3-Hydroxy-3-Methylglutaric Acid Disrupts Brain Bioenergetics, Redox Homeostasis, and Mitochondrial Dynamics and Affects Neurodevelopment in Neonatal Wistar Rats
Josyane de Andrade Silveira,
Manuela Bianchin Marcuzzo,
Jaqueline Santana da Rosa,
Nathalia Simon Kist,
Chrístofer Ian Hernandez Hoffmann,
Andrey Soares Carvalho,
Rafael Teixeira Ribeiro,
André Quincozes-Santos,
Carlos Alexandre Netto,
Moacir Wajner,
Guilhian Leipnitz
Affiliations
Josyane de Andrade Silveira
Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rua Ramiro Barcelos, 2600-Anexo, Porto Alegre 90035-003, RS, Brazil
Manuela Bianchin Marcuzzo
Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rua Ramiro Barcelos, 2600-Anexo, Porto Alegre 90035-003, RS, Brazil
Jaqueline Santana da Rosa
Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rua Ramiro Barcelos, 2600-Anexo, Porto Alegre 90035-003, RS, Brazil
Nathalia Simon Kist
Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rua Ramiro Barcelos, 2600-Anexo, Porto Alegre 90035-003, RS, Brazil
Chrístofer Ian Hernandez Hoffmann
Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rua Ramiro Barcelos, 2600-Anexo, Porto Alegre 90035-003, RS, Brazil
Andrey Soares Carvalho
Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rua Ramiro Barcelos, 2600-Anexo, Porto Alegre 90035-003, RS, Brazil
Rafael Teixeira Ribeiro
Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rua Ramiro Barcelos, 2600-Anexo, Porto Alegre 90035-003, RS, Brazil
André Quincozes-Santos
Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rua Ramiro Barcelos, 2600-Anexo, Porto Alegre 90035-003, RS, Brazil
Carlos Alexandre Netto
Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rua Ramiro Barcelos, 2600-Anexo, Porto Alegre 90035-003, RS, Brazil
Moacir Wajner
Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rua Ramiro Barcelos, 2600-Anexo, Porto Alegre 90035-003, RS, Brazil
Guilhian Leipnitz
Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Bioquímica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rua Ramiro Barcelos, 2600-Anexo, Porto Alegre 90035-003, RS, Brazil
3-Hydroxy-3-methylglutaric acidemia (HMGA) is a neurometabolic inherited disorder characterized by the predominant accumulation of 3-hydroxy-3-methylglutaric acid (HMG) in the brain and biological fluids of patients. Symptoms often appear in the first year of life and include mainly neurological manifestations. The neuropathophysiology is not fully elucidated, so we investigated the effects of intracerebroventricular administration of HMG on redox and bioenergetic homeostasis in the cerebral cortex and striatum of neonatal rats. Neurodevelopment parameters were also evaluated. HMG decreased the activity of glutathione reductase (GR) and increased catalase (CAT) in the cerebral cortex. In the striatum, HMG reduced the activities of superoxide dismutase, glutathione peroxidase, CAT, GR, glutathione S-transferase, and glucose-6-phosphate dehydrogenase. Regarding bioenergetics, HMG decreased the activities of succinate dehydrogenase and respiratory chain complexes II–III and IV in the cortex. HMG also decreased the activities of citrate synthase and succinate dehydrogenase, as well as complex IV in the striatum. HMG further increased DRP1 levels in the cortex, indicating mitochondrial fission. Finally, we found that the HMG-injected animals showed impaired performance in all sensorimotor tests examined. Our findings provide evidence that HMG causes oxidative stress, bioenergetic dysfunction, and neurodevelopmental changes in neonatal rats, which may explain the neuropathophysiology of HMGA.