Doctora en Bioquímica / Autorizada por el autor, pero con restricción para ser publicada a texto completo hasta diciembre de 2015, en el Portal de Tesis Electrónicas / El catabolismo de proteínas es un proceso celular fundamental que ha captado la atención de distintos investigadores en los últimos años. Existen dos mecanismos por los cuales la célula degrada proteínas defectuosas: uno extralisosomal, mediado esencialmente por el proteosoma, y otro denominado lisosomal, en el cual este organelo tiene un papel protagónico en la degradación de proteínas, especialmente en las de vida media prolongada. La célula utiliza tres vías para degradar las proteínas a través del lisosoma: macroautofagia, microautofagia y autofagia mediada por chaperonas (AMC). Esta última se activa bajo condiciones de estrés fisiológico tales como la privación de nutrientes. Proteínas citosólicas con una secuencia aminoacídica particular son reconocidas por un complejo de proteínas chaperonas y destinadas al lisosoma para ser degradadas vía AMC, esta última se distingue de la macroautofagia principalmente en que no requiere tráfico vesicular. Las proteínas sustrato a ser degradadas se unen a la proteína receptora LAMP-2A, presente en la membrana lisosomal por lo que tanto sus niveles como los de Hsc70 (chaperona requerida para este proceso proteolítico) en el lisosoma se relacionan directamente con la velocidad de degradación de AMC. El recambio de proteínas intracelulares es de particular importancia en células terminalmente diferenciadas como son los cardiomiocitos y las neuronas, pues cualquier desequilibrio induce la acumulación de proteínas anormales. Diferente es lo que ocurre en células con alta capacidad proliferativa, en las cuales este efecto se mitiga por dilución a través de múltiples divisiones celulares. La oxidación de proteínas es una consecuencia del metabolismo aeróbico, así como la producción de especies reactivas de oxígeno (EROs). Paralelamente, también se ha observado aumento de EROs en estados de estrés fisiológico, modificando las proteínas y favoreciendo su agregación al interior de la célula. Finalmente, este último proceso se asocia a diferentes estados patológicos por lo cual su remoción o la prevención de su formación son fundamentales para la sobrevida celular. Siendo la AMC un mecanismo involucrado en la degradación de proteínas especialmente bajo condiciones de estrés, se requiere establecer si ella se activa en cardiomiocitos privados de nutrientes, conocer cómo se regula y cuál es su interdependencia con la formación de EROs. Con esta finalidad, esta tesis tiene como hipótesis: “La privación de nutrientes estimula la autofagia mediada por chaperonas en el cardiomiocito como un mecanismo protector frente a daño oxidativo”. / The catabolism of proteins is a fundamental cellular process that has captured the attention of several researchers in the recent years. There are two mechanisms by which the cell degrades defective proteins: one extralysosomal, mediated primarily by the proteasome, and another called lysosomal, in which this organelle has a key role in protein degradation, especially in the long half-life proteins. In the last case, the cell may use three mechanisms to degrade proteins: macroautophagy, microautophagy and chaperone-mediated autophagy (CMA). The latter is activated under physiological stress conditions such as nutrient deprivation. Cytosolic proteins with a specific amino acid sequence are recognized by a chaperone protein complex and destined into the lysosome for degradation via CMA, the latter is distinguished mainly from macroautophagy by requiring no vesicular traffic. The substrate protein to be degraded bind to the receptor protein LAMP-2A present in the lysosomal membrane, therefore substrate protein and Hsc70 levels (chaperone required for this proteolytic process) in the lysosome are directly related to the rate of degradation AMC. The turnover of intracellular proteins is of particular importance in terminally differentiated cells such as cardiomyocytes and neurons, since any imbalance induces the accumulation of abnormal proteins. In those cells with high proliferative capacity, this effect is mitigated by dilution through multiple cell divisions. The protein oxidation is a consequence of aerobic metabolism and the production of reactive oxygen species (ROS). In parallel, it has been shown that the increase in ROS during physiological stress, modifying proteins and promoting their aggregation into the cells. Finally, this latter process is associated with various disease states for which removal or prevention of their formation are essential for cell survival. Being the AMC a mechanism involved in protein degradation, especially under stress, it is important to establish whether AMC is activated in nutrient-deprived cardiomyocytes, how is regulated and its interdependence with ROS generation. To this end, we propose the following hypothesis: "The deprivation of nutrients stimulates chaperone-mediated autophagy in cardiomyocytes as a protective mechanism against oxidative damage." / CONICYT FONDAP Anillo ACT 1111

Grado de magíster en fisiología / La esteatosis hepática no alcohólica (EHNA) es una de las patologías más comunes en las sociedades de occidente. La EHNA está fuertemente relacionada con la obesidad y los trastornos asociados a ella, la génesis de esta patología no está del todo clara, debido a los múltiples factores que pueden promover la acumulación de grasa en el hígado. Al contrario, se ha descrito que la autofagia podría contribuir al manejo correcto de los lípidos en las células hepáticas, mediante un proceso específico llamado lipofagia. La autofagia es un mecanismo altamente conservado en células eucariontes y consiste en un proceso catabólico de organelos, proteínas y de constituyentes citoplasmáticos, mediado por los lisosomas. Diversos estudios han descrito que la autofagia está disminuida en condiciones de obesidad y EHNA. Por otra parte, se ha encontrado que el ejercicio físico de tipo aeróbico aumenta los niveles de autofagia. El objetivo de este proyecto es estudiar la regulación de la autofagia/lipofagia en el hígado por el ejercicio físico crónico, en ratones con EHNA inducida por alimentación con una dieta alta en grasas. La hipótesis de esta tesis es: El ejercicio aeróbico crónico de 8 semanas revierte la disminución de la lipofagia en hígado graso inducido por una alimentación con dieta alta de grasa en ratones. Los animales utilizados son ratones C57BL/6. 36 ratones divididos en dos grupos fueron sometidos a una alimentación con dieta control (DC) y dieta alta en grasas (DAG) durante 3 meses. Posterior a esos 3 meses estos grupos experimentales fueron sub-divididos en 4, DC n=9, y DC más ejercicio físico (DCE n=9), DAG n=9, DAG más ejercicio físico (DAGE n=9). Los grupos que realizaron ejercicio físico fueron sometidos a un protocolo de ejercicio físico crónico durante 8 semanas, 5 veces por semana. Entre los resultados se encuentra que el ejercicio físico aeróbico crónico mejora la condición física aeróbica tanto de los animales controles como de los sometidos a una dieta alta en grasas. El peso del hígado de ratones sometidos a una dieta alta en grasas más ejercicio es menor en comparación a la dieta alta en grasa sin ejercicio. Se encontró que el ejercicio físico disminuye el daño hepático medido mediante la alanina aminotransferasa y además presenta un mejor metabolismo de la glucosa. El grupo sometido a ejercicio físico y dieta alta en grasas presenta menor área de las gotas de lípidos con respecto al grupo alto en grasas sin ejercicio. Los animales alimentados con dieta alta en grasas presentan mayor relación entre LC3II/LC3I, sin embargo, el ejercicio crónico no cambio esta relación. La lipofagia no presenta diferencias entre los diferentes grupos, encontrando resultados similares en todos ellos, por lo que el ejercicio físico no estaría induciendo este proceso en el hígado. Conclusiones: el ejercicio físico aeróbico crónico mejora la condición física aeróbica, disminuye el peso del hígado en el grupo sometido a una dieta alta en grasas, reduce el daño hepático, mejora la tolerancia a la glucosa, cambia la morfología de los lípidos intrahepáticos y no modifica el proceso de autofagia/lipofagia. En resumen, el ejercicio físico aeróbico crónico mejora aspectos metabólicos que favorecen la reducción de la esteatosis hepática no alcohólica, por lo tanto, estos resultados sugieren que el ejercicio físico puede ser de ayuda en el tratamiento de esteatosis hepática. / Non-alcoholic Fatty liver Diseases hepatic steatosis (NAFLD) is one of the most common pathologies in western societies. NAFLD is strongly related to obesity and related disorders. However, the genesis of this pathology is not entirely clear, due to the multiple factors that promote the accumulation of fat in the liver. By contrast, it has been described that autophagy could contribute to the correct handling of lipids in liver cells, through a specific degradation process called lipophagy. Autophagy is a highly conserved mechanism in eukaryotic cells and consists of a catabolic process of organelles, proteins and cytoplasmic constituents, mediated by lysosomes. Several studies have described that autophagy is decreased in conditions of obesity and NAFLD. On the other hand, it has been found that aerobic physical exercise increases the levels of autophagy. The objective of this project was to study the if chronic physical exercise regulates regulation of autophagy/lipophagy in the liver in mice with high fat diet-induced NAFLD. The hypothesis of this thesis is " 8-week chronic aerobic exercise reverses the decrease of lipophagy in high fat diet-induced fatty liver in mice." The animal model used was C57BL/6 mice. 36 mice were divided into two groups were subjected to a control diet (DC) or high-fat diet (HFD) for 12 weeks. After these 12 weeks, groups were sub-divided into 4 groups, DC (n = 9), and DC plus physical exercise (DCE, n = 9), HFD (n = 9), HFD plus physical exercise (HFDE, n = 9). The groups that performed physical exercise were subjected to a protocol of chronic physical exercise for 8 weeks, 5 times a week. The results showed that chronic aerobic physical exercise improves the aerobic physical condition of both control animals and those subjected to an HFD. The liver weight of mice subjected to a HFD plus exercise is lower compared to the HFD without exercise. It was found that physical exercise reduces liver damage measured by alanine aminotransferase and also improves glucose tolerance. The group subjected to physical exercise and HFD has a lower area of lipid droplets compared to the HFD group. Mice fed with HFD have a higher relationship between LC3II/LC3I, however, chronic exercise does not change this relationship. The lipophagy does not present differences between the different groups, finding similar results in all of them, so that physical exercise would not be inducing this process in the liver. The conclusions are that chronic aerobic exercise improves aerobic fitness, decreases liver weight, reduces liver damage, improves glucose tolerance and changes the morphology of intrahepatic lipids (and autophagy) in mice fed with HFD. In summary, chronic aerobic physical exercise improves metabolic aspects that favor the reduction of NAFLD, therefore, these results suggest that physical exercise can be of help in the treatment of hepatic steatosis.

La fosfatidilcolina (PtdCho) és el fosfolípid majoritari de les membranes cel·lulars. La inhibició de la seva síntesi ha estat relacionada amb la mort cel·lular apoptòtica, que ha estat estudiada principalment mitjançant inhibidors farmacòlogics. La manca d'especificitat dels inhibidors utilitzats ha posat de relleu la necessitat d'utilitzar un model cel·lular on només la via de síntesi de PtdCho estigui afectada. La línia cel·lular CHO-MT58 presenta una mutació termosensible en l'enzim CTP:fosfocolina citi¬dililtransferasa (CCT), enzim regulador de la síntesi de PtdCho.Quan es cultiven les cèl·lules CHO-MT58 a 40ºC, observem una ràpida inhibició de la síntesi de PtdCho, un descens del contingut cel·lular de PtdCho i la pèrdua de viabilitat cel·lular en una seqüència temporal definida. La mort cel·lular produïda per la inhibició de la síntesi de PtdCho en cèl·lules CHO-MT58 genera poca condensació de la cromatina i fragmentació del DNA i no hi ha activació de caspasa-3 si es compara amb la mort apoptòtica induïda pel tractament amb Actinomicina D (ActD). A més, en la inhibició de la síntesi de PtdCho en cèl·lules CHO-MT58 es produeix en paral·lel un increment de la catepsina D i l'aparició de vesícules autofàgiques identificades en el microscopi electrònic de transmissió. Quan seguim el procés de l'autofàgia amb el marcador LC3 podem observar que l'aparició del fragment LC3-II, indicatiu de la presència d'autofagosomes, no disminueix al llarg dels temps a 40ºC suggerint un bloqueig de l'autofàgia causat per la inhibició de la síntesi de PtdCho en cèl·lules CHO-MT58.Per tant, la inhibició de la síntesi de PtdCho en cèl·lules CHO-MT58 a 40ºC provoca mort cel·lular no apoptòtica tot aturant l'autofàgia que actuaria com a mecanisme constitutiu de supervivència. Addicionalment, les catepsines actuarien com a possible mecanisme alternatiu de mort cel·lular.D'altra banda, actualment es sap que els astròcits tenen un paper importantíssim en la regulació de la transmissió sinàptica i en la plasticitat neuronal. Aquestes noves funcions dels astròcits són possibles perquè són cèl·lules excitables, tot i que la seva excitabilitat no es basa en potencials d'acció sinó en ones de Ca2+ intra- i intercel·lulars. Els mecanismes que controlen la senyalització via Ca2+ en astròcits, però, no es coneixen del tot. El nostre projecte ha demostrat que les vesícules acídiques de tipus lisosomals (VAL) són reservoris intracel·lulars de Ca2+ i el NAADP és un segon missatger capaç d'alliberar-ne el Ca2+ en astròcits corticals. Així hem determinat nivells endògens de NAADP i que aquests s'incrementen després d'estimulació amb diferents agonistes. Per altra banda, el NAADP-AM, un anàleg del NAADP permeable a la membrana plasmàtica, és capaç d'induir respostes de Ca2+ a diferents concentracions a través de l'alliberament de Ca2+ de les VAL en forma de campana (inhibició a altes concentracions de NAADP-AM). A més, hem demostrat l'expressió del receptor de NAADP en vesícules acídiques de tipus lisosomal. Per altra banda, la inhibició dels receptors de NAADP amb Ned-19 i la destrucció de les VAL amb GPN inhibeixen en part les respostes de calci induïdes per ATP, Endotelina-1 (ET-1) i Acetilcolina (Ach) però no per Bradiquinina. Finalment, el NAADP i les VAL també tenen un paper en l'excitabilitat astrocitària en la modulació de la magnitud de les ones de Ca2+ entre astròcits induïdes per estrès mecànic. Per tant, podem concloure com l'excitabilitat i senyalització via Ca2+ dels astròcits és un fenomen complex en el qual participen rutes de senyalització clàssiques (IP3 i ER; cADPR i RyR) però també nous segons missatgers i reservoris intracel·lulars de calci com ara el NAADP i les VAL. / Phosphatidylcholine (PtdCho) is the major phospholipid of the cell membrane. Inhibition of their synthesis has been linked to apoptotic cell death, when it has been studied primarily using pharmacological inhibitors. The lack of specificity of these inhibitors has highlighted the need to use a cell line where the only PtdCho synthesis is affected. The cell line CHO-MT58 has a termosensitive mutation in the enzyme Thermal CTP:phosphocholine cytidyltransferase (CCT), the regulatory enzyme of PtdCho synthesis.When CHO MT58 cells are grown at 40°C, we observed a rapid inhibition of PtdCho synthesis, a decrease in cellular mass of PtdCho and loss of cell viability in a defined temporal sequence. The cell death caused by inhibition of PtdCho synthesis in CHO-MT58 cells generates little chromatin condensation and late DNA fragmentation without activation of caspase-3 when compared with the apoptotic death induced by treatment with Actinomycin D (ActD). In addition, CHO-MT58 cells at 40ºC induce an increase of cathepsin D and the emergence of autophagic vesicles identified in transmission electron microscopy. When we follow the autophagic process using LC3 as marker, we show the appearance of LC3-II fragment, indicative of the presence of autofagosomes and LC3-II form do not decrease over time at 40ºC, suggesting a blockade of autophagy caused by inhibition of PtdCho synthesis in CHO-MT58 cells. Therefore, inhibition of PtdCho synthesis in CHO MT58 cells at 40ºC causes non apoptotic cell death stopping the autophagy that acts as a constitutive survival mechanism. In addition, cathepsin acts as a possible alternative mechanism of cell death.Moreover, it is currently known that astrocytes play a huge role in the regulation of synaptic transmission and neuronal plasticity. These new features are possible because astrocytes are excitable cells, although their excitability is not based on action potentials, but in Ca2+ waves intra- and intercellularly. The mechanisms that control Ca2+ signalling in astrocytes are not completely known. Our project has shown that the lysosome-related vesicles are intracellular Ca2+ stores and NAADP is a second messenger able to release their Ca2+ in cortical astrocytes. Thus we determined endogenous NAADP levels and how they increase after stimulation with different agonists. Furthermore, the NAADP-AM, a cell permeable analog of NAADP, is able to induce Ca2+ responses at different concentrations by releasing Ca2+ from lysosome-related vesicles in a bell-shape manner (inhibition at high concentrations of NAADP-AM). In addition, we have demonstrated the expression of the NAADP receptor in lysosome-related vesicles. Furthermore, inhibition of NAADP receptors by Ned-19 and the destruction of lysosome-related vesicles with GPN partly inhibit Ca2+ responses induced by ATP, Endothelin-1 (ET-1) and Acetylcholine (Ach) but not Bradykinin. Finally, the Ca2+ signalling by NAADP and lysosome-related vesicles also play a role in the astrocitic excitability with a modulation of the magnitude of the Ca2+ waves between astrocytes induced by mechanical stress. Therefore, we concluded that the excitability and Ca2+ signalling of astroyctes is a complex phenomenon in which classical signalling pathways (ER and IP3, cADPR and RyR) as well as new Ca2+ stores and intracellular second Ca2+ messengers such as NAADP and lysosome-related vesicles.

Orientador: Rita Cássia Menegati Dornelles / Banca: Eduardo Kokubun / Banca: Edilson Ervolino / Resumo: A diminuição de massa óssea concomitante à progressão da idade resulta em maior incidência de fraturas, devido a mudanças microarquiteturais que são determinantes importantes para a qualidade óssea. Concomitantemente, mecanismos moleculares que agem na manutenção celular como a autofagia podem estar relacionados ao "turnover" ósseo no período do envelhecimento, sendo estes mecanismos relacionados ao processo de osteopenia/osteoporose. Neste estudo foram avaliados os efeitos do treinamento de força (TF) na microestrutura do colo do fêmur de ratas Wistar adultas (7 meses) e velhas (21 meses) submetidas ou não ao programa de exercício físico e distribuídas nos grupos: adultas não exercitadas (A/NEX); adultas exercitadas (A/EX); velhas não exercitadas (V/NEX) e velhas exercitadas (V/EX). O treinamento de força foi realizado utilizando-se escada com carga atrelada à cauda dos animais; 3 vezes por semana durante período de 120 dias. Resultados obtidos por microtomografia computadorizada (μCT) após este período demonstraram que o TF foi capaz de aumentar a espessura (Ct. Th (mm); V/EX vs A/EX p = 0,7863), momento polar de inércia médio (pMOI (mm4); A/NEX vs A/EX p = 0,0362; V/NEX vs V/EX p = 0,0032) e reduzir a porosidade da região cortical do colo do fêmur (Ct. Po (%); V/NEX vs V/EX p = 0,0406), causando aumento na área cortical total (Tt.Ar (mm²); V/NEX vs V/EX p = 0,0406). No osso trabecular notou-se maior fração do volume ósseo (BV/TV (%); V/NEX vs V/EX p = 0,006); espessura tra... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The decrease in bone mass concomitant with the progression of age results in a higher incidence of fractures, due to microarchitectural changes that are important determinants of bone quality. Concomitantly, molecular mechanisms that act in cellular maintenance such as autophagy may be related to bone turnover in the aging period, and these mechanisms are related to the osteopenia/osteoporosis process. In this study were evaluated, the effects of strength training (ST) on the femoral neck microstructure of adult (7 months) and old (21 months) female Wistar rats submitted or not to the physical exercise program and distributed in the following groups: non-exercised adult groups (A/NEX); exercised adults (A/EX); non-exercised old (O/NEX) and old exercised (O/EX). Strength training was performed using a ladder with load attached to the tail of the animals; 3 times a week for a period of 120 days. Results obtained by computerized microtomography (μCT) after this period demonstrated that the ST was able to increase the thickness (Ct.Th (mm), O/EX vs A/EX p = 0.7863), mean polar moment of inertia (mm4), A/NEX vs A/EX p = 0.0362, O/NEX vs O/EX p = 0.0032) and reduce the porosity of the cortical region of the femoral neck (Ct Po (%); O/NEX vs O/EX p = 0.0406), causing increase in the total cortical area (Tt.Ar (mm²); O/NEX vs O/EX p = 0.0406). In trabecular bone, a higher fraction of bone volume was observed (BV / TV (%), O/NEX vs O/EX p = 0.006); (Tb.Th (mm); O/NEX vs O/EX p = 0.0069; O/EX vs A/EX p <0.0001); number of trabeculae (Tb.N (1/mm) O/NEX vs O/EX p = 0.0004) and degree of anisotropy (DA O/NEX vs O/EX p = 0.0088). These changes resulted in a reduction in trabecular spacing (Tb.Sp (mm) O/EX vs A/EX p = 0.0382) and trabecular porosity (Tb.Po (%) O/NEX vs O/EX p = 0.0006 ). In addition to these... / Mestre

Made available in DSpace on 2014-12-05T18:40:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) xenia_souto_ioc_mest_2013.pdf: 25134158 bytes, checksum: 7ba88009964c19b9ed78ffb4eb3617c4 (MD5) Previous issue date: 2014-11-18 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Toxoplasma gondii é um protozoário parasito intracelular obrigatório, agente causador da toxoplasmose, uma das zoonoses mais difundidas no mundo, podendo ser transmitido por via transplacentária, fecal-oral ou por carnivorismo. Durante a resposta imune do hospedeiro, ocorre a formação de cistos teciduais, possibilitando assim a manutenção do parasito no interior da célula hospedeira, sem ocorrência da fusão fagolisossomal. A autofagia, processo de degradação de componentes celulares, é crucial para a homeostase celular. Recentemente, vem sendo proposta a participação da via autofágica na interação de diferentes patógenos, como o T. gondii, com suas células hospedeiras. Assim, o presente trabalho teve como objetivo avaliar o papel da via autofágica na interação de T. gondii com macrófagos e células musculares esqueléticas (CME e C2C12), células envolvidas na infecção natural in vivo. A autofagia nas células hospedeiras foi avaliada na presença ou na ausência de indutores autofágicos (rapamicina ou estresse nutricional), durante a infecção pelo T. gondii. Ambos os estímulos foram capazes de inibir a infecção e a proliferação intracelular do parasito nos diferentes tipos celulares Foi observado ainda que a infecção na presença ou na ausência de estímulo induziu a autofagia em macrófagos e CME, indicando que este processo possa regular naturalmente a manutenção intracelular do parasito, auxiliando-o, por exemplo, na captação de nutrientes da célula hospedeira. Adicionalmente, os aspectos morfológicos das culturas de macrófagos e CME infectadas tratadas com rapamicina ou submetidas a estresse nutricional sugerem a eliminação do T. gondii por mecanismos que envolvem tanto a autofagia da célula hospedeira quanto a do parasito. Dessa forma, os resultados do presente trabalho sugerem a indução da autofagia da célula hospedeira como um mecanismo regulador importante durante a infecção, representando, no entanto, a sua exacerbação, uma via de eliminação desse parasito. Além disso, os nossos resultados encorajam a utilização da rapamicina como modelo para o estudo da autofagia in vivo durante a infecção aguda pelo T. gondii / Toxoplasma gondii is an obligate intracellular protozoan parasite, the causative agent of toxoplasmosis, one of the most widespread zoonoses in the world and can be transmitted by transplacental, fecal-oral or carnivorism routes. During the host immune response, there is the formation of tissue cysts, thus enabling the maintenance of parasite within the host cell without occurrence of phagolysosomal fusion. Autophagy, the degradation process of cellular components, is critical for cellular homeostasis. Recently, the autophagy has been proposed to participate during the interaction between different pathogens, such as T. gondii, with their host cell. Thus, the present study aimed to evaluate the role of the autophagic pathway in the interaction of T. gondii with macrophages and skeletal muscle cells (C2C12 and CME), cells involved in natural infection in vivo. Host cells autophagy was assessed in the presence or absence of autophagic inductors (rapamycin or nutritional stress) during the infection with T. gondii. Both stimuli were able to inhibit infection and proliferation of the intracellular parasite in different cell types. It was also observed that the infection in the presence or absence of stimulation induced autophagy in macrophages and CME, indicating that this process may naturally regulate the maintenance of intracellular parasites, assisting him, for example, in the nutrients uptake from the host cell. Additionally, the morphological aspects of cultures of infected macrophages and CME treated with rapamycin or subjected to nutritional stress suggest the elimination of T. gondii by mechanisms involving both, host cell and parasite autophagy. Thus, the present results suggest the induction of host cell autophagy as an important regulatory mechanism during the infection, however its exacerbation can represent one route of parasite elimination. Furthermore, our results encourage the use of rapamycin as a model for in vivo autophagic studies during acute infection of T. gondii.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Farmacologia, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-06-27T04:18:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345971.pdf: 2311282 bytes, checksum: 7964f07d2122bb37950c01ec7e200d0a (MD5) Previous issue date: 2017 / O tratamento do câncer ainda se apresenta como um grande desafio, principalmente devido à resistência das células tumorais aos quimioterápicos e à alta toxicidade dos tratamentos convencionais. Estes fatores têm impulsionado a pesquisa de novas estratégias terapêuticas na área da oncologia, focando principalmente em novas classes de medicamentos anticâncer. Alguns compostos que têm despertado interesse na área oncológica são os derivados de ácidos hidroxâmicos, uma vez que estes compostos têm apresentado efeito citotóxico e antitumoral, principalmente por meio de inibição de histona deacetilases. Neste trabalho foi investigado o efeito citotóxico in vitro de onze acetohidroxamatos, além do perfil farmacocinético e atividade antitumoral in vivo dos compostos mais promissores. Todos os compostos apresentaram atividade citotóxica frente às linhagens tumorais de melanoma (A375) e glioblastoma humano (U-87 MG) no ensaio de MTT, sendo que os compostos AKS 7, AKS 26 e AKS 61 destacaram-se pela alta potência e/ou pelas características físico-químicas promissoras, prosseguindo por esta razão para as próximas etapas. Destes, o composto AKS 61 foi o que apresentou capacidade antiproliferativa em concentrações mais baixas nos ensaios de Sulforrodamina B e de Clonogenicidade, além de apresentar menor citotoxicidade frente à linhagem não-tumoral de cardiomiócitos derivados de células-tronco pluripotentes induzidas (CMCiPS), tendo sido, portanto, selecionado para realizar alguns estudos mecanísticos in vitro. O AKS 61 bloqueou o ciclo celular de células da linhagem A375 de maneira bifásica (inicialmente em G2/M e posteriormente em G1), além de reduzir o potencial de membrana mitocondrial e induzir apoptose das células tratadas. Esse composto foi também eficaz em induzir autofagia após 24 horas de tratamento. A fim de avaliar o potencial antitumoral do AKS 61 in vivo, camundongos nude foram submetidos ao modelo de tumor xenográfico subcutâneo a partir da inoculação de células A375 e, em seguida, foram tratados com o composto AKS 61 pela via intravenosa (i.v.). O tratamento com AKS 61 (2 mg/kg, i.v.) não foi capaz de inibir o crescimento tumoral, provavelmente devido ao seu perfil farmacocinético desfavorável. Este composto apresentou tempo de meia vida plasmática inferior a quarenta minutos, acompanhada de uma alta taxa de eliminação total. Juntamente com a análise farmacocinética do AKS 61, foram também analisados os perfis dos compostos AKS 26 e AKS 7, sendo que este último apresentou o perfil mais favorável, inclusive apresentando biodisponibilidade pela via oral. Os resultados obtidos neste trabalho evidenciam o potencial desta série de compostos derivados do ácido hidroxâmico e guiarão a otimização dessas moléculas, com o objetivo de obter um composto eficaz in vivo que apresente características farmacocinéticas mais favoráveis para a continuidade do desenvolvimento não-clínico.<br> / Abstract : Cancer treatment is still challenging, mainly due to tumor resistance to chemotherapy and high toxicity of conventional therapy. These factors have driven the search of new therapy strategies and the discovery of better anticancer drugs. Some compounds that have aroused attention in oncology include the hydroxamic acid derivatives, once they have demonstrated cytotoxic and antitumor effect, mostly because of their histone deacetylases inhibition property. In the present study we have investigated the in vitro cytotoxic effect of eleven synthetic acetohydroxamates, as well as the in vivo pharmacokinetic profile and antitumor activity of most promising compounds. All compounds presented cytotoxic activity against A375 (human melanoma) and U-87 MG (human glioblastoma) cell lines in the MTT assay, and the compounds AKS 7, AKS 26 and AKS 61 stood out for their promising potency and/or physicochemical characteristics, therefore proceeding to the next steps. Of these, the compound AKS 61 was the one that presented the most favorable antiproliferative capacity in the Sulforhodamine B and Clonogenic assays, also presenting smaller cytotoxicity against the non-tumoral lineage CMCiPS (cardiomyocytes derived from human induced pluripotent stem cells), being therefore chosen to perform some mechanistic studies. AKS 61 was able to arrest the cell cycle of A375 cells biphasically (initially in G2/M and later in G1), in addition to inducing a decrease in the mitochondrial membrane potential and increasing apoptosis in treated cells. The compound was also capable of inducing autophagy after 24 hours of treatment. In order to assess the in vivo antitumor effect of AKS 61, nude mice were submitted to the xenographic tumor model (by A375 cells inoculation) and treated with the compound intravenously. AKS 61 treatment (2 mg/kg, i.v.) failed to inhibit tumor growth, probably because of its unfavorable pharmacokinetic profile. This compound presented a half-life time of less than 40 minutes, accompanied by a high clearance rate. Together with the pharmacokinetic analysis of AKS 61, the profiles of the compounds AKS 26 and AKS 7 were also analyzed, the latter having the most favorable profile and presenting oral bioavailability. These data show the potential anticancer effect of these hydroxamic acid derivatives and will guide the optimization of these molecules in order to obtain a more potent and effective in vivo compound associated with favorable pharmacokinetic characteristics to continue the nonclinical development.

Ingeniera en Biotecnología Molecular. / Las enfermedades cardiovasculares son la primera causa de muerte en el mundo. Desregulaciones en el flujo autofágico y en la desdiferenciación de células musculares lisas vasculares (VSMC) se han asociado con diferentes enfermedades cardiovasculares. En la aterosclerosis, una de las patologías cardiovasculares más importante, las VSMC desempeñan un papel fundamental cuando cambian su fenotipo desde uno contráctil y quiescente a otro proliferativo, migratorio y sintético. Se ha descrito que el cambio fenotípico de las VSMC es un proceso dependiente de autofagia. Por lo tanto, encontrar nuevos mecanismos que regulen este cambio fenotípico es fundamental para generar nuevas alternativas para tratar las enfermedades cardiovasculares. Dentro de esta búsqueda, el péptido similar a glucagón 1 (GLP-1), una hormona de la familia de las incretinas, surge como un potencial inhibidor de este proceso. Nuestro laboratorio ha descrito que esta incretina, al unirse a su receptor, activa a la proteína quinasa dependiente de AMP cíclico (PKA). Se ha descrito a la PKA como un regulador negativo de la autofagia, ya que fosforila e inhibe a la proteína asociada a microtúbulo 1A/1B cadena liviana 3B, conocida también como LC3, una proteína autofágica esencial que también se usa como marcadora de la autofagia. Además, tanto en pacientes con diabetes mellitus tipo 2 como en pacientes sanos, se ha comprobado la acción beneficiosa de GLP-1 sobre la aterosclerosis. Por estos antecedentes, proponemos que GLP-1 inhibe la autofagia a través de la fosforilación de LC3 por PKA en VSMC. La línea celular de aorta de rata, A7r5, se cultivó en condiciones basales en medio completo suplementado con 10% suero fetal bovino. La autofagia se indujo con un medio de cultivo carente de glucosa, el RPMI 1640. Además, las células A7r5 se estimularon con GLP-1 y/o H-89 [(E)-N-(2-(3-(4-bromofenil)alilamino)etil)-isoquinolin-5- sulfonamida], inhibidor de PKA. La autofagia se evaluó midiendo los niveles proteicos de LC3 I y LC3 II por western blot y por la formación de autofagosomas. Los autofagosomas se visualizaron mediante la transducción de VSMC con un adenovirus que sobreexpresa xii LC3 acoplada a la proteína fluorescente verde con una multiplicidad de infección de 180 y microscopía confocal. El flujo autofágico se determinó usando cloroquina. Nuestros resultados sugieren que GLP-1 disminuye el flujo autofágico en condiciones basales y de privación de glucosa. Además, GLP-1 disminuyó el número de autofagosomas por célula en la autofagia basal, pero no durante la privación de glucosa. Asimismo, se determinó que PKA participaría en los efectos generados por GLP-1 en la autofagia basal, pero no en la autofagia inducida por privación de glucosa. Finalmente, GLP-1 no aumenta la fosforilación de LC3. Este resultado sugiere que la inhibición de la autofagia por GLP-1 mediante PKA no ocurría por fosforilación de LC3. Por lo tanto, el efecto de GLP-1 en la inhibición de la autofagia en VSMC vía PKA, se suma a los antecedentes que postulan a GLP-1 como un promisorio regulador de la aterosclerosis y de otras enfermedades cardiovasculares. / Autophagy regulation by GLP-1 in vascular smooth muscle cells (VSMC) Cardiovascular diseases are the leading cause of death in the world. Deregulation in both autophagic flux and vascular smooth muscle cell (VSMC) dedifferentiation have been associated with different cardiovascular diseases. In atherosclerosis, one of the most important cardiovascular pathology, VSMC play a critical role when they change from a contractile and quiescent phenotype to a proliferative, migratory and synthetic phenotype. It was described that this phenotypic change is an autophagy-dependent process. Hence, finding new mechanisms to regulate this phenotypic change is critical to generate new alternatives to treat cardiovascular diseases. In this investigation, glucagon like peptide 1 (GLP-1) arises as a potential inhibitor of this process. Our laboratory has described that this incretin, upon binding to its receptor, activates the cyclic AMP-dependent protein kinase (PKA). PKA was described as a negative autophagy regulator, because it phosphorylates and inhibits the microtubule-associated proteins 1A/1B light chain 3B, also known as LC3, an essential autophagic protein also used as an autophagy marker. Besides, in both diabetic patients and healthy patients, the beneficial effects of GLP-1 on atherosclerosis has been demonstrated. Taking the above in consideration, we proposed that GLP-1 inhibits autophagy through a PKA induced LC3 phosphorylation in VSMC. The aortic VSMC cell line A7r5 were cultivated in basal condition with complte culture medium + 10% fetal bovine serum. Autophagy was induced with a glucose deprived culture medium, RPMI 1640. Also, A7r5 cells were stimulated with GLP-1, and/or H-89 [(E)-N-(2-(3-(4-bromophenyl)alylamino)ethyl)-isoquinoline-5- sulfonamide], a PKA inhibitor.). Autophagy was assessed by LC3 I and LC3 II levels using by western blot and by autophagosome formation. Autophagosomes were visualized by adenoviral transduction of LC3 coupled to green fluorescent protein using a xiv multiplicity of infection of 180 and confocal microscopy. Autophagic flux was evaluated using chloroquine. Our results suggest that GLP-1 inhibits autophagic flux under basal and glucose deprivation conditions. In addition, GLP-1 decreased the number of autophagosomes per cell in basal autophagy, but not in glucose deprivation-induced autophagy. Moreover, a PKA participation was demonstrated in the GLP-1-dependent effects on basal autophagy, but not on glucose deprivation-induced autophagy. Finally, GLP-1 did not increase LC3 phosphorylation. This result suggest that the GLP-1-dependent autophagy inhibition would not occur through LC3 phosphorylation. Therefore, the GLP-1 effect on autophagy inhibition in VSMC via PKA adds to the background information which suggests GLP-1 as a promising regulator of atherosclerosis and other cardiovascular diseases. / Enero 2018

Orientadora : Profª. Drª. Cristiane Benincá / Coorientador : Prof. Dr. Ricardo L. R. Souza / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Genética. Defesa: Curitiba, 29/09/2017 / Inclui referências : f. 40-44 / Resumo: As doenças neurodegenerativas de início na infância podem ser de difícil diagnóstico, já que é comum apresentarem heterogeneidade de sintomas, quadro clinico com evolução tardia e bioquímica inconsistente. Uma das ferramentas moleculares que auxilia no diagnóstico dessas doenças é o sequenciamento completo do exoma, capaz de investigar e identificar mutações pontuais, pequenas inserções e deleções em genes codificadores de proteínas que possam estar envolvidas nas patologias pesquisadas. Resultados negativos em exomas nem sempre se devem à ausência de alterações patológicas no DNA. Desta forma, a reanálise é fundamental em casos em que exista uma desconfiança para certa patologia de origem genética. O caso clínico apresentado neste estudo não possui um diagnóstico definido e o exoma foi realizado na tentativa de esclarecer a causa dos sintomas e buscar um tratamento adequado. Durante a reanálise do exoma algumas mutações pontuais foram encontradas e destas, duas alterações no gene SQSTM1 (rs201239306 e rs370874635), responsável por codificar a proteína p62, foram selecionadas para uma investigação mais aprofundada, haja visto que ambas mutações apresentam baixa frequência populacional e poderiam alterar a função proteica. A proteína p62 atua em diversos processos celulares, entre eles a autofagia. Esta é responsável pela remoção de proteínas e organelas em processo de envelhecimento ou disfunção. Erros nesta via de degradação são fontes de uma grande variedade de doenças, incluindo as neurodegenerativas. A análise da variante rs201239306 (A426V), de herança paterna, demonstra uma grande possibilidade de causar deficiências na sua via de sinalização, uma vez que se encontra em domínio conservado em diversas espécies biológicas (UBA) e várias linhas de análise bioinformática suportam essa hipótese. A quantificação da proteína p62 revelou, em primeira análise, uma pequena diminuição da sua expressão na amostra da paciente, o que poderia indicar uma redução na sua tradução devido a alteração estar localizada na região 5'UTR. A quantificação de LC3 demonstrou, inicialmente, que a paciente possui um acúmulo desta proteína, indicando que a via autofágica está sendo afetada de alguma maneira. São necessários alguns testes complementares para concluir a base genética do caso clínico apresentado. Podemos sugerir, não obstante, segundo as análises apresentadas, uma disfunção na via de p62 como a causa da síndrome estudada. Palavras-chave: autofagia, exoma, sequestosome1, neurodegeneração, p62 / Abstract: Early childhood neurodegenerative diseases may be difficult to diagnose, as they can present heterogeneity of symptoms, late evolution on clinical picture and inconsistent biochemistry. Exome sequencing is one of the available molecular tools to help in the diagnosis of these diseases as it is capable to identify point mutations, small insertions and deletions in genes encoding for proteins that may be involved in the pathologies under research. Negative results in exomes are not always due to the absence of pathological changes in DNA. Therefore, the reanalysis is fundamental in cases where there is a suspicion for a certain pathology of genetic origin. The clinical case presented in this study lacks a welldefined diagnosis and the exome was conducted to clarify the cause of the symptoms and search for an appropriate treatment. During this re-analysis, some specific mutations were found and two point mutations in the SQSTM1 gene (rs201239306 e rs370874635), that encodes the p62 protein, were selected for further investigation since they both present low allelic frequency and also can alter the protein function. p62 protein acts on several cellular processes including autophagy. Autophagy is the cellular process responsible for the removal of dysfunctional proteins and organelles in normal homeostasis or during aging. Errors in this pathway of degradation are sources of a wide variety of diseases including neurodegenerative diseases. The analysis of the variant rs201239306 (A426V) presented with a paternal inheritance, showed possibilities of causing deficiencies in its signaling pathway, as it changes a well conserved aminoacid in several biological species (UBA domain). The bioinformatics analysis supported this hypothesis either. The quantification of p62 protein levels showed, a small decrease in the first analysis, and could indicate a decrease in its translation due to the alteration in the 5'UTR region. LC3 quantification initially demonstrated that the patient has an accumulation of this protein, indicating that the autophagic pathway is being affected in some way. Complementary tests are needed to conclude the genetic basis of this clinical case. We can suggest, however, according to the reported analysis, a dysfunction in the p62 pathway as the cause of the studied syndrome. Key-words: autophagy, exome, sequestosome1, neurodegeneration, p62

Orientador: Marciane Milanski Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Aplicadas / Made available in DSpace on 2018-08-23T21:13:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_MarianaPortovedodeOliveira_M.pdf: 2272542 bytes, checksum: 478a6f7d3c1173dce497f2be39d260ba (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O hipotálamo mediobasal é conhecido como o local primário que coordena o balanço entre a ingestão alimentar e o gasto energético. Nesse contexto, dietas com alto conteúdo de ácidos graxos saturados são apontadas como fatores dietéticos importantes responsáveis pelo desenvolvimento da obesidade. Dados recentes demonstraram que a autofagia, um processo que regula a homeostase celular por degradar organelas e proteínas disfuncionais, é crucial para a manutenção da funcionalidade de neurônios hipotalâmicos AgRP e POMC, que por sua vez, são responsáveis por coordenar o balanço energético corporal. Nesse trabalho, avaliamos a distribuição e o conteúdo de proteínas da maquinaria da autofagia em um modelo animal de obesidade induzida por dieta hiperlipídica com 8 ou 16 semanas de dieta e também em resposta a injeções intracerebroventriculares de ácido graxo esteárico. Demonstramos que a exposição crônica à dieta hiperlipídica levou ao aumento da expressão de marcadores inflamatórios e diminuição de autofagia. Além disso, o tratamento intracerebroventricular com ácido esteárico parece ser capaz de diminuir a autofagia em hipotálamo, sugerindo que ácidos graxos saturados podem ser os responsáveis pela diminuição da autofagia encontrada nos animais obesos. Por fim, a indução de autofagia em animais obesos com rapamicina foi capaz de melhorar a homeostase da glicose e reverter parâmetros inflamatórios e metabólicos, sem alterar o peso e a ingestão alimentar dos animais. Entender os mecanismos celulares e moleculares destes processos é crucial para identificar novos alvos terapêuticos para a obesidade / Abstract: The mediobasal hypothalamus is known as the primary site which coordinates the balance between food ingestion and energy expenditure. In this context, diets with high content of saturated fatty acids are pointed as the main diet factor responsible for the development of obesity. Recent data have shown that autophagy, a process which regulates cellular homeostasis by degrading dysfunctional proteins and organelles, is crucial to maintain the functionality of hypothalamic AgRP and POMC neurons, which in turn are responsible for coordinate body energy homeostasis. In this study we evaluated the hypothalamic distribution and content of autophagy's machinery proteins in an animal model of diet-induced obesity at 8 or 16 weeks of high-fat diet and in response to intracerebroventricular injections of a saturated fatty acid. We demonstrate that chronic exposure to a high-fat diet can lead to an increased expression of inflammatory markers and downregulation of autophagy. Also, intracerebroventricular treatment with stearic acid appears to contribute to the decrease of hypothalamic autophagy, suggesting that saturated fatty acids can contribute to the downregulation of autophagy found in obese mice. Finally, induction of autophagy in obese mice with rapamycin was able to improved glucose homeostasis and reverse inflammatory and apoptosis markers, the main mechanisms involving dysregulation of energy balance related to hypothalamic neurons, while no weight loss was observed during the treatment / Mestrado / Metabolismo e Biologia Molecular / Mestra em Ciências da Nutrição e do Esporte e Metabolismo

Memoria para optar al título de Químico Farmacéutico / Las enfermedades cardiovasculares (ECV) son la principal causa de muerte en el mundo. Los elevados niveles de colesterol y lipoproteína de baja densidad (LDL), que se han relacionado a un aumento de la cantidad de LDL oxidado (oxLDL) destacan entre los factores de riesgo. OxLDL se ha relacionado con el desarrollo de fibrosis cardíaca posterior al daño miocárdico y a la activación o inhibición del proceso autofágico en diferentes modelos celulares. Los miofibroblastos cardíacos (MFC) son células diferenciadas de fibroblastos cardíacos. Son los principales productores de matriz extracelular (MEC) luego del daño tisular, formando un tejido de cicatriz. Una vez terminada su función, los MFC mueren por apoptosis. Sin embargo, se ha identificado la persistencia de MFC en el corazón después del daño, condición que favorece el desarrollo de fibrosis. No hay evidencias que relacionen oxLDL, autofagia y sobrevida celular. En esta memoria se propuso la siguiente hipótesis: “oxLDL induce autofagia y aumenta la sobrevida en miofibroblastos cardiacos”. Los objetivos a desarrollar fueron: a) Evaluar el efecto de oxLDL en autofagia de MFC y b) Determinar el efecto de autofagia y oxLDL en sobrevida de MFC. Se trabajó con MFC estimulados con oxLDL a diferentes concentraciones y tiempos, con el fin de evaluar el efecto en el flujo autofágico. Para ello, se cuantificaron los niveles de LC3-I y LC3-II mediante Western blot. Se utilizó H2O2 como estímulo de muerte para estudiar los efectos de oxLDL y autofagia en la viabilidad celular por conteo con azul de Tripán. Los resultados de este trabajo indicaron que: a) oxLDL por sí solo no indujo activación de la autofagia, sin embargo disminuye la acumulación de LC3-II inducida por cloroquina. b) Autofagia inducida por rapamicina disminuye la viabilidad celular ante estímulo de muerte de H2O2. c) oxLDL no afecta la viabilidad celular ante estímulo de muerte H2O2, no obstante disminuye la muerte celular inducida por rapamicina y H202 / Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide. A major risk factor in these diseases is high levels of cholesterol and low-density lipoprotein (LDL), and this has been correlated with high levels of oxidized low-density lipoprotein (oxLDL). OxLDL is linked to fibrosis development after myocardial injury and this has been correlated with activation or inhibition of autophagic process in various cellular models. Cardiac myofibroblasts (CMF) are a differentiated phenotype from cardiac fibroblasts (CF). They are the main extracellular matrix producers after tisular injury, MFC make a scar and then die via apoptosis. Nevertheless, CMF in cardiac tissue have been identified after their work, this condition promotes fibrosis development and cardiac failure. There is no evidence of relationship between oxLDL, autophagy and cellular survival. The following hypothesis was proposed to this work: “oxLDL induces autophagy activation and enhances cardiac myofibroblast survival”. Specifics objectives to answer the hypothesis were: a) To evaluate the effect of oxLDL on autophagy of MFC, and b) To determine the effects of oxLDL and autophagy on MFC survival. To fulfill the proposed objectives MFC were stimulated with oxLDL and its effects were observed on autophagic flux. LC3-I and LC3-II levels were quantified by Western blot. H2O2 was used as a death stimulus to observe oxLDL and rapamycin-induced autophagy on cellular survival the viable cells where counted by tripan blue method. The results of this works show that: a) oxLDL has no effect on LC3-II levels under normal conditions, but dimish LC3-II chloroquine-induced LC3-II accumulation. b) Rapamycin-induced autophagy dimishes cell survival on death stimulus H2O2. c) oxLDL has no effect on cell survival, but reverts loss of cell viability on MFC treated with H2O2 and rapamycin