A pulchellina é uma glicoproteína heterodimérica com duas cadeias, pertencente à família das proteínas inativadoras de ribossomos (RIPs) do tipo 2. A cadeia A é enzimaticamente ativa e é capaz de remover uma adenina da porção 28S do rRNA; a cadeia B é uma lectina que se liga a resíduos de D-Galactose terminais, presentes na membrana. Das 4 isoformas da pulchellina (PI, PII, PIII, PIV), PII é a mais tóxica in vivo, sendo a atividade catalítica da cadeia A similar para todas as isoformas. A interação da cadeia B com os glicoreceptores de membrana e seu conseguinte processo de endocitose é crucial para que cadeia A tóxica entre na célula e torne-se disponível para atuar no seu sítio ribossomal. Assim, visando explorar e encontrar potenciais diferenças no mecanismo de ligação à célula e de endocitose das isoformas, foram realizados experimentos usando microscopia confocal com as toxinas marcadas com Alexa flúor® em células HeLa e MV3. As imagens obtidas mostraram que PII localiza-se na região perinuclear das células enquanto PIV predomina na região cortical. Esses resultados sugeriram que as isoformas apresentam distintos mecanismos de entrada e transporte nas células. Para esclarecer tal questão, a ação da pulchellina em células HeLa tratadas com diversas drogas que atuam em diferentes rotas endocíticas e de translocação, foi monitorada. Os resultados de inibição de síntese proteica mostraram que as células sofrem proteção contra a pulchellina na presença de brefeldina A, indicando que a pulchellina necessita ser transportada via Golgi para executar sua função. Inibidores de glicosilação como tunicamicina, swainsonine e inibidores de síntese proteica, como a puromicina e cicloheximidina sensibilizaram as células à PII e PIV, mas em diferentes taxas. Por outro lado, a puromicina e a cicloheximidina não afetaram a taxa de endocitose das isoformas, o que indica que a pulchellina na ausência dos inibidores compete pelo transporte ou processamento de glicoproteínas recém-sintetizadas. Experimentos de ligação e captação da pulchellina mostraram que PII apresenta 30% menos afinidade pela superfície de células HeLa que PIV, além de apresentar menor taxa endocítica. Esses dados corroboram estudos de FCS (espectroscopia de correlação e fluorescência) que identificaram que a difusão de PIV em células HeLa é maior que de PII. Nos experimentos realizados com inibidores de dinamina, ambas isoformas tiveram as suas taxas de endocitose aumentadas, indicando um efeito compensatório para via endocítica independente de dinamina. Em células incubadas com PDMP e neuraminidase, PIV mostrou uma associação às células reduzida, enquanto PII não se alterou, indicando que PIV pode necessitar de esfingolipídeos e glicocomplexos contendo ácido siálico para ligar e se internalizar nas células testadas. Para investigar essa diferença na interação foram realizados ensaios in vitro de DSC (Calorimetria Diferencial de Varredura) e SPR (ressonância plasmônica de superfície) com as isoformas isoladas. Esses ensaios mostraram que PIV e PII apresentam interações distintas com o gangliosídeo GM1, sendo que a PIV interage mais hidrofobicamente e com uma maior taxa de associação com GM1 que a PII. / Pulchellin is a heterodimeric toxin found in Abrus pulchellus seeds. It is a type 2 ribosome inactivating protein, which consists of a toxic A-chain linked to a sugar binding B-chain. The B-chain mediates its binding to the galactose residues on the cellular membrane in a process that is then followed by an endocytic uptake. Once the A-chain reaches the cytosol it inhibits protein synthesis leading to cell death. In order to explore pulchellin isoforms II and IV (PII and PIV) cell entry and transport mechanisms, experiments monitoring toxin labelled with Alexafuor® in MV3 and HeLa cells were performed using confocal microscopy. We have investigated the pulchellin action in pre-treated HeLa cells with several drugs, targeting different endocytic and translocation routes. Confocal images showed PII tends to be localized in cells cortical region and PIV tend to be localized in cell\'s perinuclear region, suggesting that isoforms have different cell entry and transport mechanisms. The protein synthesis inhibition results showed that brefeldin A protects cells against the toxic effect of pulchellin, which indicates the pulchellin needs to be transported to Golgi to perform its toxic effect. When HeLa cells were incubated with protein synthesis inhibitors, such as puromycin and cycloheximidine and glycosilation inhibitors such as tunicamycin, swainsonine, they were sensitized to pulchellin, but to different extent for PII and PIV. Binding and uptake experiments showed that PII exhibits 30% less affinity than PIV on HeLa cells surface, PII also has lower endocytic rate than PIV in the cells. These data corroborate with FCS (Fluorescence Correlation Spectroscopy) results, which identified that PIV diffuses faster than PII into the celIs. Dynamine inhibitors increased endocytosis rates in both isoforms, indicating that pulchellin is upregulating the dynamine-independent endocytosis, possibly pulchellin is being internalized into the cells by alternative endocytic routes. When HeLa cells were incubated with PDMP and neuraminidase, PIV showed a reduced cell association compared with PII and control, indicating that PIV may require glycocomplexes and sphingolipids containing sialic acid to enter into the cells. DSC (Differential Scanning Calorimetry) and SPR (Surface Plasmon Ressonance) experiments using biomimetic membranes were performed using GM1 ganglioside to check this interaction. The results showed PIV and PII interact with GM1. This results also evidence PIV interact more hidrophobically and with a higher association rate on GM1 than PII.

Evidências epidemiológicas indicam que a presença de microalbuminúria prediz maior freqüência de eventos cardiovasculares e mortalidade em hipertensos essenciais. A microalbuminúria pode ser decorrente do aumento da permeabilidade glomerular e/ou da diminuição da reabsorção desta macromolécula no túbulo proximal. Todavia não é sabido se os mecanismos que regulam a reabsorção de albumina em túbulo proximal renal encontram-se alterados na hipertensão essencial. Este trabalho teve como objetivo investigar as bases moleculares da microalbuminúria associada à hipertensão arterial essencial, focando na reabsorção tubular de albumina. Para tanto, avaliamos a evolução temporal da excreção urinária de albumina em ratos espontaneamente hipertensos (SHR) com 6 semanas de idade (pressão arterial sistólica, PAS, = 105 ± 4 mmHg), 14 semanas de idade (PAS = 180 ± 2 mmHg) e 21 semanas de idade (PAS = 202 ± 2 mmHg). Ratos normotensos Wistar da mesma idade serviram de controle. Observou-se que a excreção urinária diária de albumina aumentou progressivamente com o aumento da pressão arterial em SHR (10,5 ± 1,9; 92 ± 7,0 e 154 ± 27 g/dia, em SHR com PAS média igual a 105, 180 e 202 mmHg respectivamente). Este aumento progressivo não foi observado em ratos normotensos com idade correspondente, indicando que este fenômeno é decorrente do aumento da pressão arterial e não pode ser atribuído ao aumento da idade dos animais durante o período estudado. A análise das proteínas urinárias por eletroforese em gel de poliacrilamida (SDS-PAGE) mostrou que SHR excretam proteínas do tamanho da albumina ou menores (< 70kDa), padrão típico de proteinúria tubular. Adicionalmente, verificou-se que os níveis de expressão dos receptores endocíticos megalina e cubilina, bem como do canal para cloreto ClC-5 diminuem progressivamente no córtex renal de SHR com o aumento da pressão arterial. Observou-se também uma diminuição significativa na expressão de uma outra macromolécula importante no processo de endocitose mediada por receptor em túbulo proximal renal, a v-H+-ATPase. Entretanto, a diminuição da expressão protéica da subunidade B2 desta ATPase foi estatisticamente significante apenas em SHR com 21 semanas comparado aos com 6 semanas de idade. Não foram encontradas alterações no padrão de expressão de componentes estruturais da barreira glomerular como a nefrina e podocina. Em suma, o nosso estudo demonstra que o aumento da excreção urinária de proteínas, especialmente de albumina, está associado com uma menor expressão de componentes essenciais do aparelho endocítico do túbulo proximal renal. É tentador especular que a disfunção da via endocítica no túbulo proximal renal possa ser o principal mecanismo subjacente ao desenvolvimento de microalbuminúria na hipertensão / Epidemiological evidences indicate that the presence of microalbuminuria predicts a higher frequency of cardiovascular events and mortality in essential hypertensive patients. Microalbuminuria may arise from increased glomerular permeability and/or reduced proximal tubular reabsorption of albumin. However, it remains to be determined whether the mechanisms that regulate the renal proximal tubular reabsorption of albumin are altered in essential hypertension. The purpose of this work was to investigate the molecular basis of microalbuminuria in essential hypertension, focusing on the renal tubular reabsorption of albumin. To this end, we evaluated the temporal evolution of urinary albumin excretion in spontaneously hypertensive rats (SHR) at 6 weeks of age (systolic arterial pressure, SAP, = 105 ± 4 mmHg), 14 weeks of age (SAP = 180 ± 2 mmHg) and 21 weeks of age (SAP = 202 ± 2 mmHg). Age-matched normotensive Wistar rats were used as controls. It was observed that the daily urinary excretion of albumin progressively increased with blood pressure in SHR from 6 to 21 weeks of age (10.5 ± 1.9, 92 ± 7.0 and 154 ± 27 g in SHR with 105, 180 and 202 mmHg of average SAP, respectively). This progressive increase in microalbuminuria has not been observed in age-matched normotensive Wistar rats, indicating that this phenomenon cannot be attributed to age progression over the studied period. SDS-PAGE analysis of urinary proteins showed that microalbuminuric SHR virtually excreted proteins of the size of albumin or smaller (< 70kDa), typical of tubular proteinuria. Additionally, it was verified that the protein expression levels of the endocytic receptors megalin and cubilin as well as of the chloride channel ClC-5 progressively decreased in the renal cortex of SHR from 6 to 21 weeks of age. Moreover, it was observed reduction of expression of another macromolecule that plays an important role in the process of receptor mediated endocytosis in the renal proximal tubule, the v-H+- ATPase, was reduced. However, reduced cortical expression of the B2 subunit of the v- H+-ATPase, was only statistically significant in 21-wk-old vs. 6-wk-old SHR. Expression levels of structural components of the glomerular barrier such as nephrin and podocin were unchanged. To sum up, our study demonstrates that the increase in urinary protein excretion, especially of albumin, is associated with lower expression of key components of the apical endocytic apparatus in the renal proximal tubule. It is tempting to speculate that dysfunction of the apical endocytic pathway in the renal proximal tubule may be the major mechanism underlying development of microalbuminuria in essential hypertension

Introdução: In vivo ou in vitro a exposição de fibroblastos a alta concentração de glicose promove um aumento do estresse oxidativo e consequentemente prejudica a migração celular, assim como a maturação da adesão. Além disso, a elevada concentração de glicose reduz a expressão de diferentes integrinas na superfície celular devido alterações na síntese do receptor e sua reciclagem. Objetivo: Avaliar os efeitos da elevada concentração de glicose no tráfego de vesículas contendo EEA1 (endossomos primários), Rab4 (via rápida da reciclagem), Rab11 (via lenta de reciclagem) e Rab7 (endossomos de degradação) em fibroblastos NIH3T3. Métodos: células foram cultivadas em meio contendo baixa concentração de glicose (LG, 5 mM) ou em alta concentração (HG 25 mM) durante 21 dias antes de realizar os experimentos. EEA1, Rab4, Rab11 e Rab7 expressão e distribuição foram avaliados por western blotting e imunofluorescência, respectivamente. Resultados: Células expostas à alta concentração não apresentaram diferenças na expressão e distribuição das proteínas EEA1 e Rab7, enquanto a expressão de Rab11 foi reduzida em 30%. Conclusão: a alta concentração de glicose altera a via lenta da reciclagem contendo Rab11, afetando potencialmente a reciclagem de integrinas e outros receptores e a sua expressão na superfície celular. / Background: In vivo or in vitro exposure of fibroblasts to high glucose concentrations (HG) promotes oxidative stress and consequently impairs cell migration, also inhibiting adhesion maturation. Additionally, HG reduces the expression of different integrins on the cell surface, potentially due to altered receptor synthesis and recycling. Aim: to evaluate the effects of HG on the trafficking vesicles containing EEA1 (early endosomes), Rab4 (fast recycling pathway) and Rab7 (endocytic degradation pathway) on NIH3T3 fibroblasts. Methods: cells were cultured under low glucose (LG, 5 mM) or HG (25 mM) concentrations during 21 days before the assays. EEA1, Rab4 and Rab7 expression and distribution were evaluated by western blotting and immunofluorescence, respectively. Results: HG did not affect proteins EEA1 and Rab7 expression and distribution, whereas Rab11 expression was reduced by 30%. The number of vesicles containing Rab11 was also significantly reduced in HG cells. Conclusion: high glucose alters the slow recycling endocytic pathway via Rab11, potentially affecting integrins and other receptors synthesis and expression on the cell surface.

Introdução: In vivo ou in vitro a exposição de fibroblastos a alta concentração de glicose promove um aumento do estresse oxidativo e consequentemente prejudica a migração celular, assim como a maturação da adesão. Além disso, a elevada concentração de glicose reduz a expressão de diferentes integrinas na superfície celular devido alterações na síntese do receptor e sua reciclagem. Objetivo: Avaliar os efeitos da elevada concentração de glicose no tráfego de vesículas contendo EEA1 (endossomos primários), Rab4 (via rápida da reciclagem), Rab11 (via lenta de reciclagem) e Rab7 (endossomos de degradação) em fibroblastos NIH3T3. Métodos: células foram cultivadas em meio contendo baixa concentração de glicose (LG, 5 mM) ou em alta concentração (HG 25 mM) durante 21 dias antes de realizar os experimentos. EEA1, Rab4, Rab11 e Rab7 expressão e distribuição foram avaliados por western blotting e imunofluorescência, respectivamente. Resultados: Células expostas à alta concentração não apresentaram diferenças na expressão e distribuição das proteínas EEA1 e Rab7, enquanto a expressão de Rab11 foi reduzida em 30%. Conclusão: a alta concentração de glicose altera a via lenta da reciclagem contendo Rab11, afetando potencialmente a reciclagem de integrinas e outros receptores e a sua expressão na superfície celular. / Background: In vivo or in vitro exposure of fibroblasts to high glucose concentrations (HG) promotes oxidative stress and consequently impairs cell migration, also inhibiting adhesion maturation. Additionally, HG reduces the expression of different integrins on the cell surface, potentially due to altered receptor synthesis and recycling. Aim: to evaluate the effects of HG on the trafficking vesicles containing EEA1 (early endosomes), Rab4 (fast recycling pathway) and Rab7 (endocytic degradation pathway) on NIH3T3 fibroblasts. Methods: cells were cultured under low glucose (LG, 5 mM) or HG (25 mM) concentrations during 21 days before the assays. EEA1, Rab4 and Rab7 expression and distribution were evaluated by western blotting and immunofluorescence, respectively. Results: HG did not affect proteins EEA1 and Rab7 expression and distribution, whereas Rab11 expression was reduced by 30%. The number of vesicles containing Rab11 was also significantly reduced in HG cells. Conclusion: high glucose alters the slow recycling endocytic pathway via Rab11, potentially affecting integrins and other receptors synthesis and expression on the cell surface.

Os astrócitos são células gliais do sistema nervoso central (SNC) que, entre diversas funções, tem um importante papel na manutenção do ambiente extracelular, removendo neurotransmissores e íons os quais podem ser tóxicos em altas concentrações. Estas células estão envolvidas em diversas doenças neurodegenerativas e representam um importante alvo de estudo para o desenvolvimento de estratégias terapêuticas. A técnica de cultura primária (CP) de astrócitos de ratos é amplamente utilizada como modelo para o estudo de características mecânicas e bioquímicas dessa célula em um sistema isolado. Alternativamente, astrócitos imortalizados por transfecção (AI) e a linhagem C6 de rato (C6) são usados como modelo astrocítico, uma vez que são células mais homogêneas, além de serem de fácil e rápida manipulação. No entanto, apesar de resultados divergentes serem encontrados na literatura, existe uma carência de estudos comparativos entre estes três modelos experimentais. A escolha de um modelo adequado para o estudo destas células nos permitiria estudar de forma mais precisa as funções extracelulares de proteínas como a S100B. Essa proteína pode ser liberada ou secretada principalmente por astrócitos no SNC e, apesar de possuir efeitos tróficos, exerce funções tóxicas, quando em altas concentrações no meio extracelular. Apesar disso, pouco se sabe sobre o processo de remoção da S100B extracelular. Em vista disso, o objetivo desta tese foi comparar e caracterizar funcionalmente a CP, AI e C6 no que diz respeito a diferenças morfológicas, marcadores proteicos e funções clássicas astrocíticas, bem como estudar a capacidade destas células de internalizar a proteína S100B, avaliando-se o mecanismo deste processo. Além disso, foi realizada a padronização de um ensaio colorimétrico utilizando a atividade glutamil-transferase da glutamina sintetase (GS), visto a carência deste ensaio em cultura de astrócitos e em diferentes estruturas cerebrais. Esta enzima é considerada um marcador astrocítico e sua disfunção pode comprometer o ciclo glutamina-glutamato, processo relacionado ao quadro de excitotoxicidade glutamatérgica, observado em doenças neurodegenerativas. O ensaio mostrou-se preciso, sensível, linear, específico e com alta aplicabilidade no SNC e nos modelos de cultura celular. Nossos resultados mostraram que as duas linhagens celulares (AI e C6) foram positivas para proteínas características de astrócitos, bem como funcionais no metabolismo glutamatérgico e energético. No entanto, estes parâmetros mostraram-se reduzidos em estado basal em comparação com a CP. Frente a estímulos específicos, os AI não se mostraram como um modelo reprodutível das funções astrocíticas clássicas, ao contrário da linhagem C6, a qual apresentou resposta similar aos astrócitos de CP. De forma geral a linhagem C6 representou um modelo válido para estudo das características astrocíticas estudadas, porém sempre com valores basais reduzidos quando comparados com a CP que, em nossa avaliação, representou um melhor modelo para o estudo da internalização da proteína S100B. Estas células foram capazes de endocitar a S100B extracelular por um mecanismo dependente de RAGE e dinamina. Uma vez internalizada, a S100B seguiu pela via endocítica, colocalizando com importantes marcadores, como Dextran e Lysotracker. As vesículas de S100B mostraram um aumento de direcionalidade ao longo do tempo de incubação, afetado pela variação de cálcio intracelular. Estes dados mostram a importância da escolha de um modelo in vitro adequado de cultura de astrócitos, bem como evidenciam o importante papel destas células na remoção de concentrações tóxicas da proteína S100B do meio extracelular, auxiliando na compreensão dos mecanismos de sinalização desta proteína. / Astrocytes are glial cells that participate in a variety of function of central nervous system (CNS) such as the maintenance of the extracellular environment, removing toxic concentration of ions and neurotransmitters. These cells are involved in several neurodegenerative diseases and are important targets for the development of therapeutic strategies. Astrocyte primary culture (PC) is a potent instrument to study these cells in an isolated system, allowing the elucidation of mechanistic features specific for this type of cell. An alternative to this model is the use of cell lines, such as immortalized astrocytes (IA) or C6 glioma cells (C6). These linages have the advantage to present more homogeneous features, are easily, faster and lower cost to manipulate. Despite these facilities, cell lines present highly proliferative features and some different characteristics in comparison to PC, which put into question the validity of them as an astrocytic model. The selection of a suitable model to the study of astrocytes would allow us to evaluate protein extracellular effects, such as S100B with greater reliability. This protein is released and secreted mainly by astrocytes in the CNS, exerting trophic and toxic effect in a RAGE dependent manner. S100B toxic effects are shown in high extracellular concentrations, although the clearance of this protein from the extracellular space is poorly understood. In view of this, the goal of this research was to show a comparative analysis of PC, IA and C6 regarding morphological features, protein profile and classical astrocytic functions. Furthermore, we evaluated the mechanism of S100B internalization, characterization of internalized vesicles and intracellular dynamics in astrocytes. In addition, the standardization of a colorimetric assay to measure the glutamyl-transferase activity of glutamine synthetase (GS) was performed, considering the lack of this study in culture of astrocytes and different brain structures. This enzyme is considered an astrocytic marker and any dysfunction may compromise the glutamine-glutamate cycle, which is observed in many neurodegenerative diseases. The assay was accurate, sensitive, linear, specific and with high applicability in the CNS. Our results showed that the two cell lines (IA and C6) were positive for characteristic proteins of astrocytes, although expressing less quantities then PC. Similarly, the glutamatergic and energetic metabolism and cellular communication by gap junction also showed to be reduced in lineages cells. IA did not reveal a reproducible model of classic astrocytic functions, in opposite to C6 cells that presented a similar response to PC when submitted to the same stimulus. Nevertheless, PC showed pronounced astrocytic characteristics, representing the best model for the study of S100B protein internalization. The results in this study revealed that cultured astrocytes efficiently remove fluorescently labeled extracellular S100B in a time-dependent manner by vesicle endocytosis. The internalization was RAGE and dynamine dependent. In time, vesicles capturing S100B exhibit directional mobility, meaning that vesicles get functionally attached to the cytoskeleton. Moreover, the mobility of vesicles capturing S100B was affected by changes in [Ca2+]. These data support to the understanding of the mechanism of extracellular signaling of S100B protein, as well as the role of astrocytes in this regulation.

Os astrócitos são células gliais do sistema nervoso central (SNC) que, entre diversas funções, tem um importante papel na manutenção do ambiente extracelular, removendo neurotransmissores e íons os quais podem ser tóxicos em altas concentrações. Estas células estão envolvidas em diversas doenças neurodegenerativas e representam um importante alvo de estudo para o desenvolvimento de estratégias terapêuticas. A técnica de cultura primária (CP) de astrócitos de ratos é amplamente utilizada como modelo para o estudo de características mecânicas e bioquímicas dessa célula em um sistema isolado. Alternativamente, astrócitos imortalizados por transfecção (AI) e a linhagem C6 de rato (C6) são usados como modelo astrocítico, uma vez que são células mais homogêneas, além de serem de fácil e rápida manipulação. No entanto, apesar de resultados divergentes serem encontrados na literatura, existe uma carência de estudos comparativos entre estes três modelos experimentais. A escolha de um modelo adequado para o estudo destas células nos permitiria estudar de forma mais precisa as funções extracelulares de proteínas como a S100B. Essa proteína pode ser liberada ou secretada principalmente por astrócitos no SNC e, apesar de possuir efeitos tróficos, exerce funções tóxicas, quando em altas concentrações no meio extracelular. Apesar disso, pouco se sabe sobre o processo de remoção da S100B extracelular. Em vista disso, o objetivo desta tese foi comparar e caracterizar funcionalmente a CP, AI e C6 no que diz respeito a diferenças morfológicas, marcadores proteicos e funções clássicas astrocíticas, bem como estudar a capacidade destas células de internalizar a proteína S100B, avaliando-se o mecanismo deste processo. Além disso, foi realizada a padronização de um ensaio colorimétrico utilizando a atividade glutamil-transferase da glutamina sintetase (GS), visto a carência deste ensaio em cultura de astrócitos e em diferentes estruturas cerebrais. Esta enzima é considerada um marcador astrocítico e sua disfunção pode comprometer o ciclo glutamina-glutamato, processo relacionado ao quadro de excitotoxicidade glutamatérgica, observado em doenças neurodegenerativas. O ensaio mostrou-se preciso, sensível, linear, específico e com alta aplicabilidade no SNC e nos modelos de cultura celular. Nossos resultados mostraram que as duas linhagens celulares (AI e C6) foram positivas para proteínas características de astrócitos, bem como funcionais no metabolismo glutamatérgico e energético. No entanto, estes parâmetros mostraram-se reduzidos em estado basal em comparação com a CP. Frente a estímulos específicos, os AI não se mostraram como um modelo reprodutível das funções astrocíticas clássicas, ao contrário da linhagem C6, a qual apresentou resposta similar aos astrócitos de CP. De forma geral a linhagem C6 representou um modelo válido para estudo das características astrocíticas estudadas, porém sempre com valores basais reduzidos quando comparados com a CP que, em nossa avaliação, representou um melhor modelo para o estudo da internalização da proteína S100B. Estas células foram capazes de endocitar a S100B extracelular por um mecanismo dependente de RAGE e dinamina. Uma vez internalizada, a S100B seguiu pela via endocítica, colocalizando com importantes marcadores, como Dextran e Lysotracker. As vesículas de S100B mostraram um aumento de direcionalidade ao longo do tempo de incubação, afetado pela variação de cálcio intracelular. Estes dados mostram a importância da escolha de um modelo in vitro adequado de cultura de astrócitos, bem como evidenciam o importante papel destas células na remoção de concentrações tóxicas da proteína S100B do meio extracelular, auxiliando na compreensão dos mecanismos de sinalização desta proteína. / Astrocytes are glial cells that participate in a variety of function of central nervous system (CNS) such as the maintenance of the extracellular environment, removing toxic concentration of ions and neurotransmitters. These cells are involved in several neurodegenerative diseases and are important targets for the development of therapeutic strategies. Astrocyte primary culture (PC) is a potent instrument to study these cells in an isolated system, allowing the elucidation of mechanistic features specific for this type of cell. An alternative to this model is the use of cell lines, such as immortalized astrocytes (IA) or C6 glioma cells (C6). These linages have the advantage to present more homogeneous features, are easily, faster and lower cost to manipulate. Despite these facilities, cell lines present highly proliferative features and some different characteristics in comparison to PC, which put into question the validity of them as an astrocytic model. The selection of a suitable model to the study of astrocytes would allow us to evaluate protein extracellular effects, such as S100B with greater reliability. This protein is released and secreted mainly by astrocytes in the CNS, exerting trophic and toxic effect in a RAGE dependent manner. S100B toxic effects are shown in high extracellular concentrations, although the clearance of this protein from the extracellular space is poorly understood. In view of this, the goal of this research was to show a comparative analysis of PC, IA and C6 regarding morphological features, protein profile and classical astrocytic functions. Furthermore, we evaluated the mechanism of S100B internalization, characterization of internalized vesicles and intracellular dynamics in astrocytes. In addition, the standardization of a colorimetric assay to measure the glutamyl-transferase activity of glutamine synthetase (GS) was performed, considering the lack of this study in culture of astrocytes and different brain structures. This enzyme is considered an astrocytic marker and any dysfunction may compromise the glutamine-glutamate cycle, which is observed in many neurodegenerative diseases. The assay was accurate, sensitive, linear, specific and with high applicability in the CNS. Our results showed that the two cell lines (IA and C6) were positive for characteristic proteins of astrocytes, although expressing less quantities then PC. Similarly, the glutamatergic and energetic metabolism and cellular communication by gap junction also showed to be reduced in lineages cells. IA did not reveal a reproducible model of classic astrocytic functions, in opposite to C6 cells that presented a similar response to PC when submitted to the same stimulus. Nevertheless, PC showed pronounced astrocytic characteristics, representing the best model for the study of S100B protein internalization. The results in this study revealed that cultured astrocytes efficiently remove fluorescently labeled extracellular S100B in a time-dependent manner by vesicle endocytosis. The internalization was RAGE and dynamine dependent. In time, vesicles capturing S100B exhibit directional mobility, meaning that vesicles get functionally attached to the cytoskeleton. Moreover, the mobility of vesicles capturing S100B was affected by changes in [Ca2+]. These data support to the understanding of the mechanism of extracellular signaling of S100B protein, as well as the role of astrocytes in this regulation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Bioquímica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:44:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318592.pdf: 7780213 bytes, checksum: df174715f61701c67a6b2e8d1f2520d7 (MD5) / Os animais pertencentes à subfamília Bruchinae são os principais predadores das sementes de leguminosas, destacando-se pela restrição na dieta alimentar ocorrendo especificidade ao nível de gênero ou família. O caruncho do feijão-de-corda (Callosobruchus maculatus) é o maior predador de sementes de Vigna unguiculata (feijão-de-corda) tanto no campo quanto de grãos armazenados. O feijão-de-corda apresenta em sua composição uma família de proteínas multifuncionais chamadas de vicilinas (globulina 7S), possuindo uma massa molecular de aproximadamente 190 kDa. Vicilinas variantes expressas em sementes de V. unguiculata vem sendo associadas diretamente aos efeitos tóxicos causados nas larvas dos bruchideos. Aqui relata-se o valor adaptativo envolvido na absorção das vicilinas e o mecanismo da resistência associado ao C. maculatus. O genótipo (IT81D-1053) de V. unguiculata mostrou-se resistente ao bruchideo (C. maculatus), não havendo emergência de adultos no período de 90 dias, enquanto sementes suscetíveis (fradinho) apresentaram emergência média de 36,42±0,59 dias. O destino das vicilinas foi acompanhado por microscopia de fluorescência, através de cortes por congelamento (criostato), ao alimentaram-se as larvas do bruchideo com vicilina suscetível/FITC, vicilina variante/FITC e com faseolina/FITC (Phaseolus vulgaris) notando-se diferença no processo absortivo entre as dietas testadas. O epitélio intestinal das larvas alimentadas com vicilina variante/FITC e faseolina/FITC apresentou por fluorescência maior quantidade de vicilina. Por microscopia eletrônica foi possível verificar a presença da proteína suscetível (fradinho) no interior das células do epitélio intestinal das larvas de C. maculatus. Evidenciando que as vicilinas se ligam aos receptores na membrana das microvilosidades e posteriormente, são absorvidas em forma de vesículas no interior das células epiteliais do intestino médio das larvas, sendo possivelmente, mediado por processo de endocitose. As moléculas de vicilinas nas vesículas formadas no epitélio intestinal são encaminhadas ao corpo gorduroso das larvas, onde foram isoladas por ultracentrifugação em gradiente descontínuo de sacarose. Essas foram caracterizadas parcialmente com a utilização do substrato vicilina 0,1% (m/m) juntamente com os inibidores EDTA (ácido etileno diamino tetra acético), pepstatina A, PMSF (fluoreto de fenilmetilsulfonil) e E-64 (trans-epoxisuccinil 4-guanidino butano), onde a Pespatina A e PMSF inibiram o processamento da vicilina, sugerindo há uma combinação de enzimas, possivelmente proteinases serínicas e aspárticas, atuando na hidrólise da vicilina, porém não foi possível identificar qual classe mecanística é responsável pelo início do processo <br> / Abstract: The animals of the Bruchinae subfamily are the main predators of legume seeds, which are distinguished by the food diet restriction, occurring specificity on genus or family level. The cowpea beetle (Callosobruchus maculatus) is the main predator of the Vigna unguiculata seeds (cowpea) in the field and stored grains. These beans present in their composition a family of multifunctional proteins called vicilins (7S globulin), with around 190 kDa as molecular weight. Variant vicilins expressed in the seeds of V. unguiculata have been directly associated to the toxic effects caused in bruchid larvae. Here we report the adaptive value involved in the uptake of vicilin and resistance mechanisms associated with C. maculatus. The genotype (IT81D-1053) of V. unguiculata was resistant to bruchid (C. maculatus) without adult emergence in a period of 90 days, while susceptible seeds (fradinho) presented emergency of 36.42 ± 0.59 days on average. The fate of vicilin was followed by fluorescence microscopy, cutting the gel (cryostate), where bruchid the larvae are fed with vicilin susceptible/FITC, vicilin variant/FITC and phaseolin/FITC (from Phaseolus vulgaris) noticing the difference in the absorptive process. The intestinal epithelium of larvae fed on vicilin variant / FITC and phaseolin / FITC fluorescence showed a greater amount of vicilin. By using electron microscopy, it was possible to verify the presence of the susceptible vicilin (fradinho) in the cells of the intestinal epithelium of larval C. maculatus. Vicilins seem to bind to receptors in the membrane of the microvilli and subsequently are absorbed in the form of vesicles inside the cells of the epithelium of the gut of the larvae, and optionally mediated endocytosis. The vicilin molecules present in the vesicles formed in the intestinal epithelium are transferred to the fat body larvae, where they could be isolated by discontinuous sucrose gradient after ultracentrifugation. They were partially characterized using 0.1% (w / w) vicilin as the substrate in the presence or not of following inhibitors EDTA (ethylene diamine tetra acetic acid), pepstatin A, PMSF (phenylmethylsulfonyl fluoride) and E-64 (trans epoxisuccinil -4 guanidino-butane), wherein pepstatin A and PMSF inhibited the processing of vicilin, suggesting that it is a combination of enzymes, perhaps aspartic and serine proteinases, acting on the hydrolysis of vicilin. However, it was not possible to identify the mechanistic class which is responsible for initiating the process.

Os astrócitos são células gliais do sistema nervoso central (SNC) que, entre diversas funções, tem um importante papel na manutenção do ambiente extracelular, removendo neurotransmissores e íons os quais podem ser tóxicos em altas concentrações. Estas células estão envolvidas em diversas doenças neurodegenerativas e representam um importante alvo de estudo para o desenvolvimento de estratégias terapêuticas. A técnica de cultura primária (CP) de astrócitos de ratos é amplamente utilizada como modelo para o estudo de características mecânicas e bioquímicas dessa célula em um sistema isolado. Alternativamente, astrócitos imortalizados por transfecção (AI) e a linhagem C6 de rato (C6) são usados como modelo astrocítico, uma vez que são células mais homogêneas, além de serem de fácil e rápida manipulação. No entanto, apesar de resultados divergentes serem encontrados na literatura, existe uma carência de estudos comparativos entre estes três modelos experimentais. A escolha de um modelo adequado para o estudo destas células nos permitiria estudar de forma mais precisa as funções extracelulares de proteínas como a S100B. Essa proteína pode ser liberada ou secretada principalmente por astrócitos no SNC e, apesar de possuir efeitos tróficos, exerce funções tóxicas, quando em altas concentrações no meio extracelular. Apesar disso, pouco se sabe sobre o processo de remoção da S100B extracelular. Em vista disso, o objetivo desta tese foi comparar e caracterizar funcionalmente a CP, AI e C6 no que diz respeito a diferenças morfológicas, marcadores proteicos e funções clássicas astrocíticas, bem como estudar a capacidade destas células de internalizar a proteína S100B, avaliando-se o mecanismo deste processo. Além disso, foi realizada a padronização de um ensaio colorimétrico utilizando a atividade glutamil-transferase da glutamina sintetase (GS), visto a carência deste ensaio em cultura de astrócitos e em diferentes estruturas cerebrais. Esta enzima é considerada um marcador astrocítico e sua disfunção pode comprometer o ciclo glutamina-glutamato, processo relacionado ao quadro de excitotoxicidade glutamatérgica, observado em doenças neurodegenerativas. O ensaio mostrou-se preciso, sensível, linear, específico e com alta aplicabilidade no SNC e nos modelos de cultura celular. Nossos resultados mostraram que as duas linhagens celulares (AI e C6) foram positivas para proteínas características de astrócitos, bem como funcionais no metabolismo glutamatérgico e energético. No entanto, estes parâmetros mostraram-se reduzidos em estado basal em comparação com a CP. Frente a estímulos específicos, os AI não se mostraram como um modelo reprodutível das funções astrocíticas clássicas, ao contrário da linhagem C6, a qual apresentou resposta similar aos astrócitos de CP. De forma geral a linhagem C6 representou um modelo válido para estudo das características astrocíticas estudadas, porém sempre com valores basais reduzidos quando comparados com a CP que, em nossa avaliação, representou um melhor modelo para o estudo da internalização da proteína S100B. Estas células foram capazes de endocitar a S100B extracelular por um mecanismo dependente de RAGE e dinamina. Uma vez internalizada, a S100B seguiu pela via endocítica, colocalizando com importantes marcadores, como Dextran e Lysotracker. As vesículas de S100B mostraram um aumento de direcionalidade ao longo do tempo de incubação, afetado pela variação de cálcio intracelular. Estes dados mostram a importância da escolha de um modelo in vitro adequado de cultura de astrócitos, bem como evidenciam o importante papel destas células na remoção de concentrações tóxicas da proteína S100B do meio extracelular, auxiliando na compreensão dos mecanismos de sinalização desta proteína. / Astrocytes are glial cells that participate in a variety of function of central nervous system (CNS) such as the maintenance of the extracellular environment, removing toxic concentration of ions and neurotransmitters. These cells are involved in several neurodegenerative diseases and are important targets for the development of therapeutic strategies. Astrocyte primary culture (PC) is a potent instrument to study these cells in an isolated system, allowing the elucidation of mechanistic features specific for this type of cell. An alternative to this model is the use of cell lines, such as immortalized astrocytes (IA) or C6 glioma cells (C6). These linages have the advantage to present more homogeneous features, are easily, faster and lower cost to manipulate. Despite these facilities, cell lines present highly proliferative features and some different characteristics in comparison to PC, which put into question the validity of them as an astrocytic model. The selection of a suitable model to the study of astrocytes would allow us to evaluate protein extracellular effects, such as S100B with greater reliability. This protein is released and secreted mainly by astrocytes in the CNS, exerting trophic and toxic effect in a RAGE dependent manner. S100B toxic effects are shown in high extracellular concentrations, although the clearance of this protein from the extracellular space is poorly understood. In view of this, the goal of this research was to show a comparative analysis of PC, IA and C6 regarding morphological features, protein profile and classical astrocytic functions. Furthermore, we evaluated the mechanism of S100B internalization, characterization of internalized vesicles and intracellular dynamics in astrocytes. In addition, the standardization of a colorimetric assay to measure the glutamyl-transferase activity of glutamine synthetase (GS) was performed, considering the lack of this study in culture of astrocytes and different brain structures. This enzyme is considered an astrocytic marker and any dysfunction may compromise the glutamine-glutamate cycle, which is observed in many neurodegenerative diseases. The assay was accurate, sensitive, linear, specific and with high applicability in the CNS. Our results showed that the two cell lines (IA and C6) were positive for characteristic proteins of astrocytes, although expressing less quantities then PC. Similarly, the glutamatergic and energetic metabolism and cellular communication by gap junction also showed to be reduced in lineages cells. IA did not reveal a reproducible model of classic astrocytic functions, in opposite to C6 cells that presented a similar response to PC when submitted to the same stimulus. Nevertheless, PC showed pronounced astrocytic characteristics, representing the best model for the study of S100B protein internalization. The results in this study revealed that cultured astrocytes efficiently remove fluorescently labeled extracellular S100B in a time-dependent manner by vesicle endocytosis. The internalization was RAGE and dynamine dependent. In time, vesicles capturing S100B exhibit directional mobility, meaning that vesicles get functionally attached to the cytoskeleton. Moreover, the mobility of vesicles capturing S100B was affected by changes in [Ca2+]. These data support to the understanding of the mechanism of extracellular signaling of S100B protein, as well as the role of astrocytes in this regulation.

Asbestos é um termo geral usado comercialmente para descrever minerais fibrosos de silicato. A fibra mais utilizada até hoje é denominada crisotila, com uso considerado seguro. Embora, fragmentos menores podem permanecer por longo tempo em tecidos pulmonares. As fibras de crisotila, assim como as demais fibras de asbestos, possuem sílica na sua composição e podem ser fagocitadas com a participação de receptores scavenger. Este trabalho teve como objetivo o estudo de mecanismos de interação e de internalização das pequenas fibras de crisotila em duas linhagens celulares. Uma análise por microscopia confocal de varredura a laser e microscopia eletrônica de transmissão foi realizada e observou-se que ambas as linhagens são capazes de internalizar fibras, que apresentavam livres ou envoltas pela membrana plasmática. A presença de elementos do citoesqueleto próximos às fibras de crisotila foi verificada, assim como alterações no nível de expressão de alguns desses elementos. Dentro deste contexto, a participação de receptores no processo de internalização de fibras de crisotila também foi estudada e verificamos que esses receptores podem estar envolvidos de alguma forma com o processo de internalização de fibras de crisotila. / Asbestos is a term used commercially to describe silicate minerals. Chrysotile is the most used fiber until today and it is considered safe. However, smaller fragments can be found in lung tissues for a long period of time. Chrysotile fibers, as other asbestos fibers, are composed by silica and may be phagocyted with the participation of scavenger receptors. This studys goal was to study the interaction an internalization mechanisms of small chrysotile fibers in two cell lineages. Confocal laser scan microscopy analysis and electronic microscopy transmission analysis were conducted in both lineages, that showed capable of internalize fibers, that were involved or not by cell membrane. Cytoeskeleton elements presence near the fibers was verified and there were also changes in expression levels these elements. In this context, the participation of scavenger receptors in the internalization process of chrysotile fibers was also studied, and we verified that these receptors may be associated to the internalization process of chrysotile fibers.

This work investigated the subcellular dynamics of the plant elicitor peptide AtPep1 and its interplay with plant defense responses. First, an introduction of the plant innate immunity system is provided with emphasis on pattern trigger immunity (PTI), which is based on the recognition of \"non-self\" and \"self\" elicitor molecules by surface-localized patternrecognition receptors (PRRs). Then, the Arabidopsis endogenous peptides that act as selfelicitor molecules are presented, with details on AtPep1 and its PEPR receptors. Plant endomembrane trafficking is described, encompassing endocytic pathways, clathrin mediated endocytosis (CME) and receptor-mediated endocytosis (RME). In the next chapter, we explored strategies for the in vivo study of the subcellular behavior of AtPep1; to this end, we fused the precursor protein of AtPep1 (PROPEP1) to GFP and assessed its localization. We found that PROPEP1 was associated with the tonoplast and accumulated in the vacuole, suggesting that this organelle could work as the station where PROPEP1 is stored and later released, only in a danger situation, hence initiating AtPep1. Moreover, we generated AtPep1 versions labeled with fluorescent dyes and demonstrated that this peptide could be fluorescently tagged without loss of its biological activity. In chapter 3, we combined classical and chemical genetics with life imaging to study the behavior of a bioactive fluorescently labeled AtPep1 in the Arabidopsis root meristem. We discovered that the labeled AtPep1 was able to bind the plasma membrane very quickly in a receptor-dependent manner. Subsequently, the PEPR-AtPep1 complex was internalized via CME and transported to the lytic vacuole, passing through early and late endosomal compartments. Impairment of CME compromised the AtPep1 responses. Our findings provide for the first time an in vivo visualization of a signaling peptide in plant cells, thus giving insights into its intracellular fate and dynamics. The role of the coregulatory receptor BRI1-associated kinase 1 (BAK1) in AtPep1-responses was also investigated (chapter 4). Our results confirmed that BAK1 interacts with PEPRs in a ligand-dependent manner and indicate that BAK1 modulates AtPep1 signaling and endocytosis, but that, when absent, it might be replaced by homologous SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR-LIKE KINASE (SERK) proteins that could have additional functions during the AtPep1 signaling. Furthermore, phosphorylation events after the formation of PEPR-BAK1 complexes seem to dictate the molecular bases of AtPep1 internalization and signaling. Finally, we discussed our findings in a more general perspective, highlighting the important findings for the plant endomembrane trafficking field, the potential use of fluorescently labeled ligands as a tool to study ligand-receptors pairs, the availability of AtPep1-PEPRs as an excellent model to study endocytosis and its interplay with signaling, and the future challenges in the field. / Neste trabalho, foi investigada a dinâmica subcelular do peptídeo elicitor de planta AtPep1 e suas implicações nas respostas de defesa. Primeiramente, é fornecida uma introdução do sistema imune inato de plantas com ênfase na imunidade ativada por moléculas elicitoras derivadas de organismos invasores ou da mesma planta, após seu reconhecimento por receptores localizados na membrana plasmática (PTI responses). Peptídeos endógenos que têm sido reportados em Arabidopsis como ativadores de PTI são descritos, dando especial destaque para o peptídeo AtPep1 e seus receptores PEPRs. O tráfego de endomembranas em plantas é introduzido, abrangendo as vias de internalização, endocitose mediada por proteínas clathrinas (CME) e endocitose mediada por receptor (RME). No capítulo seguinte, foram avaliadas estratégias para o estudo in vivo da dinâmica subcelular do AtPep1. Para isso a proteína precursora do AtPep1 (PROPEP1) foi fusionada a GFP e sua localização visualizada, encontrando que PROPEP1 é associado com o tonoplasto e acumula dentro do vacúolo, fato que sugere uma função de armazenamento do PROPEP1 para esta organela, desde onde é liberado em caso de uma situação de perigo dando origem ao AtPep1. Adicionalmente, foram produzidas versões biologicamente ativas do AtPep1 marcado com fluróforos. No capítulo três foram combinados genética clássica e genética química com visualizações in vivo para estudar o comportamento de um AtPep1 bioativo e marcado fluorescentemente na células meristemática da ponta da raiz de Arabidopsis, sendo encontrado que AtPep1 se liga rapidamente na membrana plasmática numa forma dependente de receptor. Em seguida, o complexo AtPep1-PEPR foi internalizado via CME e transportado para o vacúolo, passando através do endossomo primário e secundário. Quando o funcionamento da CME foi comprometido, as respostas ao AtPep1 também foram afetadas. Estes resultados fornecem a primeira visualização in vivo de um peptídeo de sinalização em plantas, mostrando sua dinâmica e destino intracelular. O papel regulatório durante as respostas induzidas pelo AtPep1 do co-receptor BRI1-associated kinase 1 (BAK1) foram investigadas (Capítulo quatro). Nossos resultados confirmaram que BAK1 interage com PEPRs numa forma dependente do ligante e indicam que BAK1 modula sinalização e endocitose do AtPep1, no entanto quando ausente, BAK1 pode ser substituído por seus homólogos SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR-LIKE KINASE os quais poderiam ter funções adicionais durante as repostas induzidas pelo AtPep1. Eventos de fosforilação após a formação do complexo PEPR-BAK1 parecem ditar as bases moleculares da internalização e sinalização do AtPep1. Finalmente, são discutidos os resultados encontrados nesta pesquisa numa perspectiva geral, destacando a relevância destas descobertas na área de pesquisa em que estão inseridos, o potencial que representa o uso de ligantes marcados fluorescentemente como ferramenta para o estudo de complexos entre ligante-receptor, a disponibilidade do sistema AtPep1-PEPRs como modelo de estudo da endocitose em plantas e sua relação com sinalização, e os futuros desafios na área.