Espécies reativas de oxigênio (EROs) são normalmente e continuamente geradas em mitocôndrias, majoritariamente na cadeia de transporte de elétrons (CTE). Harman (1956, 1972 e 1992) teorizou que os radicais livres gerados nas mitocôndrias seriam a principal causa do envelhecimento. De fato, durante o envelhecimento é observado um desequilíbrio entre formação e remoção de EROs, que resulta em estresse redox. Essa condição favorece a formação de lesões oxidadas no DNA, acarretando em mutagênese ou morte celular. Diversos mecanismos moleculares cooperam para o reparo de DNA. Duas vias de reparo de DNA lidam com a maioria das lesões: o reparo por excisão de base (BER) e o reparo por excisão de nucleotídeos (NER). A via BER corrige pequenas modificações de bases que surgem de reações de desaminação, alquilação e oxidação. A via NER é mais versátil, reconhecendo lesões que distorcem a dupla hélice de DNA, como danos induzidos por luz UV e adutos volumos. Pacientes xeroderma pigmentoso (XP-A a XP-G) herdam mutações em um de sete genes que codificam proteínas envolvidas na via NER, ou em um gene que codifica uma polimerase translesão (XP-V). A doença é caracterizada por fotosensibilidade e incidência elevada de neoplasias cutâneas. A proteína XPC atua na etapa de reconhecimento da lesão de DNA na subvia de reparo global do genoma (GG-NER), e sua mutação dá origem aos sintomas clássicos de XP. Novas funções de XPC foram recentemente descritas: i) atuando como cofator na via BER auxiliando as DNA glicosilases OGG1, TDG e SMUG; ii) atuando como cofator transcricional de elementos responsivos a Oct4/Sox2, RXR e PPARα; e iii) na adaptação metabólica na transformação de queratinócitos. Então, propusemo-nos a investigar as relações entre XPC e a manutenção da integridade do DNA mitocondrial, a sensibilidade celular a estresse redox mitocondrial e possíveis alterações bioenergéticas e redox. Para tal, padronizamos um ensaio in vitro de cinética de incisão em DNA plasmidial a fim de investigarmos o possível papel de XPC no reparo de lesões oxidadas em mtDNA. Porém, nossos dados revelaram que XPC não se encontra em mitocôndrias. Apesar disso, células XP-C são mais sensíveis ao tratamento com azul de metileno (AM), antimicina A (AA) e rotenona (ROT), que geram estresse redox mitocondrial. A sensibilidade à AA foi completamente revertida em células corrigidas. Células XP-C apresentaram alterações quanto ao uso dos complexos mitocondriais, com diminuição da taxa de consumo de oxigênio (OCR) via complexo I e um aumento da OCR via complexo II, dependente da presença de XPC. Ademais, a linhagem XP-C apresentou um desequilíbrio redox mitocondrial com maior produção de EROs e menor atividade de GPx. O DNA mitocondrial de células XP-C apresentou níveis elevados de lesão e deleção, que no entanto não retornaram aos níveis encontrados em células selvagens na linhagem XP-C corrigida. Observamos uma acentuada diminuição da expressão de PPARGC1A, um importante regulador de biogênese mitocondrial. Contudo, não foi possível determinar o mecanismo de supressão da expressão de PPARGC1A. Por fim, identificamos que o tipo de mutação em XPC pode estar associado a expressão de PPARGC1A. Esse estudo abre novas possibilidade na investigação do papel de proteína XPC, à parte da instabilidade genômica, na adaptação metabólica e desequilíbrio redox em direção da progressão tumoral. / Mitochondria continuously produce reactive oxygen species (ROS), mainly at the electron transport chain. Harman (1956, 1972 e 1992) proposed that normal aging is driven by increased mitochondrially generated free radicals. Indeed, during the course of aging there is an increased imbalance between formation and removal of ROS, leading to redox stress. This condition favours the formation of oxidized DNA lesions, given rise to mutations and cell death. Several molecular mechanisms cooperates to repair the DNA. Two DNA repair pathways deal with the majority of lesions: base excision repair (BER) and nucleotide excision repair (NER). The BER pathway corrects small base modifications that arise from deamination, alkylation and oxidation reactions. The NER pathway is more versitile, recognizing helix-distorting lesions, such as UV-induced damage and bulky adducts. Xeroderma pigmentosum (XP-A to XP-G) patients inherit mutations in one of seven protein-coding genes involved in NER pathway, or in a gene coding a translesion DNA polymerase (XP-V). Photosensitivity and a thousand-fold increased in the risk of developing cutaneous neoplasms are the main clinical features of XP. XPC protein functions in the recognition step of global genome NER (GG-NER) sub-pathway, and mutations in this gene lead to classical XP symptoms. Recently, it has been described that XPC acts: i) as a cofactor in BER pathway through functional interaction with DNA glycosylases OGG1, TDG and SMUG1; ii) as coactivator in transcription at Oct4/Sox2, RXR and PPARα responsive elements; iii) in metabolic shift during keratinocytes transformation. Thus, we sought to investigate a possible role for XPC in the maintenance of mtDNA integrity, cellular sensitivity to mitochondrial redox stress and eventual bioenergetic and redox changes. For this purpose, we established an in vitro plasmid incision assay to investigate the possible role of XPC in the repair of oxidized lesions in mitochondrial DNA. However, our data revealed that XPC did not localized in mitochondria. Nonetheless, XP-C cells are more sensitive to methylene blue, antimycin A (AA) and rotenone treatment, which induce mitochondrial redox stress. The XP-C sensitivity to AA was completely reverted in XPC-corrected cells. XP-C cells presented altered usage of mitochondrial complexes, with decreased oxygen consumption rate (OCR) via complex I and increased OCR through complex II, an XPC-dependent phenomenon. Furthermore, the XP-C cell line showed mitochondrial redox imbalance with increased ROS production and decrease GPx activity. MtDNA from XP-C cells accumulate lesions and deletions, which, however, were found at similar levels in the corrected cell line. We identified a sharp decrease in the expression of PPARGC1A, a master regulator of mitochondrial biogenesis. Nevertheless, it was not possible to determine the mechanism of suppression of PPARGC1A expression. Finally, our results suggest a possible link between the type of XPC mutation and PPARGC1A expression. This study unfolds new possible roles for XPC, aside from its established roles in genomic instability, in metabolic adaptation and redox imbalance towards tumour progression.

Espécies reativas de oxigênio (EROs) são normalmente e continuamente geradas em mitocôndrias, majoritariamente na cadeia de transporte de elétrons (CTE). Harman (1956, 1972 e 1992) teorizou que os radicais livres gerados nas mitocôndrias seriam a principal causa do envelhecimento. De fato, durante o envelhecimento é observado um desequilíbrio entre formação e remoção de EROs, que resulta em estresse redox. Essa condição favorece a formação de lesões oxidadas no DNA, acarretando em mutagênese ou morte celular. Diversos mecanismos moleculares cooperam para o reparo de DNA. Duas vias de reparo de DNA lidam com a maioria das lesões: o reparo por excisão de base (BER) e o reparo por excisão de nucleotídeos (NER). A via BER corrige pequenas modificações de bases que surgem de reações de desaminação, alquilação e oxidação. A via NER é mais versátil, reconhecendo lesões que distorcem a dupla hélice de DNA, como danos induzidos por luz UV e adutos volumos. Pacientes xeroderma pigmentoso (XP-A a XP-G) herdam mutações em um de sete genes que codificam proteínas envolvidas na via NER, ou em um gene que codifica uma polimerase translesão (XP-V). A doença é caracterizada por fotosensibilidade e incidência elevada de neoplasias cutâneas. A proteína XPC atua na etapa de reconhecimento da lesão de DNA na subvia de reparo global do genoma (GG-NER), e sua mutação dá origem aos sintomas clássicos de XP. Novas funções de XPC foram recentemente descritas: i) atuando como cofator na via BER auxiliando as DNA glicosilases OGG1, TDG e SMUG; ii) atuando como cofator transcricional de elementos responsivos a Oct4/Sox2, RXR e PPARα; e iii) na adaptação metabólica na transformação de queratinócitos. Então, propusemo-nos a investigar as relações entre XPC e a manutenção da integridade do DNA mitocondrial, a sensibilidade celular a estresse redox mitocondrial e possíveis alterações bioenergéticas e redox. Para tal, padronizamos um ensaio in vitro de cinética de incisão em DNA plasmidial a fim de investigarmos o possível papel de XPC no reparo de lesões oxidadas em mtDNA. Porém, nossos dados revelaram que XPC não se encontra em mitocôndrias. Apesar disso, células XP-C são mais sensíveis ao tratamento com azul de metileno (AM), antimicina A (AA) e rotenona (ROT), que geram estresse redox mitocondrial. A sensibilidade à AA foi completamente revertida em células corrigidas. Células XP-C apresentaram alterações quanto ao uso dos complexos mitocondriais, com diminuição da taxa de consumo de oxigênio (OCR) via complexo I e um aumento da OCR via complexo II, dependente da presença de XPC. Ademais, a linhagem XP-C apresentou um desequilíbrio redox mitocondrial com maior produção de EROs e menor atividade de GPx. O DNA mitocondrial de células XP-C apresentou níveis elevados de lesão e deleção, que no entanto não retornaram aos níveis encontrados em células selvagens na linhagem XP-C corrigida. Observamos uma acentuada diminuição da expressão de PPARGC1A, um importante regulador de biogênese mitocondrial. Contudo, não foi possível determinar o mecanismo de supressão da expressão de PPARGC1A. Por fim, identificamos que o tipo de mutação em XPC pode estar associado a expressão de PPARGC1A. Esse estudo abre novas possibilidade na investigação do papel de proteína XPC, à parte da instabilidade genômica, na adaptação metabólica e desequilíbrio redox em direção da progressão tumoral. / Mitochondria continuously produce reactive oxygen species (ROS), mainly at the electron transport chain. Harman (1956, 1972 e 1992) proposed that normal aging is driven by increased mitochondrially generated free radicals. Indeed, during the course of aging there is an increased imbalance between formation and removal of ROS, leading to redox stress. This condition favours the formation of oxidized DNA lesions, given rise to mutations and cell death. Several molecular mechanisms cooperates to repair the DNA. Two DNA repair pathways deal with the majority of lesions: base excision repair (BER) and nucleotide excision repair (NER). The BER pathway corrects small base modifications that arise from deamination, alkylation and oxidation reactions. The NER pathway is more versitile, recognizing helix-distorting lesions, such as UV-induced damage and bulky adducts. Xeroderma pigmentosum (XP-A to XP-G) patients inherit mutations in one of seven protein-coding genes involved in NER pathway, or in a gene coding a translesion DNA polymerase (XP-V). Photosensitivity and a thousand-fold increased in the risk of developing cutaneous neoplasms are the main clinical features of XP. XPC protein functions in the recognition step of global genome NER (GG-NER) sub-pathway, and mutations in this gene lead to classical XP symptoms. Recently, it has been described that XPC acts: i) as a cofactor in BER pathway through functional interaction with DNA glycosylases OGG1, TDG and SMUG1; ii) as coactivator in transcription at Oct4/Sox2, RXR and PPARα responsive elements; iii) in metabolic shift during keratinocytes transformation. Thus, we sought to investigate a possible role for XPC in the maintenance of mtDNA integrity, cellular sensitivity to mitochondrial redox stress and eventual bioenergetic and redox changes. For this purpose, we established an in vitro plasmid incision assay to investigate the possible role of XPC in the repair of oxidized lesions in mitochondrial DNA. However, our data revealed that XPC did not localized in mitochondria. Nonetheless, XP-C cells are more sensitive to methylene blue, antimycin A (AA) and rotenone treatment, which induce mitochondrial redox stress. The XP-C sensitivity to AA was completely reverted in XPC-corrected cells. XP-C cells presented altered usage of mitochondrial complexes, with decreased oxygen consumption rate (OCR) via complex I and increased OCR through complex II, an XPC-dependent phenomenon. Furthermore, the XP-C cell line showed mitochondrial redox imbalance with increased ROS production and decrease GPx activity. MtDNA from XP-C cells accumulate lesions and deletions, which, however, were found at similar levels in the corrected cell line. We identified a sharp decrease in the expression of PPARGC1A, a master regulator of mitochondrial biogenesis. Nevertheless, it was not possible to determine the mechanism of suppression of PPARGC1A expression. Finally, our results suggest a possible link between the type of XPC mutation and PPARGC1A expression. This study unfolds new possible roles for XPC, aside from its established roles in genomic instability, in metabolic adaptation and redox imbalance towards tumour progression.

Psychopharmaca are a large group of drugs widely used not only in psychiatry. Their systemic administration affects both the main diagnosis and the organism as a whole. The subject of our experiments is the effect of psychopharmaca on the changes in mitochondrial functions, which is beneficial for understanding of molecular mechanisms of therapeutic and adverse effects of drugs. The aim of this thesis was to study the in vitro effects of selected drugs on the cell energy metabolism. Selected antipsychotics (chlorpromazine, levomepromazine, haloperidol, risperidone, ziprasidone, zotepine, aripiprazole, clozapine, olanzapine, and quetiapine), antidepressants (bupropion, fluoxetine, amitriptyline, imipramine) and mood stabilizers (lithium, valproate, valpromide, lamotrigine, carbamazepine) were tested. In vitro effects of selected psychopharmaca were measured on isolated pig brain mitochondria. The activities of citrate synthase (CS) and electron transport chain (ETC) complexes (I, II+III, IV) were measured spectrophotometrically. Drug-induced changes of mitochondrial respiration rates linked to complex I (supported by malate and pyruvate) and complex II (supported by succinate) were evaluated by high resolution respirometry. Complex I was significantly inhibited by lithium, carbamazepine, fluoxetine,...