gray matter preservation at the injury epicenter. The gray matter has been more sensitive for damaged than the white matter and there has not been correlation between the histological findings and the locomotor function recovering.

GM1 gangliosidosis is a lysosomal storage disorder caused by a deficiency in the catabolizing enzyme β-galactosidase (βgal). This leads to accumulation of GM1-ganglioside (GM1) in the lysosome inducing ER stress and cell death. GM1 gangliosidosis is primarily a disorder of the central nervous system (CNS) with peripheral organ involvement. In this work we report two major findings, 1) systemic treatment of GM1 gangliosidosis with an adenoassociated virus (AAV9) encoding mouse-βgal (mβgal) in a GM1 gangliosidosis mouse model (βGal-/-), and 2) an investigation into an intracranial injection of a therapeutic AAVrh8 encoding mβgal. Systemic treatment of GM1 gangliosidosis with AAV9 resulted in a moderate expression of enzyme in the CNS, reduction of GM1 storage, significant retention of motor function and a significant increase in lifespan. Interestingly, the therapeutic effect was more robust in females. Intracranial injections of AAVrh8 vector expressing high levels of βgal resulted in enzyme spread throughout the brain, significant retention of motor function and a significant increase in lifespan. Histological alterations were also found at the injection site in both βGal-/- and normal animals. We constructed a series of vectors with a range of decreasing enzyme expression levels to investigate the cause for the unanticipated result. Microarrays were performed on the injection site and we showed that a lower expressing AAVrh8-mβgal vector mitigated the negative response. Intracranial injection of this newly developed vector was shown to clear lysosomal storage throughout the CNS of βGal-/- mice. Taken together, these studies indicate that a combined systemic and fine-tuned intracranial approach may be the most effective in clearing lysosomal storage completely in the CNS while providing therapeutic benefit to the periphery.

O monossialogangliosídeo (GM1) é um glicoesfingolipídio presente na maioria das membranas celulares que possui propriedades antioxidantes e neuroprotetoras. O GM1 protege o sistema nervoso central de vários agentes ou condições neurotóxicas, como exposição ao ácido aspártico, MPTP, ácido glutâmico, metilmalônico e glutárico, anóxia e isquemia, doença de Parkinson e Alzheimer. Os mecanismos neuroquímicos envolvidos na neuroproteção induzida pelo GM1 não são completamente conhecidos, mas a variedade de situações em que ele tem efeito neuroprotetor sugere que o GM1 interage com uma via comum, envolvida no desenvolvimento de dano celular, como o estresse oxidativo. A catalase (EC 1.11.1.6) é uma enzima antioxidante intracelular que catalisa a reação do peróxido de hidrogênio à água e oxigênio molecular, e é particularmente abundante nos eritrócitos, onde metaboliza cerca de 90% do peróxido de hidrogênio. Devido à sua baixa expressão no cérebro, ela tem sido considerada uma enzima secundária no controle dos radicais livres neste órgão. Contudo, alguns autores argumentam que, devido à sua baixa atividade ela seria um ponto de vulnerabilidade no metabolismo das espécies reativas no sistema nervoso central. Neste estudo, investigamos o efeito do GM1 sobre a atividade da catalase ex vivo e in vitro. Além disso, avaliamos o efeito da remoção dos eritrócitos dos vasos sanguíneos cerebrais, sobre a atividade da catalase, com a finalidade de estimar a contribuição da catalase eritrocitária para o aumento da catalase cerebral induzida por GM1. Nós também avaliamos se o GM1 altera o conteúdo de hemoglobina nas amostras cerebrais e a espessura dos vasos sanguíneos cerebrais. Os animais receberam duas injeções de GM1 (50 mg/kg, i.p.) ou salina (0.9 % NaCl, 1 ml/kg, i.p.), em 24 h. Trinta minutos após a segunda injeção, eles foram sacrificados por decapitação e seus cérebros foram removidos e usados nos ensaios bioquímicos. A atividade da catalase e o conteúdo de hemoglobina foram analisados no hipocampo, córtex e estriado de ratos. A administração de GM1 aumentou a atividade da catalase e o conteúdo de hemoglobina nas amostras cerebrais, mas não teve efeito sobre a catalase sanguínea. Esses efeitos foram abolidos pela perfusão transcardíaca com solução salina heparinizada. Calculamos a atividade da catalase cerebral na ausência de eritrócitos por regressão linear, utilizando os dados dos animais perfundidos e não-perfundidos, e não foi observada alteração pelo tratamento com GM1. Além disso, a adição de GM1 (100 – 1000 μM) não aumentou a atividade da catalase em fatias de córtex cerebral in vitro, sugerindo que a integridade do sistema vascular é requerida para o efeito facilitatório sobre a atividade da catalase pelo GM1. O efeito vasodilatador do GM1 foi confirmado in vivo, pois a injeção sistêmica de GM1 (50 mg/kg, i.p.) aumentou (1.5-2.5 vezes) a espessura dos vasos sanguíneos cerebrais de pequeno diâmetro. Neste estudo, nós mostramos que a vasodilatação está envolvida no aumento da atividade da catalase cerebral induzida pelo GM1. Nós sugerimos que a atividade da catalase eritrocitária tem papel antioxidante no sistema nervoso central, e que uma terapia adjunta com GM1 é válida em condições clínicas onde o aumento do fluxo sanguíneo é associado a um melhor prognóstico, como doenças vasculares obstrutivas e doenças neurodegenerativas.
Monosialoganglioside (GM1) is a glycosphingolipid present in most cell membranes that has antioxidant and neuroprotective properties. GM1 protects the central nervous system against various neurotoxic agents or conditions, such as aspartic acid, MPTP, glutamic acid, methylmalonic acid and glutaric acid exposure, anoxia and ischemia, Parkinson’s and Alzheimer’s diseases. The neurochemical mechanisms underlying GM1-induced neuroprotection are not completely known, but the wide range of situations in which GM1 is neuroprotective suggests that it may interact with common pathways involved in the development of cell injury, such as oxidative stress. Catalase (EC 1.11.1.6) is an intracellular antioxidant enzyme that catalyzes the reaction of hydrogen peroxide to water and molecular oxygen, and is particularly enriched in erythrocytes, where it metabolizes 90% of the hydrogen peroxide. Due to its poor expression in the brain, catalase has been considered a secondary enzyme in controlling free radical-induced damage in this organ. In the present study we evaluated the effect of GM1 on cerebral catalase activity ex vivo and in vitro. Moreover, the effect of erythrocyte removal on cerebral catalase activity of control and GM1-treated animals was also evaluated, in order to estimate the contribution of erythrocyte-derived catalase for the increase of catalase activity in the brain induced by the systemic injection of GM1. In addition, we investigated whether GM1 alters the content of hemoglobin in cerebral samples and the width of pial vessels of rats. Animals received two injections of GM1 (50 mg/kg, i.p.) or saline (0.9 % NaCl, 1 ml/kg, i.p.), spaced 24 h apart. Thirty minutes after the second GM1 or saline injection, they were sacrificed by decapitation and their brains were rapidly removed and used for biochemical assays. Catalase activity and content of hemoglobin were analyzed in hippocampus, cortex and striatum and blood of rats. GM1 administration increased catalase activity and hemoglobin content in brain samples, but had no effect on blood catalase activity. GM1-induced increase of catalase activity and the content of hemoglobin were abolished by transcardiac perfusion with heparinized ice-cold saline. Brain catalase activity in the absence of erythrocytes, estimated by regression analysis of data from perfused and non-perfused animals, was not altered by the systemic injection of GM1. Moreover, the addition of GM1 (100 – 1000 μM) did not increase catalase activity in slices of cerebral cortex in vitro, further suggesting that an intact vascular system is required for the facilitatory effect of GM1 on brain catalase activity. The vasodilatory effect of GM1 was confirmed in vivo, since the systemic injection of GM1 (50 mg/kg, i.p.) increased (1.5-2.5 times) the width of pial vessels. In summary, in this study we showed that vasodilation underlies the GM1- induced increase of catalase activity in brain homogenates. We suggest that erythrocyte catalase activity may play an important antioxidant role in the central nervous system, and that the adjunct therapy with GM1 may be of value in clinical conditions in which increased blood flow is associated to a better prognosis, such as obstructive vascular and neurodegenerative diseases.

O monossialotetra-hexosilgangliosídeo (GM1) é um glicoesfingolipídio presente nas membranas celulares que exerce propriedades antioxidantes e neuroprotetoras. Os mecanismos neuroquímicos envolvidos na neuroproteção induzida pelo GM1 não são completamente conhecidos. Recentemente, foi demonstrado que o GM1 aumenta a quantidade da enzima catalase no SNC por causar vasodilatação, e sugeriu-se que a vasodilatação possa ser responsável pelas suas propriedades neuroprotetoras. Contudo, o mecanismo pelo qual o GM1 causa vasodilatação não foi determinado. Dado o papel central do óxido nítrico (NO), bem como de canais de potássio no controle do tonus do músculo liso, o objetivo deste trabalho foi determinar a participação do NO e de canais de K+ na vasodilatação induzida pelo GM1. Primeiramente, avaliamos o efeito da administração de L-NAME (metil éster de NGnitro- L-arginina, 60 mg/kg, i.p.), um inibidor da enzima óxido nítrico sintase (NOS), na vasodilatação cerebral induzida pelo GM1 (50 mg/kg, i.p.) em ratos Wistar machos adultos. Verificamos que o L-NAME preveniu o aumento do diâmetro dos vasos cerebrais induzido pelo GM1. Tendo em vista a participação do NO no efeito vasodilatador do GM1, determinamos o conteúdo de nitritos e nitratos (NOx), bem como de hemoglobina (Hb) no hipocampo e no córtex cerebral, 15, 30 e 60 min após a administração de GM1. Observamos um aumento no conteúdo de Hb e uma redução dos níveis de NOx após 60 min. Dado que nitritos e nitratos podem ser removidos in vivo pelo sangue por ligação com a Hb, um possível efeito do GM1 sobre o conteúdo de NOx poderia ser mascarado. No intuito de contornar essa situação, determinamos os níveis de NOx em fatias de córtex cerebral incubadas com GM1 (0, 10, 30 e 100 µM). Verificamos que o GM1 (100 µM) aumentou os níveis de NOx em 30 min e, reduziu o conteúdo em 60 min, sem alterar o conteúdo de Hb. Ainda, mostramos que o L-NAME (100 µM) reverte o aumento de NOx induzida pela incubação com GM1 (100 µM, por 30 minutos) em fatias de córtex cerebral, sem alterar o conteúdo de Hb. Tendo em vista a participação do NO no efeito vasodilatador do GM1, e conhecendo a capacidade de ligação da Hb com o NO, determinamos a via de relaxamento muscular mediada pelo NO em anéis de artéria mesentérica superior isolada de ratos. Verificamos que o GM1 causou relaxamento vascular através de uma curva cumulativa de concentrações (10 nM a 3 mM), e também determinamos que a participação do endotélio é fundamental para este efeito. O efeito vasorelaxante do GM1 além de ser dependente da presença do endotélio vascular, é completamente bloqueado pela presença de L-NAME (1 µM), da mesma forma que os resultados encontrados nos experimentos com vasos cerebrais. Considerando que o NO formado no endotélio ativa a guanilato ciclase (GCs), também testamos o efeito do inibidor desta enzima (ODQ-1H-[1,2,4]oxadiazolo[4,3-alpha]quinoxalin-1-one) no efeito vasorelaxante do GM1. Neste caso, o efeito do GM1 foi bloqueado parcialmente pelo ODQ (10 µM). Além da participação da GCs, avaliamos o papel dos canais de K+ no efeito vasorelaxante do GM1. Verificamos que o tetraetilamônio (1 mM), um bloqueador não seletivo, assim como a glibenclamida (10 µM), bloqueador dos canais de K+ sensíveis ao ATP bloquearam parcialmente o efeito do GM1. Por outro lado, a apamina (50 nM), um bloqueador de canais de K+ dependentes voltagem e Ca²+ (KCa) de baixa condutância não alterou o efeito do GM1, enquanto que a caribdotoxina (50 nM), um bloqueador de KCa de alta condutância deslocou a curva de relaxamento para a direita. Em resumo, neste trabalho mostramos a participação do NO e dos canais de K+ na vasodilatação induzida pelo GM1. Embora mais estudos sejam necessários para estabelecer o mecanismo vasodilatador do GM1, sugerimos que uma terapia adjunta com GM1 ou com drogas correlatas é válida em condições clínicas onde o aumento do fluxo sanguíneo é associado a um melhor prognóstico, como doenças vasculares obstrutivas e doenças neurodegenerativas.
Monosialotetra-hexosylganglioside (GM1) is a glycosphingolipid present in most cell membranes which displays antioxidant and neuroprotective properties. Additionally, it has been recently demonstrated that GM1 increases catalase content in the CNS due to vasodilation, and it has been suggested that vasodilation may be responsible, at least in part, for the neuroprotective properties of GM1. However, the mechanisms underlying GM1-induced vasodilation have not been determined. Given the pivotal role of nitric oxide and potassium channels in the control of vascular tonus, we decided to investigate whether these mediators are involved in the vasodilation induced by GM1. Initially, we investigated the effect of L-NAME (NG-nitro-L-arginine methyl ester, 60 mg/kg, i.p.), an inhibitor of nitric oxide sinthase (NOS), on the cerebral vasodilation induced by GM1 (50 mg/kg, i.p.) in male wistar rats. L-NAME fully prevented the increase in outer diameter of pial vessels induced by GM1. In addition, we investigated the content of stable NO end products, namely, nitrites and nitrates (NOx), as well as the content of the hemoglobin (Hb) in the hipocampus and cerebral cortex 15, 30 and 60 min after GM1 administration. Interestingly, GM1 increased Hb content and decreased NOx content 60 min after administration. Since it has been demonstrated that NO end products like NOx can be removed from brain in vivo by blood flow, a possible effect of GM1 on NOx levels could be masked. Therefore, we decided to investigated the effect of GM1 (0, 10, 30 e 100 µM) on NOx content in slices of cerebral cortex. The incubation of slices with GM1 (100 µM) for 30 min significantly increased NOx levels. In addition, we observed decreased NOx levels after 60 min of incubation, without changes in Hb content. In order to obtain pharmacological evidence for the role of nitric oxide synthase (NOS) in GM1-induced increase of NOx content in situ, cortical slices were incubated with L-NAME (100 µM) in the presence or absence of GM1 (100 µM) for 30 minutes, and the NOx content was measured. L-NAME blunted GM1-induced increase of NOx content. Since it has been demonstrated that GM1 induces pial vessel vasodilation and increases NOx content in cerebral cortex, which are fully prevented by the nitric oxide synthase inhibitor L-NAME, we further investigated whether GM1 relaxes larger vessels, as well as the mechanisms by which GM1 causes vasorelaxation. We found that GM1 (10, 30, 100, 300 µM, 1 and 3 mM) induced vascular relaxation of the rat mesenteric artery, as determined by isometric tension studies in arterial rings contracted with 1 µM phenylephrine. The vasorelaxation induced by GM1 was abolished by endothelium removal, by incubation with LNAME (1 µM) and partially inhibited by the blockade of potassium channels by 1 mM tetraethylammonium, 10 μM glibenclamide, by the soluble guanylate cyclase inhibitor 1H- [1,2,4]oxadiazolo[4,3-alpha]quinoxalin-1-one (10 µM), and by 50 nM charybdotoxin, a blocker of large and intermediate conductance calcium-activated potassium channels. Moreover, GM1- induced relaxation was not affected by apamin (50 nM), a small conductance calcium-activated potassium channel blocker. Althogether, these results indicate that nitric oxide and potassium channels participate in the vasodilation induced by GM1. Although more studies are necessary to definitely establish the mechanisms underlying the GM1-induced vasodilation, we suggest that vasodilation may underlie some of the biological effects of exogenous GM1 ganglioside and that adjunct therapy with GM1 may be of value in clinical conditions in which increased blood flow is associated to a better prognosis, such as obstructive vascular and neurodegenerative diseases. We found that GM1 (10, 30, 100, 300 µM, 1 and 3 mM) induced vascular relaxation of the rat mesenteric artery, as determined by isometric tension studies in arterial rings contracted with 1 µM phenylephrine. The vasorelaxation induced by GM1 was abolished by endothelium removal, by incubation with LNAME (1 µM) and partially inhibited by the blockade of potassium channels by 1 mM tetraethylammonium, 10 μM glibenclamide, by the soluble guanylate cyclase inhibitor 1H- [1,2,4]oxadiazolo[4,3-alpha]quinoxalin-1-one (10 µM), and by 50 nM charybdotoxin, a blocker of large and intermediate conductance calcium-activated potassium channels. Moreover, GM1- induced relaxation was not affected by apamin (50 nM), a small conductance calcium-activated potassium channel blocker. Althogether, these results indicate that nitric oxide and potassium channels participate in the vasodilation induced by GM1. Although more studies are necessary to definitely establish the mechanisms underlying the GM1-induced vasodilation, we suggest that vasodilation may underlie some of the biological effects of exogenous GM1 ganglioside and that adjunct therapy with GM1 may be of value in clinical conditions in which increased blood flow is associated to a better prognosis, such as obstructive vascular and neurodegenerative diseases.

Os gangliosídios são glicoesfingolipídios caracterizados pela presença de ácido siálico em sua estrutura química e por suas altas concentrações nas membranas das células do sistema nervoso, além de desempenharem importantes funções celulares, como diferenciação, comunicação, maturação, plasticidade neuronal, entre outras. A isquemia cerebral está entre as principais causas de mortalidade e morbidade em todo o mundo, o que torna essa patologia alvo de muitos estudos para o entendimento dos mecanismos desencadeados que levam à morte neuronal, e ao mesmo tempo, com o objetivo de descobrir novos tratamentos farmacológicos. Neste estudo investigamos a ação neuroprotetora dos polifenóis resveratrol e daidzeína associando-a ao efeito destas substâncias sobre o perfil cromatográfico dos gangliosídios. Para isso, foi utilizado um modelo in vitro de privação de oxigênio-glicose (POG) em culturas organotípicas de hipocampo de rato. Nossos resultados demonstraram que o tratamento com ambos polifenóis diminuiu significativamente a morte celular induzida pela POG. Através da análise do perfil cromatográfico dos gangliosídios, podemos observar uma diminuição de expressão para o gangliosídio GM1 no grupo POG, o que não aconteceu nos grupos POG tratados com os polifenóis. Além disso, os resultados de imuno-histoquímica analisados por microscopia confocal, permitiram visualizar uma maior fluorescência de GM1 localizada na região dos neurônios hipocampais, marcados pela proteína NeuN. Portanto, esses resultados sugerem que a ação neuroprotetora dos polifenóis possa ocorrer através da expressão do gangliosídio GM1 em neurônios hipocampais, prevenindo desta forma, a morte celular.
The gangliosides are glycosphingolipids characterized by the presence of sialic acid in their chemical structure and by their high concentrations in the nervous system cell membranes. Besides this, they have important cellular functions such as differentiation, communication, maturation, neuronal plasticity among others. Cerebral ischemia is one of the main causes of morbidity and mortality worldwide, making this disease the subject of many studies to understand the mechanisms that trigger the neuronal death. At the same time, the discovery of drugs that target these mechamisms could lead to new pharmacological treatments. We investigated the neuroprotective action of the polyphenols resveratrol and daidzein associating it to their effect on the chromatographic profile of gangliosides. For this, we used an in vitro model of oxygen-glucose deprivation (OGD) in organotypic cultures of rat hippocampus. Our results demonstrated that treatment with both polyphenols significantly decreased cell death induced by OGD. Through analysis of the chromatographic gangliosides profile, a decrease of GM1 ganglioside expression in OGD group was observed, which did not happen in the OGD groups treated with polyphenols. Furthermore, immunohistochemistry analysis by confocal microscopy, showed a greater GM1 fluorescence located in the region of hippocampal neurons, marked by NeuN protein. These results suggest that the polyphenols neuroprotective action may occur at the level of GM1 ganglioside expression in hippocampal neurons and may prevent cellular death.

A doença de Alzheimer é uma desordem neurodegenerativa cuja patogenia não é completamente elucidada. Atribui-se ao peptídeo beta-amilóide (A ), em sua forma oligomérica ou fibrilada, um importante papel neste processo. Uma vez que a produção e a fibrilação do peptídeo ocorrem ao nível de membrana neural, sua dinâmica e composição lipídica podem modular a cascata amilóide e/ou interferir na extensão do dano gerado pela mesma. Tendo isto em vista e considerando o potencial sinalizatório dos glicoesfingolipídios, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do peptídeo betaamilóide (A 25-35), em sua forma fibrilada ou não-fibrilada, sobre a biossíntese dos gangliosídios em modelo de cultura organotípica de hipocampo. Para tanto, foram utilizados ratos Wistar de 6-8 dias, dos quais o hipocampo foi dissecado, fatiado e submetido à cultura. No 28º dia de cultura foi adicionado A 25- 35 (25μM), em sua forma fibrilada ou não fibrilada; após 24h adicionou-se ao meio D- [1-14C]-galactose para avaliar a biossíntese dos gangliosídios; no 30º dia a morte celular foi analisada com iodeto de propídio. A partir das fatias, os gangliosídios radiomarcados foram extraídos, purificados, analisados por HPTLC, fluorografia e densitometria. Nossos resultados demonstraram uma alteração na biossíntese de gangliosídios induzida pelo peptídeo beta-amilóide A 25-35, um efeito que foi dependente de seu estado de fibrilação. Desta maneira, o A 25-35, em sua forma fibrilada, promoveu um aumento na biossíntese de GM3 e uma redução na biossíntese de GD1b, ao passo que o peptídeo não fibrilado levou a um aumento na síntese do gangliosídio GM1. Uma vez que o GM3 é considerado um gangliosídio apoptótico, quando expresso em neurônios adultos, um aumento em sua síntese pode estar relacionado aos eventos tóxicos desencadeados pelo peptídeo beta-amilóide fibrilado. O GM1, por sua vez, ainda não possui um papel suficientemente claro no desenvolvimento da doença de Alzheimer. Uma série de efeitos neuroprotetores são atribuídos a este gangliosídio enquanto fortes evidências sugerem que o GM1 poderia acelerar o processo de fibrilação do beta-amilóide, e assim influenciar a progressão da doença. A fim de investigar o papel do GM1 no presente modelo, realizamos uma série de experimentos com a finalidade de avaliar uma possível ação neuroprotetora deste gangliosídio. Como resultado, um pré-tratamento das fatias hipocampais com GM1(10μM) foi capaz de prevenir a toxicidade induzida pelo peptídeo beta-amilóide em sua forma fibrilada, como demonstram os resultados da captação de iodeto de propídio. Com o intuito de corroborar sua ação neuroprotetora, bem como investigar o mecanismo pelo qual esta neuroproteção seria mediada, analisamos o efeito de um tratamento com GM1 (1h, 6h, 12h ou 24h) sobre as alterações induzidas pelo peptídeo beta-amilóide no estado de fosforilação (ativação/inativação) da GSK3b. Nossos resultados demonstraram um importante efeito neuroprotetor do GM1 após 24 horas de tratamento, uma vez que nestas circunstâncias este gangliosídio foi capaz de reverter a ativação (defosforilação) da GSK3b, uma via de sinalização associada à morte celular programada. Como conclusão, nossos resultados dão suporte a participação dos gangliosídios em modelos de doença de Alzheimer, e sugerem uma ação neuroprotetora do gangliosídio GM1 frente à toxicidade induzida pelo beta-amilóide, o que, no futuro, pode ser explorado como uma alternativa terapêutica ao tratamento do Alzheimer.
Alzheimer disease (AD) is a neurodegenerative disorder whose pathogenesis is still poorly understood. It is attributed to beta-amyloid peptide, in its fibrillar or nonfibrillar forms, an important role in the disease development and progression. Once the production and fibrillation of beta-amyloid peptide occurs on the neural membrane surface, the lipid dynamic and composition of these membranes could modulate amyloid cascade and/or interfere in the damage triggered by it. Taking this into account, and considering the potential signalling role of glycosphingolipids, the objective of this study was to investigate the effect of fibrillar and non-fibrillar beta-amyloid peptide (Ab25-35) upon ganglioside biosynthesis in a model of organotypic hippocampal culture. In order to do this, we used 6-8 days old Wistar rats, whose hippocampi were dissected, sliced and subjected to culture. On the 28th in vitro day, A 25-35 (25μM) was added to the culture medium, in its fibrillar or non-fibrillar forms. After 24h incubation, D-[1-C14]-galactose was added to the medium with the purpose of labeling ganglioside; on day 30th in vitro day cell death was analyzed by PI uptake. The radiolabeled gangliosides were extracted from the hippocampal slices, purified, and analyzed by HPTLC, fluorography and densitometry. Our results demonstrated an Ab25-35 induced alteration in ganglioside biosynthesis, an effect which seemed to be dependent on the peptide fibrillation state. Furthermore, the fibrillar Ab25-35 caused an increase in GM3 and a reduction in GD1b biosynthesis, whereas the non-fibrillar form of this peptide was able to enhance the synthesis of GM1 ganglioside. Once GM3 is an apoptotic ganglioside, when expressed in adult neurons, an increase in its synthesis could take part of the toxic events triggered by the fibrillar betaamyloid peptide. GM1, in turn, has a still poorly understood participation in Alzheimer development. A sort of neuroprotective effects are attributed to this ganglioside while several evidences suggest that GM1 could accelerate the endogenous fibril formation, and thence influence the disease progression. To further investigate the role of GM1 ganglioside in our model, we have performed some experiments in order to test a possible neuroprotective effect of this gangliosides. As a result, a pre-treatment of the hippocampal slices with 10μM GM1 was able to prevent the toxicity triggered by the fibrillar beta-amyloid peptide, when measured by PI uptake protocol. In order to corroborate its neuroprotective action, as well as to investigate a candidate mechanism by which GM1 could promote neuroprotection, we have analyzed the effect of GM1 treatment (1h, 6h, 12h and 24h) upon the amyloid-induced alterations in GSK3b phosphorylation/dephosphorylation state. Our results demonstrated an important effect of GM1 after 24h incubation, once it was able to reverse the amyloid-induced dephosphorilation (activation) of GSK3b, a signalling pathway involved in apoptosis triggering. Taken together, our results provides new and important support for the ganglioside participation in Alzheimer models, and suggests a protective role of GM1 upon the amyloid induced toxicity, which, in the future, could expand the therapeutic strategy available for Alzheimer disease treatment.

A doença de Alzheimer (DA) é uma desordem neurodegenerativa caracterizada por perda da memória e das demais funções cognitivas. Sua patogenia envolve a produção do peptídeo β-amiloide (Aβ), através da clivagem da proteína precursora amiloide (APP) por β- e γ-secretases (amiloidogênese), e a posterior agregação do Aβ em oligômeros e/ou fibrilas. A toxicidade do Aβ tem sido associada a diversos mecanismos, a incluir desde seu efeito oxidante e inflamatório, até sua propriedade de induzir necrose por ruptura das membranas neurais, ou apoptose via ativação de cascatas sinalizatórias. Como etapa comum a estes mecanismos de toxicidade, a interação do peptídeo com membranas neurais, em particular com o gangliosídio GM1 (constituinte dos rafts), parece ser indispensável ao dano neural associado ao peptídeo, bem como à ativação da cascata amiloide que caracteriza o ciclo patológico Aβ-amiloidogênese. O GM1 é um gangliosídio de membrana que, quando administrado exogenamente, apresenta propriedades neurotróficas e neuroprotetoras, inclusive em modelos de DA. Os mecanismos envolvidos nesta neuroproteção, no entanto, ainda precisam ser melhor elucidados. Com isto, o objetivo da presente tese foi avaliar o potencial efeito neuroprotetor do GM1 em modelo in vivo e in vitro de toxicidade do Aβ1-42 fibrilado, e propor mecanismos para esta neuroproteção. Inicialmente, demonstramos que o GM1 (0,30 mg/kg), quando co-administrado (icv) com Aβ (2 nmol) previne o déficit cognitivo induzido pelo peptídeo (teste de reconhecimento de objetos), bem como a redução na atividade da Na+,K+-ATPase (enzima envolvida na regulação da transmissão sináptica) no hipocampo de ratos Wistar machos. Demonstrou-se, além disso, que este efeito neuroprotetor do GM1 é acompanhado de aumento nas defesas antioxidantes, em córtex e hipocampo (TRAP). Como a toxicidade do Aβ e a modulação da amiloidogênese parecem ser dependentes de alterações na estrutura dos microdomínios de membrana (rafts), investigamos o efeito da injeção (icv) de Aβ e do tratamento (icv) com GM1 sobre a integridade dos rafts e sobre a distribuição das proteínas APP e BACE1 (β-secretase) nestes microdomínios. Observamos que o Aβ promoveu um desmonte parcial nos rafts, acompanhado de um aumento na distribuição de APP e BACE1 nestes microdomínios, efeitos estes que foram prevenidos pelo tratamento com GM1. Em virtude de os rafts modularem diversas funções neurais, e de a co-localização de APP e BACE1 nos rafts ser um evento necessário a amiloidogênese, os resultados aqui obtidos, reforçam a ideia de que o GM1 exerça sua função neuroprotetora ao preservar a arquitetura das membranas e que o mesmo poderia frear a ativação da amiloidogênese induzida pelo Aβ, ao prevenir a redistribuição das proteínas APP e BACE1 aos rafts lipídicos. A fim de avaliar a atividade neuroprotetora do GM1 em modelo in vitro da DA, e de investigar a sua propriedade de interagir com o Aβ impedindo a interação deste às membranas neurais, avaliamos o efeito da incubação de GM1 (10, 20 e 30μM) frente à toxicidade do Aβ (0,5μM) em células de neuroblastoma humano SH-SY5Y, bem como, verificamos o efeito de uma prévia incubação Aβ-GM1 (in vitro) sobre a toxicidade induzida pelo peptídeo. Como resultado, observamos que o GM1 promoveu neuroproteção nas três concentrações testadas e que esta neuroproteção foi, pelo menos parcialmente, mediada por sua capacidade de interagir in vitro com o Aβ. Nossos dados, em conjunto, reforçam as evidências que apontam o GM1 como uma potencial droga neuroprotetora em modelos de DA.
Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by a loss of memory and impairment of other cognitive functions. Its pathogenesis involves the production of β-amyloid peptide (Aβ) by cleavage of the amyloid precursor protein (APP) by β- and γ-secretases (amyloidogenesis) and the subsequent aggregation of Aβ into oligomers and/or fibrils. Aβ toxicity has been associated with several mechanisms, ranging from its oxidant and inflammatory effects until their property to induce necrosis by neural membrane rupture, or apoptosis via activation of signaling cascades. As a common step to these toxicity mechanisms, the peptide interaction with neural membranes, particularly with GM1 ganglioside (component of membrane rafts), seems to be pivotal to the peptide induced neural damage, as well as the amyloid cascade activation that characterizes the pathological vicious cycle Aβ- amyloidogenesis. GM1 is a membrane ganglioside provided of neurotrophic and neuroprotective properties in AD models, when exogenously administered. The mechanisms of neuroprotection, however, need to be further elucidated. By this way, the aim of this PhD thesis was to evaluate the potential neuroprotective effect of GM1 in in vivo and in vitro models of fibrilar Aβ1-42 toxicity, and to propose mechanisms for this neuroprotection. Initially, we demonstrated that GM1 (0.30 mg/kg.), when co-administered (icv) with Aβ (2nmol), prevents the peptide induced cognitive deficit (object recognition task), as well as Aβ induced reduction in Na+,K+-ATPase activity (a enzyme involved in synaptic transmission regulation) in the hippocampus from male Wistar rats. We have shown, furthermore, that this neuroprotective effect of GM1 is accompanied by an increase in antioxidant defenses in the cortex and hippocampus (TRAP). As Aβ toxicity, as well as the modulation of amyloidogenesis, appear to be dependent on changes in the structure of membrane microdomains (rafts), we have investigated the effect of Aβ icv injection and GM1icv treatment on raft integrity and on the distribution of APP and BACE1 (β- secretase) proteins in these microdomains. As result, Aβ promoted a partial raft disassemble, accompanied by an increase in the distribution of APP and BACE1 to these microdomains, effects that were prevented by GM1 treatment. Considering that rafts modulate several neural functions, and that APP and BACE1 co-localization into lipid rafts is pivotal to amyloidogenesis, our results reinforce the idea that GM1 neuroprotection is mediated by membrane architecture preservation, and that GM1 treatment could slow down the Aβ induced activation of amyloidogenesis, by prevention of APP and BACE1 redistribution into lipid rafts. In order to evaluate the GM1 neuroprotective activity in an in vitro AD model, and to investigate GM1 property of interacting with Aβ and preventing its interaction with neuronal membranes, we evaluated GM1 (10, 20 and 30μM) effect against Aβ (0,5 μM)-induced toxicity in SHSY5Y human neuroblastoma cells, as well as, we verified the effect of a Aβ-GM1 in vitro preincubation on the peptide-induced toxicity. As our results indicate, the three tested GM1 concentrations promoted neuroprotection and this effect was, at least partially, mediated by its ability to in vitro interact with Aβ peptide. Our data, when taken together, reinforce the evidence suggesting GM1 as a potential neuroprotective drug in AD models.