La holoenzima proteína quinasa A (PKA) es un tetrámero que consiste en dos subunidades catalíticas y dos subunidades reguladoras, se encuentra en forma ubicua fosforilando un gran número de proteínas celulares y participa en la regulación de vías metabólicas y otros procesos (transporte de membrana, motilidad celular, expresión génica, apoptosis, aprendizaje y memoria). Las proteínas quinasas no solamente se encuentran en el interior de las células, sino además se observa la "exportación" hacia la superficie de la cara externa de la membrana plasmática de las células (Redegeld, F.A et al., 1999). Este fenómeno de exportación de las proteína quinasas hacia la superficie de la cara externa de las células en cultivo se denomina "ectoquinasas." El objetivo del presente trabajo es estudiar la exportación de la proteína quinasa dependiente del AMPc sobrexpresada en células humanas en cultivo a nivel intracelular o endógeno, a nivel ectópico o en la membrana plasmática, y libre en el líquido extracelular o proteína exógeno. En la presente Tesis se utilizó dos líneas celulares llamadas HEK293T y HELA, realizándose la técnica de transfección por lipofectamina para introducir en estas células la proteína PKA, específicamente el vector (pcDNA3-HA) con el inserto que contiene el gen de la subunidad catalítica con el epítope anti-HA.

La holoenzima proteína quinasa A (PKA) es un tetrámero que consiste en dos subunidades catalíticas y dos subunidades reguladoras, se encuentra en forma ubicua fosforilando un gran número de proteínas celulares y participa en la regulación de vías metabólicas y otros procesos (transporte de membrana, motilidad celular, expresión génica, apoptosis, aprendizaje y memoria). Las proteínas quinasas no solamente se encuentran en el interior de las células, sino además se observa la "exportación" hacia la superficie de la cara externa de la membrana plasmática de las células (Redegeld, F.A et al., 1999). Este fenómeno de exportación de las proteína quinasas hacia la superficie de la cara externa de las células en cultivo se denomina "ectoquinasas." El objetivo del presente trabajo es estudiar la exportación de la proteína quinasa dependiente del AMPc sobrexpresada en células humanas en cultivo a nivel intracelular o endógeno, a nivel ectópico o en la membrana plasmática, y libre en el líquido extracelular o proteína exógeno. En la presente Tesis se utilizó dos líneas celulares llamadas HEK293T y HELA, realizándose la técnica de transfección por lipofectamina para introducir en estas células la proteína PKA, específicamente el vector (pcDNA3-HA) con el inserto que contiene el gen de la subunidad catalítica con el epítope anti-HA.

Doctor en Bioquímica / El retículo endoplásmico (RE) y la mitocondria son organelos celulares que entablan una continua y dinámica conversación que permite a la célula responder coordinadamente a diversas situaciones fisiopatológicas. Datos previos de nuestro Laboratorio mostraron que ambos organelos incrementan los puntos de contacto físico durante la fase temprana del estrés de RE, permitiendo una mayor transferencia de Ca2+ desde el RE hacia la mitocondria y estimulando así el metabolismo de este último organelo y favoreciendo la sobrevida celular. El presente proyecto estudió la participación de proteína quinasa A (PKA) y caveolina-1 (Cav1) como agentes reguladores de esta interacción física y funcional entre el RE y la mitocondria. Como modelo de estudio se utilizaron células HeLa tratadas con tunicamicina como agente inductor de estrés de RE por 4 h. Primero, se investigó la participación de PKA en la fase temprana del estrés de RE. Esta quinasa se activó ante condiciones de estrés, medido por la fosforilación de DRP1 en Ser637 por Western blot y concomitante elongación mitocondrial (microscopía confocal). El inhibidor específico de PKA H89 previno estos cambios, comprobando que ambos son dependientes de PKA. Posteriormente, se estudió la participación de PKA en el acoplamiento RE-mitocondria a través de la medición de proximidad (microscopía confocal), contactos físicos (microscopía electrónica), transferencia de Ca2+ (microscopía de fluorescencia) y bioenergética mitocondrial (tasa de consumo de oxígeno). El papel de PKA en estos procesos se evaluó por modulación farmacológica con H89. Los resultados mostraron que la activación de PKA es necesaria para inducir la formación de contactos RE-mitocondria, y de esta forma, gatillar la respuesta adaptativa frente a estrés de RE. Luego se investigó el papel de Cav1 sobre la interface RE-mitocondria. La expresión de Cav1 abolió completamente la respuesta adaptativa frente a estrés de RE temprano, evidenciado mediante proximidad entre organelos, transferencia de Ca2+ y respiración mitocondrial. Además de alterar esta plasticidad organelar frente a condiciones de estrés, la expresión de Cav1 disminuyó significativamente la bioenergética mitocondrial basal, junto con inducir un remodelado basal de la interface RE-mitocondria medido por purificación de las membranas del RE asociadas a mitocondria (MAM). Finalmente, se determinó que la expresión de Cav1 antagonizó la señalización de PKA, impidiendo que ella fosforile a DRP1 y promueva la elongación mitocondrial en respuesta a estrés de RE. Más aún, mediante fraccionamiento subcelular, se estableció que Cav1 afectó la localización subcelular de PKA, evitando que se relocalice a las membranas microsomales en respuesta al estrés de RE. De este modo, Cav1 actúa como un regulador negativo de PKA, previniendo su activación frente a estrés de RE, evitando así la respuesta adaptativa celular / The endoplasmic reticulum (ER) and mitochondria are two organelles that continuously communicate between one another. This organelle crosstalk allows mitochondria and ER to coordinate responses to a variety of physiological and pathophysiological situations. Data from a previous work show that during the early phase of ER stress, both organelles increase their contact sites, augmenting thereby calcium transfer from ER to mitochondria. This response boosts mitochondrial bioenergetics and ultimately promotes cell survival. Here, we sought to study the role of Protein Kinase A (PKA) and Caveolin-1 (Cav1) as regulators of such organelle crosstalk. As an experimental model, HeLa cells were treated with tunicamycin to induce ER stress. First, we observed that PKA was activated during early stages of ER stress, as assessed by increased phosphorylation of DRP1 at the inhibitory site Ser637 (Western blot), and that this event was followed by mitochondrial elongation (confocal microscopy). The specific PKA inhibitor H89 prevented these changes, thus confirming that they were due to PKA and not another kinase. Subsequently, we studied ER-mitochondria coupling by evaluating organelle proximity (confocal microscopy), physical contact sites (electron microscopy), Ca2+ transfer (fluorescence microscopy) and mitochondrial bioenergetics (oxygen consumption rate). PKA was again involved in these processes by pharmacological modulation using the inhibitor H89. Our results show that PKA activation is necessary to induce the formation of ERmitochondria contacts and to trigger the adaptive metabolic responses to ER stress. Next, we investigated the role of Cav1 as a modulator of the ER-mitochondria interface. Cav1 overexpression completely abolished the early adaptive response to ER stress, as assessed by evaluating the proximity between organelles, calcium transfer and mitochondrial respiration. In addition to altering organelle plasticity in response to stress conditions, Cav1 overexpression severely decreased baseline mitochondrial bioenergetics and induced basal remodelling of the ER-mitochondria interface, as determined by purification and analysis of mitochondria-associated ER membranes. Finally, we determined that Cav1 overexpression antagonizes PKA signalling, preventing PKA-dependent DRP1 phosphorylation and mitochondrial elongation in response to ER stress. Moreover, subcellular fractionation revealed that Cav1 affected PKA localization, prevented redistribution to microsomal membranes in response to ER stress, and altered the pattern of DRP1 phosphorylation. Thus, Cav1 functions as a negative regulator of PKA that precludes PKA activation during early ER stress and thereby prevents the adaptive cellular response / Fondecyt; Fondap;

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El gen WRN codifica a la proteína del síndrome de Werner (WRN), una proteína multifuncional con actividad helicasa y exonucleasa. Datos previos indican que WRN está asociada a la maquinaria traduccional y relacionada con las vías metabólicas que regulan la síntesis de macromoléculas, la producción de energía y el balance de óxidoreducción (redox) implicados en la proliferación celular. La proteína ribosomal eucariota S3 (eRPS3) es un elemento importante de la subunidad ribosomal menor 40S que promueve el reconocimiento del codón de inicio y la interacción con el ácido ribonucleico mensajero (ARNm) para el desarrollo de la síntesis proteica. La asociación entre la proteína ribosomal humana S3 (hRPS3) y WRN ha sido descrita previamente mediante ensayos de co-inmunoprecipitación, inmunoprecipitación y pulldown usando extractos totales de células embrionarias de riñón. Se identifica la interacción entre WRN, presente en la fracción citoplasmática de células HeLa, y la hRPS3. Mediante el uso de la tecnología de ADN recombinante se sintetizó en E. coli la proteína hRPS3 fusionada a una cola de seis histidinas (hRPS3-6xHis). Esta proteína de fusión fue inmovilizada por cromatografía de afinidad en una resina de agarosa con iones níquel, y se usó conjuntamente con la fracción citoplasmática de células HeLa que contenía a WRN para llevar a cabo el ensayo de pull-down. El análisis por Western blot del pull-down evidenció la presencia de WRN en la resina que contenía a la proteína de fusión hRPS3-6xHis. Este resultado demuestra la interacción entre WRN presente en el citoplasma y la hRPS3 que es un elemento importante de la maquinaria de traducción. / Tesis

Orientador: José Geraldo Nery / Banca: Paula Rahal / Banca: Maria Cristina Nonato Costa / Resumo: Nanopartículas magnéticas (NPMs) têm sido alvo de inúmeras investigações por seu grande potencial de aplicação nos mais diferentes campos tecnológicos. Dentre tantos, elas destacam-se na área biomédica, seja no diagnóstico ou tratamento de diversas doenças. Neste trabalho foram sintetizadas nanopartículas magnéticas (NPMs) de óxido de ferro (magnetita) pelo método de coprecipitação de íons Fe2+ e Fe3+ em meio alcalino. O objetivo central foi estudar as características morfológicas, estruturais, magnéticas e o comportamento biológico desses compostos em células cancerígenas, visando futuras aplicações biomédicas. Inicialmente as nanopartículas magnéticas foram avaliadas em função dos parâmetros físico-químicos que influenciam diretamente as características finais do produto (pH, molaridade, temperatura e tipo de base) para se observar as melhores condições de síntese e a influência de cada um nas características do produto. As nanopartículas foram caracterizadas por difratometria de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, potencial zeta e magnetometria. Desse primeiro estudo concluiu-se que a coprecipitação produz partículas com polidispersão de tamanhos alta e que os parâmetros de síntese influenciam drasticamente as propriedades dos materiais, no entanto, todas as amostras exibiam características magnéticas. Depois de estabelecida esta etapa, as NPMs foram submetidas à transfecção em cultura celular de carcinoma cervical humano (células HeLa) e a testes biológicos como coloração com Azul da Prússia e hematoxilina-eosina, ensaio de MTT e ensaio de apoptose para averiguação da citotoxidade. A principal observação vinda desses resultados foi que as nanopartículas magnéticas sintetizadas, salvo algumas adaptações de síntese... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Magnetic nanoparticles (MNPs) have been the subject of numerous investigations because of its great potential application in many different fields of technology. Among many, they stand out in the biomedical area, either in diagnosis or treatment of various diseases. In this work were synthesized magnetic nanoparticles (MNPs) of iron oxide (magnetite) by the coprecipitation method of Fe2+ and Fe3+ in an alkaline medium. The main objective was to study the morphological, structural, magnetic and biological behavior of these compounds in cancer cells, in order to future biomedical applications. Initially the magnetic nanoparticles were evaluated against the physical and chemical parameters that directly influence the final characteristics of product (pH, molarity, temperature and type of base) to observe the best synthesis conditions and influence of each characteristics. The nanoparticles were characterized by X-ray diffraction, sccaning electron microscopy, zeta potential and magnetometry. In this first study showed that coprecipitation produces particles with high polydispersity of sizes and that the synthesis parameters dramatically influence the properties of materials, however all samples exhibited magnetic characteristics. After you make this step, the MNP were subjected to transfection in cell culture of human cervical carcinoma (HeLa) and biological tests such as staining with Prussian blue and hematoxylin-eosin, MTT assay and apoptosis assay to investigate cytotoxicity. The main observation was that these results coming magnetic nanoparticles synthesized, except for some adjustments in short, constitute a class of nanocomposites with enormous potential for therapeutic and / or diagnosis. The work brings together information ranging from the synthesis of nanoparticles to their behavior inside the cells, emphasizing the best conditions for each procedure / Mestre

Processos que envolvem sensibilização são extremamente importantes para diversas áreas do conhecimento, incluindo a biologia, a química e a medicina. A aplicação de sensibilização em medicina tem se destacado, especialmente, em face de uma modalidade alternativa de tratamento de câncer denominada terapia fotodinâmica (TFD). Uma das linhas de pesquisas fundamentais para a evolução da terapia fotodinâmica é o desenvolvimento de novos fotossensibilizadores (Fs) com composição definida, que absorvam na janela terapêutica (600- 800nm) e que apresentem maior eficiência na indução de apoptose. Os Fs que apresentam cargas positivas e que são relativamente lipofílicos, permeiam membranas e são atraídos pelo potencial negativo das mitocôndrias, que tem papel central no controle da vida e da morte celular. Neste trabalho foi realizado um estudo da influência dos grupos funcionais na atividade dos Fs, através da funcionalização da protoporfirina IX (Pp IX). Foram estudadas três diferentes rotas sintéticas. Na rota I (esquema 14), utilizou-se como composto de partida a Hematoporfina IX (Hp IX), a qual foi funcionalizada com grupos aminas e amidas, respectivamente, nas hidroxilas e nas carboxilas. Esta rota forneceu baixo rendimento global (20%), e compostos de difícil purificação, no entanto obteve-se 1 composto puro. Na rota II (esquema 15), utilizou-se como composto de partida a Pp IX, a qual foi funcionalizada nos grupos vinílicos com grupos aminas. Obteve-se 4 compostos, com rendimento global de reação superior a 50%, mas observou-se que ocorre uma reação de eliminação que impede a quartenarização das aminas localizadas nas posições α ao anel porfirínico. Na rota III (esquema 16), os grupos carboxílicos de Pp IX foram transformados em cloreto de ácido, que foram substituídos por compostos bifuncionais, amina primária e um segundo grupo. Esta rota possibilitou a obtenção de 7 compostos, inclusive compostos quaternários com rendimento global de reação superior a 70%. Dois derivados da clorofilina, que apresentam a banda QIV com um ε elevado em 650nm, foram também sintetizados. Todos os compostos, foram caracterizados estruturalmente de forma inequívoca através do espectro eletrônico (UV-vis e fluorescência), vibracional no infravermelho, RMN de 1H e 13C (1D e 2D) e espectrometria de massa. A série de compostos obtidos permitiu um estudo da relação entre a estrutura química do Fs com a sua fotoatividade. As propriedades fotofísicas foram caracterizadas por espectro de absorção e de emissão, fotólise de relâmpago a laser, eficiência quântica de fluorescência e de geração de oxigênio singlete. Estas determinações indicaram que as propriedades fotofísicas dos Fs não foram consideravelmente alteradas no processo sintético. Foi determinada a formação de agregados em solução aquosa e o equilíbrio monômero agregado foi deslocado no sentido da formação do monômero na presença de micelas de CTAB e SDS e de soro fetal. Observou-se, que a contribuição para desagregação é mais eficiente quando a carga da micela é oposta à do Fs. Foi determinado o coeficiente de partição octanol/água (logPo/a) em função do pH e constatou-se que os compostos que têm carga líquida apresentam valores de logPo/a entre -1 e 1 na faixa de pH entre 3 e 10. A incorporação destes compostos em lipossomos, seguiu perfil esperado considerando a carga, o logPo/a e a característica anfifílica dos compostos sintetizadas. Genericamente a eficiência de morte celular fotoinduzida seguiu o perfil de incorporação das drogas em células HeLa. Os estudos comparativos da citolocalização foram realizados por co-encubação das porfirinas sintetizadas com rodamina 123 (Rd), que se concentra em mitocôndrias. A localização em organelas citoplasmáticas foi determinada através de imagens obtidas por microscopia de fluorescência confocal. A sobreposição da emissão da Rd foi de 80% e 31% com o composto catiônico PpNpNI e aniônico PpNetPO3, respectivamente, comprovando a localização mitocondrial do composto positivo. / Processes that involve sensitization are extremely important for several areas of knowledge, including biology, chemistry and medicine. The application of sensitization in medicine is especially important, in face of an alternative modality of cancer treatment called Photodynamic Therapy (PDT). One of the lines of basic research important for the evolution of PDT is the development of new photosensitizers (PS) with defined composition, that absorb in the therapeutical window (600-800nm) and that present greater efficiency in the induction of apoptosis. Positively charged PS with the proper lipophilic/hidrophilic balance permeate membranes and are attracted by the negative potential of mitochondria, which is an organelle that has central roles in the control of cell life and death. In this work the influence of the functional groups in the activity of PS was carried out, through the functionalization of protoporphyrin IX (Pp IX). Three different synthetic routes were used. In route I (scheme 14), Hematoporphyrin IX (Hp IX), was used as departure compound and it was modified with amino and amide groups in hydroxyls and carboxyls, respectively. We found low yield in the synthetic (20%) and purification steps. However 1 pure PS was obtained. In route II (scheme 15), Pp IX was used as departure compound, which was modified in the vinilic groups with amino groups. We obtained 4 compounds, with global yield superior than 50%, but it was observed that an elimination reaction occurs that hinders the quarternization of the amino groups located in position α to the porphyrin ring. Into route III (scheme 16), the carboxilic groups of Pp IX had been transformed into chloride acid, which was substituted by bi- functional groups, primary amine in one side and another group in the other. This route made it possible to obtain 7 compounds, including quaternary ammonium compounds with global yield superior than 70%. Two derivatives of chlorophyllin, that present QIV band with large extinction coefficient in 650nm, also were synthesized. All compounds were characterized structurally through the electronic and vibrational spectra (UV-vis and fluorescence, IR), RMN of 1H and 13C (1D and 2D) and mass spectrometry. This series of compounds allowed us to study the relation between the chemical structure of the Fs with its photoactivity. The photophysical properties were characterized by emission and absorption spectra, laser flash photolysis, fluorescence emission in the visible and NIR regions (generation of singlet oxygen). These determinations indicated that the photophysical properties of the PS were not modified in the synthetic process. The formation of aggregates were characterized in aqueous solution and the balance between aggregate and monomer species was dislocated in the direction of the formation of monomers in the presence of CTAB, SDS micelles and fetal serum. It was observed, that the disaggregating efficient is larger with micelles that have the opposite charges to that of the PS. The Octanol water partition coefficient (logPo/a), was determined as a function of pH. logPo/a values between -1 and 1 were observed for charged PS in the pH range of 3-10. The incorporation of these compounds in liposomes, followed the expected profile considering the charge, logPo/a and the amphifilic nature. Generically, the photoinduced cell death efficiency followed the profile of incorporation of the PS in HeLa cells. Comparative studies of cytolocalization were carried out by co-incubation of the cells with porphyrins and Rhodamine 123 (Rd), which localizes in mitochondria. The localization in cytoplasmic organelles was determined through fluorescence confocal microscopy images. The overlapping emission of the Rd was of 80% and 31% with the cationic PpNpNI and the anionic PpNetPO3 compounds, respectively, proving the mitochondrial localization of the positive PS.

A capacidade de complexos oxindolimínicos de cobre (II) de inibir células cancerígenas HeLa foi determinada no Laboratório de Bioinorgânica, Catálise e Farmacologia (IQ-USP), coordenado pela Profa. Dra. Ana Maria da Costa Ferreira. Nesta dissertação um dos estudos foi obter o imageamento SERS desses compostos no interior de células HeLa vivas com o objetivo de identificar o alvo intracelular desses complexos. Devido a intensificação SERS desses complexos ser baixa e causarem a agregação das nanopartículas de ouro (AuNP) foi necessária a utilização de um marcador Raman (MR) nestes estudos, sendo escolhido o composto DTNB (Ácido 5,5\'-ditiobis-(2-nitrobenzóico)). Portanto a sonda SERS desse estudo consiste de AuNP esféricas juntamente com o MR e os complexos de cobre (AuNP/MR/Cu(isatp) ou Cu(nisatp)). No imageamento das células HeLa foram utilizadas duas radiações excitantes: 532 nm, onde não ocorre intensificação SERS originando uma imagem Raman dos constituintes celulares em maior quantidade e 785 nm, que possibilita o monitoramento dos sistemas AuNP/MR/Cu(isatp) ou Cu(nisatp) no interior das células. Para a análise dos espectros desse estudo (cerca de 2000 espectros para cada imageamento) a linha base foi corrigida por WLS (Weighted Least Squares) para os espectros SERS e por EMSC (Extended Multiplicative Scatter Correction) para os espectros Raman, além de ser feito alisamento utilizando um filtro Savitzky-Golay. Os espectros Raman foram submetidos à uma análise multivariada MCR-ALS (Multivariate Curve Resolution - Asymmetric Least Squares) para se obter as imagens de diferentes componentes celulares e uma análise univariada dos espectros SERS, baseada na banda do MR, possibilitando obter as imagens dos sistemas AuNP/MR/Cu(isatp) e AuNP/MR/Cu(nisatp). O imageamento SERS e Raman das células HeLa mostraram que os complexos têm a capacidade de penetrar nas células, juntamente com as nanopartículas de ouro, e causar dano ao núcleo celular, sem a entrada de água na célula, característica não observada ao tratar as células com outros sistemas sem a presença dos complexos. Outro estudo realizado nesta dissertação foi a caracterização do complexo de superfície formado entre a 5-nitroisatina em nanopartículas de prata, através da espectroscopia SERS e Raman ressonante. Foi observado que o complexo de superfície apresenta uma grande deslocalização eletrônica frente às espécies moleculares estudadas para fins comparativos. Essa deslocalização gera um cromóforo distinto no complexo de superfície que possui uma transição eletrônica na região do verde do espectro visível, enquanto que as espécies moleculares apresentam transições na região do azul e ultravioleta. / The inhibition of cancer HeLa cells by oxindoliminic copper (II) complexes was determined in the Bioinorganic, Catalysis and Pharmacology Laboratory (IQ-USP), coordinated by Profa. Dra. Ana Maria da Costa Ferreira. In this work one of the studies was to identify the intracellular targets of these complexes by SERS imaging of live HeLa cells. Due to the low SERS intensification of these complexes and the aggregation that they cause in the gold nanoparticles (AuNP), it was necessary to use a Raman reporter (MR) in these studies. The reporter chosen was the DTNB (5,5\'-dithiobis-(2-nitrobenzoic acid)). The SERS probe was constituted by spherical AuNP together with the MR and the copper complexes. In the imaging of live HeLa cells two excitation radiations were used: 532 nm, to acquire the normal Raman information of the cells and 785 nm, to acquire the localization of the modified AuNP inside the cells. To analyze the spectra (about 2000 spectra to each imaging) the baseline, for the SERS spectra, was corrected by WLS (Weighted Least Squares) and the EMSC (Extended Multiplicative Scatter Correction) was used to correct the Raman spectra. A Savitzky-Golay filter was used for smoothing. The Raman images of the cellular components were obteined by multivariate analysis MCR-ALS (Multivariate Curve Resolution - Asymmetric Least Squares), and the SERS images were obtained by univariate analysis based on the band of the MR. The SERS and Raman images showed that the complexes are capable of entering the cells together with the AuNP, and cause damage to the nuclei, without the entrance of water into the cell, a characteristic not observed in other studied systems. Another realized study was the characterization of a surface complex formed between 5-nitroisatin and silver nanoparticles (AgNP), using SERS and resonant Raman. The surface complex showed a massive electron delocalization when compared to the molecular species. This electron delocalization in the surface complex generated a new chromophore, not seen in the molecular complex. This chromophore has an electronic transition in the green region of the visible spectrum, while the molecular species transitions occur in higher energies.

Processos que envolvem sensibilização são extremamente importantes para diversas áreas do conhecimento, incluindo a biologia, a química e a medicina. A aplicação de sensibilização em medicina tem se destacado, especialmente, em face de uma modalidade alternativa de tratamento de câncer denominada terapia fotodinâmica (TFD). Uma das linhas de pesquisas fundamentais para a evolução da terapia fotodinâmica é o desenvolvimento de novos fotossensibilizadores (Fs) com composição definida, que absorvam na janela terapêutica (600- 800nm) e que apresentem maior eficiência na indução de apoptose. Os Fs que apresentam cargas positivas e que são relativamente lipofílicos, permeiam membranas e são atraídos pelo potencial negativo das mitocôndrias, que tem papel central no controle da vida e da morte celular. Neste trabalho foi realizado um estudo da influência dos grupos funcionais na atividade dos Fs, através da funcionalização da protoporfirina IX (Pp IX). Foram estudadas três diferentes rotas sintéticas. Na rota I (esquema 14), utilizou-se como composto de partida a Hematoporfina IX (Hp IX), a qual foi funcionalizada com grupos aminas e amidas, respectivamente, nas hidroxilas e nas carboxilas. Esta rota forneceu baixo rendimento global (20%), e compostos de difícil purificação, no entanto obteve-se 1 composto puro. Na rota II (esquema 15), utilizou-se como composto de partida a Pp IX, a qual foi funcionalizada nos grupos vinílicos com grupos aminas. Obteve-se 4 compostos, com rendimento global de reação superior a 50%, mas observou-se que ocorre uma reação de eliminação que impede a quartenarização das aminas localizadas nas posições α ao anel porfirínico. Na rota III (esquema 16), os grupos carboxílicos de Pp IX foram transformados em cloreto de ácido, que foram substituídos por compostos bifuncionais, amina primária e um segundo grupo. Esta rota possibilitou a obtenção de 7 compostos, inclusive compostos quaternários com rendimento global de reação superior a 70%. Dois derivados da clorofilina, que apresentam a banda QIV com um ε elevado em 650nm, foram também sintetizados. Todos os compostos, foram caracterizados estruturalmente de forma inequívoca através do espectro eletrônico (UV-vis e fluorescência), vibracional no infravermelho, RMN de 1H e 13C (1D e 2D) e espectrometria de massa. A série de compostos obtidos permitiu um estudo da relação entre a estrutura química do Fs com a sua fotoatividade. As propriedades fotofísicas foram caracterizadas por espectro de absorção e de emissão, fotólise de relâmpago a laser, eficiência quântica de fluorescência e de geração de oxigênio singlete. Estas determinações indicaram que as propriedades fotofísicas dos Fs não foram consideravelmente alteradas no processo sintético. Foi determinada a formação de agregados em solução aquosa e o equilíbrio monômero agregado foi deslocado no sentido da formação do monômero na presença de micelas de CTAB e SDS e de soro fetal. Observou-se, que a contribuição para desagregação é mais eficiente quando a carga da micela é oposta à do Fs. Foi determinado o coeficiente de partição octanol/água (logPo/a) em função do pH e constatou-se que os compostos que têm carga líquida apresentam valores de logPo/a entre -1 e 1 na faixa de pH entre 3 e 10. A incorporação destes compostos em lipossomos, seguiu perfil esperado considerando a carga, o logPo/a e a característica anfifílica dos compostos sintetizadas. Genericamente a eficiência de morte celular fotoinduzida seguiu o perfil de incorporação das drogas em células HeLa. Os estudos comparativos da citolocalização foram realizados por co-encubação das porfirinas sintetizadas com rodamina 123 (Rd), que se concentra em mitocôndrias. A localização em organelas citoplasmáticas foi determinada através de imagens obtidas por microscopia de fluorescência confocal. A sobreposição da emissão da Rd foi de 80% e 31% com o composto catiônico PpNpNI e aniônico PpNetPO3, respectivamente, comprovando a localização mitocondrial do composto positivo. / Processes that involve sensitization are extremely important for several areas of knowledge, including biology, chemistry and medicine. The application of sensitization in medicine is especially important, in face of an alternative modality of cancer treatment called Photodynamic Therapy (PDT). One of the lines of basic research important for the evolution of PDT is the development of new photosensitizers (PS) with defined composition, that absorb in the therapeutical window (600-800nm) and that present greater efficiency in the induction of apoptosis. Positively charged PS with the proper lipophilic/hidrophilic balance permeate membranes and are attracted by the negative potential of mitochondria, which is an organelle that has central roles in the control of cell life and death. In this work the influence of the functional groups in the activity of PS was carried out, through the functionalization of protoporphyrin IX (Pp IX). Three different synthetic routes were used. In route I (scheme 14), Hematoporphyrin IX (Hp IX), was used as departure compound and it was modified with amino and amide groups in hydroxyls and carboxyls, respectively. We found low yield in the synthetic (20%) and purification steps. However 1 pure PS was obtained. In route II (scheme 15), Pp IX was used as departure compound, which was modified in the vinilic groups with amino groups. We obtained 4 compounds, with global yield superior than 50%, but it was observed that an elimination reaction occurs that hinders the quarternization of the amino groups located in position α to the porphyrin ring. Into route III (scheme 16), the carboxilic groups of Pp IX had been transformed into chloride acid, which was substituted by bi- functional groups, primary amine in one side and another group in the other. This route made it possible to obtain 7 compounds, including quaternary ammonium compounds with global yield superior than 70%. Two derivatives of chlorophyllin, that present QIV band with large extinction coefficient in 650nm, also were synthesized. All compounds were characterized structurally through the electronic and vibrational spectra (UV-vis and fluorescence, IR), RMN of 1H and 13C (1D and 2D) and mass spectrometry. This series of compounds allowed us to study the relation between the chemical structure of the Fs with its photoactivity. The photophysical properties were characterized by emission and absorption spectra, laser flash photolysis, fluorescence emission in the visible and NIR regions (generation of singlet oxygen). These determinations indicated that the photophysical properties of the PS were not modified in the synthetic process. The formation of aggregates were characterized in aqueous solution and the balance between aggregate and monomer species was dislocated in the direction of the formation of monomers in the presence of CTAB, SDS micelles and fetal serum. It was observed, that the disaggregating efficient is larger with micelles that have the opposite charges to that of the PS. The Octanol water partition coefficient (logPo/a), was determined as a function of pH. logPo/a values between -1 and 1 were observed for charged PS in the pH range of 3-10. The incorporation of these compounds in liposomes, followed the expected profile considering the charge, logPo/a and the amphifilic nature. Generically, the photoinduced cell death efficiency followed the profile of incorporation of the PS in HeLa cells. Comparative studies of cytolocalization were carried out by co-incubation of the cells with porphyrins and Rhodamine 123 (Rd), which localizes in mitochondria. The localization in cytoplasmic organelles was determined through fluorescence confocal microscopy images. The overlapping emission of the Rd was of 80% and 31% with the cationic PpNpNI and the anionic PpNetPO3 compounds, respectively, proving the mitochondrial localization of the positive PS.

Orientador: Marcelo Brocchi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-19T03:47:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gregoracci_GustavoBueno_D.pdf: 6197096 bytes, checksum: 05eb5e18d8084e5c5f742c6ec5afd63d (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Bacteriófagos são vírus que infectam bactérias e arqueias, representando as entidades biológicas mais abundantes do mundo e influenciando de maneira marcante populações naturais de seus hospedeiros. A terapia com bacteriófagos, que representa uma das primeiras formas modernas de combate a infecções bacterianas, foi recentemente redescoberta e vem sendo reavaliada seguindo metodologias atuais quanto à sua viabilidade terapêutica. Para completar a caracterização dos fagos de nossa coleção, sequenciamos completamente o genoma da maior parte destes, através da metodologia multiplex pair-ended utilizando a plataforma Illumina. Visando contribuir para verificação da viabilidade terapêutica de bacteriófagos testamos os efeitos protetor e terapêutico dos fagos Shfl1, Saen1v2 e Saen1v4, pertencentes à coleção de nosso laboratório, em modelos biológicos relevantes. O fago Shfl1, lítico contra Shigella flexneri, foi testado em ensaio de invasão em células HeLa. A redução de bactérias intracelulares foi mensurada independentemente através de plaqueamento e citometria de fluxo, além da observação direta por microscopia de fluorescência. O fago Saen1v2, lítico contra Salmonella Typhimurium, foi estudado quanto à biodistribuição e meia-vida em modelo murino, e uma variante viral com maior persistência in vivo foi selecionada. Essa variante, denominada Saen1v2p5, e o fago Saen1v4, lítico contra Salmonella Typhi, foram testados em modelo murino de infecção tifoide, contra seus respectivos hospedeiros. Encontramos similaridade genômica a fagos conhecidos, como T4, T7, T1 entre outros, em maior ou menor grau. Obtivemos um efeito protetor e terapêutico contra Shigella flexneri utilizando o fago Shfl1 em ensaio de invasão em cultura de células HeLa, verificado por todas as metodologias empregadas. Não verificamos efeito antimicrobiano in vivo do fago Saen1v2p5 em modelo murino de infecção por Salmonella Typhimurium. Por outro lado, observamos efeito terapêutico e protetor dose dependente utilizando o fago Saen1v4 em modelo murino de infecção por Salmonella Typhi. O sucesso obtido com baixas multiplicidades de infecção sugere um possível efeito indireto ou estimulação imune inespecífica / Abstract: Bacteriophages are viruses that infect Bacteria and Achaea, representing the most abundant biological entities in the world and markedly influencing natural host populations. Phage therapy, which represents one of the first modern ways to fight bacterial infections, was recently rediscovered and is being re-evaluated according to current methodologies regarding its therapeutic viability. In order to complete phage characterization in our collection, we sequenced completely the genomes of most of these, through the multiplex pair-ended methodology using the Illumina platform. Aiming to contribute to the therapeutic viability verification of bacteriophages we tested phage protective and therapeutic effects of Shfl1, Saen1v2 and Saen1v4, which belong to our collection, in biologically relevant models. Phage Shfl1, lytic against Shigella flexneri, was tested in a HeLa invasion assay. Intracellular bacteria reduction was measured independently through plating and flow cytometry, besides direct observation through fluorescent microscopy. Phage Saen1v2, lytic against Salmonella Typhimurium, was studied about its bio-distribution and half-life in murine model, and a viral variant with longer in vivo persistence was selected. This variant, denominated Saen1v2p5, and phage Saen1v4, lytic against Salmonella Typhi, were tested in murine typhoid model, against their respective hosts. Genomic similarity to known phages such as T4, T7, T1 among others, was found, in various degrees. We obtained both protective and therapeutic effect against Shigella flexneri using phage Shfl1 in the HeLa invasion assay, through all methodologies utilized. We could not verify in vivo antimicrobial effect of phage Saen1v2p5 in the murine model of Salmonella Typhimurium infection. On the other hand, we observed both therapeutic and protective dose dependent effect using phage Saen1v4 in Salmonella Typhi murine infection model. The success obtained with low multiplicities of infection may suggest a possible indirect effect or unspecific immune stimulation / Doutorado / Microbiologia / Doutor em Genetica e Biologia Molecular