ANDREA RODRIGUES VASCONCELOS EFEITOS COMPORTAMENTAIS E BIOQUÍMICOS DA DIETA INTERMITENTE NA VIGÊNCIA DE UM ESTÍMULO INFLAMATÓRIO NO HIPOCAMPO DE RATOS Dissertação apresentada ao Departamento de Farmacologia do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo, para obtenção de Título de Mestre em Ciências. São Paulo 2011 ANDREA RODRIGUES VASCONCELOS EFEITOS COMPORTAMENTAIS E BIOQUÍMICOS DA DIETA INTERMITENTE NA VIGÊNCIA DE UM ESTÍMULO INFLAMATÓRIO NO HIPOCAMPO DE RATOS Dissertação apresentada ao departamento de Farmacologia do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo, para obtenção do Título de Mestre em Ciências. Área de Concentração: Farmacologia Orientador: Prof. Dr. Cristoforo Scavone Versão Original São Paulo 2011 DADOS DE CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO (CIP) Serviço de Biblioteca e Informação Biomédica do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo reprodução não autorizada pelo autor Vasconcelos, Andrea Rodrigues. Efeitos comportamentais e bioquímicos da dieta intermitente na vigência de um estímulo inflamatório no hipocampo de ratos. / Andrea Rodrigues Vasconcelos. -- São Paulo, 2011. Orientador: Cristoforo Scavone. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. Departamento de Farmacologia. Área de concentração: Farmacologia. Linha de pesquisa: Neurofarmacologia e Neuroproteção. Versão do título para o inglês: Behavioral and biochemical effects of intermittent fasting in the presence or abscence of on inflammatory stimulus (LPS) in rat hippocampus. Descritores: 1. Dieta intermitente 2. Neuroproteção 3. Inflamação 4. Hipocampo 5. Cognição I. Scavone, Cristoforo II. Universidade de São Paulo. Instituto de Ciências Biomédicas. Programa de Pós- Graduação em Farmacologia III. Título. ICB/SBIB0177/2011 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOMÉDICAS ___________________________________________________________________ Candidato (a): Andrea Rodrigues Vasconcelos Título de Dissertação: Efeitos comportamentais e bioquímicos da dieta intermitente na vigência de um estímulo inflamatório no hipocampo de ratos. Orientador (a): Cristoforo Scavone A Comissão Julgadora dos trabalhos de Defesa da Dissertação de Mestrado, em sessão pública realizada a .............../ .............../ ..............., considerou ( ) Aprovado (a) ( ) Reprovado (a) Examinador (a): Nome completo:........................................................................... Instituição:................................................................................... Examinador (a): Nome completo:........................................................................... Instituição:................................................................................... Presidente: Nome completo:........................................................................... Instituição:................................................................................... Aos meus pais, por todo o amor, dedicação e apoio. Sem a participação de vocês não teria chegado até aqui. AGRADECIMENTOS Ao meu orientador, Prof. Dr. Cristoforo Scavone, por me receber em seu laboratório, pelo tempo dedicado, paciência, incentivos, confiança, pelas inúmeras oportunidades oferecidas e por todos os ensinamentos que me serão úteis para a vida toda. À minha co-orientadora, Dra. Elisa Mitiko Kawamoto, pelo estímulo, confiança, auxílio, por todos os ensinamentos e pela sua contribuição durante todo o desenvolvimento deste estudo. À Profa. Dra. Carolina Munhoz, pela participação na minha formação e discussões científicas. Aos professores Tânia Viel e Hudson Buck, pela colaboração e apoio nos experimentos comportamentais; às alunas da Santa Casa de São Paulo, Suzanna, Carla e Ticiana, pelo tempo dedicado. Aos meus colegas do Laboratório de Neurofarmacologia Molecular e Laboratório de Neuroendocrinofarmacologia e Imunomodulação, que tornaram os meus dias de trabalho muito mais agradáveis; especialmente à Lidia Mitiko Yshii e Paula Fernanda Kinoshita, que sempre estiveram empenhadas em me ajudar quando necessitei. À Larissa Lima, pela paciência e pelo apoio técnico e burocrático que me foram dispensados. À Diana Zucas Andreotti pelo auxílio nos experimentos do dia a dia e a Fernando de Souza Lula pelo apoio com o biotério. Às secretárias da Pós-graduação do Departamento de Farmacologia Selma Rigonatti e Camila Trindade, por todo apoio burocrático e pronto atendimento. À Luisa Scavone, pela revisão ortográfica e à bibliotecária Monica Amaral, pelo trabalho de revisão e normalização do manuscrito. Aos meus pais, Therezinha de Jesus e Luiz Jether Vasconcelos, pela compreensão da minha ausência em decorrência do trabalho, pelo apoio, incentivo e amor que sempre recebi. À Daniel Amaral, por todo o companheirismo, carinho e paciência durante esses dois anos de mestrado. A todos aqueles que contribuíram para que este momento pudesse acontecer. À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), pelo apoio financeiro (FAPESP Processo – Mestrado 2009/11915-4; auxílio à Pesquisa - FAPESP Processo 2008/58865-9). Finalmente, agradeço a Deus pela vida que tenho e por me reservar saúde e proteção. RESUMO Vasconcelos AR. Efeitos comportamentais e bioquímicos da dieta intermitente na vigência de um estímulo inflamatório no hipocampo de ratos [Mestrado em Farmacologia]. São Paulo: Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo; 2011. Hormese é uma resposta adaptativa das células e dos organismos a um estresse moderado, normalmente intermitente, que pode apresentar muitos efeitos benéficos ao sistema biológico. Exemplos incluem a exposição a baixas doses de certos fitoquímicos como curcumina, isotocianatos e resveratrol, o exercício físico e a dieta intermitente. Esta última, quando não causa desnutrição, expõe os organismos a um estresse nutricional moderado, que não apenas estimula as proteínas de estresse, mas também os mecanismos de defesa do organismo, tornando a célula ou o organismo mais resistente a estímulos tóxicos. Em linhas gerais, a dieta intermitente parece atuar em vias associadas à sobrevivência celular e à resposta inflamatória, envolvendo com isso a modulação de fatores de transcrição como o fator de transcrição nuclear kappa B (NF-κB). No entanto, pouco se sabe sobre os mecanismos moleculares associados a estes efeitos, assim como o envolvimento da hormese na sinalização de vias importantes associadas a neuroproteção e neurogenese, como a do elemento de resposta ao AMP cíclico (CREB) e a sinalização associada a via da WNT, além de sua correlação com a sinalização inflamatória. Este projeto tem como objetivo avaliar os efeitos da dieta intermitente na memória e no aprendizado e nos mecanismos de sinalização associados à proteína WNT, aos fatores de transcrição CREB e NF-κB, e expressão de genes regulados por esses fatores de transcrição no hipocampo de ratos na ausência e na presença de um estímulo inflamatório, representado pela administração intravenosa de lipopolissacarídeo (LPS). Os resultados mostraram que a dieta intermitente melhora o desempenho dos animais nos testes comportamentais labirinto de Barnes e esquiva inibitória na presença ou ausência de LPS. Ainda, a dieta intermitente induz um aumento de CREB fosforilado e da sinalização canônica da WNT e promove alterações de diversos marcadores inflamatórios, tais como o aumento da razão interleucina-10 (IL-10) / fator de necrose tumoral (TNF) e a diminuição dos níveis de RNA mensageiro (RNAm) do receptor Toll-tipo 4 (Tlr-4), da oxido nítrico sintase induzida (Nosi) e da cicloxigenase 2 (Cox-2) desses animais quando comparado ao grupo controle. Em conjunto, os dados sugerem que a dieta intermitente induz um predomínio das vias de sinalização protetoras no sistema nervoso central (SNC) de ratos. Palavras-chave: Dieta intermitente. Neuroproteção. Inflamação. Hipocampo. Cognição. ABSTRACT Vasconcelos AR. Behavioral and biochemical effects of intermittent fasting in the presence or absence of an inflammatory stimulus (LPS) in rat hippocampus [Master in Pharmacology]. São Paulo: Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo; 2011. Hormesis is an adaptive response of cells and organisms to a moderate stress, usually intermittent, which may have many beneficial effects to the biological system. Examples include exposure to low doses of certain phytochemicals such as curcumin, resveratrol and isothiocyanates, exercise and intermittent fasting dietary restriction. The latter, when it does not cause malnutrition, induces a moderate nutritional stress to the organism, which not only stimulates the stress proteins, but also the body's defense mechanisms, making the cell or the organism more resistant to toxic stimuli. In general, intermittent fasting seems to act by mechanisms associated with cell survival and inflammatory response, thereby involving nuclear transcription factor kappa B (NF-κB) modulation. However, little is known about the molecular mechanisms involved, as well as the involvement of hormesis in signaling pathways important to neurogenesis and neuroprotection, such as the cyclic AMP response element (CREB) and WNT, and its correlation with inflammatory signaling. The present work investigates the effects of intermittent fasting on memory and learning, the signaling mechanisms associated with WNT proteins, CREB and NF-κB transcription factors and gene expression regulated by these transcription factors in rat hippocampus in absence or presence of an inflammatory stimulus, represented by intravenous administration of lipopolysaccharide (LPS). The results showed that intermittent fasting improved performance in Barnes maze and inhibitory avoidance behavioral tests even when treated with LPS. Also, intermittent fasting induced both increase of phosphorylated CREB and canonical WNT signaling pathway, and changes in inflammatory mRNA markers levels, such as, decreasing of toll-like receptor-4 (Tlr-4), induced nitric oxide synthase (iNos) and cyclooxygenase 2 (Cox-2). In addition, intermittent fasting can also increase interleukin (IL)-10/tumor necrosis factor (TNF) ratio levels when compared to control group. Taken together, our results suggest that intermittent fasting dietary restriction induces a prevalence of protective signaling cascades in the central nervous system (CNS). Key words: Intermittent fasting. Neuroprotection. Inflammation. Hippocampus. Cognition.