Changes in cerebra serotonin synthesis induced by insulin-dependent diabetes mellitus
Gabriel Manjarrez-Gutiérrez1, Julia Rocio Herrera-Márquez2, Anayansi Molina-Hernández3, Sandra Bueno-Santoyo4, Misael González-Ramírez1, Jorge Hernández-R3
1Laboratorio de Neuroquimica del Desarrollo. Unidad de lnvestigacibn MCdica en Enfermedades Neurol6gicas, Hospital de Especialidades, Centro Medico Nacional Siglo XXI (CMN). lnstituto Mexicano del Seguro Social (IMSS). 2 Servicio de Endocrinologia, Hospital de Pediatria, CMN. IMSS. 3Laboratorio de Neurontogenia, Departamento de Fisiologia, Biofísica y Neurociencias. Centro de Investigaci6n y de Estudios Avanzados del lnstituto Politécnico Nacional. Mexico, D.F. 4Escuela de Nutrición, Facultad Ciencias Naturales, Universidad Autbnoma de Queretaro. Mexico.
Abstract
Objective: Evaluate if the rats with diabetes mellitus insulin-dependent have a minor activity of the serotonergic biosynthetic pathway through the decrease of the free fraction of L-tryptophan in plasma.
Methods: Diabetes mellitus was induced in rats, and the brain serotonergic biosynthetic activity was evaluated at 7, 14, and 21 days after streptozotocin administration.
Results: The diabetic animals showed a general decrease in body weight. In plasma they had a decrease in the free fraction of L-tryptophan. Also, in the brain they show low levels of the amino acid, as well as decrease of the activity of the limiting enzyme tryptophan-5-hydroxylase and its product serotonin. Interestingly, the activity of the enzyme was higher in the brainstem from day 14, accompanied with an elevation of the neurotransmitter.
Conclusions: The results confirm that diabetes mellitus insulin-depend induce chronic undernourishment. The low levels of L-tryptophan in blood of the diabetic animals suggest a minor transport of the amino acid to the brain and a decrease in serotonin synthesis, in cerebral cortex and hypothalamus. Besides, during the evolution of the disease, the activity of tryptophan hydroxylase was elevated, independently of L-tryptophan concentration in the brainstem of diabetic animals, suggesting a different response according to the brain region and possibly a different functional change, accompanied by an increase in the synthesis of the neurotransmitter.
Resumen
Objetivo. Determinar si las ratas con diabetes mellitus insulino-dependiente tienen una menor actividad de la vía serotoninérgica a través de la medición de la fracción libre del L-triptófano plasmático.
Metodología. Se utilizó el modelo de la administración de estreptozotocina en ratas para el desarrollo de diabetes mellitus insulino-dependiente. A 10s 7, 14 y 21 dias se les determinó la actividad de la vía serotoninérgica.
Resultados. El grupo diabético mostró disrninución del peso corporal y del nivel de L-tript6fano (libre, unido y total) en el plasma. En el tejido nervioso también se present6 disrninución del nivel de L-triptófano, de la serotonina y de la actividad de la triptófano-5-hidroxilasa. Por el contrario, la actividad de la hidroxilasa estuvo alta en el tallo cerebral desde el día 14, acompañada de una elevación de la síntesis de serotonina.
Conclusiones. Se confirma que la diabetes mellitus insulino-dependiente produce una desnutrición crónica. La baja del L-triptófano en la sangre sugiere que su ingreso al cerebro está disminuido y que hay una menor síntesis del neurotransmisor, tal corno se dernostr6 en el cerebro de estos animales diabéticos. Sin embargo, el hecho de que la actividad de la triptófano-5-hidroxilasa se eleva en el tallo cerebral, con un consecuente aumento de la síntesis de serotonina, nos permite plantear que existe cambio en la síntesis del neurotransmisor dependiendo de la región, con las consecuencias funcionales respectivas.