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Taschetto L, Scaini G, Zapelini HG, Ramos ÂC, Strapazzon G, Andrade VM, Réus GZ, Michels M, Dal-Pizzol F, Quevedo J, Schuck PF, Ferreira GC, Streck EL. Acute and long-term effects of intracerebroventricular administration of α-ketoisocaproic acid on oxidative stress parameters and cognitive and noncognitive behaviors. Metab Brain Dis 2017; 32:1507-1518. [PMID: 28550500 DOI: 10.1007/s11011-017-0035-z] [Citation(s) in RCA: 9] [Impact Index Per Article: 1.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Submit a Manuscript] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/03/2017] [Accepted: 05/16/2017] [Indexed: 01/07/2023]
Abstract
Maple Syrup Urine Disease (MSUD) is biochemically characterized by elevated levels of leucine, isoleucine and valine, as well as their corresponding transaminated branched-chain α-keto acids in tissue and biological fluids. Neurological symptoms and cerebral abnormalities, whose mechanisms are still unknown, are typical of this metabolic disorder. In the present study, we evaluated the early effects (1 h after injection) and long-term effects (15 days after injection) of a single intracerebroventricular administration of α-ketoisocaproic acid (KIC) on oxidative stress parameters and cognitive and noncognitive behaviors. Our results showed that KIC induced early and long-term effects; we found an increase in TBARS levels, protein carbonyl content and DNA damage in the hippocampus, striatum and cerebral cortex both one hour and 15 days after KIC administration. Moreover, SOD activity increased in the hippocampus and striatum one hour after injection, whereas after 15 days, SOD activity decreased only in the striatum. On the other hand, KIC significantly decreased CAT activity in the striatum one hour after injection, but 15 days after KIC administration, we found a decrease in CAT activity in the hippocampus and striatum. Finally, we showed that long-term cognitive deficits follow the oxidative damage; KIC induced impaired habituation memory and long-term memory impairment. From the biochemical and behavioral findings, it we presume that KIC provokes oxidative damage, and the persistence of brain oxidative stress is associated with long-term memory impairment and prepulse inhibition.
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Affiliation(s)
- Luciane Taschetto
- Laboratório de Bioenergética e Núcleo de Excelência em Neurociências Aplicadas de Santa Catarina (NENASC), Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Av. Universitária, 1105, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Translacional em Medicina (INCT-TM), Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Giselli Scaini
- Laboratório de Bioenergética e Núcleo de Excelência em Neurociências Aplicadas de Santa Catarina (NENASC), Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Av. Universitária, 1105, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Translacional em Medicina (INCT-TM), Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Hugo G Zapelini
- Laboratório de Erros Inatos do Metabolismo, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, Brazil
| | - Ândrea C Ramos
- Laboratório de Erros Inatos do Metabolismo, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, Brazil
| | - Giulia Strapazzon
- Laboratório de Biologia Celular e Molecular, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, Brazil
| | - Vanessa M Andrade
- Laboratório de Biologia Celular e Molecular, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, Brazil
| | - Gislaine Z Réus
- Laboratório de Neurociências, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, Brazil
| | - Monique Michels
- Laboratório de Neuroquímica, Instituto de Biofísica Carlos Chagas, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Felipe Dal-Pizzol
- Laboratório de Neuroquímica, Instituto de Biofísica Carlos Chagas, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
| | - João Quevedo
- Laboratório de Neurociências, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, Brazil
| | - Patrícia F Schuck
- Laboratório de Erros Inatos do Metabolismo, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, Brazil
| | - Gustavo C Ferreira
- Laboratório de Neuroquímica, Instituto de Biofísica Carlos Chagas, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Emilio L Streck
- Laboratório de Bioenergética e Núcleo de Excelência em Neurociências Aplicadas de Santa Catarina (NENASC), Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Av. Universitária, 1105, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil.
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Translacional em Medicina (INCT-TM), Porto Alegre, RS, Brazil.
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Wisniewski MSW, Carvalho-Silva M, Gomes LM, Zapelini HG, Schuck PF, Ferreira GC, Scaini G, Streck EL. Intracerebroventricular administration of α-ketoisocaproic acid decreases brain-derived neurotrophic factor and nerve growth factor levels in brain of young rats. Metab Brain Dis 2016; 31:377-83. [PMID: 26586008 DOI: 10.1007/s11011-015-9768-8] [Citation(s) in RCA: 11] [Impact Index Per Article: 1.4] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Submit a Manuscript] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 08/28/2015] [Accepted: 11/13/2015] [Indexed: 12/12/2022]
Abstract
Maple syrup urine disease (MSUD) is an inherited aminoacidopathy resulting from dysfunction of the branched-chain keto acid dehydrogenase complex, leading to accumulation of the branched-chain amino acids (BCAA) leucine, isoleucine and valine as well as their corresponding transaminated branched-chain α-ketoacids. This disorder is clinically characterized by ketoacidosis, seizures, coma, psychomotor delay and mental retardation whose pathophysiology is not completely understood. Recent studies have shown that oxidative stress may be involved in neuropathology of MSUD. However, the effect of accumulating α-ketoacids in MSUD on neurotrophic factors has not been investigated. Thus, the objective of the present study was to evaluate the effects of acute intracerebroventricular administration of α-ketoisocaproic acid (KIC) on brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and nerve growth factor (NGF) levels in the brains of young male rats. Ours results showed that intracerebroventricular administration of KIC decreased BDNF levels in hippocampus, striatum and cerebral cortex, without induce a detectable change in pro-BDNF levels. Moreover, NGF levels in the hippocampus were reduced after intracerebroventricular administration of KIC. In conclusion, these data suggest that the effects of KIC on demyelination and memory processes may be mediated by reduced trophic support of BDNF and NGF. Moreover, lower levels of BDNF and NGF are consistent with the hypothesis that a deficit in this neurotrophic factor may contribute to the structural and functional alterations of brain underlying the psychopathology of MSUD, supporting the hypothesis of a neurodegenerative process in MSUD.
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Affiliation(s)
- Miriam S W Wisniewski
- Laboratório de Bioenergética e Núcleo de Excelência em Neurociências Aplicadas de Santa Catarina (NENASC), Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Av. Universitária, 1105, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Translacional em Medicina (INCT-TM), Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Milena Carvalho-Silva
- Laboratório de Bioenergética e Núcleo de Excelência em Neurociências Aplicadas de Santa Catarina (NENASC), Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Av. Universitária, 1105, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Translacional em Medicina (INCT-TM), Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Lara M Gomes
- Laboratório de Bioenergética e Núcleo de Excelência em Neurociências Aplicadas de Santa Catarina (NENASC), Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Av. Universitária, 1105, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Translacional em Medicina (INCT-TM), Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Hugo G Zapelini
- Laboratório de Erros Inatos do Metabolismo, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, Brazil
| | - Patrícia F Schuck
- Laboratório de Erros Inatos do Metabolismo, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, Brazil
| | - Gustavo C Ferreira
- Laboratório de Neuroquímica, Instituto de Bioquímica Médica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Giselli Scaini
- Laboratório de Bioenergética e Núcleo de Excelência em Neurociências Aplicadas de Santa Catarina (NENASC), Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Av. Universitária, 1105, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Translacional em Medicina (INCT-TM), Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Emilio L Streck
- Laboratório de Bioenergética e Núcleo de Excelência em Neurociências Aplicadas de Santa Catarina (NENASC), Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Av. Universitária, 1105, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil.
- Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Translacional em Medicina (INCT-TM), Porto Alegre, RS, Brazil.
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