Avaliação do modelo de hiperargininemia sobre parâmetros neuroquímicos, moleculares e compartamentais em peixe-zebra (Danio rerio): uma abordagem sobre o sistema purinérgico

Abstract

Hyperargininemia is a rare disease caused by an innate error of the metabolism (EIM) biochemically characterized by the accumulation of arginine in body tissues due to arginase deficits. Mental retardation and other neurological symptoms are common in hyperargininemic patients. Several mechanisms have been proposed to describe the neurotoxicity of hiperargininemia, such as changes in antioxidant enzyme systems and neurotransmission. The purinergic system is an important pathway for which uses extracellular nucleotides and nucleosides as signaling molecules. The extracellular ATP degradation and the consequent adenosine production are performed by a cellular surface enzyme family known as ectonucleotidases, which include the NTPDases (nucleoside triphosphate diphosphoohydrolases) and the ecto-5´-nucleotidase. Adenosine is a neuromodulator that acts through the activation of P1 metabotropic receptors (A1, A2A, A2B, A3) and plays a role as an endogenous neuroprotector. Thus, the NTPDase and ecto-51-nucleotidase control the levels of nucleotides and nucleosides, modulating the purinergic system. Whereas the zebrafish is an important tool for the study of developmental biology and the hiperargininemia is a disease that occurs in the early stages of development, the objective of this study was to evaluate the effects of arginine exposure in zebrafish larvae on different biochemical, behavioral, and molecular parameters. The results showed that exposure to arginine at a concentration of 0. 1 mM in larvae of the zebrafish from to 7 days post-fertilization (dpf) was capable of changing ectonucleotidase activities, promoting an increase of ATP, ADP, and AMP hydrolysis and as causing morphological changes, such as larvae body size reduction, but did not alter the locomotor activity of animals. Acute arginine exposure (1h) in adult zebrafish was not able to alter the activity of ectonucleotidases. These data demonstrate that arginine can affect the ectonucleotidase activities and morphological parameters in zebrafish larvae, suggesting that the purinergic system is a target for neurotoxic effects induced by arginine in the early stages of developmental.

Hiperargininemia é uma doença rara causada por um erro inato do metabolismo (EIM) bioquimicamente caracterizado pelo acúmulo de arginina nos tecidos devido à deficiência de arginase. Retardo mental e outras doenças neurológicas são sintomas comuns em pacientes hiperargininêmicos. Diversos mecanismos foram propostos para descrever a neurotoxicidade da hiperargininemia, tais como, alterações nos sistemas enzimáticos antioxidantes e de neurotransmissão. O sistema purinérgico é uma importante rota de sinalização celular que utiliza nucleotídeos e nucleosídeos extracelulares como moléculas sinalizadoras. A degradação do ATP extracelular é realizada por uma família de enzimas localizadas na superfície celular conhecidas como ectonucleotidases, que inclui as NTPDases (nucleosídeo trifosfato difosfoidrolases) e a ecto-5´-nucleotidase. A adenosina é um neuromodulador que atua através da ativação de receptores metabotrópicos do tipo P1 (A1, A2A, A2B, A3) e pode agir como um neuroprotetor endógeno. As NTPDases hidrolisam nucleotídeos tri- e difosfatados originando a adenosina. Assim, as NTPDases e ecto-5’-nucleotidase controlam os níveis de nucleotídeos e nucleosídeos, modulando o sistema purinérgico. Considerando que o peixe-zebra é uma importante ferramenta para o estudo da Biologia do Desenvolvimento e que a hiperargininemia é uma doença que ocorre nas fases iniciais do desenvolvimento, o objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos do tratamento com arginina em larvas de peixezebra em diferentes parâmetros bioquímicos, comportamentais e moleculares. Foram avaliados os efeitos da exposição in vivo de larvas e adultos de peixe-zebra na atividade das ectonucleotidases e na locomoção. Os resultados obtidos demonstraram que a exposição à arginina na concentração de 0. 1 mM em larvas de peixe-zebra do 3º ao 7º dia pós-fertilização (dpf) foi capaz de alterar a atividade das ectonucleotidases, promovendo um aumento na hidrólise de ATP, ADP e AMP, assim como causar alterações moleculares e morfológicas, como diminuição do tamanho corporal, porém não alterou a atividade locomotora dos animais. A exposição aguda (1h) a arginina em peixes zebra adultos não foi capaz de alterar a atividade das ectonucleotidases. Esses dados demonstram que a arginina pode afetar a atividade das ectonucleotidases e parâmetros morfológicos em larvas de peixe-zebra, sugerindo que o sistema purinérgico é um alvo para os efeitos neurotóxicos induzidos pela arginina, nas fases iniciais do desenvolvimento.