O ouro tem recebido cada vez mais atenção dentro da catálise, especialmente quando em sua forma nanoparticulada. O trabalho descrito nesta dissertação compreende o desenvolvimento de um catalisador de ouro nanoparticulado que, quando auxiliado por ligantes nitrogenados, realiza a hidrogenação de aldeídos. O catalisador Au/SiO2 foi estudado na ausência e presença de aminas durante a hidrogenação do benzaldeído utilizando H2 como agente redutor. A colidina foi a amina que apresentou a maior contribuição na atividade catalítica do ouro, sendo ela utilizada nos testes de otimização das condições reacionais e no estudo da influência da concentração da amina. Foram determinadas como condições reacionais ideais, a temperatura de 80 °C, 6 bar de H2, i-PrOH como solvente e uma relação colidina/ouro de 5 equivalentes. Nestas condições, foi realizado um teste de filtração a quente em que foi concluído que não há espécies homogêneas ativas na reação. O escopo reacional foi expandido para a hidrogenação de outros aldeídos com altas taxas de conversão e seletividade. Um dos aldeídos estudados foi o cinamaldeído, um aldeído α,β-insaturado cuja hidrogenação seletiva levou ao álcool alílico correspondente, sendo preservada a ligação dupla carbono-carbono. Aldeídos oriundos de fontes renováveis, como o 5-HMF e furfural, foram hidrogenados aos álcoois correspondentes, sendo preservado o anel furano. Os resultados experimentais aqui apresentados e os cálculos teóricos presentes na literatura tornaram possível propor que a hidrogenação do grupo aldeído se dá por meio da quebra heterolítica do H2 levando à formação do par H-/H+. Esse par é transferido para a redução da carbonila, sem afetar outros grupos funcionais presentes na molécula, como alquenos, sem causar a dealogenação ou redução do anel aromático, entre outras vantagens que são inerentes ao uso de ouro como catalisador / Gold has received increasing attention within catalysis, especially as metal nanoparticles. The results described in this dissertation include the development of a nanoparticulate gold catalyst that, when aided by nitrogen-containing ligands, performs the hydrogenation of aldehydes. The Au/SiO2 catalyst was studied in the absence and presence of amines during the hydrogenation of the benzaldehyde using H2 as the reducing agent. Collidine presented the greatest contribution, among other amines, in the catalytic activity of gold, being used in optimization tests for the reaction conditions and to study the influence of the amine concentration. The ideal reaction conditions were determined as 80°C, 6 bar H2, i-PrOH as solvent and a 5 equivalents collidine-togold. Under these conditions, a hot filtration test was performed to concluded that there are no homogeneous species active in the reaction. The reaction scope was expanded to the hydrogenation of other aldehydes with high conversion rates and selectivity. One of the aldehydes studied was cinnamaldehyde, an α,β-unsaturated aldehyde whose selective hydrogenation led to the corresponding allylic alcohol with the carbon-carbon double bond being preserved. Aldehydes from renewable resources, such as 5-HMF and furfural, were hydrogenated to the corresponding alcohols and the furan ring was preserved. The experimental results presented here and the theoretical calculations from the literature allowed us to propose that the hydrogenation of the aldehyde group occurs by means of the heterolytic cleavage of H2 leading to the formation of the H-/H+ pair. This pair is transferred, leading to carbonyl reduction, without affecting other functional groups present in the molecule, such as alkenes, without causing dehalogenation or reduction of the aromatic ring, among other advantages that are inherent to the use of gold as a catalyst.

O ouro tem recebido cada vez mais atenção dentro da catálise, especialmente quando em sua forma nanoparticulada. O trabalho descrito nesta dissertação compreende o desenvolvimento de um catalisador de ouro nanoparticulado que, quando auxiliado por ligantes nitrogenados, realiza a hidrogenação de aldeídos. O catalisador Au/SiO2 foi estudado na ausência e presença de aminas durante a hidrogenação do benzaldeído utilizando H2 como agente redutor. A colidina foi a amina que apresentou a maior contribuição na atividade catalítica do ouro, sendo ela utilizada nos testes de otimização das condições reacionais e no estudo da influência da concentração da amina. Foram determinadas como condições reacionais ideais, a temperatura de 80 °C, 6 bar de H2, i-PrOH como solvente e uma relação colidina/ouro de 5 equivalentes. Nestas condições, foi realizado um teste de filtração a quente em que foi concluído que não há espécies homogêneas ativas na reação. O escopo reacional foi expandido para a hidrogenação de outros aldeídos com altas taxas de conversão e seletividade. Um dos aldeídos estudados foi o cinamaldeído, um aldeído α,β-insaturado cuja hidrogenação seletiva levou ao álcool alílico correspondente, sendo preservada a ligação dupla carbono-carbono. Aldeídos oriundos de fontes renováveis, como o 5-HMF e furfural, foram hidrogenados aos álcoois correspondentes, sendo preservado o anel furano. Os resultados experimentais aqui apresentados e os cálculos teóricos presentes na literatura tornaram possível propor que a hidrogenação do grupo aldeído se dá por meio da quebra heterolítica do H2 levando à formação do par H-/H+. Esse par é transferido para a redução da carbonila, sem afetar outros grupos funcionais presentes na molécula, como alquenos, sem causar a dealogenação ou redução do anel aromático, entre outras vantagens que são inerentes ao uso de ouro como catalisador / Gold has received increasing attention within catalysis, especially as metal nanoparticles. The results described in this dissertation include the development of a nanoparticulate gold catalyst that, when aided by nitrogen-containing ligands, performs the hydrogenation of aldehydes. The Au/SiO2 catalyst was studied in the absence and presence of amines during the hydrogenation of the benzaldehyde using H2 as the reducing agent. Collidine presented the greatest contribution, among other amines, in the catalytic activity of gold, being used in optimization tests for the reaction conditions and to study the influence of the amine concentration. The ideal reaction conditions were determined as 80°C, 6 bar H2, i-PrOH as solvent and a 5 equivalents collidine-togold. Under these conditions, a hot filtration test was performed to concluded that there are no homogeneous species active in the reaction. The reaction scope was expanded to the hydrogenation of other aldehydes with high conversion rates and selectivity. One of the aldehydes studied was cinnamaldehyde, an α,β-unsaturated aldehyde whose selective hydrogenation led to the corresponding allylic alcohol with the carbon-carbon double bond being preserved. Aldehydes from renewable resources, such as 5-HMF and furfural, were hydrogenated to the corresponding alcohols and the furan ring was preserved. The experimental results presented here and the theoretical calculations from the literature allowed us to propose that the hydrogenation of the aldehyde group occurs by means of the heterolytic cleavage of H2 leading to the formation of the H-/H+ pair. This pair is transferred, leading to carbonyl reduction, without affecting other functional groups present in the molecule, such as alkenes, without causing dehalogenation or reduction of the aromatic ring, among other advantages that are inherent to the use of gold as a catalyst.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-05-15T17:33:53Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1122210 bytes, checksum: f3b8ea6c8b07bc43a33d58c50576af76 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-15T17:33:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1122210 bytes, checksum: f3b8ea6c8b07bc43a33d58c50576af76 (MD5) Previous issue date: 2014-11-28 / A contaminação do solo e da água com metais pesados é um crescente problema ambiental em todo o mundo. Dentre os metais pesados está o cádmio (Cd), que é altamente tóxico para humanos, animais e plantas. A toxicidade desse metal causa estresse oxidativo nas plantas, afetando de maneira negativa seu crescimento e metabolismo, desencadeando alterações bioquímicas, fisiológicas e moleculares que limitam a produtividade das culturas. A expressão de alguns genes confere às plantas maior capacidade de enfrentar os estresses, aumentando sua tolerância a condições adversas do ambiente. Trabalhos desenvolvidos com plantas transgênicas mostraram que a expressão ectópica dos genes BiP e ALDH7 confere tolerância aos estresses hídrico e salino nas plantas. Estas observações levaram à hipótese de que as vantagens adquiridas com a expressão ectópica de BiP e ALDH7 nas plantas poderiam também ser efetivas contra toxicidade por metais pesados. Os objetivos deste trabalho foram estudar a toxicidade de Cd em plantas de soja e de tabaco, avaliando seu efeito no crescimento da planta e caracterizando os sintomas de toxidez; e avaliar se plantas transgênicas de soja superexpressando BiP e plantas transgênicas de tabaco expressando ALDH7 apresentam tolerância ao estresse causado por excesso de Cd. As linhagens de soja transformadas utilizadas neste trabalho foram 35S:BIP-2 e 35S:BIP-4, e para o tratamento controle, foram utilizadas linhagens não-transformadas (“wild type”) (WT). As plantas de soja foram cultivadas durante oito dias em solução nutritiva contendo Cd nas doses 0; 0,5; 1,5; 3,0 mg L -1 . As linhagens de tabaco transformadas utilizadas foram TP55-S3 (senso) e TP55anti-4 (anti-senso), e para o tratamento controle, foram utilizadas linhagens não-transformadas (“wild type”). As plantas de tabaco foram cultivadas durante quatro dias em solução nutritiva contendo Cd nas doses 0; 5,5 e 22,5 mg L -1 . A produção de matéria seca nas plantas das três linhagens de soja estudadas diminuiu com o incremento das doses de Cd na solução nutritiva, no entanto, a linhagem WT apresentou sensibilidade ao Cd significativamente maior do que as linhagens transgênicas, em termos de redução relativa de matéria seca. O teor e o conteúdo de Cd aumentaram tanto na raiz como na parte aérea das plantas das três linhagens de soja, entretanto, as linhagens transgênicas apresentaram maior capacidade de absorver o Cd e transportá-lo para a parte aérea, em comparação com a linhagem WT. Com o incremento das doses de Cd na solução nutritiva, a retenção de Cd aumentou no sistema radicular da soja, nas três linhagens. Os sintomas de toxidez de Cd se caracterizaram pelo aparecimento de manchas avermelhadas nos caules, pecíolos e nervuras das folhas, folhas cloróticas, encarquilhadas, murchas e secas, liberação de exsudados avermelhados nos caules e redução do crescimento. Nas plantas expostas à maior dose de Cd, esses sintomas foram mais brandos nas linhagens transgênicas, superexpressando BiP em comparação às plantas controle. Isso sugere a possibilidade dessas plantas apresentarem mecanismo de tolerância ao Cd. Nas três linhagens de tabaco estudadas, a produção de matéria seca das plantas diminuiu com o incremento das doses de Cd na solução nutritiva, no entanto, a linhagem anti-senso apresentou sensibilidade ao Cd significativamente maior do que as linhagens senso e WT, em termos de redução relativa de matéria seca. O incremento nas doses de Cd na solução nutritiva resultou em aumento do teor de Cd tanto nas raízes como na parte aérea das plantas das três linhagens, apresentando pequena variação entre estas. Houve maior absorção de Cd pelas plantas senso e WT, sendo que essa diminuiu com o aumento das doses de Cd na solução nutritiva. A linhagem anti-senso apresentou menor absorção de Cd devido à maior intensidade de danos no sistema radicular, em consequência da sua maior sensibilidade à toxidez do Cd. Houve maior acúmulo de Cd na parte aérea do que na raiz das três linhagens. As plantas apresentaram danos severos no sistema radicular, murcha acentuada, manchas avermelhadas nas nervuras das folhas, encarquilhamento das folhas novas, clorose internerval e redução do crescimento, sendo esses sintomas mais severos nas plantas anti-senso. Não se observou nenhuma vantagem adquirida com a expressão da proteína ALDH7A nas plantas de tabaco. Entretanto, os resultados sugerem que a expressão do ALDH7A em tabaco pode ser importante para ativar mecanismos de resposta ao estresse oxidativo causado pelo Cd nas plantas uma vez que, mesmo não tendo sido observada tolerância diferencial das plantas senso em relação às plantas WT, a supressão da expressão desse gene nas plantas anti-senso levou a maiores danos causados pelo Cd. / The contamination of the soil and water with heavy metals is one of the biggest problem in the environment in the world. Cadmium (Cd) is a heavy metal highly toxic to humans, animals and plants. Cd toxicity causes oxidative stress in plants, which affects the growing and metabolism in a negative way. Moreover, in Cd contaminated areas, it promotes biochemical and physiological changes, which are associated with lower productivity in the crops around the world. It is known that some genes are able to help the plants to cope with different kind of stresses, in such a way that there is an increase in the plant tolerance to adverse environmental conditions. Transgenic plants, which overexpress BiP and ALDH7 genes, have shown tolerance to hydric and salinity stresses. This kind of occurrence has led to the hypotheses that those genes could confer tolerance to heavy metal toxicity. In this work, the focus was the study of the effects of Cd toxicity in soybean and tobacco in plants expressing BiP and ALDH7, respectively. It was evaluated the plant growth under Cd exposure, it was characterized the symptoms of Cd toxicity in those plants and evaluated if the transgenic lines are more tolerant to Cd stress. In the soybean experimental work, it was used two different transgenic lines of BiP (35S-BiP2 and 35S-BiP4) and a non-transgenic line (wild type) (WT) as a control. Soybean plants were grown in hydroponic conditions in Cd enriched nutrient solutions during eight days, to evaluate the effect of different Cd concentrations 0; 0,5; 1,5; 3,0 mg L -1 in transgenic and non-transgenic plant growth. Dry matter weight decreased in all soybean lines as a result of increased Cd concentration in the nutrient solution. However, the WT line showed higher relative reduction of dry weight compared to the soybean transgenic lines, which suggests a higher sensibility of the WT to Cd toxicity. Cadmium concentrations and contents increased in roots and shoots of soybean as the Cd in nutrient solution was increased and, although the transgenic lines had higher efficiency to transport Cd to the leaves, Cd retention was higher in roots than shoots, for the three lines. Cadmium toxicity symptoms in soybean were characterized by red spots on the stem and petioles, redness in leaf nervures, chlorosis, wrinkled leaves, release of red exudates in the stem and decrease in growth. In plants grown exposed to the highest Cd concentration, these symptoms were less apparent in the transgenic lines plants as compared to the control plants. The results found for the soybean BiP overexpressing lines indicate the possibility that those plants have a mechanism that helps the plant to cope with Cd toxicity and make them more tolerant than the WT plants. The experiment with tobacco was performed with plants that express the ALDH7 in sense orientation (TP55-S3) and antisense orientation (TP55anti- 4) and non-transgenic plants (wild type) as control. The tobacco plants were grown in nutrient solutions that received Cd at the concentrations 0; 5.5 e 22.5 mg L -1 , by four days. The three tobacco lines showed a decrease in dry weight production when Cd concentration was raised in nutrient solution. The line TP55anti-4 presented a higher sensibility to Cd compared to WT and TP55-S3 lines, when the data of relative decrease in dry matter yield were compared. Cadmium concentrations in roots and shoots increased as a result of the raise in the Cd concentrations in the nutrient solutions, for the three lines, with low variation among them. Cadmium absorption was higher in WT and TP55-S3 plants and decreased when the solution Cd concentration was raised. The lower Cd absorption in TP55anti-4 was due to more severe damage that occurred in its root system, which is related to the higher sensibility of those plants to Cd toxicity. Cadmium accumulation was higher in shoots than in roots for the three tobacco lines. It was observed severe damage in the root system, along with loss of cell turgor, red spots in the leaves nervures, wrinkled leaves, chlorophyll loss and decrease in growth. All these symptoms were more severe in the TP55anti-4 line. Even though no acquired advantage had been observed in the tobacco plants expressing ALDH7A as compared to the WT plants, the results indicate that the expression of the ALDH7A in tobacco may be important to activate a tolerance mechanism to cope the oxidative stress caused by Cd. This is based on the observation that although no differential tolerance had been observed for the sense plants as compared to the WT plants, the suppression of this gene in the TP55anti-4 plants has led to more severe damage caused by Cd toxicity in those plants.

Submitted by Hiolanda Rêgo (hiolandarego@gmail.com) on 2015-03-25T14:16:42Z No. of bitstreams: 1 Tese_ICS_ Cíntia de Vasconcellos Machado.pdf: 3205260 bytes, checksum: 8572ede4b113272c3ea3454723532c79 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-25T14:16:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_ICS_ Cíntia de Vasconcellos Machado.pdf: 3205260 bytes, checksum: 8572ede4b113272c3ea3454723532c79 (MD5) / Fapesb / O objetivo deste estudo foi detectar, através da imunohistoquímica, células positivas para os marcadores STRO-1 e CD90, os quais são usualmente utilizados para caracterizar célulastronco mesenquimais (MSCs), assim como para a ALDH (aldeído desidrogenase), enzima que tem sido empregada na identificação de células-tronco hematopoiéticas e também tumorais, na polpa de dentes permanentes jovens. Da mesma forma, foi avaliada a expressão dos marcadores ALDH, STRO-1 e CD44 em células-tronco da polpa de dentes decíduos (SHEDs), permanentes (DPSCs) e fibroblastos da polpa (HDPFs), através da citometria de fluxo e western blot. Para a análise imunohistoquímica, a polpa dental de nove terceiros molares e pré-molares hígidos foi coletada, fixada e processada. SHEDs, DPSCs e HDPFs foram cultivadas em meio DMEM/HEPES, suplementado com soro fetal bovino a 10%, 100U/mL de penicilina, 100μg/mL de estreptomicina e armazenadas em estufa a 37ºC e 5% de CO2. A reação imunohistoquímica mostrou células imunomarcadas com ALDH, CD90 e STRO-1 essencialmente nos espaços perivasculares e nas fibras nervosas da polpa, embora o STRO-1 tenha apresentado uma expressão menos pronunciada. Foi demonstrada uma forte marcação para a ALDH e para o STRO-1 através do western blot em SHEDs, DPSCs e HDPFs, enquanto que as células apresentaram uma fraca expressão para o CD44. Não foram observadas diferenças na intensidade das bandas entre os três tipos de células para os marcadores testados. Já na análise de citometria de fluxo, todas as células apresentaram valores percentuais altos para o CD44 e relativamente baixos para o STRO-1 e para a ALDH. Os resultados sugerem que as células-tronco pulpares residem nas proximidades dos vasos sanguíneos e das fibras nervosas deste tecido, visto que células positivas para marcadores associados às mesmas foram detectadas nestas áreas. Da mesma forma, apontam para a possibilidade de existência de mais de um nicho de MSCs na polpa dentária. Ainda, sugerem que SHEDs, DPSCs e fibroblastos podem compartilhar algumas características importantes, como a expressão de determinados marcadores

Na primeira parte desta tese são apresentados os resultados referentes ao desenvolvimento de uma metodologia de α-alquinilação eletrofílica de aldeídos com o reagente de iodo hipervalente TMS-EBX, empregando NaHMDS como base e TBAF. Aldeídos acíclicos foram submetidos a esta transformação e 9 exemplos de álcoois homopropargílicos foram obtidos em rendimentos de 50-81%, após uma etapa de redução com NaBH4. A transformação desenvolvida revelou-se aplicável também com o reagente de iodo hipervalente Ph-EBX e 2 exemplos foram obtidos em 24 e 40% de rendimento. O álcool homopropargílico precursor de um inibidor da bactéria que produz a toxina botulínica foi preparado em uma escala de 5 mmol sem a necessidade de alterar as condições reacionais já otimizadas. Na segunda parte desta tese são apresentados os resultados referentes ao desenvolvimento de uma metodologia para a síntese de cetonas cíclicas e 2-cromanonas α-alquinil-β-substituídas por meio de uma sequência de adição 1,4/alquinilação eletrofílica empregando cumarinas e enonas como material de partida, utilizando o reagente de iodo hipervalente TMS-EBX. Os enolatos foram gerados com sucesso a partir de uma reação de adição 1,4 catalisada por cobre utilizando complexos de alumínio e reagentes de Grignard como fontes nucleofílicas. No total foram obtidos 17 exemplos em 34-89% de rendimento e em alta diastereosseletividade. Realizamos três modificações estruturais visando aumentar a complexidade estrutural dos produtos sintetizados. A reação Click, rea- ção de Sonogashira e redução mediada por NaBH4 foram aplicadas com sucesso. Por fim, na terceira parte desta tese são apresentados os resultados preliminares referentes ao desenvolvimento de uma metodologia de síntese de furanos a partir da acetofenona e do reagente de iodo hipervalente Ph-EBX, empregando NaHMDS comoviii base. A acetofenona foi submetida a esta transformação e uma mistura de furanos di- e trissubstituídos foram obtidos em 49% de rendimento. Um experimento controle demonstrou que a alquinilação do ânion terc-butóxido, em uma reação extremamente rápida, é a principal via de consumo do Ph-EBX e o composto (terc-butoxietinil)benzeno foi obtido em 92% de rendimento. Esta reação lateral é a principal responsável pelo baixo rendimento da reação de síntese dos furanos. / In the first part of this work are presented the results relative to the development of a methodology of α-electrophilic alkynylation of aldehydes with the hypervalent iodine reagent TMS-EBX, employing NaHMDS as base and TBAF. Acyclic aldehydes were submitted to this transformation and 9 examples of homopropargylic alcohols were obtained in 50-81% yield, after a reduction step with NaBH4. The developed transformation proved to be works also with the hypervalent iodine reagent Ph-EBX and 2 examples were obtained in 24 and 40% yield. The homopropargylic alcohol precursor of an inhibitor of bacteria that produces a botulinic toxin was prepared at a 5 mmol scale without change the reaction condition already optimized. In the second part of the thesis are presented the results relative to the development of a methodology for the synthesis of cyclic ketones and 2-chromanones α-alkynyl-β-substituted by the1,4-addition/electrophilic alkynylation sequence using coumarins and enones as a starting material and the hypervalent iodine reagent TMS-EBX. The enolates were generated with success from a Cu-catalyzed 1,4 addition using aluminum complexes and Grignard reagents as nucleophilic source. In total 17 examples were obtained in 34-89% yield and high diastereoselectivity. We carried out three structural modification aiming to increase the complexity of the products synthesized. Click reaction, Sonogashira reaction and reduction promoted by NaBH4 were applied with success. Finally, in the third part of the thesis are presented the preliminary results relative to the development of a methodology for synthesis of furans from acetophenone and the hypervalent iodine reagent Ph-EBX, using NaHMDS as a base. Acetophenone was submitted to this transformation and only one example was obtained in 49% yield in a mixture of di- and trisubstituted furans. A control experimentx showed that the alkynylation of tert-butoxide anion, in an extremely fast reaction, is the main path of consumption of the Ph-EBX reagent and the compound (tert-butoxyethynyl)benzene was obtained in 92% yield. This side reaction is the main responsible for the low yield of the reaction of synthesis of furans.

O presente projeto representa uma extensão dos paradigmas que criamos com estudos de simulação molecular para compreender as frequentes mudanças de estrutura e função das Aldeído Desidrogenases (ALDHs) durante a evolução. As ALDHs formam uma superfamília de proteínas que catalisam a oxidação de vários aldeídos, mas as origens evolutivas das preferências pelos seus substratos são pouco conhecidas. Apesar de possuírem uma elevada identidade sequencial, duas destas ALDHs, a ALDH1 e a ALDH2, exibem distintos papéis funcionais de sinalização celular e detoxicação, respectivamente. Através de prévia análise computacional e logenética, identicamos que, curiosamente, as ALDH1s de organismos invertebrados, Branchiostoma oridae e Ciona intestinalis apresentam características estruturais mais semelhantes às de suas ALDH2s do que das ALDH1 típicas. Isto sugere que essas ALDH1s divergentes podem ter evoluído na direção da atividade de degradação de aldeídos pequenos e tóxicos, que parecem representar a função ancestral das ALDH2s eucarióticas. Nossa análise identicou três assinaturas de aminoácidos localizadas na área interna do canal de entrada do substrato (CES) que distinguem as ALDH1 das ALDH2. Desta forma, constatamos que as ALDH1s possuem um CES amplo e desobstruído, consistente com o fato destas enzimas catalisarem aldeídos de cadeia longa como o retinaldeído, que é um precursor de vias de sinalização por retinóides. Em contraste, as ALDH2s possuem o CES pouco volumoso e constrito, consistente com sua função na degradação de pequenos aldeídos tóxicos e reativos, como o acetaldeído. Neste projeto o nosso objetivo é analisar a correlação funcional e estrutural entre as ALDH1 e ALDH2 presentes em B. oridae e C. intestinalis para desvendar e compreender seus papéis funcionais e evolutivos em cordados. Especicamente, testaremos a hipótese de que as três assinaturas descritas constituem o núcleo fundamental da preferência por substratos, e que sua inversão por mutações sitio-dirigidas entre ALDH1 e ALDH2 modicará a preferência de substrato de acordo com a origem da assinatura. Se conrmado experimentalmente, este será um exemplo pioneiro de reversão evolutiva molecular, que terá impacto direto sobre as interpretações atuais sobre controversa lei de Dollo da irreversibilidade evolutiva. / This project represents an extension of the paradigms that we created from our molecular simulation studies to understand the frequent structure and function changes of aldehyde dehydrogenases (ALDH) during evolution. The ALDHs form a superfamily of proteins that catalyze the oxidation of several aldehydes, but the evolutionary origins of their substrate preference are unknown. Despite having a high sequence identity, two of these ALDHs, the ADLH1, and ALDH2, exhibit distinct functional roles of cellular signaling and detoxication, respectively. Through previous computational and phylogenetic analysis, we found that, interestingly, the ALDH1s of invertebrate organisms (Branchiostoma oridaeand Ciona intestinalis) show structural features more similar to their ALDH2s than the typical ALDH1. It suggests that these divergent ALDH1sevolved to provide small aldehydes detoxication pattern, what seems to represent the ancestral eukaryotic ALDH2s function. Our analysis also identied three aminoacidsignatures, located internally in the substrate entry channel (SEC), that distinguishes the ALDH1 from ALDH2. Thus, we nd that ALDH1s have a wide, open and unobstructed SEC, consistent with the fact that these enzymes catalyze bulky long-chainaldehydes, like retinaldehyde, a precursor of important signaling pathways. In contrast, the ALDH2s have a small and constricted SEC, consistent with the degradation function of small aldehydes, like the toxic metabolite acetaldehyde. In this project, our objective is to understand the functional and structural correlation between ALDH1 and ALDH2 found in B. oridaeand C. intestinalisto discover and comprehend their functional and evolutionary roles in chordates. Specically, we will test the hypothesis that the three signatures described above are the fundamental core of the substrate preference, based on the signature origin. If conrmed experimentally, this will be a pioneeringexample of evolutionary molecular reversion, impacting directly on the current interpretations of the controversial Dollos Law of Irreversibility.

O diabetes mellitus é uma doença metabólica caracterizada por níveis elevados de glicose no jejum e está associada com a perda da função cognitiva e um maior risco de desenvolvimento de doenças neurodegenerativas, tais como a Doença de Alzheimer (DA). As complicações do diabetes estão relacionadas com a hiperglicemia, níveis elevados de compostos reativos, como o metilglioxal (MG) e a formação de produtos finais de glicação avançada (do inglês Avanced Glycation End Products - AGEs). Os AGEs e o MG - um aldeído reativo envolvido no estresse dicarbonil e na formação de AGEs – encontram-se elevados em pacientes com diabetes e DA e têm sido sugeridos como mediadores do declínio cognitivo observado nessas patologias. Estudos indicaram que os astrócitos possuem o sistema glioxalase mais efetivo que os neurônios e, portanto, podem proteger os neurônios do estresse dicarbonil. Entretanto, as reações de glicação estão associadas com o prejuízo no funcionamento dos astrócitos, que, desta forma, comprometem a atividade neuronal. Tendo em vista que as reações de glicação estão exacerbadas no diabetes e em doenças neurodegenerativas sugere-se que nestas situações o dano neuronal seja ainda maior. Este trabalho teve como objetivo avaliar a suscetibilidade ao dano induzido pelo MG em culturas de astrócitos e de glioma C6 e examinar o efeito da alta concentração de glicose, do MG e da carboxietil-lisina (CEL), um AGE derivado da reação do MG com a lisina, em parâmetros oxidativos, metabólicos e específicos de astrócitos em fatias de hipocampo in vitro. Além disso, verificar se a administração intracerebroventricular (ICV) de MG causa alterações comportamentais, relacionadas com declínio cognitivo e ansiedade, e alterações bioquímicas em hipocampo, córtex cerebral e líquido cefalorraquidiano (LCR) ex vivo. Em culturas de células observou-se uma alta eficiência do sistema glioxalase em astrócitos em comparação com células C6. O conteúdo de glutationa diminuiu a partir de 1 hora após a exposição ao MG apenas em C6. A captação de glutamato reduziu em astrócitos e aumentou em C6, sendo que este efeito estava relacionado com reações de glicação, mas não com a expressão de transportadores de glutamato analisados. A formação de espécies reativas, a secreção de S100B e o conteúdo da proteína glial fibrilar ácida (GFAP) não foram modificados pelo tratamento com MG nas células estudadas. Em fatias de hipocampo (in vitro) verificou-se que a glicose, o MG e a CEL não alteraram a formação de espécies reativas, a captação de glicose e a atividade da glutamina sintetase. No entanto, a captação de glutamato e a secreção de S100B diminuiram após o tratamento com MG e CEL. Estas mudanças não foram mediadas pela ativação de RAGE e por reações de glicação. A partir do estudo in vivo verificou-se que o MG não causou deficiência nos processos de aprendizagem e memória investigados pelas tarefas de habituação, labirinto em Y e reconhecimento de objetos e não alterou a atividade locomotora dos animais. Contudo, o aumento agudo dos níveis exógenos de MG diminuiu o comportamento do tipo ansiedade, observado através do teste de campo aberto. Em relação às análises ex vivo, o MG induziu alterações persistentes relacionados com a atividade da glioxalase 1, conteúdo de AGEs e captação de glutamato no hipocampo. A formação de espécies reativas, o conteúdo de glutationa, o conteúdo tecidual de GFAP e S100B e a atividade da glutamina sintetase não foram alterados com a administração ICV de MG. É possível concluir que a exposição aguda, in vitro, de fatias de hipocampo ao MG e CEL, mas não à glicose, foi capaz de induzir efeitos semelhantes em fatias de hipocampo, sugerindo que a alta concentração de glicose é tóxica principalmente por elevar a concentração de compostos glicantes, como o MG, e gerar ligações cruzadas com proteínas. O MG foi capaz de induzir prejuízo na captação de glutamato em culturas de astrócitos e fatias de hipocampo, indicando que o MG gera alterações na homestase cerebral através do comprometimento da remoção do glutamato da fenda sináptica, deste modo, contribuindo com as alterações neurológicas relacionadas com o diabetes mellitus. Em suma, as concentrações exógenas de MG e o tempo de exposição a elevadas concentrações deste composto determinam as diferentes características que podem ser observadas em pacientes diabéticos. / Diabetes mellitus is a metabolic disease characterized by high fasting-glucose levels and is associated with loss of cognitive function and a higher risk of developing neurodegenerative diseases, such as Alzheimer's disease (AD). Diabetic complications have been associated with hyperglycemia, high levels of reactive compounds, such as methylglyoxal (MG) and advanced glycation end products (AGEs) formation. AGEs and MG - a reactive aldehyde, involved in dicarbonyl stress and AGEs formation - are elevated in diabetes and AD and have been suggested as mediators of cognitive decline observed in these pathologies. Astrocytes are impaired to glycation processes, although, they have an improved glyoxalase system compared to neurons that protect them from dicarbonyl stress, suggesting that damage to neuronal functions could be increased under diabetes and neurodegenerative diseases. This study aimed to evaluate the susceptibility of astrocytes and C6 glioma cells cultures to MG damage and to examine the effect of high glucose, MG and carboxyethyllysine (CEL), a MG-derived AGE of lysine, on oxidative, metabolic and astrocyte-specific parameters in hippocampal slices in vitro. Furthermore, verify if intracerebroventricular (ICV) administration of MG cause behavioral changes, related to cognitive decline and anxiety, and biochemical alterations in the hippocampus, cerebral cortex and cerebrospinal fluid ex vivo. Since our cultures studies we observed a high efficiency of the glyoxalase system in astrocytes compared to C6 cells. The content of glutathione decreased from 1 hour after MG exposure only in C6 cells. Glutamate uptake was decreased in astrocytes and increased in C6 cells and this effect is related to glycation processes, but not to glutamate transporters expression. The reactive species formation, S100B secretion and glial fibrillary acidic protein (GFAP) content were not modified by MG treatment in either culture studied. With hippocampal slices inbucation (in vitro) it was found that glucose, MG and CEL did not alter reactive species formation, glucose uptake or glutamine synthetase activity. However, glutamate uptake and S100B secretion were decreased after MG and CEL exposure. RAGE activation and glycation reactions did not mediate these changes. From in vivo research it was found that MG did not cause impairment in learning-memory processes investigated by habituation, Y-maze and object recognition tasks and did not alter locomotion behavior of animals. However, the acute increase of MG exogenous levels reduced anxiety-related behavior evaluated in the open field test. Ex vivo findings support that MG induced persistent alterations related to glyoxalase 1 activity, AGEs content and glutamate uptake in hippocampus. The reactive species formation, glutathione content, GFAP and S100B content, as well as glutamine synthetase activity were not altered by MG ICV administration. It is possible conclude that acute MG and CEL exposure, but not glucose, were able to induce similar effects on hippocampal slices in vitro, suggesting that conditions of high glucose concentrations are primarily toxic by elevate the rates of these glycation compounds, as MG, and generate protein cross-links. MG-induced astrocyte glutamate uptake impairment was seen in astrocyte cultures and hippocampal slices, indicating that MG produces changes in brain homeostasis by the impairment of glutamate removal of the synaptic cleft, thus contributing to neurological changes related to diabetes mellitus. The exogenous concentrations of MG and the time of exposure to high concentrations of this compound determine the different features that can be seen in diabetic patients.

Submitted by DANIELLY PEREIRA GARCIA null (daniellypgarcia@gmail.com) on 2016-05-31T13:02:05Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado Danielly P. Garcia.pdf: 1928934 bytes, checksum: 40dac212e7d7b6c4fb6e39b2972fc94f (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-05-31T19:29:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 garcia_dp_me_sjrp.pdf: 1928934 bytes, checksum: 40dac212e7d7b6c4fb6e39b2972fc94f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-31T19:29:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 garcia_dp_me_sjrp.pdf: 1928934 bytes, checksum: 40dac212e7d7b6c4fb6e39b2972fc94f (MD5) Previous issue date: 2016-03-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Dentre os efeitos negativos da exposição a poluentes nos animais aquáticos podemos destacar o estresse oxidativo, uma produção exacerbada de espécies reativas de oxigênio, consequentemente, uma cascata de eventos bioquímicos denominados peroxidação lipídica (PL) ocorrem tendo como principal produto o malondialdeído (MDA). Assim, ainda que o aumento dos níveis de MDA esteja relacionado a intoxicação por poluentes, alguns trabalhos têm mostrado uma diminuição do MDA frente a essa exposição, mesmo com alterações em enzimas antioxidantes. Deste modo, este trabalho teve por objetivo avaliar se possíveis decréscimos nos níveis de MDA em peixes Astyanax altiparanae expostos a contaminantes ambientais pode ter relação com aumentos na atividade de defesas antioxidantes, aumentos na atividade da ALDH ou excreção do MDA na água. Assim, os lambaris foram expostos a misturas de metais (cádmio e cobre) nas concentrações 40 e 100 μg/L e a biodiesel B5 nas concentrações de 0,001, 0,01 e 0,1 mL/L para verificar a relação entre MDA e as enzimas antioxidantes, em amostras de brânquia e fígado. Um segundo experimento, injetando MDA nos espécimes foi realizado, nestes organismos, foram injetados intraperitonealmente doses de 10 mg/kg e 100 mg/kg de MDA com coleta do material biológico após 5 dias para avaliar o efeito do MDA no fígado e na brânquia do lambari. Um terceiro experimento foi realizado para avaliar a metabolização do MDA em brânquia e fígado e sangue com coleta de material biológico e água nos tempos zero (logo após receber a dose), 1 e 12 horas. Nestes experimentos a metabolização do MDA foi observada pela atividade da enzima aldeído desidrogenase (ALDH) e as enzimas antioxidantes catalase (CAT), glutationa peroxidase (GPx), glicose – 6- fosfato- desidrogenase (G6PDH) e a de biotransformação glutationa S-transferase (GST), peróxidos lipídicos (FOX), níveis de glutationa total (GSH-t) e ensaio do MDA. Por fim foi realizado um experimento in vitro para avaliar o efeito do MDA nas enzimas (CAT, GPx, G6PDH, GST e ALDH). Nossos resultados mostraram que o MDA tem vias de metabolização e que o aumento das enzimas antioxidantes não é responsável por sua diminuição. Sugerimos que o B5 foi capaz de induzir a atividade da ALDH e esta diminuiu a quantidade de MDA nos dois grupos de maior concentração de B5. O MDA não foi capaz de induzir a atividade da ALDH, entretanto observamos uma forte correlação entre o MDA e a ALDH. O experimento in vitro mostrou que em concentrações elevadas o MDA pode até mesmo inibir a atividade da ALDH, sugerindo que esta enzima atue na manutenção dos níveis basais deste aldeído. Por fim, o trabalho mostrou que o lambari foi capaz de eliminar o MDA em excesso por meio da excreção, fortalecendo nossa hipótese de que o organismo dos peixes utiliza vias de excreção e da ALDH para eliminar o excesso deste aldeído toxico produzido na PL por estressores ambientais / Among the adverse effects of exposure to pollutants in aquatic animals, we can highlight oxidative stress, which can be caused due to an exacerbated production of reactive oxygen species along with a cascade of biochemical events. During this cascade, one of oxidative consequences we can observe is called lipid peroxidation (LPO) with its main product malondialdehyde (MDA). Thus, although the increase in MDA levels is related to intoxication by pollutants, some studies have shown a decrease in MDA levels in aquatic organisms exposed to pollutants, even with significant improvment in antioxidant enzymes. Thus, this study aimed to assess the relationship among the reduced MDA levels in Astyanax altiparanae fish exposed to environmental contaminants, and increased antioxidant defenses and aldehyde dehydrogenase (ALDH) activity, or excretion of MDA in the water. In this way, the fishes were exposed to mixtures of metals (cadmium or copper) at concentrations of 40 g/L and 100 g/L and to B5 biodiesel in concentrations of 0.001 mL/L, 0.01 mL/L and 0.1 mL/L in order to verify the relation between MDA and antioxidant enzymes in the liver, and gill samples. We performed a second experiment by injecting MDA in the fish specimens. We intraperitoneally injected doses of 10 mg/kg and 100 mg/kg of MDA. After 5 days, we collected the liver and gill in order to evaluate the effect of MDA in the fishes. A third experiment was conducted to investigate MDA metabolization in blood, gill and liver samples, through collection of biological material and water at zero time (shortly after receiving the same intraperitoneal injections as in the second experiment), 1 and 12 hours after the injections. In these experiments, the MDA metabolization was monitored by the activity of ALDH and by the antioxidant enzymes such as catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx), glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) and glutathione-S-transferase biotransformation (GST), lipid peroxides by ferrous ion oxidation xylenol orange (FOX) assay, the total glutathione (GSH-t) and MDA assay. Finally, an experiment was conducted in vitro to evaluate the effect of enzymes on MDA (CAT, GPx, G6PDH, GST and ALDH). Our results showed that the MDA levels have metabolizing pathways and increased antioxidant enzymes are not responsible for their decrease. We suggest that the B5 was able to induce the ALDH activity, Moreover, ALDH was related to reduced amount of MDA in both groups of higher B5 concentration. The MDA was not able to induce the activity of ALDH, despite we found a strong correlation between the MDA levels and ALDH activity. In the in vitro experiment, we observed that high concentrations of MDA could even inhibit the activity of ALDH, suggesting that this enzyme acts in the maintenance of basal levels of this aldehyde. Finally, the study showed that the Astyanax altiparanae have been able to eliminate the MDA excess by excretion. This fact reinforces our hypothesis that the fish uses excretion routes and ALDH to eliminate excess of this toxic aldehyde produced during LPO cased by stressors environmental.

O diabetes mellitus é uma doença metabólica caracterizada por níveis elevados de glicose no jejum e está associada com a perda da função cognitiva e um maior risco de desenvolvimento de doenças neurodegenerativas, tais como a Doença de Alzheimer (DA). As complicações do diabetes estão relacionadas com a hiperglicemia, níveis elevados de compostos reativos, como o metilglioxal (MG) e a formação de produtos finais de glicação avançada (do inglês Avanced Glycation End Products - AGEs). Os AGEs e o MG - um aldeído reativo envolvido no estresse dicarbonil e na formação de AGEs – encontram-se elevados em pacientes com diabetes e DA e têm sido sugeridos como mediadores do declínio cognitivo observado nessas patologias. Estudos indicaram que os astrócitos possuem o sistema glioxalase mais efetivo que os neurônios e, portanto, podem proteger os neurônios do estresse dicarbonil. Entretanto, as reações de glicação estão associadas com o prejuízo no funcionamento dos astrócitos, que, desta forma, comprometem a atividade neuronal. Tendo em vista que as reações de glicação estão exacerbadas no diabetes e em doenças neurodegenerativas sugere-se que nestas situações o dano neuronal seja ainda maior. Este trabalho teve como objetivo avaliar a suscetibilidade ao dano induzido pelo MG em culturas de astrócitos e de glioma C6 e examinar o efeito da alta concentração de glicose, do MG e da carboxietil-lisina (CEL), um AGE derivado da reação do MG com a lisina, em parâmetros oxidativos, metabólicos e específicos de astrócitos em fatias de hipocampo in vitro. Além disso, verificar se a administração intracerebroventricular (ICV) de MG causa alterações comportamentais, relacionadas com declínio cognitivo e ansiedade, e alterações bioquímicas em hipocampo, córtex cerebral e líquido cefalorraquidiano (LCR) ex vivo. Em culturas de células observou-se uma alta eficiência do sistema glioxalase em astrócitos em comparação com células C6. O conteúdo de glutationa diminuiu a partir de 1 hora após a exposição ao MG apenas em C6. A captação de glutamato reduziu em astrócitos e aumentou em C6, sendo que este efeito estava relacionado com reações de glicação, mas não com a expressão de transportadores de glutamato analisados. A formação de espécies reativas, a secreção de S100B e o conteúdo da proteína glial fibrilar ácida (GFAP) não foram modificados pelo tratamento com MG nas células estudadas. Em fatias de hipocampo (in vitro) verificou-se que a glicose, o MG e a CEL não alteraram a formação de espécies reativas, a captação de glicose e a atividade da glutamina sintetase. No entanto, a captação de glutamato e a secreção de S100B diminuiram após o tratamento com MG e CEL. Estas mudanças não foram mediadas pela ativação de RAGE e por reações de glicação. A partir do estudo in vivo verificou-se que o MG não causou deficiência nos processos de aprendizagem e memória investigados pelas tarefas de habituação, labirinto em Y e reconhecimento de objetos e não alterou a atividade locomotora dos animais. Contudo, o aumento agudo dos níveis exógenos de MG diminuiu o comportamento do tipo ansiedade, observado através do teste de campo aberto. Em relação às análises ex vivo, o MG induziu alterações persistentes relacionados com a atividade da glioxalase 1, conteúdo de AGEs e captação de glutamato no hipocampo. A formação de espécies reativas, o conteúdo de glutationa, o conteúdo tecidual de GFAP e S100B e a atividade da glutamina sintetase não foram alterados com a administração ICV de MG. É possível concluir que a exposição aguda, in vitro, de fatias de hipocampo ao MG e CEL, mas não à glicose, foi capaz de induzir efeitos semelhantes em fatias de hipocampo, sugerindo que a alta concentração de glicose é tóxica principalmente por elevar a concentração de compostos glicantes, como o MG, e gerar ligações cruzadas com proteínas. O MG foi capaz de induzir prejuízo na captação de glutamato em culturas de astrócitos e fatias de hipocampo, indicando que o MG gera alterações na homestase cerebral através do comprometimento da remoção do glutamato da fenda sináptica, deste modo, contribuindo com as alterações neurológicas relacionadas com o diabetes mellitus. Em suma, as concentrações exógenas de MG e o tempo de exposição a elevadas concentrações deste composto determinam as diferentes características que podem ser observadas em pacientes diabéticos. / Diabetes mellitus is a metabolic disease characterized by high fasting-glucose levels and is associated with loss of cognitive function and a higher risk of developing neurodegenerative diseases, such as Alzheimer's disease (AD). Diabetic complications have been associated with hyperglycemia, high levels of reactive compounds, such as methylglyoxal (MG) and advanced glycation end products (AGEs) formation. AGEs and MG - a reactive aldehyde, involved in dicarbonyl stress and AGEs formation - are elevated in diabetes and AD and have been suggested as mediators of cognitive decline observed in these pathologies. Astrocytes are impaired to glycation processes, although, they have an improved glyoxalase system compared to neurons that protect them from dicarbonyl stress, suggesting that damage to neuronal functions could be increased under diabetes and neurodegenerative diseases. This study aimed to evaluate the susceptibility of astrocytes and C6 glioma cells cultures to MG damage and to examine the effect of high glucose, MG and carboxyethyllysine (CEL), a MG-derived AGE of lysine, on oxidative, metabolic and astrocyte-specific parameters in hippocampal slices in vitro. Furthermore, verify if intracerebroventricular (ICV) administration of MG cause behavioral changes, related to cognitive decline and anxiety, and biochemical alterations in the hippocampus, cerebral cortex and cerebrospinal fluid ex vivo. Since our cultures studies we observed a high efficiency of the glyoxalase system in astrocytes compared to C6 cells. The content of glutathione decreased from 1 hour after MG exposure only in C6 cells. Glutamate uptake was decreased in astrocytes and increased in C6 cells and this effect is related to glycation processes, but not to glutamate transporters expression. The reactive species formation, S100B secretion and glial fibrillary acidic protein (GFAP) content were not modified by MG treatment in either culture studied. With hippocampal slices inbucation (in vitro) it was found that glucose, MG and CEL did not alter reactive species formation, glucose uptake or glutamine synthetase activity. However, glutamate uptake and S100B secretion were decreased after MG and CEL exposure. RAGE activation and glycation reactions did not mediate these changes. From in vivo research it was found that MG did not cause impairment in learning-memory processes investigated by habituation, Y-maze and object recognition tasks and did not alter locomotion behavior of animals. However, the acute increase of MG exogenous levels reduced anxiety-related behavior evaluated in the open field test. Ex vivo findings support that MG induced persistent alterations related to glyoxalase 1 activity, AGEs content and glutamate uptake in hippocampus. The reactive species formation, glutathione content, GFAP and S100B content, as well as glutamine synthetase activity were not altered by MG ICV administration. It is possible conclude that acute MG and CEL exposure, but not glucose, were able to induce similar effects on hippocampal slices in vitro, suggesting that conditions of high glucose concentrations are primarily toxic by elevate the rates of these glycation compounds, as MG, and generate protein cross-links. MG-induced astrocyte glutamate uptake impairment was seen in astrocyte cultures and hippocampal slices, indicating that MG produces changes in brain homeostasis by the impairment of glutamate removal of the synaptic cleft, thus contributing to neurological changes related to diabetes mellitus. The exogenous concentrations of MG and the time of exposure to high concentrations of this compound determine the different features that can be seen in diabetic patients.

O diabetes mellitus é uma doença metabólica caracterizada por níveis elevados de glicose no jejum e está associada com a perda da função cognitiva e um maior risco de desenvolvimento de doenças neurodegenerativas, tais como a Doença de Alzheimer (DA). As complicações do diabetes estão relacionadas com a hiperglicemia, níveis elevados de compostos reativos, como o metilglioxal (MG) e a formação de produtos finais de glicação avançada (do inglês Avanced Glycation End Products - AGEs). Os AGEs e o MG - um aldeído reativo envolvido no estresse dicarbonil e na formação de AGEs – encontram-se elevados em pacientes com diabetes e DA e têm sido sugeridos como mediadores do declínio cognitivo observado nessas patologias. Estudos indicaram que os astrócitos possuem o sistema glioxalase mais efetivo que os neurônios e, portanto, podem proteger os neurônios do estresse dicarbonil. Entretanto, as reações de glicação estão associadas com o prejuízo no funcionamento dos astrócitos, que, desta forma, comprometem a atividade neuronal. Tendo em vista que as reações de glicação estão exacerbadas no diabetes e em doenças neurodegenerativas sugere-se que nestas situações o dano neuronal seja ainda maior. Este trabalho teve como objetivo avaliar a suscetibilidade ao dano induzido pelo MG em culturas de astrócitos e de glioma C6 e examinar o efeito da alta concentração de glicose, do MG e da carboxietil-lisina (CEL), um AGE derivado da reação do MG com a lisina, em parâmetros oxidativos, metabólicos e específicos de astrócitos em fatias de hipocampo in vitro. Além disso, verificar se a administração intracerebroventricular (ICV) de MG causa alterações comportamentais, relacionadas com declínio cognitivo e ansiedade, e alterações bioquímicas em hipocampo, córtex cerebral e líquido cefalorraquidiano (LCR) ex vivo. Em culturas de células observou-se uma alta eficiência do sistema glioxalase em astrócitos em comparação com células C6. O conteúdo de glutationa diminuiu a partir de 1 hora após a exposição ao MG apenas em C6. A captação de glutamato reduziu em astrócitos e aumentou em C6, sendo que este efeito estava relacionado com reações de glicação, mas não com a expressão de transportadores de glutamato analisados. A formação de espécies reativas, a secreção de S100B e o conteúdo da proteína glial fibrilar ácida (GFAP) não foram modificados pelo tratamento com MG nas células estudadas. Em fatias de hipocampo (in vitro) verificou-se que a glicose, o MG e a CEL não alteraram a formação de espécies reativas, a captação de glicose e a atividade da glutamina sintetase. No entanto, a captação de glutamato e a secreção de S100B diminuiram após o tratamento com MG e CEL. Estas mudanças não foram mediadas pela ativação de RAGE e por reações de glicação. A partir do estudo in vivo verificou-se que o MG não causou deficiência nos processos de aprendizagem e memória investigados pelas tarefas de habituação, labirinto em Y e reconhecimento de objetos e não alterou a atividade locomotora dos animais. Contudo, o aumento agudo dos níveis exógenos de MG diminuiu o comportamento do tipo ansiedade, observado através do teste de campo aberto. Em relação às análises ex vivo, o MG induziu alterações persistentes relacionados com a atividade da glioxalase 1, conteúdo de AGEs e captação de glutamato no hipocampo. A formação de espécies reativas, o conteúdo de glutationa, o conteúdo tecidual de GFAP e S100B e a atividade da glutamina sintetase não foram alterados com a administração ICV de MG. É possível concluir que a exposição aguda, in vitro, de fatias de hipocampo ao MG e CEL, mas não à glicose, foi capaz de induzir efeitos semelhantes em fatias de hipocampo, sugerindo que a alta concentração de glicose é tóxica principalmente por elevar a concentração de compostos glicantes, como o MG, e gerar ligações cruzadas com proteínas. O MG foi capaz de induzir prejuízo na captação de glutamato em culturas de astrócitos e fatias de hipocampo, indicando que o MG gera alterações na homestase cerebral através do comprometimento da remoção do glutamato da fenda sináptica, deste modo, contribuindo com as alterações neurológicas relacionadas com o diabetes mellitus. Em suma, as concentrações exógenas de MG e o tempo de exposição a elevadas concentrações deste composto determinam as diferentes características que podem ser observadas em pacientes diabéticos. / Diabetes mellitus is a metabolic disease characterized by high fasting-glucose levels and is associated with loss of cognitive function and a higher risk of developing neurodegenerative diseases, such as Alzheimer's disease (AD). Diabetic complications have been associated with hyperglycemia, high levels of reactive compounds, such as methylglyoxal (MG) and advanced glycation end products (AGEs) formation. AGEs and MG - a reactive aldehyde, involved in dicarbonyl stress and AGEs formation - are elevated in diabetes and AD and have been suggested as mediators of cognitive decline observed in these pathologies. Astrocytes are impaired to glycation processes, although, they have an improved glyoxalase system compared to neurons that protect them from dicarbonyl stress, suggesting that damage to neuronal functions could be increased under diabetes and neurodegenerative diseases. This study aimed to evaluate the susceptibility of astrocytes and C6 glioma cells cultures to MG damage and to examine the effect of high glucose, MG and carboxyethyllysine (CEL), a MG-derived AGE of lysine, on oxidative, metabolic and astrocyte-specific parameters in hippocampal slices in vitro. Furthermore, verify if intracerebroventricular (ICV) administration of MG cause behavioral changes, related to cognitive decline and anxiety, and biochemical alterations in the hippocampus, cerebral cortex and cerebrospinal fluid ex vivo. Since our cultures studies we observed a high efficiency of the glyoxalase system in astrocytes compared to C6 cells. The content of glutathione decreased from 1 hour after MG exposure only in C6 cells. Glutamate uptake was decreased in astrocytes and increased in C6 cells and this effect is related to glycation processes, but not to glutamate transporters expression. The reactive species formation, S100B secretion and glial fibrillary acidic protein (GFAP) content were not modified by MG treatment in either culture studied. With hippocampal slices inbucation (in vitro) it was found that glucose, MG and CEL did not alter reactive species formation, glucose uptake or glutamine synthetase activity. However, glutamate uptake and S100B secretion were decreased after MG and CEL exposure. RAGE activation and glycation reactions did not mediate these changes. From in vivo research it was found that MG did not cause impairment in learning-memory processes investigated by habituation, Y-maze and object recognition tasks and did not alter locomotion behavior of animals. However, the acute increase of MG exogenous levels reduced anxiety-related behavior evaluated in the open field test. Ex vivo findings support that MG induced persistent alterations related to glyoxalase 1 activity, AGEs content and glutamate uptake in hippocampus. The reactive species formation, glutathione content, GFAP and S100B content, as well as glutamine synthetase activity were not altered by MG ICV administration. It is possible conclude that acute MG and CEL exposure, but not glucose, were able to induce similar effects on hippocampal slices in vitro, suggesting that conditions of high glucose concentrations are primarily toxic by elevate the rates of these glycation compounds, as MG, and generate protein cross-links. MG-induced astrocyte glutamate uptake impairment was seen in astrocyte cultures and hippocampal slices, indicating that MG produces changes in brain homeostasis by the impairment of glutamate removal of the synaptic cleft, thus contributing to neurological changes related to diabetes mellitus. The exogenous concentrations of MG and the time of exposure to high concentrations of this compound determine the different features that can be seen in diabetic patients.