Caring about the future

O sinaptossoma como instrumento de avaliação em Ecotoxicologia
Investigador Responsável - Maria Paula Polónia Gonçalves
Programa - POCTI/BSE/46721/2002
Período de Execução - 2003-05-01 - 2006-04-30 (36 Meses)
Entidade Financiadora - FCT
Financiamento para o CESAM - 63.72 €
Financiamento Total - 71.22 €
Instituicão Proponente - Universidade de Aveiro
Instituições Participantes
Universidade de Coimbra - Centro de Neurociências e Biologia Celular – CNC

Descrição do Projecto

 


Os estudos de avaliação de risco propostos por The Collaborative Study of Neurobehavioural Screening Methods, sob o auspício de The World Health Organisation International Programme on Chemical Safety, englobam, predominantemente, protocolos de rastreio neurotoxicológicos em sistemas celulares de origem humana e/ou de mamíferos. Neste projecto foram comparadas as potencialidades das preparações de terminais nervosos pré-sinápticos (sinaptossomas) isoladas a partir do cérebro do rato (Rattus norvegicus), do lóbulo óptico do choco (Sepia officinalis) e do órgão eléctrico da tremelga-marmoreada (Torpedo marmorata) como instrumentos de avaliação da acção neurotóxica do alumínio. Ao contrário de Rattus norvegicus, Sepia officinalis e Torpedo marmorata não integram o rol de espécies recomendadas pelas directivas de rastreio neurotoxicológico.


O efeito da exposição a alumínio foi monitorizado em estudos de acumulação e eliminação das doses ministradas e avaliado através da análise de diversos parâmetros, nomeadamente, peso corporal, comportamento, ultra-estrutura e integridade dos terminais pré-sinápticos, potencial de carga energética adenílica, actividade hidrolítica de ATP, balanço prooxidante-antioxidante, acumulação e libertação de neurotransmissores. De entre os parâmetros bioquímicos analisados, apenas a actividade de (Na+/K+)ATPase, um indicador da actividade da membrana plasmática das células nervosas usado em rastreio neurotoxicológico, foi alterada da mesma forma em resposta a exposição in vivo (administração oral de AlCl3) e in vitro (incubação de sinaptossomas na presença de AlCl3) a alumínio. Na gama de concentrações submilimolares, o efeito inibitório do alumínio na actividade de (Na+/K+)ATPase caracterizou-se pela ausência de activação adicional da enzima por concentrações elevadas de ATP. A redução da velocidade máxima da reacção hidrolítica só foi observada na presença de concentrações elevadas de ATP, capazes de promover activação adicional através da ligação de ATP aos locais de baixa-afinidade da (Na+/K+)ATPase. A modificação do comportamento cinético da (Na+/K+)ATPase induzida por exposição a alumínio parece ser consentânea com a diminuição do grau de oligomerização da (Na+/K+)ATPase integrada na membrana pré-sináptica. Quando integrada na membrana, a (Na+/K+)ATPase apresenta uma estrutura oligomérica (αβ)n, assegurada pela interacção dum número variável de protómeros αβ. O padrão de expressão das isoformas das subunidades α e β é característico de cada tipo de célula, conferindo características distintas à actividade de (Na+/K+)ATPase. A exposição prolongada a alumínio não alterou o padrão de expressão da subunidade catalítica (α) da (Na+/K+)ATPase no cérebro e no rim de rato. Todas as isoenzimas do rato estudadas, independentemente da isoforma da subunidade catalítica presente (α1, α2 e α3), foram inibidas por alumínio, enquanto que a actividade da (Na+/K+)ATPase sinaptossomal do choco se revelou insensível a concentrações submilimolares de AlCl3. A distinta sensibilidade a alumínio da (Na+/K+)ATPase sinaptossomal das espécies estudadas parece condicionada pelas características microambientais das membranas em que se encontra inserida, visto que a actividade de (Na+/K+)ATPase de duas subfracções sinaptossomais isoladas a partir do órgão eléctrico da tremelga-marmoreada apresentaram sensibilidades distintas a alumínio, apesar de ter sido identificada apenas uma isoforma da subunidade catalítica neste órgão. Nos três modelos experimentais usados, a inibição da actividade hidrolítica de ATP da (Na+/K+)ATPase, por alumínio ou por um inibidor selectivo (ubaína), foi acompanhada por redução da magnitude do gradiente electroquímico de Na+ e, deste modo, limitou a capacidade de acumulação de neurotransmissores pelos sistemas de alta-afinidade, dependentes de Na+, presentes na membrana pré-sináptica dos terminais nervosos. Não foram encontradas quaisquer evidências de acção directa do alumínio nos transportadores de colina, o precursor da síntese e produto da inactivação da acetilcolina, e do ácido γ-aminobutírico (GABA). Porém, o alumínio impediu a modulação por Ca2+ da acumulação de GABA e da sua libertação induzida por despolarização com K+. O efeito inibitório exercido pelo alumínio na activação da calcineurina por Ca2+/calmodulina parece justificar a inexistência de modulação por Ca2+ da translocação de GABA registada na presença de alumínio. A libertação de acetilcolina, dependente de Ca2+ e desencadeada por despolarização com K+, também foi inibida por alumínio, mas apenas quando a capacidade de acumulação de colina se encontrava diminuída.


Em conclusão, a inibição da actividade de (Na+/K+)ATPase dos terminais nervosos pré-sinápticos parece sobrevir na fase inicial da acção neurotóxica do alumínio, podendo contribuir para as alterações neuroquímicas associadas às disfunções cerebrais durante exposição a compostos de alumínio. Por outro lado, os resultados obtidos contribuíram para o desenvolvimento de modelos experimentais para o rastreio de actividade neurotóxica de contaminantes em estudos de biomonitorização em ambientes aquáticos.






Membros do CESAM neste projecto
Maria Paula Polónia Gonçalves
Investigador principal (25%)

Financiamento do CESAM: UIDP/50017/2020 + UIDB/50017/2020 + LA/P/0094/2020