Avaliação do controle da expressão gênica de citocinas pró inflamatórias mediado pela IL-10. Participação da IL-10 na modulação da resposta inflamatória exercida pela glutamina e na restrição alimentar / Proinflammatory cytokines gene expression control mediated by IL-10. Participation of IL-10 on inflammatory response exerted by glutamine and dietary restriction

O desenvolvimento de uma resposta imune adequada é um processo extremamente importante para a manutenção da homeostase do organismo. Uma série de processos são desencadeados a partir do primeiro contato com micro-organismos patógenos até a efetivação da resposta imune de memória. Todos esses processos envolvem a participação e a complexa atuação de mediadores como as citocinas inflamatórias e também citocinas regulatórias, que exercerão efeitos controlando o processo inflamatório. Diversos mecanismos moleculares, subjacentes à resposta inflamatória, ainda não estão totalmente compreendidos, como por exemplo o controle da expressão de genes inflamatórios exercido pela IL-10. Os processos envolvidos na resposta inflamatória são mantidos às custas do consumo de nutrientes, dentre eles podemos destacar o aminoácido glutamina, que atua em nível molecular, fornecendo nitrogênio para a formação do material genético e fonte energética para determinadas células do sistema imunológico como os macrófagos. Portanto, neste trabalho, investigamos os efeitos da IL-10 na modificação de nucleossomos, evidenciando o papel dessa citocina em regular a expressão de genes inflamatórios em macrófagos. Avaliamos também a função da glutamina, modulando a expressão de RNAm de citocinas inflamatórias e regulatórias dessas células. E por último, desenvolvemos um modelo de restrição alimentar em camundongos, nos quais avaliamos os efeitos desse modelo considerando-se alguns aspectos hematológicos e estudamos as alterações na resposta inflamatória em células esplênicas e do peritônio, bem como avaliamos a suplementação de glutamina in vitro na produção das citocinas (IL-12, TNF-alfa, IL-10) e a expressão do fator de transcrição NFkB. Os resultados compilados mostraram que a IL-10 leva a uma rápida redução da acetilação de nucleossomos, modulando a arquitetura da cromatina de genes inflamatórios como a IL-12. A glutamina modula a expressão de citocinas inflamatórias, regulando positivamente a expressão de IL-10 e Interferon beta. E a restrição alimentar induz a redução de citocinas proinflamatórias (IL-12 e TNF-α), influenciadas pelo aumento da produção de IL-10 e finalmente a suplementação com glutamina não interfere nesses parâmetros nas células peritoneiais e esplênicas do grupo submetido à restrição alimentar. Conclusão: a IL-10 modula a expressão gênica através da modificação de nucleossomos em macrófagos derivados da medula; a glutamina modula a expressão de IL-10 inibindo a resposta inflamatória, e a restrição alimentar modula alguns aspectos hematológicos e possui propriedades anti-inflamatórias

The development of an appropriate immune response is an important process to the organism's homeostatic maintenance. A series of processes are triggered upon the very first contact with pathogens, up to the immunological memory establishment. These processes implicate in the participation of complex mediators, such as inflammatory and regulatory cytokines that will control the inflammatory process. Some mechanisms underlying the inflammatory response are not totally understood, the control of inflammatory genes exerted by IL-10 is an example. The processes involved in the inflammatory response are kept with nutrients expense, among these nutrients we can highlight the amino acid glutamine. It acts in a molecular level, supplying nitrogen to genetic material formation and as an energy supply for immune cells such as macrophages. Thus, we investigated the IL-10 effects on nucleosome modifications evidencing this cytokine role regulating inflammatory genes expression in macrophages. We also evaluated glutamine functions modulating inflammatory and regulatory cytokines mRNA expression on these cells. Ultimately, we developed a dietary restriction animal model where we evaluated it's effects on selected haematological aspects, analyzing the alteration in the inflammatory response of splenic and peritoneal cells. We also evaluated in vitro glutamine supplementation assessing cytokines production (IL-12, TNF-α, and IL-10) and the expression of NFkB transcription factor. The compiled results a expressive reduction in nucleosome acetylation modifying the chromatin architecture of inflammatory genes such as IL-12 and IL-6. Glutamine modulates inflammatory cytokines gene expression upregulating the expression of IL-10 and interferon beta. The dietary restriction reduces proinflammatory cytokines production (IL-12 and TNF-α), these results are influenced by the upregulated IL-10 production, glutamine supplementation have no effect on these parameters in the dietary restriction group. In conclusion, we can infer that IL-10 modulates gene expression trough nucleosome modification in bone marrow derived macrophages, glutamine has a potential effect on IL-10 expression, inhibiting the inflammatory response and dietary restriction modifies hematological parameters, presenting anti-inflammatory properties

Efeito da suplementação com L-glutamina e L-alanina, livres ou como dipeptídeo, sobre a lesão, inflamação e citoproteção em modelos de estresse in vivo e in vitro / Effects of supplementation with L-glutamine and L-alanine, in their free form or as dipeptide, on muscle damage, inflammation and cytoprotection of in vivo and in vitro stress models

Subprojeto 1: Determinação do efeito anti-inflamatório e citoprotetor da suplementação com L-glutamina e L-alanina, ou com L-alanil-L-glutamina (DIP) em ratos submetidos a treinamento resistido. Exercícios intensos reduzem a disponibilidade de glutamina, comprometendo a função imune e a recuperação de atletas. O objetivo do estudo foi avaliar os efeitos da suplementação oral crônica com L-glutamina e L-alanina, nas formas livres ou como dipeptídeo (DIP), sobre parâmetros de lesão, inflamação e citoproteção em ratos Wistar adultos submetidos a treinamento resistido (TR). Neste estudo, o TR reduziu a concentração de glutamina no plasma e no músculo EDL. No entanto, este efeito foi atenuado pelos suplementos contendo L-glutamina, os quais aumentaram os conteúdos da proteína de resposta ao estresse (HSP70) em células do sistema imune (PBMC) e no EDL, concomitantemente à redução da ativação do NF-kB e a da concentração de citocinas no EDL. O efeito protetor das suplementações também foi evidenciado pela atenuação de marcadores de lesão (CK e LDH) e inflamação (TNF-α e IL-1ß), bem como pelo aumento nas concentrações de marcadores anti-inflamatórios (IL-6, IL-10 e MCP-1) no plasma. Nossos resultados sugerem que a suplementação oral crônica com L-glutamina (administrada com L-alanina livre ou como DIP) promoveu efeitos citoprotetores mediados pela HSP70 em resposta à lesão e inflamação induzidas pelo TR. Subprojeto 2: Efeitos da L-alanil-L-glutamina sobre as vias de sinalização da insulina e da mTOR/S6K, e citoproteção em células musculoesqueléticas C2C12. O dipeptídeo L-alanil-L-glutamina é conhecido por modular o metabolismo e a viabilidade celular. Contudo, os efeitos sobre os componentes clássicos das vias de sinalização da insulina e da mTOR/S6K, bem como o efeito citoprotetor em células musculares, são pouco esclarecidos. O objetivo deste estudo foi investigar o efeito do DIP sobre as vias de sinalização da insulina e da mTOR/S6K em miotubos C2C12, em condições normais ou resistentes à insulina. A exposição crônica à insulina (24h) promoveu resistência à insulina, reduzindo os conteúdos totais do receptor beta (IR-ß) e do substrato do receptor de insulina (IRS-1), e diminuindo a fosforilação de IRS-1, AKT e P44/42 MAPK. Adicionalmente, houve redução na expressão do transportador de glicose (GLUT4) e HSP70, redução da viabilidade celular e menor fosforilação de p70S6k e S6, proteínas relacionadas à síntese proteica. Em contraste, a suplementação com DIP aumentou os conteúdos totais de IR-ß e IRS-1 e a fosforilação de IRS-1 e AKT. A glicólise anaeróbia e a capacidade glicolítica, além da fosforilação de p70S6k e S6, foram aumentadas pelo DIP em condições normais e na resistência à insulina. Nestas condições experimentais, nossos resultados sugerem que a suplementação com DIP melhorou as vias de sinalizações da insulina e da mTOR/S6K, aumentou a captação e metabolização da glicose, independente da estimulação com insulina e, finalmente, promoveu citoproteção resgatando parcialmente as células de um estado resistente à insulina, por meio do aumento de HSP70 e ativação das etapas finais da via mTOR/S6K.

Subproject 1: Determination of the anti-inflammatory and cytoprotective effects of supplementation with L-glutamine and L-alanine, or with L-alanyl-L-glutamine in rats submitted to resistance training. Intense exercise reduces glutamine availability, compromising immune function and recovery of athletes. The objective of the study was to evaluate the effects of chronic oral supplementation with L-glutamine and L-alanine, in their free form or as dipeptide (DIP), on muscle damage, inflammation and cytoprotection in adult Wistar rats submitted to resistance training (RT). In this study, RT reduced glutamine concentration in plasma and EDL muscle. However, this effect was attenuated by supplements containing L-glutamine, which increased the contents of the stress response protein (HSP70) in immune system cells (PBMC) and EDL, concomitantly with the reduction of NF-kB activation and the concentration of cytokines in EDL. The protective effect of supplementation was also evidenced by attenuation of lesion markers (CK and LDH) and inflammation (TNF-α and IL-1ß), as well as by the increase in anti-inflammatory plasma markers (IL-6, IL-10 and MCP-1). Our results suggest that chronic oral supplementation with L-glutamine (administered along with free L-alanine or as DIP) promoted HSP70-mediated cytoprotective effects in response to RT-induced injury and inflammation. Subproject 2: Effects of L-alanyl-L-glutamine on the components of insulin and mTOR/ S6K signaling pathways and cytoprotection in C2C12 musculoskeletal cells. The dipeptide L-alanyl-L-glutamine is known to modulate metabolism and cell viability. However, the effects on the classical components of insulin and mTOR/ S6K signaling pathways, as well as the cytoprotective effect on muscle cells, are poorly understood. The aim of this study was to investigate the effect of DIP on insulin and mTOR/ S6K signaling pathways in C2C12 myotubes, under normal or insulin resistant conditions. Chronic insulin exposure (24h) promoted insulin resistance, reducing the total contents of the insulin receptor (IR-ß) and the insulin receptor substrate (IRS-1), and decreasing the phosphorylation of IRS-1, AKT and P44/ 42 MAPK. In addition, there was a reduction in the expression of glucose transporter (GLUT4) and HSP70, reduction of cell viability and defective phosphorylation of p70S6k and S6, which are related to protein synthesis. On the other hand, DIP supplementation increased the total contents of IR-ß and IRS-1 and the phosphorylation of IRS-1 and AKT. Anaerobic glycolysis and glycolytic capacity, in addition to phosphorylation of p70S6k and S6, were increased by DIP under normal conditions and in insulin resistance. In our experimental conditions, our results suggest that DIP supplementation improved the signaling pathways of insulin and mTOR/ S6K, increased glucose uptake and metabolism, independent of insulin stimulation, and finally promoted cytoprotection by partially rescuing the cells of an insulin resistant state, by increasing HSP70 and activating the final stages of the mTOR/ S6K pathway.

Efeito da suplementação com L-glutamina livre e na forma de dipeptídeo sobre eixo glutamina-glutationa, sistema imune, sistema inflamatório e vias de sinalização proteica em camundongos submetidos à endotoxemia / Effects of dietary supplementation with L-glutamine in the free and dipeptide forms on glutamine-glutathione axis, immune system, inflammatory system and protein signaling pathwaysin mice submitted to endotoxemia

A sepse é a principal causa de morte em unidades de terapia intensiva (UTIs) no mundo. A reduzida disponibilidade do aminoácido mais abundante do organismo, a glutamina contribui para o complicado estado catabólico da sepse. No presente estudo investigamos os efeitos da suplementação oral com L-glutamina e L-alanina (GLN+ALA), ambos na norma livre e como dipeptídeo, L-alanil-L-glutamina (DIP), sobre o eixo glutamina-glutationa (GSH), sistema imune, inflamação, proteínas de choque térmico (HSPs) e expressão de genes envolvidos com vias de sinalização proteica em animais endotoxêmicos. Camundongos C57/B6 foram submetidos à endotoxemia (Escherichia coli LPS, 5 mg.kg-1, grupo LPS) e suplementados por 48 horas com L-glutamina (1 g.kg-1) e L-alanina (0,61 g.kg-1, grupo GLN+ALA-LPS) ou 1,49 g.kg-1 de DIP (grupo DIP-LPS). A endotoxemia promoveu depleção da concentração de glutamina no plasma (71%), músculo esquelético (50%) e fígado (49%), quando comparado ao grupo CTRL, sendo restauradas nos grupos DIP-LPS e GLN+ALA-LPS (P<0,05), fato que atenuou a redução da GSH e o estado redox (taxa GSSG/GSH) em eritrócitos circulantes, musculo e fígado (P<0,05). A suplementação em animais endotoxêmicos resultou em uma upregulation dos genes GSR, GPX1 e GCLC no músculo e fígado. A concentração das citocinas plasmáticasTNF-α, IL-6, IL-1ß e IL-10 foi atenuada pelas suplementações, bem como a expressão de mRNAs envolvidos com a resposta inflamatória, ativadas pela via do NF-κB(P<0,05). Concomitantemente, verificou-se aumento da capacidade proliferativa de linfócitos T e B circulantes nos grupos GLN+ALA-LPS e DIP-LPS. A expressão de mRNAs e a concentração de HSPs no tecido muscular foi restabelecida pelas suplementações, contudo, a expressão mRNAs relacionados às vias de síntese e degradação proteica foi somente estimulada no tecido hepático(P<0,05). Os resultados do presente estudo demonstram que a suplementação por via oral com GLN+ALA ou DIP podem ser utilizados clinicamente como métodos nutricionais em reverter o quadro de depressão da disponibilidade de glutamina corporal da sepse induzida por LPS, tendo impacto no eixo glutamina-glutationa, sistema imune e inflamatório

Sepsis is the leading cause of death inintensive care units (ICUs) in the world.The availability ofthe most abundant amino acid in the body, glutamine, is reduced in this situation, fact that contribute to the complicated catabolic state of sepsis. In the present study, we investigated the effects of oral supplementation with L-glutamine and L-alanine (GLN+ALA), both in their free form and as a dipeptide, L-alanyl-L-glutamine (DIP) on glutamine-glutathione axis (GSH), immune and inflammatory system, heat shock proteins (HSPs) expression and gene expressions involved in protein signaling pathways during endotoxemia. C57/B6 mice were subjected to endotoxemia (Escherichia coli LPS, 5 mg.kg-1, LPS group) and supplemented for 48 hours with L-glutamine (1 g.kg-1) plus L-alanine(0.61 g.kg-1, GLN+ALA-LPS group) or 1.49 g.kg-1of DIP (DIP-LPS group). Endotoxemia promoted depletion glutamine concentration in plasma (71%), skeletal muscle (50%) and liver (49%), when compared to the CTRL group, and was restored in the DIP-LPS e GLN+ALA-LPS (P<0.05), fact that attenuate the reduction of GSH and the redox state (GSSG/GSH rate) in circulating erythrocytes, liver and muscle (P<0.05). Supplementations in endotoxemic mice resulted in upregulation of GSR, GCLC and GPX1 genes in muscle and liver. Plasma concentration of TNF-α, IL-6, IL-1ß and IL-10 were attenuated by supplementation as well as the expression of mRNAs involved in the inflammatory response, activated by NFκ-B pathway (P <0.05). At the same time, high proliferative capacity of circulating T and B lymphocytes GLN+ALA-LPS e DIP-LPS were observed. HSPs (protein and mRNAs) and in muscle were restored by the supplements, however, the mRNAs expression related to the synthesis and degradation of protein pathways was only stimulated in the liver (P <0.05). Our results demonstrate that oral supplementation with GLN+ALA or DIP can be used as clinically nutritional methods to reverse the depression of body glutamine availability during sepsis induced by LPS, impacting on the glutamine-glutathione axis, immune and inflammatory system

Suplementação de glutamina em dietas elaboradas com ingredientes de origem vegetal e animal para pintos de corte / Supplementation of glutamine in diets with ingredients from animal and vegetable sources for broiler chicks

Foi avaliado o efeito da suplementação da glutamina em dietas contendo ingredientes de origem animal sobre o desempenho e a integridade intestinal de pintos de corte, criados até 21 dias de idade. Os tratamentos constituíram-se de combinações entre tipos de dieta, com ingredientes de origem vegetal ou vegetal+animal e suplementação de glutamina (0,0; 0,5; 1,0 e 2,0%). O delineamento foi em blocos ao acaso em arranjo fatorial 2x4, tipos de ração x percentagem de glutamina, com cinco repetições e 12 pintos por unidade experimental. Não houve efeito da interação tipo de dieta versus suplementação de glutamina sobre o desempenho, e os tratamentos não influenciaram o desempenho de pintos de corte. Houve efeito quadrático da suplementação de glutamina sobre o coeficiente de digestibilidade da proteína bruta. A suplementação com glutamina aumentou altura de vilos e profundidade de cripta no duodeno. A utilização de produtos de origem animal em dietas para pintos na fase inicial não prejudica o desempenho, e a inclusão de glutamina melhora a integridade intestinal.

The effect of glutamine supplementation in diets formulated with animal by-products on the performance and integrity of the small intestine of broiler chicks up to 21 days of age was evaluated. The treatments were the combination of types of diets (only with ingredients from a vegetal source or vegetal plus animal source) and levels of glutamine (0.0; 0.5; 1.0 and 2.0%). The experimental design was randomized blocks in a 2x4 factorial scheme (kinds of diets x levels of glutamine), with five replicates and 12 birds per experimental unit. No interaction between diets and glutamine supplementation and treatment effects on the performance traits were observed during the chick starter phase. There was a quadratic effect of glutamine on the crude protein digestibility coefficient. Birds supplemented with glutamine diets showed higher villus height and crypt depth in the duodenum. Broiler diets formulated with animal ingredients have no effect on chick performance during the initial phase, and glutamine supplementation improved the small intestine integrity.

Nutrição enteral precoce com glutamina em cães com gastrenterite hemorrágica pelo parvovirus canino / Early enteral nutrition with glutamine in dogs with hemorrhagic gastroenteritis by canine parvovirus

The effect of the addition of glutamine aminoacid in a solution to early enteral nutrition in dogs with hemorrhagic gastroenteritis by parvovirus (GEHV) was evaluated in a prospective study with 20 dogs. The animals were randomly separated in two groups of treatment. Animals in group 1 did not receive glutamine and in group 2 received glutamine by enteral solution. The mortality rate was 20% in group 1 and 10% in group 2, but difference was not statistically significative. The addition of glutamine in a solution to enteral nutrition did not change mortality rate.

Utilização da glutamina no tratamento de lesões de isquemia e reperfusão no jejuno em eqüinos / Use of glutamine to treatment of ischemia and reperfusion lesions in equine jejune

Sob anestesia geral e com controle da pressão arterial, 12 eqüinos foram submetidos simultaneamente a modelos de isquemia venosa e distensão intraluminal em segmentos do jejuno por 2 h, seguidos de 12 h de reperfusão. Seis eqüinos foram tratados com glutamina a 2 por cento (50mg/kg) por via intravenosa e seis com solução fisiológica em igual volume, 1 h após o início da isquemia e às 6h de reperfusão. Foram colhidas amostras de tecido intestinal antes e com 2 h de isquemia e com 2 e 12 h de reperfusão para avaliações histopatológica e ultraestrutural, mensuração da área e número das vilosidades por mm² e atividade de mieloperoxidade (MPO). Não foram encontradas diferenças entre os grupos controle e tratado. Concluiu-se que a glutamina, nas condições deste trabalho, não atenua lesões de isquemia e reperfusão intestinal em eqüinos.

Under general anesthesia and arterial pressure control, twelve horses were submitted simultaneously to intraluminal distension and venous ischemia of jejune for 2 hours, followed by 12 hours of reperfusion. Six horses were treated with intravenous 2 percent glutamine (50mg/kg), and six others were treated with the same volume of saline solution 1h after the beginning of ischemia and 6 hours after reperfusion. Intestinal samples were collected before and after 2 hours of ischemia and after 2 and 12 hours of reperfusion, and were submitted to hystopatological analyses, ultrastructural examination, measurement of area and number of villi per mm², and to myeloperoxidases activity. No statistical differences between the groups were found. It was concluded that glutamine did not attenuate the ischemia and reperfusion lesions under the methodology used in this study.