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Farias HR, Gabriel JR, Cecconi ML, Lemos IS, de Rezende VL, Wessler LB, Duarte MB, Scaini G, de Oliveira J, Streck EL. The metabolic effect of α-ketoisocaproic acid: in vivo and in vitro studies. Metab Brain Dis 2021; 36:185-192. [PMID: 33034842 DOI: 10.1007/s11011-020-00626-y] [Citation(s) in RCA: 8] [Impact Index Per Article: 2.7] [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: 07/23/2020] [Accepted: 10/01/2020] [Indexed: 12/20/2022]
Abstract
Maple syrup urine disease (MSUD) is characterized by a deficiency in the mitochondrial branched-chain α-keto acid dehydrogenase complex activity and, consequently, accumulation of the branched-chain amino acids and their respective branched-chain α-keto acids in fluids and the tissue. MSUD clinical symptoms include neurological alterations. KIC is considered one of the significant neurotoxic metabolites since its increased plasma concentrations are associated with neurological symptoms. We evaluated the effect of KIC intracerebroventricular (ICV) injection in hippocampal mitochondria function in rats. We also investigated the impact of KIC in cells' metabolic activity (using MTT assay) and reactive species (RS) production in HT-22 cells. For this, thirty-day-old male rats were bilaterally ICV injected with KIC or aCSF. Thus, 1 hour after the administration, animals were euthanized, and the hippocampus was harvested for measured the activities of mitochondrial respiratory chain enzymes and RS production. Furthermore, HT-22 cells were incubated with KIC (1-10 mM) in 6, 12, and 24 h. Mitochondrial complexes activities were reduced, and the formation of RS was increased in the hippocampus of rats after KIC administration. Moreover, KIC reduced the cells' metabolic ability to reduce MTT and increased RS production in hippocampal neurons. Impairment in hippocampal mitochondrial function seems to be involved in the neurotoxicity induced by KIC.
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Affiliation(s)
- Hémelin R Farias
- Laboratório de Doenças Neurometabólicas, Laboratório de Neurologia Experimental, Programa de Pós-graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil
- Programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, 90035-000, Brazil
| | - Joice R Gabriel
- Laboratório de Doenças Neurometabólicas, Laboratório de Neurologia Experimental, Programa de Pós-graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil
| | - Maria Laura Cecconi
- Laboratório de Doenças Neurometabólicas, Laboratório de Neurologia Experimental, Programa de Pós-graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil
| | - Isabela S Lemos
- Laboratório de Doenças Neurometabólicas, Laboratório de Neurologia Experimental, Programa de Pós-graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil
| | - Victoria L de Rezende
- Laboratório de Doenças Neurometabólicas, Laboratório de Neurologia Experimental, Programa de Pós-graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil
| | - Letícia B Wessler
- Laboratório de Doenças Neurometabólicas, Laboratório de Neurologia Experimental, Programa de Pós-graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil
| | - Mariane B Duarte
- Laboratório de Doenças Neurometabólicas, Laboratório de Neurologia Experimental, Programa de Pós-graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil
| | - Giselli Scaini
- Laboratório de Doenças Neurometabólicas, Laboratório de Neurologia Experimental, Programa de Pós-graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil
- Translational Psychiatry Program, Department of Psychiatry and Behavioral Sciences, McGovern Medical School, The University of Texas Health Science Center at Houston (UTHealth), Houston, TX, USA
| | - Jade de Oliveira
- Programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, 90035-000, Brazil
| | - Emilio L Streck
- Laboratório de Doenças Neurometabólicas, Laboratório de Neurologia Experimental, Programa de Pós-graduação em Ciências da Saúde, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, 88806-000, Brazil.
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