Submitted by Ana Maria Fiscina Sampaio (fiscina@bahia.fiocruz.br) on 2016-04-27T17:39:55Z No. of bitstreams: 1 José Geraldo Bomfim Lima Estudo do efeito....pdf: 7893051 bytes, checksum: a043a24c2d08a6c835942fd381ead5a4 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Maria Fiscina Sampaio (fiscina@bahia.fiocruz.br) on 2016-04-27T17:40:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 José Geraldo Bomfim Lima Estudo do efeito....pdf: 7893051 bytes, checksum: a043a24c2d08a6c835942fd381ead5a4 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-27T17:40:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 José Geraldo Bomfim Lima Estudo do efeito....pdf: 7893051 bytes, checksum: a043a24c2d08a6c835942fd381ead5a4 (MD5) Previous issue date: 2015 / Fundação Oswaldo Cruz. Centro de Pesquisas Gonçalo Moniz. Salvador, BA, Brasil / INTRODUÇÃO: A influência da autofagia em processos celulares que participam da homeostase celular, como a endocitose e a adesão celular, até o momento, foi pouco estudada. A endocitose consiste na internalização de material extracelular, quando as vesículas endocíticas são menores que 500nm é chamada de endocitose em microescala e quando as vesículas formadas são maiores que essa medida trata-se de endocitose em macroescala. Foi demonstrado que a conexão da via endocítica com a via autofágica é fundamental para a degradação de material citosólico e, subsequente, produção de energia e disponibilização de substrato para o metabolismo celular. Estudos controversos da literatura mostraram que a autofagia pode favorecer ou não interferir com a endocitose em macroescala. Além disso, alguns trabalhos demonstraram que o processo autofágico foi capaz de reduzir a reciclagem de integrinas para a membrana plasmática por alterar a endocitose em microescala envolvida na internalização desse tipo de proteína, reduzindo a capacidade de adesão e, consequentemente, a migração celular. Assim, em conjunto, esses achados evidenciam que a autofagia pode interagir e interferir com eventos celulares dependentes da participação da membrana plasmática como a endocitose e a adesão celular. OBJETIVO: No presente estudo, hipotetizamos que a prévia indução de autofagia em macrófagos é capaz de reduzir a endocitose em micro e macroescala, além de reduzir a capacidade de adesão celular. Desta forma, o objetivo desse estudo foi determinar o efeito da indução de autofagia, in vitro, sobre a endocitose e a adesão de macrófagos murino. MATERIAL E MÉTODOS: Macrófagos foram induzidos à autofagia por privação de nutrientes (starvation) ou pelo tratamento com um indutor farmacológico, a rapamicina, seguida da exposição a macromoléculas ou grandes partículas de diferentes naturezas. Além disso, após indução de autofagia, macrófagos em suspensão foram incubados em superfícies como o vidro ou uma matriz de colágeno e fibronectina para avaliação da capacidade de adesão. Os percentuais de endocitose em microescala, em macroescala e de adesão foram estimados. RESULTADOS: Mostramos que a indução de autofagia promoveu redução da capacidade fagocítica em cerca de 60% no percentual de macrófagos que internalizam grandes partículas, como levedo, sendo um mecanismo precoce e reversível. Ao passo que a indução de autofagia por privação de aminoácidos ou farmacológica não interferiu na endocitose em microescala. A indução de autofagia não alterou a endocitose de transferrina (endocitose mediada por receptores) e endocitose de BSA (endocitose de fase fluida). Em contraste, a indução de autofagia promoveu redução em aproximadamente 70% da quantidade de macrófagos que aderem a matriz de colágeno e fibronectina. Uma possível explicação para a redução da endocitose em macroescala pode estar relacionada à autofagia diminuir a disponibilidade de grandes extensões de membrana necessárias à internalização de partículas maiores que 500nm. Alternativamente, a indução de autofagia pode estar levando a célula a uma indisponibilidade de receptores na membrana plasmática que justificaria a redução da capacidade fagocítica e de adesão do 11 macrófago murino. CONCLUSÕES: A indução de autofagia diminui a capacidade fagocítica e a capacidade de adesão do macrófago murino. / INTRODUCTION: The influence of autophagy on cellular processes that participate in cellular homeostasis, such as endocytosis and cell adhesion has been poorly evaluated. Endocytosis consists in the internalization of extracellular material and includes microscale endocytosis, when endocytic vesicles are smaller than 500nm, and macroscale endocytosis, when the formed vesicles are larger than this measure. It has been shown that the connection between the endocytic and the autophagic pathways is essential for degradation of cytosolic material and, subsequently, power generation and provision of substrate for cellular metabolism. Controversial studies showed that autophagy can improve or do not interfere with macroscale endocytosis. Furthermore, some studies demonstrated that the autophagic process reduced integrin recycling to the plasma membrane through the modulation of microscale endocytosis involved in the internalization of this protein, reducing cell adhesion and migration. Taken together, these findings show that autophagy can interact and interfere with cellular events that depend on plasma membrane participation, such as endocytosis and cell adhesion. OBJECTIVES: In the present study, we hypothesized that prior autophagy induction in macrophage reduces micro and macroscale endocytosis, as well as cell adhesion. Thus, the aim of this study was to determine the effect of autophagy induction, in vitro, on endocytosis and adhesion of murine macrophages. MATERIAL AND METHODS: Autophagy by nutrient deprivation (starvation) or by treatment with an inducer drug, rapamycin, was induced in macrophages, followed by exposure to macromolecules or large particles of different natures. Furthermore, after autophagic induction, macrophages were plated on different surfaces like glass or collagen-fibronectin matrix to evaluate cell adhesiveness. After that, the percentage of endocytosis in micro and macroscale and adhesion were determined. RESULTS: We showed that autophagy induction decreases phagocytic ability to 60% in macrophages that internalized large particles like yeast. This is a reversible mechanism that occurs at early stages after autophagy induction. On the other hand, autophagy by amino acid deprivation or pharmacological induction does not interfere with the microscale endocytosis. The autophagy induction doesn’t alter transferrin endocytosis (receptor-mediated endocytosis) and BSA endocytosis (fluid-phase endocytosis). By contrast, the autophagy induction leads to a reduction of approximately 70% in macrophages adhesion on a collagen-fibronectin matrix. The reduction of macroscale endocytosis may be related to the decreased availability of large areas of membrane required for internalization of particles larger than 500nm caused by autophagy. Alternatively, autophagy induction may be leading to receptors unavailability in plasm membrane, which would explain the reduction of the phagocytic and adhesion ability. CONCLUSIONS: autophagy induction reduces

A hipertrofia cardíaca é caracterizada pelo aumento do músculo cardíaco devido aumento das dimensões dos cardiomiócitos. Em condições fisiológicas ou patológicas a hipertrofia está relacionada com o aumento da força do coração, provocando alterações nas células miocárdicas. O exercício ativa a via da proteína Akt relacionada à sobrevivência celular em resposta ao exercício e atua sobre a proteína quinase mTOR, ocasionando síntese proteica e hipertrofia. A mTOR participa da proliferação e crescimento celular através da regulação da tradução da proteína. Além disso, a mTOR também controla outros processos celulares como autofagia e parece estar relacionada com a sinalização de miostatina. Portanto, quando miostatina aumentada, inibe o crescimento muscular provavelmente através da inibição de mTOR. A autofagia é um mecanismo homeostático com a finalidade de degradação e reciclagem através da ação lisossomal reciclando organelas citoplasmáticas e proteínas a fim de remover esses materiais intracelulares. A ativação da autofagia ocorre em duas situações: uma em baixo nível de fluxo autofágico, devido uma baixa energética a fim de manter a sobrevivência celular e em outra situação há ativação pronunciada a fim de esgotar os elementos celulares culminando em morte celular. Esses dois extremos nas ações autofágicas são mecanismos potenciais pró ou anti-sobrevivência. Estudos mostram uma ativação da autofagia durante o exercício agudo e parece estar relacionado com a repressão da via AKT/mTOR. Por outro lado, no exercício crônico a autofagia é ativada em músculo esquelético através de aumento das proteínas autofágicas. Tal evento é explicado pela mudança do perfil muscular esquelético pós-exercício gerando maior quantidade de metabólitos que são reciclados pelo sistema, porém em músculo cardíaco ainda está sendo estudado. A miostatina é um regulador negativo do crescimento muscular esquelético. Em doenças seu aumento resulta em perda muscular, contudo, na hipertrofia fisiológica a miostatina está reduzida no músculo esquelético e no cardíaco. A miostatina aumentada bloqueia não só Akt, mas também mTOR, favorecendo a via de degradação proteica através da maquinaria autofágica. Assim, a miostatina tem ação na autofagia durante o exercício e essas vias podem estar relacionadas com o desenvolvimento da hipertrofia cardíaca.

Dissertação de Mestrado apresentada ao programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde da Universidade do Extremo Sul Catarinense para a obtenção do título de Mestre em Ciências da Saúde. / A morte tecidual decorrente das alterações isquêmicas é um processo complexo que envolve uma série de eventos celulares. A interrupção do fluxo sanguíneo compromete o suprimento de oxigênio, nutrientes e metabólitos necessários a manutenção fisiológica do tecido muscular. Dentre as causas de isquemia tecidual destacamos a trombose arterial causada pela doença aterosclerótica, responsável por alterações isquêmicas cardíacas, renais, cerebrais e periféricas. A isquemia tecidual causada pela doença aterosclerótica possui grande incidência principalmente na população ocidental atual, sendo responsável por altas taxas de morbidade e de mortalidade. Diante deste cenário, buscamos avaliar o papel do tratamento com N-acetilcisteína (NAC) em animais submetidos ao modelo de isquemia de membros inferior. Para avaliar o efeito de NAC, utilizou-se 21 ratos machos adultos, da linhagem Wistar, com peso variando entre 250-300 g, divididos em três grupos de 7 animais: (1) Sham, (2) Isquemia, (3) Isquemia tratada com NAC. Os animais foram submetidos ao processo de indução de isquemia dos membros posteriores por meio da dupla eletrocoagulação das artérias ilíaca comum e femoral comum e após o procedimento receberam uma dose oral diária de NAC de 30 mg/kg por 30 dias. Ao final dos 30 dias o músculo solear foi retirado para as avaliações de consumo de oxigênio, marcadores de autofagia (ATG16, ATG3, Beclin, LC3 A/B, marcadores de mitofagia PINK e PARKIN, e marcadores de biogênese mitocondrial NRF-1, PGC-1α e TFAM. Nos animais submetidos ao tratamento com NAC, evidenciou-se redução significativa na atividade do PGC1 α e TFAM, marcadores de biogênese mitocondrial, assim como aumento do consumo de oxigênio, em hipóxia, de animais submetidos a isquemia crônica de membros inferiores, o marcador de autofagia beclina também mostrou-se reduzido em ralação aos animais não tratados. Não houve alteração significativa na concentração dos marcadores de autofagia (LC3, ATG3 e ATG16), nos níveis de Pink e PARKIN – marcadores de mitofagia, assim como no marcador NRF1 de biogênese mitocondrial. A baixa concentração de consumo de oxigênio, em normóxia, em animais submetidos a isquemia crônica de membros inferiores não foi revertida pela NAC. Em conclusão, o tratamento com a NAC reverte o aumento do consumo de oxigênio em hipóxia, mas este efeito não parece ser secundário diretamente a modulação dos processos de autofagia, mitofagia ou biogênese mitocondrial.

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós Graduação em Ciências da Saúde, da Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC, para obtenção do título de Mestre em Ciências da Saúde. / O hábito de fumar induz diversas alterações ao sistema cardíaco e isso pode estar relacionado, pelo menos em parte, à excessiva formação de espécies reativas de oxigênio. Evidência recente demonstra que o acúmulo de espécies reativas está envolvido em vários processos importantes, um deles é a autofagia. Uma das moléculas envolvidas na regulação da autofagia é a AMPK. A AMPK estimula a ULK e consequentemente outras proteínas relacionadas a autofagia. No entanto, o conhecimento sobre esse processo carece de maiores investigações. Diante disso, o presente estudo avaliou o envolvimento das espécies reativas de oxigênio no processo autofágico no músculo cardíaco de camundongos expostos à fumaça de cigarro. Foram utilizados camundongos Swiss expostos à 4 cigarros comerciais com filtro por sessão, 3 sessões/dia, todos os dias da semana por 7, 15, 30 e 45 dias (n=10) e o grupo controle. Os animais sofreram eutanásia, o tecido cardíaco foi removido e realizado análises moleculares e bioquímicas. Nos grupos expostos à fumaça de cigarro por 30 e 45 dias, observou-se maiores alterações no processo autofágico no tecido cardíaco; o tempo de 30 dias de exposição foi utilizado para os experimentos posteriores (suplementação com N-acetilcisteína e cessação da fumaça de cigarro por 30 dias). Após protocolo de exposição, suplementação e cessação da fumaça de cigarro por 30 dias os animais sofreram eutanásia, o tecido cardíaco foi removido e realizado análises bioquímicas e moleculares. Os resultados demonstraram que a exposição à fumaça de cigarro por diferentes dias aumentou a produção de espécies reativas de oxigênio, fosforilação de AMPK e ULKser317, níveis proteicos de sestrina 2, Atg5 e LC3 II e diminuiu a fosforilação de mTOR. Após o uso de antioxidante e a cessação da fumaça de cigarro por 30 dias, a produção de espécies reativas de oxigênio foi significamente menor nos grupos suplementados e cessados por 30 dias em relação aos animais expostos por 30 dias. Em adição, a fosforilação de AMPK e ULKser317 e os níveis proteicos de sestrina 2, Atg5 e LC3 II foram menores nesses grupos. Além disso, a fosforilação de mTOR foi aumentada nos grupos suplementados com n-acetilcisteína e no grupo com cessação da fumaça. Os resultados demonstraram que a exposição da fumaça de cigarro aumenta a autofagia mediada pelas espécies reativas de oxigênio no tecido cardíaco de camundongos Swiss.

A hipóxia-isquemia (HI) encefálica é uma das causas mais frequentes de lesões graves com comprometimento crônico das capacidades neurológicas e também de óbito neonatal do mundo. A HI cerebral resulta em alterações hemodinâmicas, bioquímicas e neurofisiológicas como uma consequência direta da falta de oxigênio e glicose. Esses processos podem levar a um dano cerebral por meio da ativação de mecanismos citotóxicos e apoptóticos, que causam prejuízo e morte à célula. Recentemente, alguns estudos mostraram que os danos gerados pela HI neonatal apresentam dimorfismo sexual. Na presente tese, foram avaliados os efeitos da HI neonatal sobre parâmetros de estresse oxidativo e de dano celular após a lesão encefálica em machos e fêmeas a fim de se detectar a contribuição do dimorfismo sexual para a lesão. Foi observado que a HI aumentou a produção de radicais livres causando peroxidação lipídica, e também aumentou a atividade da enzima antioxidante superóxido dismutase (1h e 2h após a HI). Além disso, a HI inibiu a atividade da enzima Na+, K+-ATPase imediatamente após a lesão. Estes dados demonstram que a HI foi capaz de induzir o estresse oxidativo e levar à perda de homeostase celular através da alteração no controle da bomba de Na+ e K+ no encéfalo dos neonatos após a lesão. Tendo em vista que a mitocôndria é a principal fonte de espécies reativas de oxigênio (EROs) na célula nós investigamos os efeitos da HI sobre a função mitocondrial. Machos e fêmeas expostos à HI apresentaram diminuição na atividade do complexo II da cadeia respiratória em hipocampo, além de diminuição da massa e do potencial de membrana (Δψ) mitocondrial tanto no córtex quanto no hipocampo, 2h após o insulto. Por outro lado, em 18h, a atividade dos complexos (I-III, II e IV) da cadeia respiratória mostrou uma inibição severa que foi acompanhada de diminuição de massa e Δψ mitocondrial em ambos os sexos, exceto pelo fato dos machos não apresentarem diminuição na massa mitocondrial. Esses dados mostram que a formação de espécies reativas bem como a peroxidação lipídica ocorre provavelmente devido à inibição da atividade dos complexos da cadeia respiratória. Tão importante quanto a disfunção mitocondrial induzida pela HI, os resultados apontam a presença de dimorfismo sexual neste parâmetro avaliado, uma vez que as fêmeas, além de apresentarem uma atividade dos complexos da cadeia respiratória per se maior quando comparadas aos machos, elas mostraram-se mais vulneráveis ao dano da HI. Com a finalidade de identificar a possível contribuição da autofagia para as diferentes alterações mitocondriais encontradas em machos e fêmeas, a atividade autofágica foi mensurada nos neonatos 18h após a lesão. Nós constatamos que as alterações encontradas – estresse oxidativo e disfunção mitocondrial – foram capazes de induzir a atividade autofágica. Entretanto esta se manifestou de forma distinta em córtex e hipocampo e também de maneira diferente em machos e fêmeas. No córtex, as fêmeas submetidas à HI tiveram aumento no número de autofagossomos (ativação da autofagia), porém diminuição dos autolisossomos, demonstrando uma possível inibição de algum passo final do processo. Já no hipocampo, os machos submetidos à HI tiveram indução da autofagia e as fêmeas apresentaram um aumento per se da atividade autofágica tanto nos animais controle quanto nos HI. É possível que o aumento das EROs pela cadeia respiratória e a perda de Δψ mitocondrial tenham induzido a autofagia após a lesão causada pela HI no encéfalo dos neonatos. Essas diferenças sexo-específicas são importantes não somente para entendermos o mecanismo de dano causado pelo insulto, mas também para direcionarmos os estudos sobre as estratégias terapêuticas de acordo com o sexo do indivíduo afetado. / Brain hypoxia-ischemia (HI) is one of the most common causes of severe chronic impairment of neurological abilities and also neonatal death in the world. Brain HI results in hemodynamic, biochemical and neurophysiological changes as a direct consequence of oxygen and glucose absence. These processes can lead to brain damage through activation of cytotoxic and apoptotic mechanisms, which cause injury and death to the cell. Recently, some studies have shown that the damage caused by neonatal HI presents sexual dimorphism. In this thesis, it was evaluated the effects of neonatal HI on oxidative stress parameters and cell damage after brain lesion in males and females to verify sexual dimorphism contribution to the lesion. It was observed that HI increased free radicals production leading to lipid peroxidation and also increased superoxide dismutase activity (1h and 2h after HI). Besides, HI inhibited Na+, K+-ATPase activity immediately after injury. These data demonstrated that HI was able to induce oxidative stress and lead to cell homeostase loss through modifications on Na+ and K+ pump control in neonatal brain after injury. Considering that mitochondria are the main source of reactive oxygen species (ROS) in cell we investigated the effects of HI on mitochondrial function. Males and females exposed to HI showed a decrease in complex II activity of hippocampal respiratory chain in addition to diminished mass and mitochondrial membrane potential (Δψ) in both cortex and hippocampus, 2h after insult. On the other hand, at 18h activity of respiratory chain complexes (I-III, II e IV) showed a severe inhibition that was accompanied by a decrease of mitochondrial mass and Δψ in both sexes, except that males do not show decrease in mitochondrial mass. These data demonstrated that reactive species formation and lipid peroxidation probably occur due to inhibition of respiratory chain complexes activities. Just as important as mitochondrial dysfunction induced by HI, results indicate the presence of sexual dimorphism on this parameter, since females, besides having a higher per se activity of respiratory chain complexes compared to males, they were more vulnerable to HI damage. In order to identify the possible contribution of autophagy to the distinct mitochondrial alterations found in males and females, autophagic activity was measured in neonates 18h after injury. We verify that changes found – namely oxidative stress and mitochondrial dysfunction - were able to induce autophagic activity. However, it manifested differently in cortex and hippocampus and also in males and females. In the cortex, females subjected to HI had an increase in autophagosomes (activation of autophagy), but decreased autolysosomes, showing a possible inhibition of a final step of the process. On hippocampus, males subjected to HI had autophagy induction and females showed a per se increase in autophagic activity in both control and HI animals. It is possible that ROS increased in respiratory chain and loss of mitochondrial Δψ had induced autophagy after lesion caused by HI in the neonatal brain. These sex-specific differences are important not only to understand the mechanism of damage caused by HI insult, but also to direct studies on the therapeutic strategies according to the sex of the affected subject.

A hipertrofia cardíaca é caracterizada pelo aumento do músculo cardíaco devido aumento das dimensões dos cardiomiócitos. Em condições fisiológicas ou patológicas a hipertrofia está relacionada com o aumento da força do coração, provocando alterações nas células miocárdicas. O exercício ativa a via da proteína Akt relacionada à sobrevivência celular em resposta ao exercício e atua sobre a proteína quinase mTOR, ocasionando síntese proteica e hipertrofia. A mTOR participa da proliferação e crescimento celular através da regulação da tradução da proteína. Além disso, a mTOR também controla outros processos celulares como autofagia e parece estar relacionada com a sinalização de miostatina. Portanto, quando miostatina aumentada, inibe o crescimento muscular provavelmente através da inibição de mTOR. A autofagia é um mecanismo homeostático com a finalidade de degradação e reciclagem através da ação lisossomal reciclando organelas citoplasmáticas e proteínas a fim de remover esses materiais intracelulares. A ativação da autofagia ocorre em duas situações: uma em baixo nível de fluxo autofágico, devido uma baixa energética a fim de manter a sobrevivência celular e em outra situação há ativação pronunciada a fim de esgotar os elementos celulares culminando em morte celular. Esses dois extremos nas ações autofágicas são mecanismos potenciais pró ou anti-sobrevivência. Estudos mostram uma ativação da autofagia durante o exercício agudo e parece estar relacionado com a repressão da via AKT/mTOR. Por outro lado, no exercício crônico a autofagia é ativada em músculo esquelético através de aumento das proteínas autofágicas. Tal evento é explicado pela mudança do perfil muscular esquelético pós-exercício gerando maior quantidade de metabólitos que são reciclados pelo sistema, porém em músculo cardíaco ainda está sendo estudado. A miostatina é um regulador negativo do crescimento muscular esquelético. Em doenças seu aumento resulta em perda muscular, contudo, na hipertrofia fisiológica a miostatina está reduzida no músculo esquelético e no cardíaco. A miostatina aumentada bloqueia não só Akt, mas também mTOR, favorecendo a via de degradação proteica através da maquinaria autofágica. Assim, a miostatina tem ação na autofagia durante o exercício e essas vias podem estar relacionadas com o desenvolvimento da hipertrofia cardíaca.

A autofagia é o processo de degradação de estruturas celulares através do seu direcionamento ao lisossomo. As proteínas TRIMs reconhecem as -cargas? autofágicas e reúnem o complexo de nucleação do fagóforo, contudo se desconhece a função de cada domínio e a importância da atividade de E3 ligase para a sua atividade. A proteína TRIM49 clonada e expressa em E. coli ou em células humanas HEK293T não apresentou atividade de E3 ubiquitina ligase in vitro e reduziu os níveis totais de ubiquitinação in vivo, indicando que não é um E3 ubiquitina ligase. Células desafiadas com Htt74Q apresentaram menores níveis de citotoxicidade quando co-transfectadas com TRIM49 selvagem, mas não com os mutantes do domínio RING ou SPRY, indicando os dois domínios são necessários para sua atividade celular. A proteína selvagem se colocaliza com o marcador autofágico LC3, após o bloqueio da autofagia com bafilomicina A1. Os resultados indicam que a TRIM49 pode atuar na degradação intracelular de proteínas, por um mecanismo não dependente de atividade de E3 ligase. / Autophagy is the process of degradation of intracellular proteins through their directioning to the lysosome. TRIM proteins can directely recognize autophagic cargo and also act as a hub for the phagophore nucleation complex, however the function of each domain and the role of the E3 ligase activity in this process is unknown. The TRIM49 protein cloned and expressed in E. coli or in human cells HEK23T showed no ubiquitin E3 ligase activity in vitro and cells transfected with the wild type protein showed lower levels of polyubiquitinated proteins, indicating that TRIM49 is not a bona fide E3 ubiquitin ligase. Cells challenged with Htt74Q presented lower cytotoxicity levels when cotransfected with wild type TRIM49, when compared with the RING domain mutant or with the truncated protein lacking the SPRY domain, indicating that both domains are required for its cellular activity. The wild type protein colocalizes with the autophagic marker LC3 after treatment with the autophagy inhibitor bafilomycin A1. Taken together, these results indicate that the TRIM49 protein plays a role in protein degradation independently of a E3 ligase activity.

A hipóxia-isquemia (HI) encefálica é uma das causas mais frequentes de lesões graves com comprometimento crônico das capacidades neurológicas e também de óbito neonatal do mundo. A HI cerebral resulta em alterações hemodinâmicas, bioquímicas e neurofisiológicas como uma consequência direta da falta de oxigênio e glicose. Esses processos podem levar a um dano cerebral por meio da ativação de mecanismos citotóxicos e apoptóticos, que causam prejuízo e morte à célula. Recentemente, alguns estudos mostraram que os danos gerados pela HI neonatal apresentam dimorfismo sexual. Na presente tese, foram avaliados os efeitos da HI neonatal sobre parâmetros de estresse oxidativo e de dano celular após a lesão encefálica em machos e fêmeas a fim de se detectar a contribuição do dimorfismo sexual para a lesão. Foi observado que a HI aumentou a produção de radicais livres causando peroxidação lipídica, e também aumentou a atividade da enzima antioxidante superóxido dismutase (1h e 2h após a HI). Além disso, a HI inibiu a atividade da enzima Na+, K+-ATPase imediatamente após a lesão. Estes dados demonstram que a HI foi capaz de induzir o estresse oxidativo e levar à perda de homeostase celular através da alteração no controle da bomba de Na+ e K+ no encéfalo dos neonatos após a lesão. Tendo em vista que a mitocôndria é a principal fonte de espécies reativas de oxigênio (EROs) na célula nós investigamos os efeitos da HI sobre a função mitocondrial. Machos e fêmeas expostos à HI apresentaram diminuição na atividade do complexo II da cadeia respiratória em hipocampo, além de diminuição da massa e do potencial de membrana (Δψ) mitocondrial tanto no córtex quanto no hipocampo, 2h após o insulto. Por outro lado, em 18h, a atividade dos complexos (I-III, II e IV) da cadeia respiratória mostrou uma inibição severa que foi acompanhada de diminuição de massa e Δψ mitocondrial em ambos os sexos, exceto pelo fato dos machos não apresentarem diminuição na massa mitocondrial. Esses dados mostram que a formação de espécies reativas bem como a peroxidação lipídica ocorre provavelmente devido à inibição da atividade dos complexos da cadeia respiratória. Tão importante quanto a disfunção mitocondrial induzida pela HI, os resultados apontam a presença de dimorfismo sexual neste parâmetro avaliado, uma vez que as fêmeas, além de apresentarem uma atividade dos complexos da cadeia respiratória per se maior quando comparadas aos machos, elas mostraram-se mais vulneráveis ao dano da HI. Com a finalidade de identificar a possível contribuição da autofagia para as diferentes alterações mitocondriais encontradas em machos e fêmeas, a atividade autofágica foi mensurada nos neonatos 18h após a lesão. Nós constatamos que as alterações encontradas – estresse oxidativo e disfunção mitocondrial – foram capazes de induzir a atividade autofágica. Entretanto esta se manifestou de forma distinta em córtex e hipocampo e também de maneira diferente em machos e fêmeas. No córtex, as fêmeas submetidas à HI tiveram aumento no número de autofagossomos (ativação da autofagia), porém diminuição dos autolisossomos, demonstrando uma possível inibição de algum passo final do processo. Já no hipocampo, os machos submetidos à HI tiveram indução da autofagia e as fêmeas apresentaram um aumento per se da atividade autofágica tanto nos animais controle quanto nos HI. É possível que o aumento das EROs pela cadeia respiratória e a perda de Δψ mitocondrial tenham induzido a autofagia após a lesão causada pela HI no encéfalo dos neonatos. Essas diferenças sexo-específicas são importantes não somente para entendermos o mecanismo de dano causado pelo insulto, mas também para direcionarmos os estudos sobre as estratégias terapêuticas de acordo com o sexo do indivíduo afetado. / Brain hypoxia-ischemia (HI) is one of the most common causes of severe chronic impairment of neurological abilities and also neonatal death in the world. Brain HI results in hemodynamic, biochemical and neurophysiological changes as a direct consequence of oxygen and glucose absence. These processes can lead to brain damage through activation of cytotoxic and apoptotic mechanisms, which cause injury and death to the cell. Recently, some studies have shown that the damage caused by neonatal HI presents sexual dimorphism. In this thesis, it was evaluated the effects of neonatal HI on oxidative stress parameters and cell damage after brain lesion in males and females to verify sexual dimorphism contribution to the lesion. It was observed that HI increased free radicals production leading to lipid peroxidation and also increased superoxide dismutase activity (1h and 2h after HI). Besides, HI inhibited Na+, K+-ATPase activity immediately after injury. These data demonstrated that HI was able to induce oxidative stress and lead to cell homeostase loss through modifications on Na+ and K+ pump control in neonatal brain after injury. Considering that mitochondria are the main source of reactive oxygen species (ROS) in cell we investigated the effects of HI on mitochondrial function. Males and females exposed to HI showed a decrease in complex II activity of hippocampal respiratory chain in addition to diminished mass and mitochondrial membrane potential (Δψ) in both cortex and hippocampus, 2h after insult. On the other hand, at 18h activity of respiratory chain complexes (I-III, II e IV) showed a severe inhibition that was accompanied by a decrease of mitochondrial mass and Δψ in both sexes, except that males do not show decrease in mitochondrial mass. These data demonstrated that reactive species formation and lipid peroxidation probably occur due to inhibition of respiratory chain complexes activities. Just as important as mitochondrial dysfunction induced by HI, results indicate the presence of sexual dimorphism on this parameter, since females, besides having a higher per se activity of respiratory chain complexes compared to males, they were more vulnerable to HI damage. In order to identify the possible contribution of autophagy to the distinct mitochondrial alterations found in males and females, autophagic activity was measured in neonates 18h after injury. We verify that changes found – namely oxidative stress and mitochondrial dysfunction - were able to induce autophagic activity. However, it manifested differently in cortex and hippocampus and also in males and females. In the cortex, females subjected to HI had an increase in autophagosomes (activation of autophagy), but decreased autolysosomes, showing a possible inhibition of a final step of the process. On hippocampus, males subjected to HI had autophagy induction and females showed a per se increase in autophagic activity in both control and HI animals. It is possible that ROS increased in respiratory chain and loss of mitochondrial Δψ had induced autophagy after lesion caused by HI in the neonatal brain. These sex-specific differences are important not only to understand the mechanism of damage caused by HI insult, but also to direct studies on the therapeutic strategies according to the sex of the affected subject.

A hipertrofia cardíaca é caracterizada pelo aumento do músculo cardíaco devido aumento das dimensões dos cardiomiócitos. Em condições fisiológicas ou patológicas a hipertrofia está relacionada com o aumento da força do coração, provocando alterações nas células miocárdicas. O exercício ativa a via da proteína Akt relacionada à sobrevivência celular em resposta ao exercício e atua sobre a proteína quinase mTOR, ocasionando síntese proteica e hipertrofia. A mTOR participa da proliferação e crescimento celular através da regulação da tradução da proteína. Além disso, a mTOR também controla outros processos celulares como autofagia e parece estar relacionada com a sinalização de miostatina. Portanto, quando miostatina aumentada, inibe o crescimento muscular provavelmente através da inibição de mTOR. A autofagia é um mecanismo homeostático com a finalidade de degradação e reciclagem através da ação lisossomal reciclando organelas citoplasmáticas e proteínas a fim de remover esses materiais intracelulares. A ativação da autofagia ocorre em duas situações: uma em baixo nível de fluxo autofágico, devido uma baixa energética a fim de manter a sobrevivência celular e em outra situação há ativação pronunciada a fim de esgotar os elementos celulares culminando em morte celular. Esses dois extremos nas ações autofágicas são mecanismos potenciais pró ou anti-sobrevivência. Estudos mostram uma ativação da autofagia durante o exercício agudo e parece estar relacionado com a repressão da via AKT/mTOR. Por outro lado, no exercício crônico a autofagia é ativada em músculo esquelético através de aumento das proteínas autofágicas. Tal evento é explicado pela mudança do perfil muscular esquelético pós-exercício gerando maior quantidade de metabólitos que são reciclados pelo sistema, porém em músculo cardíaco ainda está sendo estudado. A miostatina é um regulador negativo do crescimento muscular esquelético. Em doenças seu aumento resulta em perda muscular, contudo, na hipertrofia fisiológica a miostatina está reduzida no músculo esquelético e no cardíaco. A miostatina aumentada bloqueia não só Akt, mas também mTOR, favorecendo a via de degradação proteica através da maquinaria autofágica. Assim, a miostatina tem ação na autofagia durante o exercício e essas vias podem estar relacionadas com o desenvolvimento da hipertrofia cardíaca.

Tesis para optar al grado académico de Doctora en Bioquímica / Antecedentes y objetivo: La aterosclerosis se caracteriza por una desdiferenciación las células de músculo liso vascular (VSMC) a un fenotipo migratorio, proliferativo, con baja expresión de proteínas de contracción y una elevada síntesis de matriz extracelular. Esta enfermedad cardiovascular tiene un componente inflamatorio crónico con presencia del factor de necrosis tumoral-α (TNF-α) en el tejido aterosclerótico. Además, se ha observado que las VSMC de placas de ateroma tienen inducida la autofagia, un mecanismo asociado con la degradación de proteínas y organelos intracelulares. El objetivo de este estudio fue evaluar si el TNF-α induce desdiferenciación en las VSMCs, transformándolas a un fenotipo proinflamatorio con mayor capacidad de migración y proliferación, y si este cambio de fenotipo es mediado por autofagia. Metodología: El modelo de estudio es la línea celular de VSMCs de aorta de rata A7r5. El estímulo de TNF-α fue de 100 ng/mL. La autofagia se determinó midiendo los niveles proteicos de LC3-II, p62 y formación de vacuolas autofágicas marcándolas con LC3-GFP. La participación de la autofagia se evaluó inhibiéndola farmacológicamente con cloroquina, y genéticamente con siRNA de Beclin1. La desdiferenciación celular se evaluó midiendo la expresión y organización de las proteínas de contracción α-SMA y SM22, los niveles de las proteínas de matriz extracelular colágeno tipo I y osteopontina, proliferación celular por incorporación de [3H]-timidina y ensayo de MTT, y migración por ensayo de herida y de transwell usando una cámara Boyden. Los parámetros inflamatorios se evaluaron mediante la medición de las proteínas IL-1β, IL-6 e IL-10 por ELISA. Resultados: El TNF-α indujo autofagia reflejado por un aumento de LC3-II (1,91±0,21 veces vs control, p<0,01) y una disminución de p62 (0,77±0,05 veces vs control, p<0,001). Esta autofagia fue dependiente de IKK ya que el aumento de LC3-II inducida por TNF-α se inhibió con BAY-117082. Además, TNF-α indujo migración celular (1,45±0,09 veces vs control, p<0,01), proliferación (2,33±0,24 veces vs control, p<0,05), secreción de IL-6 (258±53 veces vs control, p<0,01), aumento de las proteínas de matriz extracelular colágeno tipo I (3,09±0,85 veces vs control, p<0,01) y osteopontina (2,32±0,46 veces vs control, p<0,01) y disminución de las proteínas contráctiles α-SMA (0,74±0,12 veces vs control, p<0,05) y SM22 (0,54±0,01 veces vs control, p<0,05). Además, el factor de crecimiento derivado de plaquetas-BB (PDGF-BB), un inductor clásico de desdiferenciación de VSMC, al igual que el TNF-α, también indujo un aumento de la secreción de IL-6 en las VSMC. Cuando se inhibió la autofagia farmacológica o genéticamente, estos cambios fenotípicos inducidos por TNF-α no ocurrieron. Conclusión: En este trabajo se demostró que el TNF-α induce desdiferenciación celular, proliferación y migración en VSMCs de forma dependiente de autofagia. Además, el TNF-α también aumentó la secreción de IL-6, efecto que fue también dependiente de autofagia. Debido a que el fenotipo proinflamatorio también se indujo con PDGF-BB, sugerimos que el fenotipo proinflamatorio podría ser una característica común de las VSMC desdiferenciadas. Palabras claves: VSMC, TNF-α, autofagia, desdiferenciación, migración, proliferación y citoquinas / Background and aim: Atherosclerosis is characterized by vascular smooth muscle cells (VSMC) dedifferentiation to a proliferative and migratory phenotype with low contractile protein expression and high extracellular matrix synthesis. This cardiovascular disease has a chronic inflammatory component with the presence of tumor necrosis factor-α (TNF-α) in the atherosclerotic tissue. Furthermore, it has been observed that VSMC of atheromatous plaques have increased autophagy, a mechanism associated with protein and intracellular organelles degradation. The aim of this study was to evaluate if TNF-α induces VSMC dedifferentiation, triggering a proinflammatory phenotype with higher migration and proliferation capacity, and if this phenotype switching is mediated by autophagy. Methodology: Studies were performed in a rat aortic VSMC cell line A7r5. Cells were stimulated with TNF-α 100 ng/mL. Autophagy was determined by measuring LC3-II and p62 protein levels and autophagic vesicles formation using LC3-GFP. Autophagy was pharmacologically inhibited with chloroquine, and genetically with a siRNA Beclin1. Cell dedifferentiation was evaluated by measuring the expression and organization of contractile proteins α-SMA and SM22, extracellular matrix protein osteopontin and type I collagen levels. Cell proliferation was measured by [3H]-thymidine and MTT assay, and migration was evaluated by wound assay and transwell using a Boyden chamber. Inflammatory parameters were measured by the expression of IL-1β, IL16 and IL-10 proteins by ELISA. Results: TNF-α induced autophagy as determined by LC3-II level increase (1.91±0.21 fold vs control, p<0.01) and p62 level decrease (0.77±0.05 fold vs control, p<0.001). This autophagy was dependent on IKK because TNF-α-dependent LC3-II increase was inhibited by BAY-117082. In addition, TNF-α induced migration (1.45±0.09 fold vs control, p<0.01), proliferation (2.33±0.24 fold vs control, p<0.05), IL-6 secretion (258±53 fold vs control, p<0.01), extracellular matrix proteins collagen type I (3.09±0.85 fold vs control, p<0.01) and osteopontin (2.32±0.46 fold vs control, p<0.05), and decreased contractile proteins α -SMA (0.74±0.12 fold vs control, p<0.05) and SM22 (0.54±0.01 fold vs control, p<0.05). In addition, platelet-derived growth factor-BB (PDGF-BB), a classic VSMC dedifferentiation inducer, as well as TNF-α, also induced an increase in IL-6 secretion in those cells. When autophagy was pharmacologically or genetically inhibited, these TNF-α-induced phenotypic changes did not occur. Conclusion: In this study it was shown that TNF-α induces cell dedifferentiation, proliferation and migration in VSMCs in an autophagy dependent manner. In addition, TNF-α also increases IL-6 secretion, this effect is also dependent of autophagy. Because the proinflammatory phenotype is also induced with PDGF-BB, we suggest that the proinflammatory phenotype could be a common feature of dedifferentiated VSMCs / Mecesup; Fondecyt; Fondap; Proyecto Anillo de Investigación de Ciencia y Tecnología