Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Ischemic heart disease (IHD) is a major cardiovascular disease. The term ischemia refers to a lack of oxygen due to inadequate perfusion, which results from an imbalance between oxygen supply and demand. The most common cause of myocardial ischemia is atherosclerotic obstructive coronary artery disease caused by rupture or ulceration of atheromatous plaque and subsequent thrombus formation. Platelets are one of the most important blood components that participate in and regulate thrombus formation by releasing active substances such as adenine nucleotides ATP and ADP. Once their action is exerted, the nucleotides are degraded by a group of enzymes called ectonucleotidases. These enzymes are responsible for the hydrolysis of ATP and ADP to AMP, and consequent formation of adenosine, a cardioprotective and anti-inflammatory molecule. Another important anti-inflammatory molecule is acetylcholine (ACh). However, ACh is rapidly hydrolyzed by the enzymes acetylcholinesterase (AChE) and tyrylcholinesterase (BuChE). Following ischemia, an elevated production of reactive oxygen species (ROS) occurs. The imbalance between ROS production and degradation may lead to an increase in oxidative stress. This study aimed to determine the activity of enzymes involved in thromboregulation, such as NTPDase, 5'-nucleotidase, E-NPP and ADA, the activity of enzymes that degrade choline esters: AChE and BuChE, as well as the parameters of oxidative stress in IHD patients and controls. Evaluation of the oxidant system was carried out by lipid peroxidation and carbonyl protein determination, and the enzymatic and nonenzymatic antioxidant defense measurements were performed in total blood, plasma, and serum of IHD patients. Results showed an increase in the NTPDase and 5'-nucleotidase activities as revealed by nucleotides hydrolysis ATP, ADP and AMP. An increase in E-NPP activity was also observed in IHD patients. However, a decrease in ADA activity was observed. Based on the results presented here we suggest that the pathological condition in IHD produced alterations in ectonucleotidase activities as a compensatory organic response, with the objective of maintaining the levels of adenosine, which is a cardioprotective molecule. An increase in the activity of enzymes that degrade choline esters (AChE and BuChE) in IHD patients was observed. Increasing total blood and serum activities of AChE and BuChE enzymes indirectly reflect reduced levels of ACh. The enhancement of local and systemic inflammatory events is observed due to the absence of the negative feedback control exerted by ACh. Regarding oxidant levels, an increase in TBARS and carbonyl protein levels was observed in acute myocardial infarction (AMI) patients when compared to the control group. The same occurred for the activities of the enzymatic antioxidants, superoxide dismutase (SOD), and catalase (CAT). However, a decrease in nonenzymatic antioxidants, such as vitamin C and vitamin E, was observed in AMI patients when compared to control. These results suggest an increase in oxidative stress in AMI, which was probably a result of the ischemic/reperfusion moment, as well as a decrease of antioxidant defenses. Furthermore, the increased antioxidant defense may act as a compensatory mechanism in consequence of the overproduction of ROS after AMI. In conclusion, IHD results in oxidative and inflamatory damages as well as an increase in the organism defenses as a compensatory response. / A cardiopatia isquêmica (CI) é uma das principais doenças cardiovasculares. O termo isquemia refere-se à falta de oxigênio, secundária à perfusão inadequada do miocárdio, que gera desequilíbrio entre a oferta e a demanda deste gás. A causa mais comum de isquemia miocárdica é a doença aterosclerótica obstrutiva das artérias coronárias, causada por ruptura ou ulceração da placa ateromatosa e consequente formação de trombo. As plaquetas são um dos mais importantes componentes do sangue que participam na regulação dos processos tromboembólicos por liberação de substâncias ativas como os nucleotídeos de adenina, ATP e ADP. Uma vez exercida sua ação esses nucleotídeos são degradados por um grupo de enzimas denominadas de ectonucleotidases. Essas são responsáveis pela hidrólise do ATP e ADP até AMP e consequente formação da adenosina, uma molécula cardioprotetora e anti-inflamatória. Outra importante molécula anti-inflamatória é a acetilcolina (ACh). Entretanto, a ACh é rapidamente hidrolisada pelas enzimas acetilcolinesterase (AChE) e butirilcolinesterase (BuChE). Acompanhando a isquemia temos uma produção elevada de espécies reativas de oxigênio (EROs). Um desequilíbrio entre a produção e a degradação de EROs pode levar a um aumento do estresse oxidativo. Neste trabalho determinaram-se a atividade das enzimas envolvidas na tromboregulação: NTPDase, 5 -nucleotidase, E-NPP e ADA, e a atividade de enzimas que degradam ésteres de colina: AChE e BuChE, além dos parâmetros de estresse oxidativo em pacientes cardiopatas e controles. Foi realizada a avaliação do sistema oxidante através da determinação da peroxidação lipídica e da carbonilação protéica e a medida das defesas antioxidantes enzimáticas e não enzimáticas do organismo, em sangue total, plasma e soro destes pacientes. Os resultados demonstraram um aumento na atividade da NTPDase e da 5 -nucleotidase, revelada através da hidrólise dos nucleotídeos ATP, ADP e AMP. Para a enzima E-NPP também foi observado um aumento na sua atividade em pacientes cardiopatas. Entretanto, para a ADA observou-se uma diminuição na atividade. Esses resultados sugerem uma resposta orgânica compensatória do organismo frente ao estado patológico formado, com o objetivo de manter os níveis de adenosina, uma molécula cardioprotetora. Para as enzimas que degradam ésteres de colina foi observado um aumento tanto na atividade da AChE quanto da BuChE em pacientes cardiopatas. Um aumento na atividade sérica e no sangue total da atividade da BuChE e da AChE pode refletir indiretamente níveis reduzidos de ACh que, por sua vez, irá reforçar eventos inflamatórios locais e sistêmicos, devido à ausência do controle de retroalimentação negativa exercido pela ACh. Em relação aos níveis de oxidantes determinados, observou-se um aumento nos níveis de TBARS e proteína carbonil em soro de pacientes com infarto agudo do miocárdio (IAM) quando comparados com o grupo controle. Esse aumento também foi observado para as defesas antioxidantes enzimáticas superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT). Entretanto, observou-se um decréscimo das defesas antioxidantes não enzimáticas como a vitamina C e a vitamina E no soro de pacientes com IAM. Estes dados sugerem um aumento do estresse oxidativo como resultado do momento de isquemia/reperfusão e da diminuição das defesas antioxidantes não enzimáticas. Além disso, o aumento das defesas antioxidantes enzimáticas poderiam agir como um mecanismo compensatório como consequência da superprodução de EROs após o IAM. Concluí-se então, que a CI resulta tanto em danos oxidativos e inflamatórios como mobilização das defesas do organismo para uma resposta compensatória.

Espécies reativas de oxigênio (EROs) são produzidas normalmente durante o metabolismo de organismos aeróbios. Fungos degradadores de lignina geram estas espécies também no processo de degradação da lignina. As espécies de fungos bioluminescentes Gerronema viridilucens e Mycena lucentipes foram utilizadas para se estabelecer possível dependência entre intensidade de bioluminescência, viabilidade celular e atividades das enzimas de defesa antioxidante e ligninolíticas nos micélios e corpos de frutificação. Verificou-se o efeito de espécies causadoras de estresse químico (metais e fenóis) na emissão de luz, viabilidade celular, defesas antioxidantes e enzimas de respiração celular no fungo bioluminescente G. viridilucens, com o objetivo de conectar a inibição da bioluminescência com danos oxidativos ao organismo. Constatou-se que diferentes espécies de fungos bioluminescentes podem apresentar características diferentes quanto à emissão de luz e proteção antioxidante. Diferenças na intensidade e variação temporal da emissão de luz de diferentes espécies foram observadas nos corpos de frutificação e também no micélio. Isto foi revelado pela irregularidade do perfil de luz reprodutível para a espécie M. lucentipes, ao contrário do observado para G. viridilucens. A viabilidade celular de ambas as espécies varia com o tempo, sendo que no caso de G. viridilucens seu perfil é similar ao da bioluminescência. Os ensaios enzimáticos indicam maior atividade no micélio dos fungos do que nos corpos de frutificação, provavelmente pela função específica reprodutora do corpo de frutificação, enquanto a atividade metabólica do fungo está concentrada no micélio. As enzimas ligninolíticas também apresentam atividade baixa nas culturas estudadas, provavelmente por serem enzimas de degradação extracelulares. O fato de ambas viabilidade celular e bioluminescência do micélio serem reduzidas na presença dos metais (cobre e cádmio) e fenóis (fenol e 2,4,6-triclorofenol) testados atesta a interrelação entre atividade luminogênica e injúria oxidativa aos fungos. Os metais parecem afetar mais negativamente as defesas antioxidantes dos fungos do que os fenóis, os quais possivelmente são eliminados pela atividade da glutationa S-transferase (GST), sem também afetar as demais defesas antioxidantes. No conjunto, estes resultados possibilitam estabelecer uma relação metabólica entre abatimento da bioluminescência e as defesas antioxidantes do organismo. No caso dos metais, os sistemas de defesa antioxidante envolvendo a glutationa são bastante importantes, tanto para eliminar peróxidos produzidos na presença de cobre, como na quelação de cádmio pela glutationa. Sob condições normais, a bioluminescência, defesas antioxidantes e respiração celular do organismo estariam funcionando e o NAD(P)H seria mobilizado por todos estes sistemas. Quando o fungo é submetido ao estresse químico, o fluxo de NAD(P)H seria desviado da bioluminescência para sustentar prioritariamente as defesas antioxidantes e a respiração celular, essenciais para a proteção, manutenção e reprodução do organismo / Reactive Oxygen Species (ROS) are normally produced during the metabolism of aerobic organisms. Ligninolitic fungi also produce these oxidizing species also during the lignin degradation process. The bioluminescent species Gerronema viridilucens and Mycena lucentipes were studied aiming to establish a correlation between the temporal profiles of bioluminescence, cellular viability and antioxidant defense enzymes and ligninolitic enzymes in mycelium and fruiting bodies. Chemical toxicants such as metals and phenols were here found to affect light emission, cellular viability, antioxidant defenses and cellular respiration enzymes when administered to G. viridilucens, thereby attesting a metabolic connection between bioluminescence inhibition and fungal oxidative damage. Different species of fungi exhibit different characteristics linked to light emission and antioxidant defenses. Differences in light emission displayed by different species do not resume to fruiting bodies, but the light profile and intensity can also vary in the mycelia. This may explain the irreproducibility of the light profile from M. lucentipes, differently to that observed with G. viridilucens. The cellular viability of both species varies with time, G. viridilucens profile being similar to the time course of bioluminescence. The enzymatic data pointed to higher activities in mycelium than in fruiting bodies, probably due to a main reproductive function of the latter, whereas the metabolic activities are prevalent in the mycelium. Ligninolytic enzymes exhibit low activities in the extracts of fungus samples, probably because they are extracellular degradation enzymes. The inhibition effect of phenols and metals (copper and cadmium) on mycelium viability reinforces the notion that cellular oxidative damage hampers bioluminescence emission. Redox active (copper) and heavy metals (cadmium) were found to display higher impact on antioxidant defenses than phenols (phenol and 2,4,6-trichlorophenol), which are expected to be promptly metabolized and excluded by principally glutathione S-transferase (GST). Notably, a metabolic correlation between bioluminescence inhibition and antioxidant defenses was unveiled by the present work. Regarding the metals, glutathione was found to be a crucial antioxidant, both to eliminate peroxides when in the presence of copper, and to act as a cadmium chelating agent. Under normal conditions, the bioluminescence system, the antioxidant defenses and the cellular respiration sets cooperate through the common demand of reducing power of NAD(P)H. Under chemical stress, the NAD(P)H flux would be deviated from bioluminescence, to principally sustain the antioxidant defenses and cellular respiration, essential for the protection, maintenance and reproduction of the organism.

Monosialoganglioside (GM1) is a component of most cell membranes and is thought to play a role in development, recognition and cellular differentiation. Furthermore, GM1 is a neuroprotective agent that has been reported to scavenge free radicals generated during reperfusion and to protect receptors and enzymes from oxidative damage. In the present study we investigate the effect of GM1 on the catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD) and glutathione peroxidase (GSH-Px) activities, on the spontaneous chemiluminescence and total radical-trapping potential (TRAP) in cortex of rats ex vivo and in vitro. Systemic GM1 administration (50 mg/kg, i.p.; twice) reduced spontaneous chemiluminescence and increased CAT activity ex vivo. On the other hand, GM1 (103-104 nM) reduced CAT activity in vitro. The other parameters were not affected by GM1 administration. These findings agree with the view that the antioxidant action of GM1 is not due to an intrinsic antioxidant activity of this glycolipid, but due to a secondary decrease of reactive species generation and/or increase of antioxidant defenses. Moreover, we evaluated whether GM1 could have a neuroprotective action on the experimental model of glutaric acidemia, an inherited metabolic disorder characterized by glutaric acid (GA) accumulation and neurological dysfunction, as striatal degeneration and convulsion. The systemic GM1 administration (50 mg/kg, i.p. twice) protected against the convulsions, oxidative damage markers increase (total protein carbonylation and thiobarbituric acid-reactive substances - TBARS) production and Na+,K+-ATPase activity inhibition induced by GA (4 mol/ 2 l) in striatum of rats. Furthermore, convulsive episodes induced by GA strongly correlated with Na+,K+-ATPase activity inhibition in the injected striatum, but not with oxidative stress marker measures. In addition, GM1 (50-200 M) protected against Na+,K+-ATPase inhibition induced by GA (6 mM), but not against oxidative damage in vitro. Intrastriatal administration of muscimol (46 pmol/striatum), a GABAA receptor agonist, but not glutamatergic receptor antagonists MK-801 (3 nmol/striatum) and DNQX (8 nmol/striatum), prevented GA-induced convulsions and inhibition of Na+,K+-ATPase activity. The protection of GM1 and muscimol against GA-induced seizures strongly correlated with Na+,K+-ATPase activity maintenance in the injected striatum with GA. Since GM1 and muscimol prevented neurotoxic effects induced by GA, we investigated the GM1 action after intrastriatal administration of pentylenetetrazole (PTZ), a GABAA receptor antagonist. GM1 treatment prevented seizures, Na+,K+-ATPase inhibition, and increase of TBARS and protein carbonyl induced by PTZ (1.8 mol/striatum) in the rats striatum. Furthermore, these data suggest that Na+,K+-ATPase and GABAA receptor-mediated mechanisms may play important roles in GA-induced seizures and in their prevention by GM1. / O monossialogangliosídeo (GM1) é um componente natural de membrana plasmática que está envolvido no crescimento, reconhecimento e diferenciação celular, além de proteger o SNC da ação dos radicais livres. No presente estudo investigou-se o efeito do GM1 sobre a atividade das enzimas antioxidantes catalase (CAT), superóxido dismutase (SOD) e glutationa peroxidase (GPx), assim como na quimiluminescência e capacidade antioxidante total (TRAP) em córtex cerebral de ratos machos adultos ex vivo e in vitro. A administração sistêmica de GM1 (50 mg/kg, i.p.; duas doses: 24 horas e 30 minutos antes do sacrifício) reduziu a quimiluminescência e aumentou significativamente a atividade da CAT ex vivo. A adição de GM1 (103-104 nM) ao meio de incubação diminuiu a atividade da CAT in vitro. Estes resultados sugerem que o efeito neuroprotetor do GM1 não é devido à ação antioxidante intrínseca deste glicoesfingolipídeo, mas devido ao aumento secundário das defesas antioxidantes e/ou uma redução da geração de radicais livres. Além disso, avaliamos se o GM1 tinha efeito neuroprotetor em um modelo experimental da acidemia glutárica, um erro inato do metabolismo caracterizado pelo acúmulo tecidual de ácido glutárico (GA) e alterações neurológicas, como degeneração estriatal e convulsões. A administração de GM1 preveniu as convulsões, o aumento da produção dos marcadores do dano oxidativo (carbonilação protéica total e substâncias reativas do ácido tiobarbitúrico - TBARS) e a inibição da atividade da Na+,K+-ATPase induzidas pelo GA (4 mol/2 µl) em estriado de ratos. Além disso, os episódios convulsivos induzidos por GA apresentaram uma correlação significativa com a inibição da atividade da Na+,K+-ATPase no estriado injetado, mas não com os níveis dos marcadores do estresse oxidativo. A adição de GM1 (50 200  ao meio de incubação preveniu a inibição da Na+,K+-ATPase, mas não reduziu o dano oxidativo induzido por GA (6 mM) in vitro. A administração intraestriatal de muscimol (46 pmol/0,5 l), um agonista de receptor GABAA, mas não dos antagonistas de receptores glutamatérgicos, MK-801 (3 nmol/0,5 l) e DNQX (8 nmol/0,5 l), preveniu as convulsões e a inibição da atividade da Na+,K+-ATPase induzidas por GA. A proteção do GM1 e muscimol contra as convulsões induzidas por GA apresentou uma correlação significativa com a manutenção da atividade da Na+,K+-ATPase no estriado injetado com GA. Desde que o GM1 e o muscimol preveniram os efeitos neurotóxicos induzidos pelo GA, investigou-se a ação do GM1 após a administração intraestriatal de pentilenotetrazol (PTZ), um antagonista de receptores GABAA. O tratamento com GM1 preveniu as convulsões, o dano oxidativo e a inibição da atividade da Na+,K+-ATPase induzidas por PTZ (1,8 µmol/2 µl). Esses dados sugerem que a atividade da Na+,K+-ATPase e mecanismos mediados pela ativação de receptores GABAérgicos podem ser de grande importância para a atividade convulsiva induzida por GA, bem como nos mecanismos de neuroproteção induzidos pelo GM1.