Tesis presentada a la Universidad de Chile para optar al grado de Doctor en Farmacología / No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo en el Portal de Tesis Electrónicas / La polimerización y agregación del péptido Aβ1-42 son procesos poco dilucidados hasta el momento, sin embargo, están fuertemente relacionados al desarrollo de la Enfermedad de Alzheimer, trastorno neurodegenerativo, causante principal de demencia senil para el cual no existe cura o prevención efectiva hasta nuestros días. Una de las estrategias estudiadas con el fin de prevenir y buscar la cura de esta enfermedad es la de buscar compuestos que inhiban la agregación de Aβ1-42 y consecuentemente la formación de especies tóxicas que causan la muerte neuronal y el desarrollo de la enfermedad. En esta tesis se evaluó la acción inhibidora de la agregación de una serie de 6 derivados dihidropiridínicos (fenil-DHP, 3-OH-DHP, 4-OH-DHP, 3,4-OH-DHP, 3,5-OH- DHP y 3,4,5-OH-DHP) que difieren en el número y posición de hidroxilos en la molécula que por semejanzas estructurales con otros compuestos encontrados en la literatura se constituyeron en buenos candidatos para este fin. Estos compuestos poseen además las propiedades de ser inhibidores de la generación de radicales libres, inhibidores de canales de calcio y posibles antihipertensivos, constituyéndose en compuestos aún más atractivos, ya que el estrés oxidativo, el desbalance en la homeostasis de calcio y la hipertensión, son también factores desencadenantes de la EA. Mediante las técnicas de Fluorescencia por Interacción con tioflavina-T, Electroforesis en Geles y TEM, los resultados demostraron que los compuestos con uno o ningún grupo hidroxilo (fenil-DHP, 3-OH-DHP y 4-OH-DHP) no son inhibidores de la agregación de Aβ1-42. Sin embargo, los compuestos , 3,4-OH-DHP, 3,5-OH-DHP y 3,4,5-OH-DHP son inhibidores de la agregación siendo 3,4-OH-DHP el compuesto más eficaz con una inhibición máxima de 88±5% y una IC50 de 5.6±0.1µM siendo significativamente más potente que el resveratrol (IC50=9.8±1.3 µM), compuesto polifenólico usado como control en esta tesis. Los efectos sobre la toxicidad celular inducida por fibras amiloides fueron evaluados, para los compuestos activos, en cultivo primario de hipocampo de ratas E18; observándose que una inhibición en la agregación de Aβ1-42 está relacionada con una inhibición de la muerte celular inducida por fibras amiloides. Por otra parte, en esta tesis se desarrolló un nuevo método electroquímico que permite evaluar el proceso de agregación y desagregación de Aβ1-42 con el fin de complementar, con nueva información, la metodología existente, ya que los métodos convencionales poseen diversas limitaciones y no pueden ser constituidos como un único método válido. Se generaron electrodos de carbón vítreo modificados con nanotubos de carbono y fue posible seguir el proceso de agregación mediante la señal de oxidación del residuo de Tyr en estadios tempranos cuando oligómeros pequeños son formados, revelando información conformacional del extremo N-terminal de la molécula. Además, este nuevo método fue útil para evaluar la desagregación del péptido LPFFD-NH2, conocido desagregante. / Polymerization and aggregation of the Aβ1-42 peptide are not complete elucidated processes until now, however, they are strongly related to the development of Alzheimer's disease, a neurodegenerative disorder, the primary cause of dementia for which no cure or effective prevention exist so far. One of the strategies studied in order to prevent and to find a cure for this disease is to find compounds that inhibit the aggregation of Aβ1-42 and consequently the formation of toxic species that cause neuronal death and disease development. In this thesis, the aggregation inhibitory activity of a series of 6 dihydropyridine derivatives (phenyl-DHP, 3-OH-DHP, 4-OH-DHP, 3,4-OH-DHP, 3,5-OH-DHP and 3,4,5- OH-DHP) was evaluated. These compounds differ to each other in the number and position of hydroxyl groups in the molecule and since they have structural similarities with other compounds found in the literature they are constituted in good candidates for this purpose. These compounds also have other characteristics like inhibitors of free radical generation, calcium channel blockers and potential antihypertensive activity that make them more attractive since oxidative stress, the imbalance in calcium homeostasis and hypertension, are also triggers factors of Alzheimer's disease. By mean of Thioflavin-T Fluorescence Assay, Gel Electrophoresis and TEM the results demonstrated that the compounds with one or no hydroxyl group (phenyl-DHP, 3-OH-DHP and 4-OH-DHP) are not inhibitors of Aβ1-42 aggregation. However, the compounds, 3,4-OH-DHP, 3,5-OH-DHP and 3,4,5-OH-DHP are inhibitors of the aggregation being 3.4-OH-DHP the inhibitor compound with the highest maximum inhibition of 88 ± 5% and an IC50 of 5.6 ± 0.1μM being significantly more potent than resveratrol (IC50 = 9.8 ± 1.3 µM), a polyphenolic compound used as a control in this thesis. The effects on cellular toxicity induced by amyloid fibrils were evaluated for these compounds in primary cultures of E18 rat hippocampus. It was observed that the inhibition on the aggregation of Aβ1-42 is related to the inhibition of cell death induced by amyloid fibers. On the other hand, in this thesis was developed a new electrochemical method to assess the process of aggregation and disaggregation of Aβ1-42 in order to supplement, with new information, the existing methodology, since conventional methods have several limitations and cannot be constituted as a single valid method. Glassy carbon electrodes modified with carbon nanotube were generated and it was possible to follow up the aggregation process by mean of the oxidation signal of Tyr residue in the early stages when small oligomers are formed, revealing conformational information of the N-terminal part of the molecule. In addition, this new methodology was useful for assessing the disaggregation activity of LPFFD-NH2 peptide, a known disaggregating compound. / Fondecyt

La formació de fibres amiloides és un tret característic dels sistemes nerviosos afectats per malalties com la d'Alzheimer o les priòniques. En els teixits, les fibres es troben associades a les membranes cel·lulars i a elements de la matriu extracel·lular com els glicosaminoglicans. En les diferents malalties amiloidogèniques, pèptids i proteïnes amb una homologia seqüencial molt baixa, donen lloc a la formació d'agregats amiloides, de característiques físico-químiques molt semblants. Aquest fet implica la possibilitat que existeixi un mecanisme comú de formació d'agregats amiloides i, per tant, una possible via d'intervenció comuna a les diferents malalties. En aquest sentit, ha estat descrit recentment un hipotètic motiu estructural d'unió a esfingolípid que seria comú al fragment 1-28 del pèptid β amiloide, relacionat amb la malaltia d'Alzheimer, i el fragment 185-208 de la proteïna priònica humana. A més, les dues seqüències contenen residus d'His, involucrats en possibles motius d'unió a heparina. El fragment 1-28 del pèptid β amiloide ha estat molt estudiat pel que fa a la seva capacitat per formar fibres amiloides, a la influència de l'heparina en el procés d'agregació i, fins i tot, en la seva capacitat d'interacció amb membranes biològiques. Les propietats amiloidogèniques del fragment 185-208 de la proteïna priònica, en canvi, eren fins ara desconegudes. Combinant l'espectroscòpia d'IR i de fluorescència amb la microscòpia electrònica, hem procedit a la determinació de les característiques amiloidogèniques del fragment priònic. Els resultats mostren que aquest fragment és capaç de formar fibres amiloides, seguint el característic procés de polimerització nucleada, només en presència d'heparina i de membranes biològiques amb càrrega superficial negativa. Les fibres formades mostren la típica morfologia amiloide. A diferència del fragment 1-28 del pèptid de l'Alzheimer, el fragment priònic és citotòxic, reduint en un 25% la viabilitat cel·lular en una línia de neuroblastoma. Un cop caracteritzat el fragment priònic, s'han estudiat les capacitats anti-amiloidogèniques dels dendrímers, uns polímers ramificats amb càrrega superficial positiva capaços d'interferir en el procés d'agregació amiloide, modulant la formació de fibres. / La formación de fibras amiloides es una característica fundamental de los sistemas nerviosos afectados por la Enfermedad de Alzheimer o las enfermedades priónicas. En estos tejidos, las fibras están asociadas a las membranas celulares y a glicosaminoglicanos. En las diferentes enfermedades amiloidogénicas, péptidos y proteínas con homología secuencial muy baja dan lugar a la formación de agregados amiloides, los cuales tienen características fisicoquímicas muy similares. Este hecho implica la posibilidad de que exista un mecanismo común de formación de este tipo de agregados y, por tanto, una posible via de intervención común a las diferentes patologías. En este sentido, se ha descrito recientemente un hipotético motivo estructural de unión a esfingolípidos que seria común al fragmento 1-28 del péptido β amiloide, relacionado con la enfermedad de Alzheimer, y el fragmento 185-208 de la proteína priónica humana. Además, las dos secuencias contienen residuos de His, involucrados en posibles motivos de unión a heparina. El fragmento 1-28 del péptido β amiloide ha sido ampliamente estudiado en lo que se refiere a su capacidad de formar fibras amiloides, la influencia de la heparina en su proceso de agregación e, incluso, en su capacidad de interacción con las membranas biológicas. Las propiedades amiloidogénicas del fragmento 185-208 de la proteína priónica humana, en cambio, actualmente eran desconocidas. La combinación de la espectroscopia de IR y de fluorescencia con la microscopia electrónica, nos ha permitido determinar las características amiloidogénicas del fragmento priónico. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que este fragmento es capaz de formar fibras amiloides, siguiendo el característico proceso de polimerización nucleada, sólo en presencia de heparina y de membranas biológicas con carga superficial negativa. Las fibras formadas muestran la típica morfología amiloide. A diferencia del fragmento 1-28 del péptido del Alzheimer, el fragmento priónico resulta citotóxico, reduciendo en un 25% la viabilidad celular en una línea celular de neuroblastoma. Una vez caracterizado el fragmento priónico, se han estudiado las propiedades anti-amiloidogénicas de los dendrímeros, unos polímeros ramificados y con carga superficial positiva capaces de interferir en el proceso de agregación amiloide, modulando la formación de fibras. / Amyloid fibril formation is a hallmark of nervous systems affected by Alzheimer's and prion diseases. In both pathologies, fibrils are found associated to cellular membranes and glycosaminoglycans. In this kind of pathologies, amyloid peptides and proteins with very poor sequence homology originate very similar aggregates. This fact implies the possible existence of a common amyloid formation mechanism, and therefore, common pathogenic mechanisms. In this sense, a homologous structural sphingolipid-binding motif has been described for the Alzheimer's peptide Aβ(1-28) and the human prion protein fragment PrP(185-208). Both sequences contain His residues in a cluster of basic residues proposed as a heparin binding motif.The Aβ(1-28) fragment has been widely described as an amyloid peptide and the influence of heparin in its aggregation process and its interaction with cellular membranes have been studied. The amyloidogenic properties of prion fragment were still unknown. In the present work, we have used a combination of spectroscopic techniques (Fourier-Transform Infrared Spectroscoy and Fluorescence Spectroscopy) complemented with electron microscopy in order to characterize PrP(185-208) as an amyloid peptide.The results show that PrP(185-208) is able to form amyloid aggregates following a nucleation-dependent polymerization only in the presence of heparin or negatively charged model membranes. The formed fibers show the typical amyloid morphology. Whereas Aβ(1-28) fragment is not toxic, as already known, 25% of the viability cell population in a neuronal cell line is reduced in the presence of PrP(185-208). Once the prion peptide was characterized as an amyloid, we checked the possible anti-amyloid properties of dendrimers, branched and globular polymers with a densely positive surface. Dendrimers ability to interfere with the aggregation process, modulating fibril formation is shown.

El pèptid amiloide Aβ(1-40) és un dels principals components de les plaques dels cervells afectats per la malaltia d’Alzheimer, on normalment es troba associat als lípids de la membrana cel·lular. Les membranes poden tenir un rol important en la toxicitat del pèptid, tant com a possible diana com influenciant la formació d’agregats peptídics. Un punt particularment interessant de la influència de les membranes en el procés d’agregació, del que existeixen evidències experimentals, és la peroxidació lipídica com a factor important en la neurodegeneració. L’objectiu general d’aquest treball ha estat la caracterització molecular de la interacció del pèptid amiloide amb les membranes biològiques, parant especial esment en el rol de la peroxidació lipídica. Els resultats han mostrat que en presència de membranes de lípid d’extracte de cervell s’observa una clara acceleració de formació de fibres pel pèptid Aβ(1-40) i una major formació d’aquestes. Per altra banda, l’agregació del pèptid en presència de membranes no oxidades mostra un alentiment i una menor formació de fibres. S’ha observat que aquesta diferència en l’agregació del pèptid segons el grau d’oxidació de les membranes, és deguda a l’aparició de càrregues negatives a la superfície de les membranes durant el procés d’agregació. L’aparició de càrregues negatives a la superfície de la membrana implica un augment de la concentració de protons i per tant una davallada del pH a la superfície de la membrana. Aquesta baixada de pH afecta al plegament del pèptid Aβ(1-40). A pH neutre, aquest pèptid tendeix a formar fibres, passant per una sèrie d’agregats oligomèrics. A pH inferior a 6, quan les histidines del pèptid es troben protonades, aquest pèptid forma agregats amorfs d’alt pes molecular. En aquesta tesi, s’ha vist com aquests agregats tenen una capacitat més gran de desestabilitzar la membrana que no els agregats que es formen a pH neutre. La comparació amb els sistemes vius s’ha dut a terme utilitzant dues línies cel·lulars amb característiques diferents. S’ha vist com el pèptid és més tòxic en cèl·lules PC12 que en cèl·lules SH-5YSY. Les cèl·lules PC12 són crònicament apoptòtiques, la qual cosa implica un augment de fosfatidilserina a la superfície, lípid amb cap polar negatiu, que aporta càrregues negatives a la superfície, i que, per tant, implica una davallada del pH a la superfície cel·lular d’aquestes cèl·lules. El treball conclou que aquests agregats amorfs que es formen a pH baix podrien ser els responsables de la toxicitat del pèptid. Els resultats són rellevants ja que donen un possible mecanisme molecular a la relació que els processos oxidatius i les malalties vasculars en la malaltia d’Alzheimer. Tant els processos oxidatius, que implicarien una acidificació a la superfície cel·lular degut a la peroxidació lipídica, com les malalties vasculars, que poden implicar una acidificació local del teixit, podrien afavorir la formació d’aquests agregats amorfs d’alt pes molecular augmentant la toxicitat del pèptid. / Aβ peptides are the main components of the characteristic fibrilar amyloid plaques found in central nervous systems affected by Alzheimer’s disease. Amyloid plaques are usually found associated to lipids from the plasma cell membrane. Membranes may play a role in amyloid toxicity, either as a peptide’s target or by influencing the peptide aggregation state. A particularly interesting aspect of the possible influence of lipid bilayers is the existence of an important amount of experimental evidence pointing to lipid peroxidation as an important factor in neurodegeneration. The general objective of this thesis was the molecular characterization of the peptide interaction with biological membranes. Granular non-fibrillar aggregates (GNAs) are identified as possible toxic species in Alzheimer’s disease. GNAs form on the surface of negatively charged biological membranes and as a consequence of an acidic environment, off the polymerization pathway at neutral pH. Aβ(1-40) GNAs disturb the bilayer structure of model membranes and seem to be more toxic to cells with negatively charged membranes (consequence of chronic pre-apoptosis). GNAs may be relevant in physiological situations associated to Alzheimer’s disease: a local acidic pH at the cell surface (consequence of lipid oxidation or other cell insults) and acidification as a consequence of vascular events causing hypoxia. Together with previous descriptions of granular aggregates with poly-glutamine peptides related to Huntington’s disease and the SH3 domain of PI3, GNAs related to Alzheimer’s disease are a further example of a possible common aggregation and toxicity mechanism in conformational diseases. GNAs may represent a new pharmacological target in Alzheimer’s disease.

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La proteína beta amiloide (Aβ), involucrada en la enfermedad de Alzheimer, cambia su conformación en condiciones patológicas formando agregados tóxicos (AT) que tienen un efecto neurodegenerativo. La estructura molecular de los AT todavía no se ha dilucidado debido a que Aβ no cristaliza. Su conocimiento contribuirá al diseño de fármacos capaces de interferir eficientemente en el proceso de agregación. En este, Aβ1_42 puede formar estructuras como protofibrillas, amiloesferoides o fibras amiloides (FAs). Para obtener información estructural y sondear si existe exposición de grupos hidrofóbicos en los AT de Ab1¡42, se emplearon diferentes técnicas como AFM, TEM, FV, y sondas de nanopartículas (NP) metálicas. Se estudió la interacción de los AT con sustratos hidrofílicos e hidrofóbicos y también se usaron NP de oro conjugadas al péptido CLPFFD, que reconocen selectivamente los AT. A través de espectroscopia de fuerza (FV), se estudió la interacción de los AT adsorbidos a HOPG (grafito pirrolítico altamente ordenado) con una sonda de oro funcionalizada con CLPFFD. Una de las interacciones observadas fue la adhesión, atribuible a la interacción entre residuos hidrofóbicos de los AT y CLPFFD. Además, se estudió la interacción entre LPFFD y FAs in volumen observándose la desagregación de FAs. Paralelamente, se realizaron experimentos in situ observándose que LPFFD no produce desagregación de FAs sobre HOPG, debido a que los sitios de interacción con LPFFD se encuentran bloqueados por la interacción con el HOPG. Los resultados obtenidos revelaron interesantes propiedades fisicoquímicas de los agregados, que concuerdan con algunos de los modelos actuales para la agregación de la proteína Aβ1_42. / Memoria para optar al título de Químico Farmacéutico / The amyloid beta peptide (Ab ), involved in Alzheimer´s disease, can change its conformation in pathologic conditions forming toxic aggregates (TA) with a neurodegenerative effect. Structure of Ab at a molecular level is unknown yet due to this protein has not been crystalized. The knowledge of the structure will contribute to the design of new drugs that can efficiently halt the aggregation process. In the aggregation process, is possible to recognize clear structures of Ab1¡42, like protofibrils, globular aggregates or amyloid fibrils (AF). To obtain information about the structure of amyloid aggregates and to probe wether exist exposition of hydrophilic or hydrophobic groups in different regions, AFM, TEM, FV and metal nanoparticles probes will be used. The interaction between the TA and hydrophobic and hydrophyilc substrates has been studied. In addition, gold nanoparticles (AuNP) were linked to the peptide CLPFFD that selectively attaches to the AF of Ab1¡42. We study with force spectroscopy (FV) mode, the interaction of the TA of Ab1¡42 adsorbed in a HOPG surface, with a gold-CLPFFD linked probe. The force curves gave information of the interaction between the AF of Ab1¡42 and the peptide sequence CLPFFD. One of the interactions observed was the adhesion, attributable to the interaction between hydrophobic residues. Therefore, we study the interaction between LPFFD and AF of Ab1¡42 in volumen observing the disaggregation. In contrast, in experiments done in situ, disaggregation was not observed due to the blocking of the AF by HOPG to LPFFD that avoid the interaction. The obtained results reveals interesting physicochemical properties of the TA which are in agreement with some of the recently proposed models for the Ab1¡42 aggregation

Magíster en Bioquímica área de Especialización en Proteínas y Biotecnología y Memoria para optar al Título de Bioquímico / La enfermedad de Alzheimer (EA) es un desorden neurodegenerativo caracterizado por la pérdida progresiva de memoria. Los oligómeros solubles sinaptotóxicos del péptido β-amiloide (AβOs) son reconocidos como los agentes causantes de la EA. Los AβOs se unen a las neuronas hipocampales e inducen la generación de señales de Ca2+intracelulares persistentes, que se deben a su entrada por el receptor de N-metil-D-aspartato (NMDA) y la subsecuente amplificación a través dela activación de los receptores de ryanodina (RyR). Los RyR residen en el retículo endoplasmático (RE) y son activados por Ca2+, liberando Ca2+ desde el lumen de este compartimiento al citoplasma. Las señales de Ca2+ persistentes y de baja intensidad generadas por los AβOs y mediadas por los RyR inducen la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) intracelulares por un mecanismo no del todo dilucidado. Por su parte, los ROS disminuyen el umbral de activación de los RyR por Ca2+, debido a que la actividad de estos receptores está estrechamente regulada por su estado redox. Antecedentes del laboratorio muestran que los AβOs, adicionados en concentraciones subletales a cultivos primarios de neuronas de hipocampo, causan la fragmentación de la red mitocondrial y la disminución de los niveles transcripcionales de la isoforma 2 del RyR (RyR2). Adicionalmente, la incubación previa de las neuronas con el antioxidante general N-acetil-cisteína (NAC) previene la generación de señales de Ca2+ aberrantes y la fragmentación de la red mitocondrial inducida por los AβOs. En la presente tesis, se estudiaron los efectos delos antioxidantes NAC y EUK-134 sobre la disfunción mitocondrial y la disminución de la expresión de RyR2 inducidos por los AβOs. Para cumplir con este objetivo, se trataron cultivos hipocampales de ratas con 0,5 μM AβOs y se evaluó: 1) la generación de ROS en la mitocondria utilizando la sonda MitoSox (que detecta superóxido - O2−·) o la transfección de las neuronas con HyPerMito (que detecta peróxido de hidrógeno -H2O2) por microscopia confocal; 2) la morfología de la red mitocondrial en neuronas cargadas con el marcador mitocondrial MitoTracker, por microscopía confocal; y 3) los niveles transcripcionales de RyR2, por PCR en tiempo real. Los resultados muestran que la incubación de las neuronas con 0,5 μM AβOs generó un aumento lento pero progresivo de la concentración de O2−· y deH2O2mitocondrial. El tratamiento previo con NAC o con EUK-134 previno tanto el aumento de los niveles de O2−· como deH2O2 inducidos por los AβOs. De forma interesante, el tratamiento con ryanodina, un inhibidor de los RyR, también previno el aumento en los niveles de O2−· yH2O2 inducidos por los AβOs, sugiriendo que este efecto es mediado por los RyR. Además, la incubación previa de las neuronas con EUK-134 previno la fragmentación de la red mitocondrial inducida por los AβOs, tal como se demostró con NAC. Por último, la incubación con NAC también previno de forma significativa la disminución de la expresión de RyR2 inducida por los AβOs, sugiriendo que los ROS podrían modular la transcripción de RyR2. Como conclusión, los datos obtenidos en esta tesis apoyan la idea de que los efectos deletéreos de los AβOs sobre la mitocondria y sobre los niveles transcripcionales de RyR2 son mediados por el RyR, cuya actividad es, a su vez, modulada por los ROS. Estos efectos deletéreos de los AβOs son prevenidos farmacológicamente por el uso de antioxidantes como el NAC y el EUK-134 / Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by progressive memory loss. Synaptotoxic soluble oligomers of the β-amyloid peptide (AβOs) are recognized as the causative agents of the disease. AβOs bind to hippocampal neurons and elicit persistent intracellular Ca2+ signals, which are due to its entry by the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor and subsequent amplification by the activation of ryanodine receptors (RyR). RyRare resident in endoplasmic reticulum (ER) and are activated by Ca2+, releasing Ca2+ from the lumen of this organelle to the cytoplasm. The persisted RyR-mediated Ca2+ signals generated in neurons in response to AβOs induce the production of reactive oxygen species (ROS), by a mechanism not yet fully elucidated. In turn, ROS decrease the threshold of RyR activation by Ca2+, since RyR activity is tightly regulated by its redox state. Previous works from the laboratory showed that AβOs, added at sublethal concentration to primary cultures of hippocampal neurons, induces mitochondrial network fragmentation, increases the concentration of reactive oxygen species (ROS) and causes deregulation of transcriptional levels of RyR2.Interestingly, previous incubation of neurons with the general antioxidant NAC prevented the generation of aberrant Ca2+ signals and mitochondrial fragmentation induced by AβOs. In this thesis, we studied the protective effects of the antioxidants N-acetyl-cysteine (NAC) and EUK-134 on the mitochondrial dysfunction and the decrease in RyR2 expression induced by AβOs. To this, rat hipocampal neurons were treated with 0,5 μM AβOs to evaluate: 1) Mitochondrial ROS generation, using the MitoSox dye (detects superoxide - O2−·) or the transfection of the neurons with HyPerMito (detects hydrogen peroxide -H2O2) by confocal microscopy; 2) Mitochondrial morphology in neurons loaded with the dye MitoTracker, by confocal microscopy; and 3) RyR2 trascriptional levels, by real time PCR. The results showed that the incubation of neurons with 0.5 μM AβOs generated a slow but progressive increase in the mitochondrial concentration of both O2−· and H2O2. Pretreatment with NAC or EUK-134 prevented this effect. Interestingly, treatment with ryanodine, a RyR inhibitor, also prevented the increase in H2O2 andO2−·in response to AβOs, indicating that RyR mediates this effect. Moreover, preincubation of the neurons with EUK-134 prevented mitochondrial network fragmentation induced AβOs, as previously shown with NAC. Finally, the incubation with NAC also significantly prevented the decrease in RyR2 expression induced by AβOs, indicating that ROS might modulate RyR2 transcription. In conclusion, the data obtained in this study support the idea that the deleterious effects of AβOs on mitochondrial morphology and function and on RyR2expression are mediated by RyR, whose activity is modulated by ROS. These deleterious effects of AβOs are prevented pharmacologically by using antioxidants like NAC and EUK-134

Orientador: Benedito de Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-07-19T21:59:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marques_MariaRisoletaFreire_D.pdf: 5230967 bytes, checksum: 560f78c2e493fb4bf266804f21146619 (MD5) Previous issue date: 1994 / Doutorado / Genetica / Doutor em Ciências Biológicas

A acetilcolinesterase (AChE) é uma enzima essencial que encerra a transmissão colinérgica através de uma rápida hidrólise do neurotransmissor, acetilcolina (ACh). Uma ampla série de evidências mostraram que os inibidores da AChE podem interferir com a progressão da doença de Alzheimer (DA). O desenvolvimento bem sucedido de compostos inibidores da AChE foi baseado na teoria de que o declínio nas funções cognitivas e mentais associadas a DA está relacionado com a perda da neurotransmissão cortical colinérgica, sendo assim, esses compostos podem ser usados para tratar as deficiências colinérgicas. Uma coleção de moléculas orgânicas foi escaneada para ser avaliada a capacidade dessas moléculas em inibir a atividade enzimática da AChE com o objetivo de se encontrar compostos líderes para posteriores otimizações, conduzindo a fármacos com aumento da eficácia e/ou menores efeitos adversos. As estratégias aplicadas incluem o screening ou triagem virtual baseado na estrutura e também no ligante, modelagem farmacofórica, docking molecular e buscas por similaridade (forma e eletrostática). Os estudos foram também concentrados na descoberta de novas classes de inibidores da AChE, tendo como molécula de referência o fármaco donepezil, o qual inaugurou uma nova classe de inibidores da AChE com a ação mais longa e mais seletiva com efeitos adversos manejáveis. Do total de compostos triados, 50 foram selecionados com adequadas propriedades físico-químicas e ADME/Tox. Em geral, esses compostos possuem substancial interação com o sítio periférico aniônico (PAS) da AChE e a maioria deles faz interações adicionais com o sítio catalítico (CAS) e com outros resíduos de aminoácidos importantes ao longo da enzima. Destes 50 compostos, oito foram comercialmente adquiridos e os ensaios enzimáticos revelaram que estes compostos exibem uma alta afinidade pela AChE. Os resultados apontam, ainda, que o composto entitulado ZINC30019441 exibiu a mais potente atividade inibitória para a AChE, com 1,8 micromolar de concentração, e os demais ficaram ainda situados em baixo micromolar, de 2 a 3 micromolar de concentração. Estes resultados, além das modificações químicas ora propostas in silico para estes inibidores protótipos, apontam para o desenvolvimento de uma nova e promissora série de potentes anticolinesterásicos, contendo propriedades de fármacos, as quais são ainda apropriadas para atuarem no Sistema Nervoso Central e interagirem com o peptídeo beta-amiloide, com vistas ao tratamento quimioterápico da doença de Alzheimer. A perspectiva imediata inclui os ensaios de anti-agregação do peptídeo com os oito inibidores já testados com a Acetilcolinesterase. / Acetylcholinesterase (AChE) is an essential enzyme that terminates cholinergic transmission by rapid hydrolysis of the neurotransmitter acetylcholine (ACh). A wide range of evidence shows that AChE inhibitors may interfere with the progression of Alzheimer\'s disease (AD). The successful development of AChE inhibitor compounds was based on the theory that the decline in cognitive and mental functions associated with AD is related to the loss of cortical cholinergic neurotransmission, thus, these compounds can be used for treating cholinergic deficiencies. A collection of organic molecules has been scanned to evaluate the ability of these molecules to inhibit the enzymatic activity of AChE in order to find lead compounds for further optimization, leading to drugs with increased efficacy and/or fewer adverse effects. The strategies applied include structure-based virtual screening and also in ligand-based virtual screening, pharmacophoric modeling, molecular docking and similarity searches (shape and electrostatic). Studies have also focused on the discovery of new classes of AChE inhibitors, having as a reference molecule the drug donepezil, which has opened a new class of AChE inhibitors with longer and more selective action with manageable side effects. 50 of the compounds screened, were selected with appropriate physical and chemical properties and ADME/Tox. In general, these compounds possess substantial interaction with the peripheral anionic site (PAS) of AChE and most of them make further interact with the catalytic site (CAS) and other key amino acid residues throughout the enzyme. Out of these 50 compounds, eight were commercially purchased and the enzyme assays have shown that these compounds exhibit a high affinity for AChE. The results show also that the compound titled ZINC30019441 exhibited the most potent inhibitory activity for AChE, with 1.8 micromolar concentration, and the rest were still located in low micromolar, 2-3 micromolar concentration. These results as well as chemical modifications herein proposed for these prototypes, indicate the development of a new and promising series of potent anticholinesterase containing drug properties, which are still suitable to act on the central nervous system and interact with the ?-amyloid peptide, for chemotherapy treatment of Alzheimer\'s disease. The immediate prospect includes the peptide anti-aggregation assays with the eight inhibitors already tested against acetylcholinesterase

FE65 es una proteína adaptadora que actualmente se ha relacionado con la formación del péptido β-amiloide y la hiperfosforilación de tau, procesos que se ven incrementados en pacientes con Alzheimer, probablemente como consecuencia de un aumento en la actividad transcripcional de FE65. Una de las principales interacciones que se asocian con la activación de ésta proteína es la unión de su dominio PTB2 con el dominio citoplasmático de la proteína precursora del amiloide (AICD), interacción que se ve estabilizada por la proteína adaptadora 14-3-3γ. En esta tesis se llevó a cabo la construcción de un modelo por homología de PTB2 y un segmento de AICD, correspondiente a la secuencia de interacción con FE65. A partir de éstos, mediante técnicas de docking se determinó el modo conformacional de interacción más probable para el complejo, cuya interfaz de interacción fue estudiada mediante un análisis de geometrías de interacción, principalmente de formación de puentes de hidrógeno y también mediante el estudio del cambio en el área de superficie accesible a solvente entre los monómeros y el complejo. Una vez determinados los aminoácidos que interaccionan en la interfaz se realizó un estudio de la contribución de éstos en la estabilidad del complejo mediante una técnica conocida como Alanine Scanning. Se logró determinar la importancia de cada uno de estos aminoácidos en la formación del complejo, presentando así las bases necesarias para el futuro diseño de ligandos inhibidores de la interacción como estrategia farmacoterapéutica para combatir la patología del Alzheimer. A su vez se presenta un estudio preliminar de otro complejo involucrado en la interacción de FE65 y AICD, aquel formado entre 14-3-3γ con AICD, pudiendo determinar dos posibles sitios de unión. Por otra parte se realizó un breve estudio de un potencial sitio de unión de PTB2 a fosfoinositidos de membrana, interacción que se ha señalado como probable, pero cuyo posible papel en los procesos moleculares de FE65 no ha sido determinado aun.

Concentrações séricas basais da proteína amiloide sérica A (SAA) estão significativamente aumentadas em pacientes com câncer e alguns autores sugerem uma relação causal. Trabalho anterior do grupo mostrou que a SAA induz a proliferação de duas linhagens de glioblastoma humano e afeta os processos de invasividade in vitro, sustentando um papel pró-tumoral para esta proteína. Com base nesse trabalho, investigamos a abrangência dos efeitos de SAA para outro tipo de célula tumoral e para isso escolhemos um painel de linhagens de melanoma humano e uma linhagem primária obtida a partir de aspirado de linfonodo de paciente com melanoma, por nós isolada. Observamos que apesar da célula precursora de melanomas, isto é, melanócito, não produzir SAA, todas as linhagens de melanoma produziram a proteína e expressaram alguns dos seus receptores. Além disso, quando estas células foram estimuladas com SAA houve uma inibição da proliferação em tempos curtos de exposição (48 horas) e efeitos citotóxicos após um tempo maior (7 dias). A SAA também afetou processos de invasividade e a produção das citocinas IL-6, IL-8 e TNF-α. Aos avaliarmos o efeito da SAA na interação das células de melanoma com células do sistema imune, vimos que a SAA ativou uma resposta imune anti-tumoral aumentando a expressão de moléculas co-estumolatórias, como CD69 e HLA-DR, e sua função citotóxica. Ainda, vimos que a produção de TNF-α, IFN-&#947, IL-10, IL-1β e IL-8 estimuladas por SAA podem contribuir com os efeitos desta. De forma geral estes resultados nos levam a crer que a SAA tem atividade anti-tumoral em melanomas. Finalizando, com base na importância do desenvolvimento da resistência às terapias atuais para o melanoma, observamos que em células resistentes ao PLX4032, um inibidor de BRAF, os efeitos imunomodulatórios induzidos pela SAA estão abolidos, possivelmente identificando um novo componente da resistência. / Basal serum concentrations of the protein serum amyloid A are significantly increased in cancer patients and some authors suggest a causal relationship. Previous work of our research group showed that SAA induces proliferation of two cell lines of human glioblastoma and affects invasiveness processes in vitro, supporting a pro-tumor role for this protein. Based on this work, we investigated the extent of SAA effects to another type of tumor cell and we chose a panel of human melanoma cell lines and primary line obtained from a patient with melanoma by lymph node aspirate. Melanoma cells were isolated by us. We observed that while the precursor cells of melanoma, melanocytes, do not produce SAA, all melanoma cell lines expressed the protein and produced some of their receptors. Moreover, when these cells were stimulated with SAA there was an inhibition of proliferation in short exposure times (48 hours) and cytotoxic effects after a longer period (7 days). SAA also affected invasive procedures and the production of the cytokines IL-6, IL-8 and TNF-α. To evaluate the SAA effect in the interaction of melanoma cells with immune system cells, we found that SAA activated an anti-tumor immune response by increasing the expression of co-estimulatory molecules such as CD69 and HLA-DR, and their cytotoxic function. Furthermore, we found that the production of TNF-α, IFN-γ, IL-10, IL-1β and IL-8 stimulated by SAA can contribute to this effect. In general these results lead us to believe that the SAA has anti-tumor activity in melanomas. Finally, based on the importance of the resistance development to current therapies for melanoma we observed that in cells resistant to PLX4032, a BRAF inhibitor, the immunomodulatory effects induced by SAA are abolished, possibly identifying a new resistance component.