Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Fish become more susceptible to stress and, consequently, to the onset of disease with the intensification of rearing. In an attempt to minimize this problem, farmers use agrochemicals that, besides harming the environment, can also affect producers and consumers health. The essential oil (EO) of Lippia alba may be a natural alternative since it has several effects that can reduce the physiological changes resulting from stress inherent in aquaculture. The influence of five diets containing L. alba EO (0, 0.25, 0.5, 1.0 and 2.0 mL of EO per kg of diet) on growth and antioxidant response in juvenile silver catfish was evaluated. After a feeding period of 60 days, the silver catfish were weighed and measured individually, and euthanized for sampling of brain, gill, liver, kidney and muscle. The oxidative stress biomarkers, thiobarbituric acid reactive substances (TBARS), lipid hydroperoxides (LOOH), superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx), glutathione reductase (GR), glutathione-S-transferase (GST) and non-protein thiols groups (NPSH), were determined. Growth parameters were not affected by the diet containing L. alba EO. As for biomarkers of oxidative stress, lipoperoxidation (LPO) evaluated through TBARS and LOOH was reduced by the EO in the gills, liver, kidney and muscle of silver catfish; no effect was observed in the brain. The diet with the EO improved the activity of antioxidant enzymes: SOD, CAT, GPx, GST and NPSH levels in the brain; SOD, GR and GST in the gills; CAT, GR and NPSH levels in the liver; CAT, GR and NPSH levels in the kidney; and SOD, GPx and NPSH levels in the muscle. These results indicate that L. alba EO does not interfere with growth, decreases LPO levels and increases antioxidant enzymes activities in most tissues evaluated, and thus may be added to silver catfish diet to increase the antioxidant response. / Com a intensificação do cultivo, os peixes se tornam mais susceptíveis ao estresse e, por consequência, ao aparecimento de doenças. Para tentar minimizar este problema, os produtores utilizam agroquímicos que, além de prejudicarem o meio ambiente, podem também prejudicar a saúde dos produtores e consumidores. O óleo essencial (EO, do inglês essential oil) da Lippia alba pode ser uma alternativa natural, pois apresenta diversos efeitos que podem reduzir as alterações fisiológicas decorrentes do estresse inerente à aquicultura. Neste estudo foi avaliada a influência de cinco dietas contendo o EO de L. alba (0, 0.25, 0.5, 1.0 e 2.0 mL de EO por kg de dieta) sobre o crescimento e a resposta antioxidante em juvenis de jundiás. Após um período de 60 dias de alimentação, os jundiás foram pesados e medidos individualmente e eutanasiados para amostragem do encéfalo, brânquias, fígado, rim e músculo. Os biomarcadores de estresse oxidativo, substâncias que reagem ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), hidroperóxidos lipídicos (LOOH), superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa peroxidase (GPx), glutationa redutase (GR), glutationa-S-transferase (GST) e o conteúdo dos grupos tióis não proteicos (NPSH) foram determinados. A dieta contendo o EO de L. alba não influenciou o crescimento. Quanto aos biomarcadores de estresse oxidativo, o EO diminuiu a lipoperoxidação (LPO) avaliada através do TBARS e dos LOOH nas brânquias, fígado, rim e músculo do jundiá, não mostrando nenhum efeito sobre a LPO no encéfalo. A dieta com o EO aumentou a atividade das enzimas antioxidantes, SOD, CAT, GPx, GST e o conteúdo de NPSH no encéfalo; SOD, GR e GST nas brânquias; CAT, GR e o conteúdo de NPSH no fígado; CAT, GR e o conteúdo de NPSH no rim e SOD, GPx e o conteúdo de NPSH no músculo, em comparação ao grupo controle. Estes resultados indicam que o EO de L. alba não interfere no crescimento, diminui a LPO e aumenta a atividade das enzimas antioxidantes na maioria dos tecidos avaliados, podendo ser adicionado à dieta de jundiás para aumentar a resposta antioxidante.

Espécies reativas de oxigênio (EROs) são produzidas normalmente durante o metabolismo de organismos aeróbios. Fungos degradadores de lignina geram estas espécies também no processo de degradação da lignina. As espécies de fungos bioluminescentes Gerronema viridilucens e Mycena lucentipes foram utilizadas para se estabelecer possível dependência entre intensidade de bioluminescência, viabilidade celular e atividades das enzimas de defesa antioxidante e ligninolíticas nos micélios e corpos de frutificação. Verificou-se o efeito de espécies causadoras de estresse químico (metais e fenóis) na emissão de luz, viabilidade celular, defesas antioxidantes e enzimas de respiração celular no fungo bioluminescente G. viridilucens, com o objetivo de conectar a inibição da bioluminescência com danos oxidativos ao organismo. Constatou-se que diferentes espécies de fungos bioluminescentes podem apresentar características diferentes quanto à emissão de luz e proteção antioxidante. Diferenças na intensidade e variação temporal da emissão de luz de diferentes espécies foram observadas nos corpos de frutificação e também no micélio. Isto foi revelado pela irregularidade do perfil de luz reprodutível para a espécie M. lucentipes, ao contrário do observado para G. viridilucens. A viabilidade celular de ambas as espécies varia com o tempo, sendo que no caso de G. viridilucens seu perfil é similar ao da bioluminescência. Os ensaios enzimáticos indicam maior atividade no micélio dos fungos do que nos corpos de frutificação, provavelmente pela função específica reprodutora do corpo de frutificação, enquanto a atividade metabólica do fungo está concentrada no micélio. As enzimas ligninolíticas também apresentam atividade baixa nas culturas estudadas, provavelmente por serem enzimas de degradação extracelulares. O fato de ambas viabilidade celular e bioluminescência do micélio serem reduzidas na presença dos metais (cobre e cádmio) e fenóis (fenol e 2,4,6-triclorofenol) testados atesta a interrelação entre atividade luminogênica e injúria oxidativa aos fungos. Os metais parecem afetar mais negativamente as defesas antioxidantes dos fungos do que os fenóis, os quais possivelmente são eliminados pela atividade da glutationa S-transferase (GST), sem também afetar as demais defesas antioxidantes. No conjunto, estes resultados possibilitam estabelecer uma relação metabólica entre abatimento da bioluminescência e as defesas antioxidantes do organismo. No caso dos metais, os sistemas de defesa antioxidante envolvendo a glutationa são bastante importantes, tanto para eliminar peróxidos produzidos na presença de cobre, como na quelação de cádmio pela glutationa. Sob condições normais, a bioluminescência, defesas antioxidantes e respiração celular do organismo estariam funcionando e o NAD(P)H seria mobilizado por todos estes sistemas. Quando o fungo é submetido ao estresse químico, o fluxo de NAD(P)H seria desviado da bioluminescência para sustentar prioritariamente as defesas antioxidantes e a respiração celular, essenciais para a proteção, manutenção e reprodução do organismo / Reactive Oxygen Species (ROS) are normally produced during the metabolism of aerobic organisms. Ligninolitic fungi also produce these oxidizing species also during the lignin degradation process. The bioluminescent species Gerronema viridilucens and Mycena lucentipes were studied aiming to establish a correlation between the temporal profiles of bioluminescence, cellular viability and antioxidant defense enzymes and ligninolitic enzymes in mycelium and fruiting bodies. Chemical toxicants such as metals and phenols were here found to affect light emission, cellular viability, antioxidant defenses and cellular respiration enzymes when administered to G. viridilucens, thereby attesting a metabolic connection between bioluminescence inhibition and fungal oxidative damage. Different species of fungi exhibit different characteristics linked to light emission and antioxidant defenses. Differences in light emission displayed by different species do not resume to fruiting bodies, but the light profile and intensity can also vary in the mycelia. This may explain the irreproducibility of the light profile from M. lucentipes, differently to that observed with G. viridilucens. The cellular viability of both species varies with time, G. viridilucens profile being similar to the time course of bioluminescence. The enzymatic data pointed to higher activities in mycelium than in fruiting bodies, probably due to a main reproductive function of the latter, whereas the metabolic activities are prevalent in the mycelium. Ligninolytic enzymes exhibit low activities in the extracts of fungus samples, probably because they are extracellular degradation enzymes. The inhibition effect of phenols and metals (copper and cadmium) on mycelium viability reinforces the notion that cellular oxidative damage hampers bioluminescence emission. Redox active (copper) and heavy metals (cadmium) were found to display higher impact on antioxidant defenses than phenols (phenol and 2,4,6-trichlorophenol), which are expected to be promptly metabolized and excluded by principally glutathione S-transferase (GST). Notably, a metabolic correlation between bioluminescence inhibition and antioxidant defenses was unveiled by the present work. Regarding the metals, glutathione was found to be a crucial antioxidant, both to eliminate peroxides when in the presence of copper, and to act as a cadmium chelating agent. Under normal conditions, the bioluminescence system, the antioxidant defenses and the cellular respiration sets cooperate through the common demand of reducing power of NAD(P)H. Under chemical stress, the NAD(P)H flux would be deviated from bioluminescence, to principally sustain the antioxidant defenses and cellular respiration, essential for the protection, maintenance and reproduction of the organism.

Des études présentées dans cette thèse ont permis de démontrer que le gène du groupe Polycomb (PcG) Bmi1 est essentiel à l’auto-renouvellement des progéniteurs rétiniens immatures et pour le développement rétinien après la naissance. Ce travail illustre chez l’embryon que Bmi1 est hautement enrichie dans une sous-population de progéniteurs rétiniens exprimant le marqueur de surface SSEA-1 et différents marqueurs de cellules souches. À tous les stades de développement analysés, l’absence de Bmi1 résulte en une diminution de la prolifération et de l’auto-renouvellement des progéniteurs immatures. Pour mieux comprendre la cascade moléculaire en absence de Bmi1, nous avons inactivé p53 dans les colonies Bmi1-/-. Cette inactivation a permis une restauration partielle du potentiel d’auto-renouvellement. De plus, en absence de Bmi1, la prolifération et la maintenance de la population de progéniteurs rétiniens immatures localisés dans le corps ciliaire sont aussi affectées après la naissance. Bmi1 permet donc de distinguer les progéniteurs immatures de la population principale de progéniteurs, et est requis pour le développement normal de la rétine. Nous avons également démontré que l’oncogène Bmi1 est requis dans les neurones pour empêcher l’apoptose et l’induction d’un programme de vieillissement prématuré, causé par une baisse des défenses anti-oxydantes. Nous avons observé dans les neurones Bmi1-/- une augmentation des niveaux de p53, de la concentration des ROS et de la sensibilité aux agents neurotoxiques. Nous avons démontré ainsi que Bmi1 contrôle les défenses anti-oxydantes dans les neurones en réprimant l’activité pro-oxydante de p53. Dans les neurones Bmi1-/-, p53 provoque la répression des gènes anti-oxydants, induisant une augmentation des niveaux de ROS. Ces résultats démontrent pour la première fois que Bmi1 joue un rôle critique dans la survie et le processus de vieillissement neuronal. / The studies presented in this thesis establish that the Polycomb Group (PcG) gene Bmi1 is required for the self-renewal of immature retinal progenitor cells (RPCs) and for postnatal retinal development. Work performed in mouse embryos reveals that Bmi1 is highly enriched in a RPC subpopulation expressing the cell surface antigen SSEA-1 and different stem cell markers. Furthermore, at all developmental stages analysed, Bmi1 deficiency resulted in reduced proliferation and self-renewal of immature RPCs. To better understand the molecular cascade leading to this phenotype, we inactivated p53 in Bmi1-deficient colonies. p53 inactivation partially restored RPCs self-renewal potential. Moreover, the proliferation and the postnatal maintenance of an immature RPC population located in the ciliary body was also impaired in absence of Bmi1. Thus, Bmi1 distinguishes immature RPCs from the main RPC population and is required for normal retinal development. We have also shown that the oncogene Bmi1 is required in neurons to prevent apoptosis and the induction of a premature aging-like program characterized by reduced antioxidant defenses. We observed in Bmi1-deficient neurons an increased p53 and ROS levels, and a hypersensitivity to neurotoxic agents. We demonstrated that Bmi1 regulate antioxidant defenses in neurons by suppressing p53 pro-oxidant activity. In Bmi1-/- neurons, p53 induces antioxidant genes repression, resulting in increased ROS levels. These findings reveal for the first time the major role of Bmi1 on neuronal survival and aging.

Des études présentées dans cette thèse ont permis de démontrer que le gène du groupe Polycomb (PcG) Bmi1 est essentiel à l’auto-renouvellement des progéniteurs rétiniens immatures et pour le développement rétinien après la naissance. Ce travail illustre chez l’embryon que Bmi1 est hautement enrichie dans une sous-population de progéniteurs rétiniens exprimant le marqueur de surface SSEA-1 et différents marqueurs de cellules souches. À tous les stades de développement analysés, l’absence de Bmi1 résulte en une diminution de la prolifération et de l’auto-renouvellement des progéniteurs immatures. Pour mieux comprendre la cascade moléculaire en absence de Bmi1, nous avons inactivé p53 dans les colonies Bmi1-/-. Cette inactivation a permis une restauration partielle du potentiel d’auto-renouvellement. De plus, en absence de Bmi1, la prolifération et la maintenance de la population de progéniteurs rétiniens immatures localisés dans le corps ciliaire sont aussi affectées après la naissance. Bmi1 permet donc de distinguer les progéniteurs immatures de la population principale de progéniteurs, et est requis pour le développement normal de la rétine. Nous avons également démontré que l’oncogène Bmi1 est requis dans les neurones pour empêcher l’apoptose et l’induction d’un programme de vieillissement prématuré, causé par une baisse des défenses anti-oxydantes. Nous avons observé dans les neurones Bmi1-/- une augmentation des niveaux de p53, de la concentration des ROS et de la sensibilité aux agents neurotoxiques. Nous avons démontré ainsi que Bmi1 contrôle les défenses anti-oxydantes dans les neurones en réprimant l’activité pro-oxydante de p53. Dans les neurones Bmi1-/-, p53 provoque la répression des gènes anti-oxydants, induisant une augmentation des niveaux de ROS. Ces résultats démontrent pour la première fois que Bmi1 joue un rôle critique dans la survie et le processus de vieillissement neuronal. / The studies presented in this thesis establish that the Polycomb Group (PcG) gene Bmi1 is required for the self-renewal of immature retinal progenitor cells (RPCs) and for postnatal retinal development. Work performed in mouse embryos reveals that Bmi1 is highly enriched in a RPC subpopulation expressing the cell surface antigen SSEA-1 and different stem cell markers. Furthermore, at all developmental stages analysed, Bmi1 deficiency resulted in reduced proliferation and self-renewal of immature RPCs. To better understand the molecular cascade leading to this phenotype, we inactivated p53 in Bmi1-deficient colonies. p53 inactivation partially restored RPCs self-renewal potential. Moreover, the proliferation and the postnatal maintenance of an immature RPC population located in the ciliary body was also impaired in absence of Bmi1. Thus, Bmi1 distinguishes immature RPCs from the main RPC population and is required for normal retinal development. We have also shown that the oncogene Bmi1 is required in neurons to prevent apoptosis and the induction of a premature aging-like program characterized by reduced antioxidant defenses. We observed in Bmi1-deficient neurons an increased p53 and ROS levels, and a hypersensitivity to neurotoxic agents. We demonstrated that Bmi1 regulate antioxidant defenses in neurons by suppressing p53 pro-oxidant activity. In Bmi1-/- neurons, p53 induces antioxidant genes repression, resulting in increased ROS levels. These findings reveal for the first time the major role of Bmi1 on neuronal survival and aging.

Monosialoganglioside (GM1) is a component of most cell membranes and is thought to play a role in development, recognition and cellular differentiation. Furthermore, GM1 is a neuroprotective agent that has been reported to scavenge free radicals generated during reperfusion and to protect receptors and enzymes from oxidative damage. In the present study we investigate the effect of GM1 on the catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD) and glutathione peroxidase (GSH-Px) activities, on the spontaneous chemiluminescence and total radical-trapping potential (TRAP) in cortex of rats ex vivo and in vitro. Systemic GM1 administration (50 mg/kg, i.p.; twice) reduced spontaneous chemiluminescence and increased CAT activity ex vivo. On the other hand, GM1 (103-104 nM) reduced CAT activity in vitro. The other parameters were not affected by GM1 administration. These findings agree with the view that the antioxidant action of GM1 is not due to an intrinsic antioxidant activity of this glycolipid, but due to a secondary decrease of reactive species generation and/or increase of antioxidant defenses. Moreover, we evaluated whether GM1 could have a neuroprotective action on the experimental model of glutaric acidemia, an inherited metabolic disorder characterized by glutaric acid (GA) accumulation and neurological dysfunction, as striatal degeneration and convulsion. The systemic GM1 administration (50 mg/kg, i.p. twice) protected against the convulsions, oxidative damage markers increase (total protein carbonylation and thiobarbituric acid-reactive substances - TBARS) production and Na+,K+-ATPase activity inhibition induced by GA (4 mol/ 2 l) in striatum of rats. Furthermore, convulsive episodes induced by GA strongly correlated with Na+,K+-ATPase activity inhibition in the injected striatum, but not with oxidative stress marker measures. In addition, GM1 (50-200 M) protected against Na+,K+-ATPase inhibition induced by GA (6 mM), but not against oxidative damage in vitro. Intrastriatal administration of muscimol (46 pmol/striatum), a GABAA receptor agonist, but not glutamatergic receptor antagonists MK-801 (3 nmol/striatum) and DNQX (8 nmol/striatum), prevented GA-induced convulsions and inhibition of Na+,K+-ATPase activity. The protection of GM1 and muscimol against GA-induced seizures strongly correlated with Na+,K+-ATPase activity maintenance in the injected striatum with GA. Since GM1 and muscimol prevented neurotoxic effects induced by GA, we investigated the GM1 action after intrastriatal administration of pentylenetetrazole (PTZ), a GABAA receptor antagonist. GM1 treatment prevented seizures, Na+,K+-ATPase inhibition, and increase of TBARS and protein carbonyl induced by PTZ (1.8 mol/striatum) in the rats striatum. Furthermore, these data suggest that Na+,K+-ATPase and GABAA receptor-mediated mechanisms may play important roles in GA-induced seizures and in their prevention by GM1. / O monossialogangliosídeo (GM1) é um componente natural de membrana plasmática que está envolvido no crescimento, reconhecimento e diferenciação celular, além de proteger o SNC da ação dos radicais livres. No presente estudo investigou-se o efeito do GM1 sobre a atividade das enzimas antioxidantes catalase (CAT), superóxido dismutase (SOD) e glutationa peroxidase (GPx), assim como na quimiluminescência e capacidade antioxidante total (TRAP) em córtex cerebral de ratos machos adultos ex vivo e in vitro. A administração sistêmica de GM1 (50 mg/kg, i.p.; duas doses: 24 horas e 30 minutos antes do sacrifício) reduziu a quimiluminescência e aumentou significativamente a atividade da CAT ex vivo. A adição de GM1 (103-104 nM) ao meio de incubação diminuiu a atividade da CAT in vitro. Estes resultados sugerem que o efeito neuroprotetor do GM1 não é devido à ação antioxidante intrínseca deste glicoesfingolipídeo, mas devido ao aumento secundário das defesas antioxidantes e/ou uma redução da geração de radicais livres. Além disso, avaliamos se o GM1 tinha efeito neuroprotetor em um modelo experimental da acidemia glutárica, um erro inato do metabolismo caracterizado pelo acúmulo tecidual de ácido glutárico (GA) e alterações neurológicas, como degeneração estriatal e convulsões. A administração de GM1 preveniu as convulsões, o aumento da produção dos marcadores do dano oxidativo (carbonilação protéica total e substâncias reativas do ácido tiobarbitúrico - TBARS) e a inibição da atividade da Na+,K+-ATPase induzidas pelo GA (4 mol/2 µl) em estriado de ratos. Além disso, os episódios convulsivos induzidos por GA apresentaram uma correlação significativa com a inibição da atividade da Na+,K+-ATPase no estriado injetado, mas não com os níveis dos marcadores do estresse oxidativo. A adição de GM1 (50 200  ao meio de incubação preveniu a inibição da Na+,K+-ATPase, mas não reduziu o dano oxidativo induzido por GA (6 mM) in vitro. A administração intraestriatal de muscimol (46 pmol/0,5 l), um agonista de receptor GABAA, mas não dos antagonistas de receptores glutamatérgicos, MK-801 (3 nmol/0,5 l) e DNQX (8 nmol/0,5 l), preveniu as convulsões e a inibição da atividade da Na+,K+-ATPase induzidas por GA. A proteção do GM1 e muscimol contra as convulsões induzidas por GA apresentou uma correlação significativa com a manutenção da atividade da Na+,K+-ATPase no estriado injetado com GA. Desde que o GM1 e o muscimol preveniram os efeitos neurotóxicos induzidos pelo GA, investigou-se a ação do GM1 após a administração intraestriatal de pentilenotetrazol (PTZ), um antagonista de receptores GABAA. O tratamento com GM1 preveniu as convulsões, o dano oxidativo e a inibição da atividade da Na+,K+-ATPase induzidas por PTZ (1,8 µmol/2 µl). Esses dados sugerem que a atividade da Na+,K+-ATPase e mecanismos mediados pela ativação de receptores GABAérgicos podem ser de grande importância para a atividade convulsiva induzida por GA, bem como nos mecanismos de neuroproteção induzidos pelo GM1.