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MENVSC / Department of Ecology and Resource Management / See the attached abstract below

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Cyanobacteria is perhaps the phylum that profit the most from the escalating hypereutrophication of continental waters. The resulting cyanobacterial blooms may accumulate a variety of potent toxins. Cylindrospermopsin (CYN) is a cyanotoxin known for inhibiting protein synthesis, and producing oxidative stress as well as DNA damage in eukaryotic cells. Since the toxin\'s molecular mechanisms and targets are still unclear, we purified the cyanotoxin from our lab strains and employed a shotgun proteomics approach to reveal the major changes in HepG2 cells at sublethal doses of CYN (1 µM for 6, 12 and 24h). Metabolically labeled cells were stimulated and lysed after each treatment, their tryptic digests were separated by nano HPLC and analyzed by high-resolution tandem mass spectrometry (HRMS) on data dependent acquisition mode. We scanned an average of 4000 proteins in every sample throughout the three timepoints. Cholesterol biosynthesis and transport was mostly downregulated throughout the timepooints of the experiment. Downregulation of proteins related to ubiquitination (e.g. UBE2L3) and proteolysis pathways (e.g. PSMA2) was observed in the proteomics dataset, and these results were validated by western blot. Transcription, translation and cell cycle processes showed convoluted regulation dynamics involving known cell cycle regulators like PCNA. Downregulation of mitochondrial enzymes, oxidative stress and damage to the mithochondrial inner membrane was early evidenced after a 6 hrs treatment and validated using a JC-1, a mitochondrial membrane potential probe. The resulting dataset gives us a first glimpse of the protein groups affected at the early stage of CYN cell intoxication. / Cianobactéria é o filo que mais se beneficia da crescente hipereutrofização das águas continentais. As florações de cianobactérias resultantes podem acumular potentes toxinas. A Cilindrospermopsina (CYN) é uma cianotoxina conhecida por inibir a síntese protéica e produzir estresse oxidativo, além de danos ao DNA em células eucarióticas. Os mecanismos moleculares e alvos de toxicidade aguda desta toxina ainda não são claros. Por esse motivo adoptamos uma abordagem de proteômica quantitativa baseada em descoberta para revelar as principais alterações nas células HepG2 em doses subletais de CYN (1 µM para 6, 12 e 24h). As proteinas dos hepatócitos foram marcadas metabolicamente, foram estimuladas com a toxina e os digestos trípticos foram analisados por espectrometria de massa em tandem de alta resolução (HRMS) no modo de aquisição dependente de dados. Escaneamos uma média de 4000 proteínas ao longo dos intervalos de tempo. A biosintese e transporte do colesterol foi inibida durante a maior parte do tratamento com a toxina. Proteínas e enzimas relacionadas com o processo de ubiquitinação (ex. UBE2L3) e proteólise (ex. PSMA2) foram inibidas, e alterações nas proteínas envolvidas nesses processos foram validadas por meio de Western Blot. Os processos de transcrição, tradução e ciclo celular mostraram uma dinâmica de regulação complexa, envolvendo reguladores e disruptores do ciclo celular como por exemplo PCNA. Danos à membrana mitocondrial e evidência de estresse oxidativo foram detectados após 6 horas de tratamento, e essas mudanças no proteoma foram validados por meio do corante JC-1 (test que detecta mudanças no potencial da membrana mitocondrial). O banco de dados resultante nos dá um primeiro vislumbre das proteinas afetados no estágio inicial da intoxicação celular pela CYN.

Cyanobacteria is perhaps the phylum that profit the most from the escalating hypereutrophication of continental waters. The resulting cyanobacterial blooms may accumulate a variety of potent toxins. Cylindrospermopsin (CYN) is a cyanotoxin known for inhibiting protein synthesis, and producing oxidative stress as well as DNA damage in eukaryotic cells. Since the toxin\'s molecular mechanisms and targets are still unclear, we purified the cyanotoxin from our lab strains and employed a shotgun proteomics approach to reveal the major changes in HepG2 cells at sublethal doses of CYN (1 µM for 6, 12 and 24h). Metabolically labeled cells were stimulated and lysed after each treatment, their tryptic digests were separated by nano HPLC and analyzed by high-resolution tandem mass spectrometry (HRMS) on data dependent acquisition mode. We scanned an average of 4000 proteins in every sample throughout the three timepoints. Cholesterol biosynthesis and transport was mostly downregulated throughout the timepooints of the experiment. Downregulation of proteins related to ubiquitination (e.g. UBE2L3) and proteolysis pathways (e.g. PSMA2) was observed in the proteomics dataset, and these results were validated by western blot. Transcription, translation and cell cycle processes showed convoluted regulation dynamics involving known cell cycle regulators like PCNA. Downregulation of mitochondrial enzymes, oxidative stress and damage to the mithochondrial inner membrane was early evidenced after a 6 hrs treatment and validated using a JC-1, a mitochondrial membrane potential probe. The resulting dataset gives us a first glimpse of the protein groups affected at the early stage of CYN cell intoxication. / Cianobactéria é o filo que mais se beneficia da crescente hipereutrofização das águas continentais. As florações de cianobactérias resultantes podem acumular potentes toxinas. A Cilindrospermopsina (CYN) é uma cianotoxina conhecida por inibir a síntese protéica e produzir estresse oxidativo, além de danos ao DNA em células eucarióticas. Os mecanismos moleculares e alvos de toxicidade aguda desta toxina ainda não são claros. Por esse motivo adoptamos uma abordagem de proteômica quantitativa baseada em descoberta para revelar as principais alterações nas células HepG2 em doses subletais de CYN (1 µM para 6, 12 e 24h). As proteinas dos hepatócitos foram marcadas metabolicamente, foram estimuladas com a toxina e os digestos trípticos foram analisados por espectrometria de massa em tandem de alta resolução (HRMS) no modo de aquisição dependente de dados. Escaneamos uma média de 4000 proteínas ao longo dos intervalos de tempo. A biosintese e transporte do colesterol foi inibida durante a maior parte do tratamento com a toxina. Proteínas e enzimas relacionadas com o processo de ubiquitinação (ex. UBE2L3) e proteólise (ex. PSMA2) foram inibidas, e alterações nas proteínas envolvidas nesses processos foram validadas por meio de Western Blot. Os processos de transcrição, tradução e ciclo celular mostraram uma dinâmica de regulação complexa, envolvendo reguladores e disruptores do ciclo celular como por exemplo PCNA. Danos à membrana mitocondrial e evidência de estresse oxidativo foram detectados após 6 horas de tratamento, e essas mudanças no proteoma foram validados por meio do corante JC-1 (test que detecta mudanças no potencial da membrana mitocondrial). O banco de dados resultante nos dá um primeiro vislumbre das proteinas afetados no estágio inicial da intoxicação celular pela CYN.

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O crescimento desordenado das cidades tem trazido à tona problemas de saneamento e degradação dos recursos naturais, entre eles a água. O despejo de efluentes domésticos e industriais têm ocasionado a eutrofização dos mananciais, culminando com a proliferação dos fitoplânctons. Esta proliferação tem chegado ao ponto, em certos momentos, de acarretar episódios de floração de algas. Entre os organismos fitoplanctônicos que se desenvolvem no ambiente, estão as cianobactérias, com vários gêneros capazes de produzir diversas cianotoxinas, tais como as microcistinas, anatoxinas, cilindrospermopsinas (CY), saxitoxinas (PSPs), entre outras. Com o aumento da freqüência dos episódios de floração de algas, a probabilidade da ocorrência destas toxinas também aumenta. Como conseqüência disto e devido às exigências legais, os corpos dágua devem ser monitorados para garantir a qualidade da água para consumo humano. Com vistas ao monitoramento da presença das cianotoxinas CY e PSPs, foram realizadas investigações em alguns corpos dágua do Estado de São Paulo. Das investigações realizadas, a neosaxitoxina foi identificada pela primeira vez no Reservatório Billings e os congêneres, saxitoxina, goniautoxina 2, goniautoxina 3, foram identificados de forma inédita em amostras de água deste reservatório. Com relação à CY, foi desenvolvido um método analítico, parcialmente validado. Entretanto, esta cianotoxina não foi localizada nas amostras de água ou cianobactérias das águas superficiais dos corpos dágua estudados. Este estudo mostra a importância do monitoramento da qualidade das águas dos mananciais quanto à presença de cianotoxinas, especialmente daqueles corpos dágua com a finalidade do consumo humano. / Cities growth usually occur in an unorganized manner. This tendence can generate a variety of sanitary problems, including the degradation of natural resources, such as water bodies. As a consequence, domestic and industrial efluents cause eutrofication of water reservoir, increasing the natural level of phytoplancton, what may form algal bloom. Among the phytoplanktonic organisms that grow in this modified environment it is found the cyanobacteria. Some of them can produce different types of cyanotoxins such as microcystin, anatoxin, cylindrospermopsin (CY) and saxitoxin (PSPs). The probability of production of these cyanotoxins increase according to frequent occurrence of algal blooms episodes. Consequently, water bodies monitoring becomes important to assure water quality. The aim of this project was to develop a specific method to identify the presence of cyanotoxins CY and to investigate PSPs in water bodies in São Paulo State. The results confirmed the presence of neosaxitoxin (NEO), a toxin of PSPs family. It was the first time that Neo was indentified in Billings Reservoir along with other PSPs types: saxitoxin, gonyautoxin 2, gonyautoxin 3. Although the study also included CY monitoring, CY was not identified in the tested samples. The present study confirmed the importance of continuous searching and monitoring of water bodies to grant quality to water used for human consumption.

O crescimento desordenado das cidades tem trazido à tona problemas de saneamento e degradação dos recursos naturais, entre eles a água. O despejo de efluentes domésticos e industriais têm ocasionado a eutrofização dos mananciais, culminando com a proliferação dos fitoplânctons. Esta proliferação tem chegado ao ponto, em certos momentos, de acarretar episódios de floração de algas. Entre os organismos fitoplanctônicos que se desenvolvem no ambiente, estão as cianobactérias, com vários gêneros capazes de produzir diversas cianotoxinas, tais como as microcistinas, anatoxinas, cilindrospermopsinas (CY), saxitoxinas (PSPs), entre outras. Com o aumento da freqüência dos episódios de floração de algas, a probabilidade da ocorrência destas toxinas também aumenta. Como conseqüência disto e devido às exigências legais, os corpos dágua devem ser monitorados para garantir a qualidade da água para consumo humano. Com vistas ao monitoramento da presença das cianotoxinas CY e PSPs, foram realizadas investigações em alguns corpos dágua do Estado de São Paulo. Das investigações realizadas, a neosaxitoxina foi identificada pela primeira vez no Reservatório Billings e os congêneres, saxitoxina, goniautoxina 2, goniautoxina 3, foram identificados de forma inédita em amostras de água deste reservatório. Com relação à CY, foi desenvolvido um método analítico, parcialmente validado. Entretanto, esta cianotoxina não foi localizada nas amostras de água ou cianobactérias das águas superficiais dos corpos dágua estudados. Este estudo mostra a importância do monitoramento da qualidade das águas dos mananciais quanto à presença de cianotoxinas, especialmente daqueles corpos dágua com a finalidade do consumo humano. / Cities growth usually occur in an unorganized manner. This tendence can generate a variety of sanitary problems, including the degradation of natural resources, such as water bodies. As a consequence, domestic and industrial efluents cause eutrofication of water reservoir, increasing the natural level of phytoplancton, what may form algal bloom. Among the phytoplanktonic organisms that grow in this modified environment it is found the cyanobacteria. Some of them can produce different types of cyanotoxins such as microcystin, anatoxin, cylindrospermopsin (CY) and saxitoxin (PSPs). The probability of production of these cyanotoxins increase according to frequent occurrence of algal blooms episodes. Consequently, water bodies monitoring becomes important to assure water quality. The aim of this project was to develop a specific method to identify the presence of cyanotoxins CY and to investigate PSPs in water bodies in São Paulo State. The results confirmed the presence of neosaxitoxin (NEO), a toxin of PSPs family. It was the first time that Neo was indentified in Billings Reservoir along with other PSPs types: saxitoxin, gonyautoxin 2, gonyautoxin 3. Although the study also included CY monitoring, CY was not identified in the tested samples. The present study confirmed the importance of continuous searching and monitoring of water bodies to grant quality to water used for human consumption.