Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2016. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-06-10T13:37:23Z No. of bitstreams: 1 2016_RafaelCorrea.pdf: 2154891 bytes, checksum: 03393fdaa3d815a5abac7e5331e0d318 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-07-30T11:41:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_RafaelCorrea.pdf: 2154891 bytes, checksum: 03393fdaa3d815a5abac7e5331e0d318 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-30T11:41:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_RafaelCorrea.pdf: 2154891 bytes, checksum: 03393fdaa3d815a5abac7e5331e0d318 (MD5) / A Lisofosfatidilcolina (LPC) é um lisofosfolipídio que constitui a membrana plasmática e possui um papel importante na sinalização celular, pois está diretamente associada à albumina e a lipopoliproteínas. A LPC tem um amplo espectro de atividades pró-inflamatórias e exerce um papel fundamental durante a aterosclerose, pois ela é o principal componente fosfolipídio de lipoproteínas de baixa densidade oxidada (oxLDL). Ela também é capaz de induzir a formação de células gordurosas, as quais são componentes celulares fundamentais para o estabelecimento da aterosclerose e recrutamento leucocitário para o sítio desta patologia, induzindo a progressão da doença. No entanto, o papel de LPC na ativação do inflamassoma e na modulação da biogênese de corpúsculos lipídicos (CLs) neste processo ainda é mal compreendido. Este estudo tem por objetivo investigar se LPC é capaz de ativar o inflamassoma NLRP3 e induzir a secreção de IL-1β relacionando com os mecanismos de formação de células gordurosas por meio da análise da biogênese de CLs. Nossos resultados mostraram que a LPC induz um efeito citotóxico em altas concentrações em monócitos e células endoteliais, além de induzir a produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) e a ativação de caspase-1. A LPC induz a ativação do inflamassoma NLRP3 através da indução da secreção de IL-1β dependente de efluxo de potássio, dano lisossomal, reconhecimento via TLR-2, ativação de PPAR e estabilização das jangadas lipídicas em monócitos humanos e dependentes das caspases-1/11 e do inflamassoma NLRP3 em macrófagos peritoneais de camundongos. Além disso, a LPC induz a translocação do HMGB-1 do núcleo para o citoplasma tanto em células endoteliais quanto em monócitos. Outro resultado importante foi à indução da formação de células gordurosas, via LPC, em monócitos e células endoteliais in vitro, através do aumento da biogênese de CLs de maneira independente do inflamassoma NLRP3 e das caspases-1/11 in vivo. Além disso, as células endoteliais estimuladas com LPC ativam monócitos a se transformarem em células gordurosas, através da indução da biogênese de CL, por mecanismo ainda desconhecido. Portanto, o presente trabalho caracterizou diferentes mecanismos celulares e moleculares envolvidos na formação de células gordurosas, correlacionando-os com as vias de ativação dos inflamassomas e do metabolismo lipídico celular, e que corroboraram para a criação de um microambiente propício ao estabelecimento e manutenção da formação de placas ateroscleróticas. ______________________________________________________________________ ABSTRACT / Lysophosphatidylcholine (LPC) is a major lipid component of plasmatic membrane and has an important role in cell signaling because it is directly associated with albumin and lipoproteins. The LPC has a broad spectrum of pro-inflammatory activity and plays a key role in atherosclerosis, since it is a major phospholipid component of oxidized low density lipoprotein (oxLDL). Furthermore, LPC is also able to induce the formation of foam macrophages, which are the key cell component for the establishment of atherosclerosis and leukocyte recruitment on the site of the pathology. However, the role of LPC in modulating inflammasome activation and lipid droplet biogenesis in this process is poorly understood. This study is aimed to investigate if LPC is capable of inducing inflammasome activation and IL-1β secretion, verify the foam cell formation by analyzing lipid droplet biogenesis and characterize the signaling pathway involved in this process. Our results showed that LPC induces a cytotoxic effect in high concentrations in monocytes and endothelial cells, generation of reactive oxygen species (ROS) and activation of caspase-1. LPC induces activation of the inflammasome NLRP3 by induction of IL-1β secretion dependent of potassium efflux, and lysosomal damage via TLR-2 recognition, PPAR gamma activation and stabilization of lipid rafts in vitro, and caspase-1/11 and NLRP3 inflammasome in vivo assays. Furthermore, LPC induced translocation of HMGB1 from the nucleus towards the cytoplasm in endothelial cells and monocytes. Another important result was the induction of the formation of foam cells by LPC both in monocytes and endothelial cell in vitro assays, by increasing the biogenesis of lipid droplets in a manner independent of the NLRP3 inflammasome and caspase-1/11 in vivo. Additionally, endothelial cells stimulated with LPC activated monocytes to transform into foam cells through induction of lipid droplets biogenesis by unknown mechanism. Therefore, the present study characterized different cellular and molecular mechanisms involved in the formation of foam cells, correlating them with the activation pathways of inflammasomes and cellular lipid metabolism, and corroborated to create a favorable microenvironment for the establishment and maintenance of formation atherosclerotic plaques.

A obesidade está associada a um processo inflamatório crônico de baixa intensidade e representa um dos fatores de risco para o desenvolvimento de uma série de comorbidades. A proteína TSPO está envolvida em inúmeras funções celulares, incluindo biossíntese e transporte de esteróides, transporte de porfirinas, apoptose, biossíntese do heme, processos oxidativos e imunomodulação. Ademais, a presença e a função da proteína TSPO no tecido adiposo e na inflamação ainda não estão bem estabelecidas. Deste modo, o objetivo do presente estudo foi validar a expressão e função do TSPO durante a diferenciação de células 3T3-L1, e investigar se o tratamento de adipócitos 3T3-L1 com diazepam, um benzodiazepínico de ação central (GABAA) e periférica (TSPO), é capaz de modular os efeitos inflamatórios induzidos pela incubação das células 3T3-L1 com TNF-α. Nossos resultados evidenciaram que, em nosso estudo, o tratamento de pré-adipócitos com diazepam não modulou a adipogênese. Entretanto, apesar de o diazepam per se não modular o acúmulo de triacilglicerol e a expressão gênica e protéica de PPAR-γ; em células estimuladas pelo TNF-α, o tratamento com diazepam foi capaz de reverter a diminuição da expressão gênica e protéica de PPAR-γ induzida pelo TNF-α. Ademais, o tratamento dos adipócitos com diazepam foi capaz de modular positivamente a expressão protéica de TSPO, efeito este que não observamos em células tratadas pelo clonazepam, um benzodiazepínico de ação exclusivamente central. Em resumo, os dados obtidos neste estudo, pela primeira vez, demonstram a possível relação entre as vias que controlam a sinalização de TSPO, TNF-α e PPAR-γ. Assim, nos é possível inferir que a ativação de TSPO pelo seu ligante diazepam foi capaz de modular a ativação de NF-kB induzida pelo TNF-α, promovendo, com a diminuição da lipólise e aumento da expressão gênica de TSPO e gênica e protéica de PPAR-γ, o reestabelecimento da homeostase celular, o que aumentaria a sobrevida das células, a atividade mitocondrial, e a atividade adipogênica dos adipócitos. / Obesity is associated with a chronic low-grade inflammation and these represents one of the risk factors to development of other non-communicable diseases. TSPO 18 kDa is involved in several cellular functions, including biosynthesis and steroids transport, porphyrin transport, apoptosis, heme biosynthesis, oxidative metabolism and immunomodulation. Furthermore, the TSPO expression and function on adipose tissue and in the chronic low-grade inflammation have not been established. Thus, the aim of present study was to validate the TSPO expression and function on the 3T3-L1 differentiation process and to investigate whether diazepam treatment is able to modulate the TNF-α induced inflammatory effects on 3T3-L1 cells. Our results showed that diazepam treatment of preadipocytes was not able to modulate the adipogenesis. However, although diazepam treatment per se does not modulate the triacylglycerol accumulation and gene and protein expression of PPAR-γ; in TNF-α stimulated adipocytes, the treatment with diazepam was able to modulate the decreased of PPAR-γ gene and protein expression induced by TNF-α. In addition, the diazepam treatment of adipocytes was able to positively modulate the TSPO protein expression, an effect that we did not observe in cells treated with clonazepam, a central benzodiazepine ligand. In summary, the data obtained in this study, for the first time, demonstrate the possible relationship between the pathways that control the TSPO, TNF-α and PPAR-γ signaling. Thus, it is possible that the activation of TSPO by diazepam was able to modulate TNF-α-induced activation of NF-kB, promoting the reduction of lipolysis and increased of TSPO gene expression and PPAR-γ gene and protein expression, reestablishment of cellular homeostasis, which would increase cell survival, mitochondrial activity, and adipogenic activity of adipocytes.

La terapia celular es una novedosa y prometedora herramienta para la medicina futura, que nos permite reparar, reemplaza o restaurar tejidos u órganos dañados usando una variedad de tipos celulares. Este tipo de terapia requiere un gran número de células en animales grandes o grandes lesiones, y este requisito es uno de los principales obstáculos a la hora de llevar a cabo dichas aplicaciones. Las células mesenquimales estromales de tejido adiposo (hAMSC) son excelentes candidatas para hacer terapia celular. La necesidad de expandirlas en cultivo para obtener el número adecuado de células, requiere de tiempos de cultivo en algunos casos crítico para ciertas aplicaciones. El tiempo de duplicación medio de las hAMSC puede variar entre 2-6 dias, dependiendo de las condiciones de cultivo. En condiciones estándar, se requiere aproximadamente 75 días de cultivo para generar 1010 células. En esta tesis, se han probado condiciones de cultivo que mejoran la producción de grandes números de hAMSC. Se ha llevado a cabo un estudio comparativo de las hAMSC crecidas en su medio estándar DMEM, respecto a las hAMSC crecidas en EGM-2 (FP-MSC, fast proliferating MSCs). De forma reproducible, el medio EGM-2 confiere a las hAMSCs un fenotipo de gran capacidad proliferativa, lo cual nos permite reducir el tiempo requerido para obtener grandes cantidades de células seguras, sin perder sus propiedades de pluripotencialidad. Este trabajo recoge un extenso análisis comparativo en ambas condiciones de cultivo, que incluye estudios a nivel de proliferación in vitro, paramétros relacionados con las propiedades mesenquimaloides (perfil inmunofenotípico y capacidad de diferenciación a diferentes linajes), perfil de expresión génica y potencial oncogénico. Los datos recogidos de la experimentación in vitro, apuntan a estas células como una alternativa en el uso de hAMSC en terapias celulares. Las FP-MSC fueron probadas en dos tipos de terapias: anti-tumoral y regenerativa. La terapia anti-tumoral mediada por las FP-MSC portadoras de un gen suicida, no produjo ninguna mejora con respecto a las hAMSC crecidas en su medio estándar. Sin embargo, en el ámbito de la regeneración cardiaca, las FP-MSC mostraron una sutil mejora con respecto a las hAMSC. Ambos tipos celulares fueron capaces de diferenciarse al linaje endotelial y miocárdico, sin embargo, a nivel de función cardiaca las FP-MSC tiende a presentar ciertas mejoras en lo que se refiere a densidad vascular y fracción de eyección en comparación con las hAMSC. Si a esto, le sumamos sus características in vitro asociadas al crecimiento en EGM-2, podemos decir que estas células parecen una interesante y novedosa opción para el tratamiento en la regeneración de tejidos dañados. Podemos decir que se abre un amplio campo donde poder aplicarlas, ya que podemos obtener grandes cantidades de células autólogas para tratamientos terapéutico en un periodo de tiempo muy breve; pudiéndolas utilizar como sustitutas de las hAMSC u otro tipo de mesenquimal, o en combinación con otro tipo celular para tener un efecto sinérgico, y mejorar el resultado terapéutico. / Cell therapy is emerging as a promising strategy for future medicine, to repair, replace or restore damaged tissues or organs using a variety of cell sources. Adipose tissue is an important source of adult multipotent stem cells (AMSCs) due to their abundance and ease of isolation with relatively little trauma for the patient, and their similarity to those of their bone marrow counterparts. However, to obtain reasonable numbers of AMSCs for tissue engineering applications, in particular for regeneration in large animals or for large lesions; ex vivo expansion of AMSCs is required. AMSCs have a doubling time that could vary between 2-6 days depending on culture conditions. In standard culture conditions, approximately 75 days would be required to generate 1010 cells, a prohibitive delay for some therapeutic processes. In the current work we perform a comparative study of DMEM grown AMSCs with EGM-2 grown fast proliferating AMSCs (FP-MSCs). By using a reproducible and reliable methodology, this culture medium allowed us to reduce the time required to obtain large numbers of safe cells without losing their pluripotent properties. We have analysed in both culture conditions the parameters that characterize MSCs (specific immunophenotype and multilineage differentiation), as well as proliferative capacity, genetic stability, gene expression profile, oncogenic potential. Moreover, we also compared their capacity as a therapeutic agent against tumors and for myocardium repair. Our results indicate that paracrine effects of FP-MSCs applied in combination with scaffolds over acute myocardium infarcts may promote myocardium revascularization.

A obesidade está associada a um processo inflamatório crônico de baixa intensidade e representa um dos fatores de risco para o desenvolvimento de uma série de comorbidades. A proteína TSPO está envolvida em inúmeras funções celulares, incluindo biossíntese e transporte de esteróides, transporte de porfirinas, apoptose, biossíntese do heme, processos oxidativos e imunomodulação. Ademais, a presença e a função da proteína TSPO no tecido adiposo e na inflamação ainda não estão bem estabelecidas. Deste modo, o objetivo do presente estudo foi validar a expressão e função do TSPO durante a diferenciação de células 3T3-L1, e investigar se o tratamento de adipócitos 3T3-L1 com diazepam, um benzodiazepínico de ação central (GABAA) e periférica (TSPO), é capaz de modular os efeitos inflamatórios induzidos pela incubação das células 3T3-L1 com TNF-α. Nossos resultados evidenciaram que, em nosso estudo, o tratamento de pré-adipócitos com diazepam não modulou a adipogênese. Entretanto, apesar de o diazepam per se não modular o acúmulo de triacilglicerol e a expressão gênica e protéica de PPAR-γ; em células estimuladas pelo TNF-α, o tratamento com diazepam foi capaz de reverter a diminuição da expressão gênica e protéica de PPAR-γ induzida pelo TNF-α. Ademais, o tratamento dos adipócitos com diazepam foi capaz de modular positivamente a expressão protéica de TSPO, efeito este que não observamos em células tratadas pelo clonazepam, um benzodiazepínico de ação exclusivamente central. Em resumo, os dados obtidos neste estudo, pela primeira vez, demonstram a possível relação entre as vias que controlam a sinalização de TSPO, TNF-α e PPAR-γ. Assim, nos é possível inferir que a ativação de TSPO pelo seu ligante diazepam foi capaz de modular a ativação de NF-kB induzida pelo TNF-α, promovendo, com a diminuição da lipólise e aumento da expressão gênica de TSPO e gênica e protéica de PPAR-γ, o reestabelecimento da homeostase celular, o que aumentaria a sobrevida das células, a atividade mitocondrial, e a atividade adipogênica dos adipócitos. / Obesity is associated with a chronic low-grade inflammation and these represents one of the risk factors to development of other non-communicable diseases. TSPO 18 kDa is involved in several cellular functions, including biosynthesis and steroids transport, porphyrin transport, apoptosis, heme biosynthesis, oxidative metabolism and immunomodulation. Furthermore, the TSPO expression and function on adipose tissue and in the chronic low-grade inflammation have not been established. Thus, the aim of present study was to validate the TSPO expression and function on the 3T3-L1 differentiation process and to investigate whether diazepam treatment is able to modulate the TNF-α induced inflammatory effects on 3T3-L1 cells. Our results showed that diazepam treatment of preadipocytes was not able to modulate the adipogenesis. However, although diazepam treatment per se does not modulate the triacylglycerol accumulation and gene and protein expression of PPAR-γ; in TNF-α stimulated adipocytes, the treatment with diazepam was able to modulate the decreased of PPAR-γ gene and protein expression induced by TNF-α. In addition, the diazepam treatment of adipocytes was able to positively modulate the TSPO protein expression, an effect that we did not observe in cells treated with clonazepam, a central benzodiazepine ligand. In summary, the data obtained in this study, for the first time, demonstrate the possible relationship between the pathways that control the TSPO, TNF-α and PPAR-γ signaling. Thus, it is possible that the activation of TSPO by diazepam was able to modulate TNF-α-induced activation of NF-kB, promoting the reduction of lipolysis and increased of TSPO gene expression and PPAR-γ gene and protein expression, reestablishment of cellular homeostasis, which would increase cell survival, mitochondrial activity, and adipogenic activity of adipocytes.

Submitted by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-06-29T15:00:54Z No. of bitstreams: 1 TES_DANIEL_GONCALVES_BOECKEL_PARCIAL.pdf: 676511 bytes, checksum: cb9dde990f100982c7eac5a144973b47 (MD5) / Approved for entry into archive by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-06-29T15:01:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TES_DANIEL_GONCALVES_BOECKEL_PARCIAL.pdf: 676511 bytes, checksum: cb9dde990f100982c7eac5a144973b47 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-29T15:01:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TES_DANIEL_GONCALVES_BOECKEL_PARCIAL.pdf: 676511 bytes, checksum: cb9dde990f100982c7eac5a144973b47 (MD5) Previous issue date: 2016-12-19 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / The present research aims to characterize the mesenchymal stem cells of adipose origin (MSCAs) and to evaluate its use on the scaffold of hyaluronic acid (HA) as a cellular compound for bone tissue engineering. Firstly, cell characterization was performed through the collection of epididymal adipose tissue, isolation, culture and in vitro expansion. Through the morphological analysis of MSCAs culture it was possible to confirm elongated fusiform characteristic, centralized nucleus, extensions and adhesion to the plastic bottle. Expansion analysis also demonstrated a high cell proliferative index during the 26 days of in vitro culture. The Flow Cytometry test allowed the identification of the main surface markers that characterize the mesenchymal stem cells (CD29 and CD90) and negative for hematopoietic markers (CD31 and CD45). Moreover, MSCAs when induced to adipogenic and osteogenic media showed plasticity, since they were able to differentiate into adipocytes and osteoblasts respectively. The cell viability test was also performed in vitro, through the M.T.T (mitochondrial activity) of MSCAs on the HA scaffold. Concentrations of 100%, 75%, 50%, 25% and 15% were evaluated on the HA scaffold at times of 24, 48 and 72 hours. The results have shown cellular viability above 60% in almost all times and concentrations. Then, 50 critical bone defects were performed in the femoral region with 2 mm in diameter (one defect per femur) in 25 Lewis rats. The grafting treatments were divided as follows: I-negative control / only the defect (C); II-HA Scaffold; III- MSCAs; IV- MSCAs + HA and V- MSCAs previously osteoinduced + HA. After 23 days the rats were euthanized and had 5 femurs used for the microtomographic (?-CT) and histomorphometric analysis and 5 femurs used for the RT-PCR (Real-Time Polymerase Chain Reaction) analysis. The results for the ?-CT tests in the volume of osseous tissue parameter (VOT) and the percentage of osseous tissue (POT) did not present statistical differences among all groups. However, on the osseous contact surface (SCO) and osseous surface density (DSO) parameters, we had groups IV, III and V with higher indexes and differing statistically from the negative control groups I and group II. In histomorphometry we also had groups IV, V and III with greater area of regenerated bone tissue and differing with significance from groups I and II. The results were analyzed statistically by Analysis of Variance one way (ANOVA) and the level of significance was 5% (p <0.05). Regarding RT-PCR, a statistically significant difference was observed only when we evaluated osteonectin (ON) in which group II and V were more expressive in relation to groups III and IV. Regarding osteopontin (OP) and Type I collagen (Col1A), no differences were identified among the treated groups. The results were analyzed using Kruskal-Wallis non-parametric test and the significance level set was 5% (p <0.05). / A presente pesquisa tem por objetivo caracterizar as c?lulas-tronco mesenquimais de origem adiposa (CTMAs) e avaliar seu uso sobre a matriz de ?cido hialur?nico (AH) como composto celular para engenharia tecidual ?ssea. Primeiramente, foi realizada a caracteriza??o celular atrav?s da coleta do tecido adiposo epididimal, isolamento, cultivo e expans?o in vitro. Atrav?s da an?lise morfol?gica da cultura das CTMAs foi poss?vel confirmar caracter?stica fusiforme alongada, n?cleo centralizado, prolongamentos e ades?o ? garrafa pl?stica. A an?lise de expans?o tamb?m comprovou um alto ?ndice proliferativo celular, durante os 26 dias de cultura in vitro. J? o teste de citometria de fluxo permitiu a identifica??o dos principais marcadores de superf?cie que caracterizam as c?lulas-tronco mesenquimais (CD29 e CD90) e sendo negativo para marcadores hematopoi?ticos (CD31 e CD45). As CTMAS tamb?m quando induzidas aos meios adipog?nico e osteog?nico mostraram plasticidade, j? que foram capazes de diferenciarem-se em adip?citos e osteoblastos, respectivamente. Ainda in vitro, foi realizado o teste de viabilidade celular atrav?s do MTT (atividade mitocondrial), ap?s o contato das CTMAs sobre a matriz de AH. As concentra??es de 100%, 75%, 50%, 25% e 15% foram avaliadas sobre a matriz de AH nos tempos de 24, 48 e 72 horas. Os resultados comprovaram uma viabilidade celular acima de 60% em quase todos os tempos e concentra??es. Em seguida, foram realizados 50 defeitos ?sseos cr?ticos (DOC) na regi?o femoral com 2 mm de di?metro (um defeito por f?mur) em 25 ratos Lewis. Os tratamentos de enxertia realizados foram divididos da seguinte forma: I-controle negativo / apenas o defeito (C); II- matriz AH; III-CTMAs; IV-CTMAs + AH e V- CTMAs osteoinduzida + AH. Ap?s 23 dias os ratos sofreram eutan?sia e tiveram 5 f?mures utilizados para as an?lises microtomogr?ficas (?-CT) e histomorfom?trica e 5 f?mures utilizados para a an?lise por RT-PCR (Rea??o em cadeia da Polimerase em tempo Real). Os resultados para os testes por ?-CT no par?metro volume de tecido ?sseo (VTO) e porcentagem de tecido ?sseo (PTO) n?o apresentaram diferen?as estat?sticas entre todos os grupos. J?, nos par?metros superf?cie de contato (SCO) e densidade de superf?cie ?ssea (DSO) tivemos o grupo IV, III e V com maiores ?ndices e diferindo estatisticamente dos grupos controle negativo I e do grupo II. Na histomorfometria tamb?m tivemos os grupos IV, V e III com maiores ?reas de tecido ?sseo regenerado e diferindo com signific?ncia dos grupos I e II. Os resultados foram analisados estatisticamente pela An?lise de Vari?ncia de uma via (ANOVA) o n?vel de signific?ncia estabelecido foi de 5% (p < 0,05). Em rela??o ao RT-PCR, observou-se diferen?a estatisticamente significante apenas quando foi avaliada osteonectina (ON), sendo que o grupo II e V apresentaram maior express?o em rela??o aos grupos III e IV. Em rela??o ? osteopontina (OP) e ao col?geno Tipo I (Col1A) n?o foram identificadas diferen?as entres os grupos tratados. Os resultados foram analisados atrav?s do teste n?o param?trico de Kruskal-Wallis e o n?vel de signific?ncia estabelecido foi de 5% (p < 0,05).