Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-01-03T19:19:15Z No. of bitstreams: 1 2017_DanielCarneiroMoreira.pdf: 28270419 bytes, checksum: 288382f17284ab7af5847bcf746c9df1 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-03-12T13:44:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_DanielCarneiroMoreira.pdf: 28270419 bytes, checksum: 288382f17284ab7af5847bcf746c9df1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-12T13:44:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_DanielCarneiroMoreira.pdf: 28270419 bytes, checksum: 288382f17284ab7af5847bcf746c9df1 (MD5) Previous issue date: 2018-03-12 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq); Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / A evolução selecionou um conjunto de adaptações fisiológicas e bioquímicas comuns em animais que toleram amplas variações de parâmetros ambientais em suas histórias de vida. Devido à dependência para produção de energia e a relação com a produção de espécies reativas de oxigênio (ROS), situações de flutuação dos níveis de O2 são condições potencialmente deletérias para animais. Ambientes extremos que afetam a disponibilidade e consumo de O2 incluem eventos de anóxia, hipóxia, congelamento, desidratação severa, exposição aérea de organismo de respiração aquática e estivação. Uma estratégia comum de animais submetidos a tais situações é a elevação dos níveis de antioxidantes endógenos. Esta estratégia foi batizada de “Preparo para o Estresse Oxidativo” (POS). Os objetivos deste trabalho foram: (i) propor um mecanismo molecular detalhado de ativação do POS em condições de baixa de oxigênio; (ii) desenvolver critérios de classificação e classificar espécies, determinando a prevalência do POS no reino animal; e (iii) verificar a ocorrência do POS em duas espécies de anuros da Caatinga durante a estivação na natureza. A compilação de dados fragmentados na literatura indica um acionamento do POS via aumento da produção de ROS durante a hipóxia. Segundo este modelo, durante a hipóxia haveria um aumento da produção mitocondrial de ROS, ativando fatores de transcrição sensíveis a alterações redox (Nrf2, FoxO, HIF-1 e NF-κB), que, por sua vez, promoveriam a expressão de antioxidantes endógenos. A classificação de animais usando diferentes critérios revelou que o POS é, de fato, uma estratégia amplamente utilizada por animais de 8 filos diferentes. A proporção de animais que apresentam o POS (POS-positivas) durante a privação de O2 depende do estresse ao qual o animal é submetido. O percentual de espécies POS-positivas foi de 54-77%, 64-77% e 75-86% nos casos de exposição aérea, anoxia e congelamento respectivamente. Dentre animais expostos à estivação e a desidratação a prevalência foi maior, atingindo valores de 91-100%. No caso da hipóxia, a prevalência de animais POS-positivos foi de 37,5-53%, dependendo do critério usado. A alta prevalência do POS no reino animal reforça a importância da modulação de antioxidantes em situações de privação de O2. Considerando que resultados de animais do campo podem ser mais ecologicamente relevantes que aqueles de animais em condições artificiais de laboratório, investigamos a modulação de antioxidantes no músculo de duas espécies de anuros da Caatinga, Pleurodema diplolistris e Proceratophrys cristiceps, durante a estivação sem intervenção experimental. Para tanto, foram analisadas as atividades de enzimas antioxidantes, enzimas metabólicas e a concentração de glutationa (nas formas reduzida e dissulfeto). Em ambas espécies, houve queda de 36% da atividade de citrato sintase muscular em animais estivando coletados durante a estação seca comparados com animais ativos. As atividades de catalase, glutationa peroxidase (total) e glutationa peroxidase (H2O2) aumentaram em ambas as espécies durante a estivação. Em P. diplolistris os aumentos foram de 74%, 74% e 73% respectivamente. Já em P. cristiceps os aumentos foram de 48%, 57% e 78% respectivamente. O aumento da capacidade antioxidante de ambas as espécies é o primeiro registro da ocorrência do POS em animais estivando livremente na natureza. / Evolution has selected a set of biochemical and physiological adaptations in animals that tolerate wide variations of environmental parameters. Due to its roles in energy metabolism and in reactive oxygen species (ROS) generation, fluctuations in O2 availability are potentially deleterious to animals. Extreme environments in which oxygen availability and consumption are strongly affected include events of hypoxia, anoxia, freezing, severe dehydration, aerial exposure of aquatic organisms, and estivation. The increase in endogenous antioxidants levels is a common strategy of animals submitted to such situations. This strategy was coined “Preparation for Oxidative Stress” (POS). The aim of this study was: (i) to propose a detailed molecular mechanism for the activation of POS under low oxygen stresses; (ii) to design classification criteria and classify species, determining the prevalence of POS in animals; and (iii) to verify the occurrence of POS in two anurans from the Caatinga during estivation in their natural environment. Published data indicates that POS could be activated by a surge in ROS production during hypoxia. According to this model, the rise in ROS generation would activate redox-sensitive transcription factors (Nrf2, FoxO, HIF-1 e NF-κB), leading to enhanced antioxidant defenses. The proportion of POSpositive species in the animal kingdom depends on the nature of the low oxygen stress. The prevalence of POS-positive species was 54-77%, 64-77% and 75-86% for aerial exposure, anoxia and freezing respectively. In the case of estivation and dehydration the prevalence was higher, reaching 91-100%. For hypoxia, the prevalence of POS-positive animals was 37.5-53%, depending on the criteria. The high prevalence of POS-positive species highlights the important role of antioxidant modulation during low oxygen stresses. Considering that results from field-collected animals might be more ecologically relevant than those from laboratory experiments, we investigated the modulation of antioxidants in the muscle of two anuran species from the Caatinga, Pleurodema diplolistris and Proceratophrys cristiceps, during estivation without experimental intervention. To do so, we measured the activities of metabolic and antioxidant enzymes, as well as the concentration of reduced and disulfide glutathione. In both species, the activity of citrate synthase decreased by 36% in the muscle of estivating animals collected in the dry season compared to active animals collected in the rainy season. The activities of catalase, glutathione peroxidase (total) and glutathione peroxidase (H2O2) increased in both species during estivation. In P. diploslistris, they increased by 74%, 74% and 73% respectively. While they increased by 48%, 57% and 78% respectively in P. cristiceps. Such enhanced antioxidant capacity in both species is the first report of POS occurrence in animals estivating under natural conditions.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-01-28T11:26:05Z No. of bitstreams: 1 2015_MarianaGarcezStein.pdf: 14262578 bytes, checksum: e78acb50d466bd267f079a5b032b4c9d (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-02-04T17:07:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_MarianaGarcezStein.pdf: 14262578 bytes, checksum: e78acb50d466bd267f079a5b032b4c9d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-04T17:07:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_MarianaGarcezStein.pdf: 14262578 bytes, checksum: e78acb50d466bd267f079a5b032b4c9d (MD5) / A busca por padrões de distribuição dos organismos é uma das questões centrais da biologia. A Biogeografia é a ciência que busca identificar esses padrões assim como os processos que levaram a formação dos mesmos. A Caatinga é único bioma exclusivamente brasileiro e embora historicamente descrito como homogêneo e sem biota própria, atualmente sabe-se que é um bioma heterogêneo e que apresenta regiões de elevado endemismo. Apesar disso, trata-se do bioma menos estudado e conservado do país. Este trabalho teve como objetivo identificar e compreender os padrões de distribuição dos anuros na Caatinga, utilizando ferramentas de modelagem de distribuição de espécies, análise de endemicidade e análise de agrupamento. Os resultados mostraram que há uma de escassez de informações sobre a distribuição geográfica dos organismos. Apesar disso, elevadas áreas de riqueza foram encontradas e se localizaram principalmente na região leste do bioma e na Chapada Diamantina. Entre as áreas de endemismo obtidas no estudo destacam-se a área referente a Caatinga e outra localizada na Chapada Diamantina. A Caatinga mostra-se ainda como um bioma heterogêneo, dividido em seis grupos pela análise de agrupamento. Os grupos obtidos se mostraram distintos da divisão da Caatinga em ecorregiões. Assim, estudos de conservação de anfíbios no bioma não devem ser baseados na divisão do bioma em ecorregiões, pois as mesmas não representam a distribuição dos anfíbios no bioma. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The search for organism distribution patterns is one of the central questions in biology studies. The science that seeks to identify these patterns, as well as the processes that led to them, is called Biogeography. Caatinga is the only exclusively Brazilian biome and, although historically described as homogeneous and without unique biota, it is now considered a heterogeneous biome, with high endemism regions. Nevertheless, it is the least studied and conserved biome in the country. This study aimed to identify and understand the distribution patterns of anurans in Caatinga, using species distribution modeling, endemicity, and cluster analysis. The results showed that there is a scarcity of information on the geographical distribution of organisms. However, we found high richness areas, located mainly in the eastern part of the biome and in Chapada Diamantina region. Among the endemism areas observed in this study, both the area regarding the entire biome and the one located in Chapada Diamantina stood out. We also perceived that Caatinga is a heterogeneous biome, divided into six groups by cluster analysis. The obtained groups were distinct from the ecoregions suggested as a division of Caatinga. Therefore, amphibian studies and actions for their conservation in the biome should not be based on classical division in ecoregions, because they do not represent the real distribution of amphibians in the biome.