A deficiência da desidrogenase de acil-CoA de cadeia média (MCAD) é o mais frequente defeito de oxidação de ácidos graxos, caracterizado bioquimicamente pelo acúmulo tecidual predominante dos ácidos graxos de cadeia média octanoato (AO), decanoato (AD) e cis-4-decenoato (AcD). Embora os sinais clínicos dos afetados sejam fundamentalmente neurológicos, os mecanismos fisiopatológicos do dano do sistema nervoso central apresentado pelos pacientes afetados por esse distúrbio ainda não estão esclarecidos. Tem sido, no entanto, levantada a hipótese de que os ácidos graxos acumulados nesta doença possam exercer efeitos tóxicos. Neste cenário, o objetivo do presente trabalho foi investigar os efeitos in vitro dos ácidos AO, AD e AcD sobre parâmetros de função mitocondrial e de estresse oxidativo em cérebro de ratos de 30 dias de vida, uma vez que o metabolismo energético é muito ativo e as defesas antioxidantes estão diminuídas neste tecido. Inicialmente, observamos que todos os ácidos graxos testados dimuíram o potencial de membrana mitocondrial em preparações mitocondriais de cérebro de ratos, sendo que as concentrações mais altas testadas do AD e do AcD exerceram efeitos comparáveis ao de um clássico desacoplador da fosforilação oxidativa, sugerindo que estes ácidos graxos atuem como desacopladores. Os ácidos AO, AD e AcD também aumentaram o estado 4 da respiração mitocondrial e diminuíram os valores do índice de controle respiratório. Além disso, o AD e o AcD diminuíram o estado 3 da respiração tanto com glutamato/malato quanto com succinato como substratos, enquanto que o AO dimiuiu o mesmo parâmetro apenas com o succinato. Também encontramos uma diminuição na razão ADP/O na presença de AD e AcD. O atractilosídeo, inibidor do translocador de nucleotídeos de adenina (ANT), foi capaz de impedir parcialmente o efeito desacoplador do AD, sem alterar os efeitos do AO e do AcD, sugerindo um envolvimento deste translocador no efeito desacoplador do AD. O AO e o AD também diminuíram o consumo de oxigênio em mitocôndrias desacopladas. O AcD também diminuiu a produção de peróxido de hidrogênio, sendo seu efeito maior do que o da rotenona, que inibe o fluxo reverso de elétrons. Os AO e AD diminuíram as atividades dos complexos I-III e IV da cadeia transportadora de elétrons, e o AD também inibiu a atividade do complexo II-III. Todos os três ácidos graxos testados diminuíram o conteúdo de equivalentes reduzidos de NAD(P)H na matriz mitocondrial e a posterior adição de rotenona apenas reverteu o efeito do AO, sugerindo que estes equivalentes estejam sendo perdidos para o meio extramitocondrial. Os ácidos AD e AcD também induziram um maior inchamento mitocondrial, sugerindo que estes ácidos graxos possam atuar como desacopladores provavelmente devido a uma permeabilização nãoseletiva da membrana mitocondrial interna. Também avaliamos o efeito dos mesmos ácidos graxos sobre parâmetros de estresse oxidativo. Observamos que o AO, o AD e o AcD induziram um aumento na peroxidação lipídica em córtex cerebral de ratos, evidenciado por um aumento nos níveis de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS) e na medida de quimioluminescência espontânea. Os AD e AcD também causaram dano oxidativo proteico, visto que aumentaram o conteúdo de carbonilas e diminuíram o conteúdo de grupamentos sulfidrila. Além disso, todos os ácidos graxos testados diminuíram as defesas antioxidantes não-enzimáticas, evidenciado pela diminuição do potencial antioxidante total do tecido (TRAP). Entretanto apenas o AD e o AcD diminuíram os níveis de glutationa reduzida (GSH), o principal antioxidante não-enzimático presente no cérebro. O AcD não ocasionou um aumento nos níveis de TBA-RS em preparações mitocondriais de cérebro de ratos, sugerindo que outros componenentes celulares sejam essenciais para os efeitos pró-oxidantes deste ácido graxo. Entretanto, não foi observado nenhum efeito do AD sobre níveis de GSH e o conteúdo de grupamentos sulfidrila em preparações citosólicas, sugerindo um papel para a mitocôndria nos efeitos causados por este ácido graxo. Devemos também enfatizar que os efeitos mais pronunciados foram verificados pelo AcD, seguido do AD e por último do AO. Estes resultados, tomados em seu conjunto, indicam que os principais metabólitos acumulados na deficiência de MCAD exercem efeitos neurotóxicos importantes. Dessa forma, é possível que uma disfunção mitocondrial e o estresse oxidativo, possivelmente com outros mecanismos, atuem sinergicamente, colaborando para o dano neurológico apresentado pelos pacientes afetados pela deficiência da MCAD. / Medium-chain acyl-CoA dehydrogenase (MCAD) deficiency (MCADD) is the most frequent fatty acid oxidation disorder, leading to the accumulation of octanoic (AO), decanoic (AD) and cis-4-decenoic (AcD) acids. Considering that the pathophisiology of the neurological damage found in MCAD-deficient patients is not clear yet, and that a role for neurotoxic accumulating metabolites has been considered, the aim of the present work was to investigate the in vitro effect of AO, AD and AcD on mitochondrial function and oxidative stress parameters in 30-dayold rat brain. Initially we investigated the effect of these fatty acids on mitochondrial homeostasis, and we found that all these three metabolites diminished the mitochondrial membrane potential in mitochondrial preparations of rat brain, and the effects of the highest concentration of AD and AcD were similar to the CCCP effect, a classical uncoupler, suggesting that these fatty acids act as uncouplers of oxidative phosphorylation. AO, AD and AcD also increased state 4 respiration and decreased respiratory control ratio. AD and AcD also decreased state 3 respiration with either glutamate/malate or succinate as substrates, while AO only decreased in the presence of succinate. We also observed a decrease in the ADP/O ratio caused by AD and AcD. Atractyloside, an inhibitor of adenine nucleotide transporter (ANT), mildly prevented the uncoupler effect of AD, without any effect of AcD- and AO-induced effects, suggesting a role for ANT on AD-induced effects. AO and AD also diminished uncoupled state (state U) in mitochondrial preparations. AcD also decreased hydrogen peroxide production, and this effect was greater than rotenone effect, which inhibits the reverse electron flow. AO and AD inhibited the activities of the respiratory chain complexes I-III and IV, and AD also inhibited complex II-III activity. All the fatty acids tested decreased mitochondrial matrix NAD(P)H content, and the further addition of rotenone only reverted AO-induced effect, indicating that these reduced equivalents might be lost from the mitochondrial matrix. AD and AcD also induced a mitochondrial swelling, suggesting that these fatty acids act as uncouplers probably due to a non-selective mitochondrial inner-membrane. We also evaluated the effect of the same fatty acids on oxidative stress parameters. We first observed that lipid peroxidation was increased in the presence of AO, AD and AcD, as observed by the increase in the thiobarbituric acid-reactive substances (TBA-RS) levels and spontaneous chemiluminescence. AD and AcD also caused protein oxidative damage, since they increased carbonyl content and decreased sulfhydryl group content. All the fatty acids tested also decreased the non-enzymatic antioxidant defenses, as they decreased the total radical-trapping antioxidant potential (TRAP). However, only AD and AcD decreased reduced glutathione (GSH) levels, the major antioxidant in the cell. AcD did not induce an increase in TBA-RS levels in mitochondrial preparations, suggesting that mitochondria were not involved in AcD-induced effects. Furthermore, AD did not alter GSH levels and sulfhydryl group content in cytosolic preparations, suggesting a role for mitochondria in AD-induced effects. Taken together, these results suggest that the MCADD accumulating fatty acids cause important neurotoxic effects. Thus, it is feasible that a mitochondrial dysfunction and oxidative stress, allied to other possible toxic effects, act synergistically, collaborating to the neurological damage found in MCAD-deficient patients.

A disfunção neurológica é um sintoma comum em pacientes com Doença do Xarope do Bordo. Entretanto, os mecanismos que levam à neuropatologia dessa doença são pouco conhecidos. Neste trabalho, nós investigamos os efeitos do ácido α-cetoisocapróico (CIC) na incorporação in vitro de proteínas do tipo filamento intermediário de córtex cerebral de ratos durante o desenvolvimento. Fatias de tecido de ratos de 09, 12, 15, 17, 21 e 60 dias foram incubadas com 32P-ortofosfato na presença ou na ausência de CIC. A fração citoesquelética foi isolada e a radioatividade incorporada nas proteínas de filamento intermediário foi medida. Nós observamos que o CIC diminui a incorporação in vitro de 32P nas proteínas estudadas até 12 dias, entretanto, a fosforilação aumentou nas fatias de tecido de ratos de 17, 21 e 60 dias e nenhuma alteração ocorreu nas fatias cerebrais dos animais de 15 dias. Nós também testamos a influência do sistema glutamatérgico na incorporação in vitro de 32P nas proteínas estudadas, incubando fatias de córtex cerebral na presença de glutamato, agonistas e antagonistas glutamatérgicos. O glutamato apresentou um efeito similar ao observado para o CIC na fosforilação das proteínas de filamento intermediário durante o desenvolvimento, mas não afetou a incorporação in vitro de 32P nas proteínas estudadas nos ratos de 60 dias, sugerindo que nos animais adultos o CIC aumenta a incorporação in vitro nas proteínas estudadas por outros mecanismos. Além disso, nós observamos que os agonistas glutamatérgicos ionotrópicos NMDA, AMPA e cainato mimetizam o efeito inibitório do CIC, enquanto os agonistas metabotrópicos 1S, 3R ACPD e L-AP4 não induziram alterações na incorporação in vitro de 32P nas proteínas de filamento intermediário estudadas nos animais de 09 dias. Nos ratos de 21 dias, somente os agonistas ionotrópicos NMDA e AMPA mimetizaram o efeito estimulatório do CIC. Também observamos que quando fatias de córtex cerebral de ratos de 09 e 21 dias foram incubadas com 1mM CIC seguidas de incubação com o DL-AP5, um antagonista específico para receptores NMDA, ou com CNQX, antagonista de receptores ionotrópicos AMPA e cainato, o efeito inibitório ou estimulatório do ácido na fosforilação in vitro de ratos de 09 e 21 dias foi revertido. Estes resultados demonstram que o CIC, nas mesmas concentrações encontradas no sangue de crianças afetadas por DXB, altera o sistema de fosforilação associado com as proteínas do citoesqueleto, via sistema glutamatérgico, de maneira regulada pelo desenvolvimento. Portanto, é provável que a alteração de fosforilação das proteínas de citoesqueleto cerebral seja importante para o entendimento da patofisiologia da disfunção neuronal e das alterações estruturais observadas do SNC dos pacientes com DXB.

Submitted by Luiz Felipe Barbosa (luiz.fbabreu2@ufpe.br) on 2015-03-13T12:48:40Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) (DISERTAÇÃO_FINAL).pdf: 5009672 bytes, checksum: e22bfce3cf71465a9da25aea7e7d3615 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-13T12:48:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) (DISERTAÇÃO_FINAL).pdf: 5009672 bytes, checksum: e22bfce3cf71465a9da25aea7e7d3615 (MD5) Previous issue date: 2012-03-13 / FACEPE CNPQ / O gênero Leishmania compreende 30 espécies de protozoários flagelados pertencentes a famíla Trypanosomatidae, donde 20 são patogênicas ao homem. Esses organismos apresentam ciclos de vida complexos e peculiaridades moleculares frente à maioria dos eucariontes, como a ausência de regulação transcricional. Desse modo, a regulação da expressão gênica nesses parasitas é efetuada em etapas póstranscricionais, dentre essas a mais importante é o processo de iniciação da tradução dos mRNAs, onde diferentes fatores denominados eIFs (eukariotic initiation factors) estão envolvidos. Dentre esses fatores se destaca o complexo eIF4F com função de promover o reconhecimento e ligação de RNAs maduros aos ribossomos. Tal complexo é composto de três sub-unidades: eIF4A (RNA helicase); eIF4E (proteína de ligação ao cap); e eIF4G (proteína multidomínio estruturadora do complexo eIF4F). Em tripanossomatídeos se sabe da existência de cinco homólogos da sub-unidade eIF4G distintos (EIF4G1 ao G5), contudo, pouco se sabe sobre a ocorrência e funções celulares desses homólogos. Portanto o objetio do presente trabalho foi avaliar a expressão dos diferentes homólogos do eIF4G durante o ciclo de vida de Leishmania amazonensis, caracterizando as possíveis modificações pós-traducionais por fosforilação que possam estar agindo sobre tais fatores, uma vez que em eucariotos superiores mecanismos de regulação global da tradução por fosforilação dos eIFs via MAP quinases já são conhecidos. Para tal, foram realizadas culturas de L. amazonensis nas formas promastigota e amastigota-axênicas, e os extratos protéicos provenientes de diferentes fases do crescimento foram analisados através de Western blot. Foi observado que os homólogos de eIF4G estão presentes durante todo o ciclo de vida de L. amazonensis. Podendo ser observado que os EIF4G1, G4 e G5 apresentaram mais de uma isoforma proteica sugestiva de possíveis modificações pós-traducionais desses homólogos. Em conseguinte, a expressão de EIF4G3 e EIF4G4 foi analisada em condições especiais de cultivo na presença de seis inibidores diferentes, contudo nenhuma dessas condições alterou a expressão desses fatores, revelando que essas proteínas são bastante estáveis e possuem tempo de meiavida prolongado. Posteriormente, o mapeamento in silico de sítios de fosforilação por MAP quinases nos EIF4Gs de Leishmania spp. demonstra a existência de sítios de fosforilação específicos em todos os homólogos E a purificação de fosfoproteínas confirma a existência de mecanismos de fosforilação agindo nos EIF4G3 e EIF4G4. Esses resultados auxiliam no esclarecimento dos mecanismos moleculares, até então obscuros, envolvidos na regulação da expressão gênica pós-transcricional característica desses organismos.

Maspina (mammary serpin) foi identificada em 1994 como uma serpina (serine protease inhibitor) que apresenta atividade de supressão tumoral. Foi classificada como uma serpina devido à homologia na sequência de aminoácidos, porém, maspina não apresenta atividade de inibição de serina proteases. Entre os efeitos biológicos de maspina estão a modulação da adesão, a inibição do crescimento e a invasão tumoral, a inibição da angiogênese, o efeito pró-apoptótico e o controle da resposta ao stress oxidativo, propriedades que contribuem para supressão tumoral. Esta diversidade de funções se reflete nos inúmeros ligantes de maspina e na sua localização subcelular, já que é encontrada na membrana plasmática, no citoplasma, núcleo e mitocôndrias. A localização subcelular de maspina guarda importante relação com sua função, já que foi demonstrado que sua localização nuclear está correlacionada com bom prognóstico em diversos tumores e seu efeito supressor de tumor foi observado somente quando maspina está localizada no núcleo. Entre os ligantes de maspina estão a HDAC1, IRF6, GST, HSP90 e HSP70, β1 integrina, uPAR e colágeno tipo I e III. O mecanismo molecular envolvido na regulação dessas atividades não foi elucidado, e até o momento, somente um gene e uma proteína de maspina foram descritos, desta forma alterações pós-traducionais devem estar envolvidas na regulação dessas atividades. Com objetivo de verificar se há modificações pós-traducionais em maspina, utilizamos células MCF10A, que expressam grande quantidade dessa proteína, e submetemos seu extrato proteico à separação por gel bidimensional seguido de western blot. Identificamos quatro formas de maspina com a mesma massa molecular (42kDa), mas pontos isoelétricos distintos. Três destas formas são sensíveis ao tratamento com fosfatase ácida, o que sugere que estas sejam fosforiladas. Utilizamos ainda peroxidovanadato de sódio, um potente inibidor de tirosina fosfatase para investigar o papel da fosforilação de maspina em resíduos de tirosina. Através de western blot e imunofluorescência, observamos que o tratamento das células com o inibidor resultou no aumento dos níveis celulares de maspina assim como no seu acúmulo no citoplasma. Deste modo, concluímos que existem três diferentes fosfoformas de maspina em células MCF10A e ainda a inibição de tirosinas fosfatases aumentam os níveis de maspina e resultam no acúmulo da proteína no citoplasma. Esses resultados sugerem que a fosforilação pode estar envolvida na localização subcelular de maspina e na regulação dos seus níveis proteicos na célula. / Maspin (mammary serpin) was identified in 1994 as a serpin (serine protease inhibitor) which presents tumor suppressor activity. It was classified as a serpin due to its homology in amino acids sequence; however, maspin doesn\'t exhibit serine protease inhibition activity. Among maspin biological effects are modulation of cell adhesion, inhibition of tumor growth, invasion and angiogenesis, a pro-apoptotic effect and control of oxidative stress response, properties which contribute to tumor suppression. This functional diversity reflects maspin numerous ligands and its subcellular localization, since it is found on the plasma membrane, in the cytoplasm, nucleus and in mitochondria. Maspin subcellular localization is closely related to its function, as its nuclear localization correlates with good prognostic in several tumors and maspin tumor suppressor activity is only observed when it is located in the nucleus. Among maspin ligands are histone H1 deacetylase, IRF6, GST, HSP90 e HSP70, β1 integrin, uPAR and type I and III collagen. The molecular mechanisms involved in the regulation of maspin biological activities are poorly understood. So far, only one gene and one protein have been assigned to maspin, so posttranslational modification should be involved. In order to verify posttranslational modification in maspin, we utilized MCF10A cells, which express great amount of this protein, and we submitted its proteic extract to 2D-SDS-PAGE followed by western blot. We identified four maspin forms with the same molecular mass (42kDa), but different isoelectric point. Three of these forms are sensitive to acidic phosphatase treatment, suggesting that they are phosphorylated maspin forms. We also utilized sodium peroxovanadate, a potent tyrosine phosphatase inhibitor to investigate the role of maspin tyrosine phosphorylation. Through western blot and immunofluorescence analyses, we observed that cell treatment resulted in increase in maspin cellular levels as well as its cytoplasmic accumulation. Thus, we concluded that there are three diferente maspin phosphoforms in MCF10A cells and yet tyrosine phosphatase inhibition increases maspin levels and results in accumulation of the protein in the cytoplasm. These data suggest that phosphorylation may be involved in maspin subcellular localization and regulation of its protein levels in the cell.

Orientador: Roger Frigério Castilho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-26T14:26:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ruas_JulianaSilveira_M.pdf: 1871713 bytes, checksum: a20e3cd08d0b770aed3b059541e382e3 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A maioria das células tumorais depende da glicólise para a ressíntese de ATP durante um processo de rápida proliferação, mesmo que haja disponibilidade de oxigênio para a transdução de energia mitocondrial (Efeito Warburg). O objetivo do presente estudo foi avaliar o papel do metabolismo oxidativo mitocondrial na proliferação de células de glioblastoma humano U-87MG e T98G. Quando as células foram cultivadas na presença de oligomicina (um inibidor da ATP sintase) ou antimicina A (um inibidor do complexo III da cadeia transportadora de elétrons), observou-se apenas uma inibição parcial da proliferação das células. Notadamente, a incubação dessas células com ambos os inibidores causou uma inibição quase completa na proliferação celular. Resultados semelhantes foram observados em cultura primária de astrócitos, havendo uma queda na proliferação celular somente quando ambos os inibidores mitocondriais estavam presentes. Medidas de consumo de oxigênio indicaram que células de glioblastoma utilizam parcialmente a fosforilação oxidativa para a ressíntese de ATP e apresentam uma respiração bem acoplada. Quando se inibiu, nestas células, a fosforilação oxidativa do ADP com oligomicina ou antimicina A, houve um pequeno aumento no consumo de glicose e na produção de lactato. No entanto, o tratamento com ambos os inibidores mitocondriais promoveu um menor consumo de glicose e produção de lactato, em comparação com os efeitos que a antimicina A promoveu. Isso indica que a cadeia transportadora de elétrons quando inibida pela presença de antimicina A, promove um funcionamento inverso da ATP sintase, promovendo a hidrólise de ATP para que haja um bombeamento de prótons para o espaço intermembranar mitocodrial. De acordo com os resultados acima descritos, uma queda quase completa do potencial de membrana mitocondrial foi observada apenas quando as células de glioblastoma foram incubadas na presença de ambos os inibidores mitocondriais, oligomicina e antimicina A. Quando a análise do ciclo celular foi realizada, observou-se uma diminuição da percentagem das células em G0-G1 e um aumento nas fases S e G2-M quando tratadas com oligomicina. Quando as células foram tratadas com antimicina A e oligomicina mais antimicina A foi constatado uma diminuição significativa nas fases G0-G1 e G2-M, e um aumento na fase S. Em conclusão, estes resultados indicam que a rápida proliferação de células de glioblastoma depende da existência do potencial de membrana mitocondrial, mas não da fosforilação oxidativa ou do transporte de elétrons na cadeia respiratória / Abstract: Most tumor cells rely on glycolysis for ATP resynthesis during rapid proliferation, despite the availability saturating levels of oxygen for mitochondrial energy transduction (Warburg effect). The aim of the present study was to evaluate the role of mitochondrial oxidative metabolism on proliferation of human glioblastoma cells U-87MG and T98G. When cells were cultured in the presence of oligomycin (ATP synthase inhibitor) or antimycin A (inhibitor of complex III of the electron transport chain), we observed only a partial inhibition of cell proliferation. Remarkably, incubation of cells with both inhibitors caused an almost complete inhibition of cell proliferation. Similar results were observed in primary culture of astrocytes, with a decrease in cell proliferation only when both mitochondrial inhibitors were present. Oxygen consumption measurements indicated that glioma cells partially rely on oxidative phosphorylation for ATP turnover and exhibit a well-coupled respiration. In fact, shutting down mitochondrial ADP phosphorylation in these glioma cells with either oligomycin or antimycin inhibitors slightly increased glucose consumption and lactate release. However, the treatment with both mitochondrial inhibitors promoted lower glucose consumption and lactate release as compared with the effects of antimycin alone, which indicates that ATP synthase is operating reversely and thus hydrolyzing ATP and pumping H+ out when the respiratory chain is inhibited by antimycin. In agreement, an almost complete collapse of mitochondrial membrane potential was only observed when the glioma cells were incubated in the presence of both antimycin and oligomycin, but not of only antimycin. When cell cycle analyses were performed in oligomycin-treated cells, a decrease in the percentage of cells in G0-G1 phase and an increase in S and G2-M phases were observed. When cells were treated with antimycin A or oligomycin plus antimycin A, it was observed a significant decrease in G0-G1 and G2-M cell phases and an increase in S phase. Overall, our results suggest that the rapid proliferation of glioblastoma cells is dependent on the mitochondrial membrane potential, but not on oxidative phosphorylation or electron transport in the respiratory chain / Mestrado / Biologia Estrutural, Celular, Molecular e do Desenvolvimento / Mestra em Ciências

Orientadores: Marcelo Menossi Teixeira, Ricardo Aparicio / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-27T14:13:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_JoseSergiodeMacedo_D.pdf: 4995080 bytes, checksum: ad3458f447f7044749e0ee6cb95f4315 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O agronegócio da cana de açúcar movimenta cerca de R$ 40 bilhões por ano no Brasil. A cadeia produtiva da cana de açúcar como atividade na economia é responsável por 1,5% do produto interno bruto (PIB) nacional e um dos principais componentes econômicos é a quantidade de sacarose acumulada nos colmos. No entanto, a síntese de sacarose e sua acumulação em plantas superiores é o resultado do produto de uma extensa rede de interações. Quando descarregada nas células do parênquima de armazenamento, a sacarose é metabolizada por diferentes enzimas, sendo a UDP-glucose pirofosforilase (UGPase) uma das enzimas responsáveis pela síntese de sacarose em cana de açúcar. O objetivo deste trabalho foi avaliar o padrão de expressão do gene ScUGPase-1 e os mecanismos regulatórios que controlam a atividade da proteína UGPase de cana de açúcar. Análises por RT-qPCR revelaram que a expressão do gene ScUGPase-1 diminui ao longo da maturação dos colmos e o gene é mais expresso nos entrenós em comparação com o tecido de folha. Porém, nenhuma diferença de expressão significativa foi observada entre dois cultivares contrastantes em teor de sacarose. In vivo, a localização subcelular da proteína ScUGPase-1 indicou uma associação à membrana nos tecidos de folha e colmo. Utilizando anticorpo primário fosfo-específico, observamos a fosforilação da proteína ScUGPase-1 apenas na fração solúvel e microssomal do tecido de folha. In vitro, a proteína ScUGPase-1 formou um complexo com a proteína recombinante caseína quinase 1 (CK1) e sua atividade foi afetada por agentes óxido-redutores. Para complementar os dados de óxido-redução, análises de espalhamento de luz a baixo ângulo (SAXS) forneceram o primeiro modelo estrutural do dímero da proteína ScUGPase-1 em solução, destacando que a interface de dimerização está localizada na região C-terminal. Os dados indicam que a fosforilação, interação protéica e oligomerização podem exercem um papel importante na regulação da proteína ScUGPase-1 durante a síntese de sacarose em cana de açúcar. / Abstract:The sugarcane agribusiness generates around R$ 40 billion per year in Brazil, while the entire supply chain of sugarcane is responsible for 1.5% of the gross domestic product (GDP). Sugarcane productivity is mainly determined by the accumulation of sucrose in the culms. However, the synthesis and accumulation of sucrose in plants is the result of an extensive network. When sucrose is unloaded in the storage parenchyma cells, it is metabolized by different enzymes, and UDP-glucose pyrophosphorylase (UGPase) is one of the enzymes responsible for the synthesis of sucrose in sugarcane. The objective of this work was to gain insights on the ScUGPase-1 expression pattern and the regulatory mechanisms that control protein activity. ScUGPase-1 transcript levels were negatively correlated with sucrose content in the internodes and only a slight difference in the expression pattern was observed between two cultivars that differ in their sucrose content. The intracellular localization of ScUGPase-1 indicated association with membranes in both leaves and internodes. Using a phospho-specific antibody, we observed that ScUGPase-1 was phosphorylated in vivo in the soluble and membrane fractions from leaves, but not from internodes. In vitro, the purified recombinant enzyme interacted with recombinant protein casein kinase 1 and its activity was affected by redox modification. To complement the redox data, Small-Angle X-ray Scattering provided the first structural model of the dimer of sugarcane UGPase in solution, highlighting that the dimer interface is located at the C-terminal. The data indicated that phosphorylation, protein interaction and oligomerization may play an important role in the regulation of ScUGPase-1 activity / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Maspina é uma proteína supressora de tumor e metástase e sua localização subcelular está relacionada ao prognóstico do câncer de mama. Nosso grupo mostrou em MCF-10A que quando fosforilada maspina se acumula no citoplasma. Porém, esta correlação ainda não foi relatada in vivo. Aqui investigamos a expressão, fosforilação e localização subcelular de maspina ao longo do desenvolvimento da glândula mamária murina. Maspina foi detectada no estágio mais tardio da gestação, na lactação e na involução. Os níveis de fosforilação de maspina são maiores no período de lactação do que na involução. Interessantemente, a porcentagem de células que apresenta maspina no núcleo é maior na fase de involução do que na fase de lactação Estes dados mostram que a correlação entre níveis de fosforilação de maspina e localização subcelular também é observada in vivo e que esses processos são reguladas ao longo do desenvolvimento na glândula mamária murina. / Maspin is a protein with tumor and metastasis suppressing activity and its subcellular localization is related to breast cancer prognosis. Using MCF-10A cells as a model system, our group demonstrated a correlation between maspin phosphorylation and cytoplasmic accumulation. Here we investigated maspin expression, phosphorylation levels and subcellular localization in vivo during the murine mammary gland development. Maspin was detected in late pregnancy, during lactation and involution. Maspin phosphorylation levels is higher during lactation than during involution. Interestingly, the percentage of cells which present nuclear maspin is higher in the involution than in lactation. These data show that the correlation between maspin phosphorylation and subcellular localization is also observed in vivo and these processes are regulated during murine mammary gland development.

A cana-de-açúcar é uma gramínea C4 da família das Poaceae. Sua principal característica é a capacidade de estocar altas concentrações de sacarose no colmo. Devido à sua alta atividade fotossintética, ela consegue converter uma boa parte da radiação solar em biomassa. Assim, ela pode ser considerada um dos melhores modelos para os estudos da relação fonte-dreno. O Brasil é um dos maiores produtores e exportadores de álcool do mundo, e por isso a cana-de-açúcar é considerada uma das principais culturas atuais. A ausência de informações sobre a sua sequência genômica levou à criação do programa SUCEST no final de 1990, onde foram disponibilizadas aproximadamente 240,000 sequências denominadas ESTs (Expression Sequence Tags), uma cobertura de quase 90% do genoma expresso da cana-de-açúcar. Desta forma, foi possível desenvolver uma plataforma de microarranjo Agilent de oligonucleotídeos com componentes do SUCEST. Por meio do programa de melhoramento da RIDESA e a análise por microarranjos, foi possível a identificação de vias metabólicas que podem estar relacionadas com a regulação do acúmulo de sacarose em cana-de-açúcar, principalmente aquelas que envolvem os fitormônios auxina e etileno. A obtenção de dados agrotecnológicos e de fisiologia permitiu a observação de um trade off metabólico, onde o acúmulo de sacarose parece ocorrer em detrimento do acúmulo de fibra. A obtenção de plantas silenciadas e superexpressando uma quinase da família da SnRK1 levou, através da análise de microrarranjos, a identificação de genes diferencialmente expressos envolvidos no estresse por seca como uma PP2C e deidrina. Nas plantas superexpressando uma SnRK1, há um aumento do conteúdo de sacarose na planta 88, que talvez indique que a superexpressão dessa quinase leve a um aumento do conteúdo de sacarose em cana. Com a obtenção de sequências genômicas acima do sítio de início da transcrição dessa mesma SnRK1, e de uma subunidade regulatória Akinβγ, foi possível identificar por análise computacional sequências conservadas envolvidas na regulação hormonal, resposta à seca e reações de luz, indicando que a transcrição desse gene pode resultar de diferentes respostas da planta. Esse trabalho permitiu novas diretrizes no estudo do acúmulo de sacarose no colmo, indicando que vias de transdução de sinais conservadas, mediadas por hormônios e fosforilação, podem ser as principais responsáveis por esse fenômeno em cana-de-açúcar. / The sugarcane is a C4 grass of the Poaceae family. Its main feature is the ability to store high sucrose concentrations in the culm. Due to the elevated photosynthetic activity, it can convert a great portion of solar radiation into biomass. Thus, it can be considered one of the best models for studies of source-sink relationship. Brazil is one of the largest alcohol producers and exporters in the world, and sugarcane is considered one of the main current cultivars. The absence of information about its genome sequence led to the creation of the SUCEST program in late 1990, from which approximately 240,000 sequences called ESTs (Expression Sequence Tags) were made available, with a coverage of almost 90% of the sugarcane expressed genome. Thus, it was possible to develop a microarray platform with Agilent oligonucleotide with SUCEST components. Through the RIDESA improvement program and microarray analysis, it was possible to identify metabolic pathways that may be related to the regulation of sugarcane sucrose accumulation, especially those involving the plant hormones auxin and ethylene. The agro-technological and physiology data allowed the observation of a metabolic trade-off, where the sucrose accumulation appears to occur at the expense of fiber accumulation. The production of plants that are silenced or overexpressing a kinase from SnRK1 family, led by microrarray analysis, allowed the identification of differentially expressed genes that are involved in drought stress, such as a PP2C and dehydrin. In plants overexpressing a SnRK1, there is an increased sucrose content in the plant 88, which may indicate that overexpression of this kinase leads to an increase in leaf sucrose content. After obtaining the genomic sequence above the transcription start site of the same SnRK1, and a regulatory subunit Akinβγ, it was possible to identify by computer analysis conserved sequences involved in regulating hormonal response to dry and light responses, indicating that the gene transcription may arise from different plant responses. This work allowed new guidelines in the study of sucrose accumulation in the culm, suggesting that conserved signal transduction pathways and hormone mediated phosphorylation may be the main reason for this phenomenon in sugarcane.

Orientador: Willian Fernando Zambuzzi / Resumo: O uso de implantes com sua superfície modificada (ataque ácido, usinado) em pacientes que sofreram algum tipo de lesão no decorrer do tempo ou até mesmo por conta do envelhecimento são largamente utilizados. Para isso, conta-se com o auxilio de diversas áreas, como a nanotecnologia, bioengenharia e físico-química, que dão suporte para o desenvolvimento destes biomateriais aumentando seu desempenho quando implantado. No entanto, por mais que haja avanço nesta área de desenvolvimento e produção, o conhecimento sobre como o organismo responde e quais os estímulos produzidos indiretamente por esses biomateriais em células ainda são motivos de discussão. Dessa maneira, decidimos investigar o efeito do meio condicionado de implantes comerciais em proteínas responsáveis pela adesão celular, em pré-osteoblastos. Inicialmente, avaliamos se os implantes eram capazes de liberar substâncias tóxicas, através do ensaio colorimétrico de MTT. Esses resultados mostraram não haver qualquer efeito citotóxico em 24 horas. Posteriormente, através da metodologia de cristal violeta, que detecta células aderidas, mostramos que há um aumento significativo na adesão celular em resposta ao meio condicionado nas primeiras 24 horas de adesão, quando comparados ao imediato grupo controle. Além disso, mostramos o comportamento de pre-osteoblastos aderidos sobre superfícies de implantes dentários através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Fazendo uso de diferentes metodologias, mostramos que, em ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The use of implants with a modified surface (acidic attack, Machined) in patients who have suffered some kind of lesion in course of time or even age account are extensively used. For this, it counts with the help of different areas, such as nanotechnology, bioengineering and physical chemistry, that support for the development of these biomaterials increasing their performance when deployed. However, while there progress in this area of development and productionthe knowledge about how the body responds and what stimuli indirectly produced by these biomaterials cells are still discussing reasons. This way, we decided to investigate the effect of conditioned medium from commercial implants proteins responsible for cellular adhesion, in preosteoblasts. Initially, we assessed whether the implants were able to release toxic substances through the colorimetric MTT assay. These results showed no cytotoxic effect in 24 hours. Later, by crystal violet methodology that detects adhered cells, show that there is a significant increase in cell adhesion in response to the conditioned medium in the first 24 hours of adhesion, when compared to the control group immediate. Also, we show the pre-osteoblasts adhered behavior on dental implant surfaces by Scanning Electron Microscopy (SEM). Utilizing different methodologieswe showed that, in response to the conditioned, pre-osteoblasts increase levels of reactive oxygen species (ROS), resulting in lipid peroxidation and modulation of the PTP-1B activity a phosphatase capable of maintaining levels FAK phosphorylation increased in response to the conditioned media impacting cell adhesion. Thus, we conclude that the implants titanium base promote, indirectly, better performance in adherence to preosteoblasts modulated by ROS signaling. / Mestre

Usando incorporação \"in vivo\" de 35S metionina tradução \"in vitro\" de RNA e eletroforese bidimensional, iniciamos um estudo do controle da síntese de proteínas durante duas fases distintas de diferenciação celular, a esporulação e a germinação, do fungo Blastocladiella emersonii. Durante a esporulação ocorre uma intensa variação no padrão de síntese proteica. Foi analisada a síntese de 108 proteínas, sendo verificado que o aumento na síntese de várias proteínas está associado com estágios definidos da esporulação. Um grande número de proteínas básicas é sintetizado exclusivamente no final da esporulação, que corresponde à fase de diferenciação dos zoósporos. Também foram detectadas drásticas variações na população de mRNAs ao longo de toda a esporulação. A síntese de várias proteínas típicas da esporulação parece ser controlada ao nível da transcrição. Além disso a maioria dos RNAs mensageiros específicos da esporulação não é conservada nos zoósporos maduros; o zoósporos contém mRNAs armazenados que provavelmente são sintetizados nos últimos 30 minutos da esporulação. Durante a transição dos zoósporos a células redondas, que ocorre nos primeiros 25 minutos após a indução da germinação em meio inorgânico, não foram verificadas diferenças qualitativas no padrão de síntese proteica, tanto na ausência como na presença de actinomicina D, indicando que os eventos precoces da germinação são inteiramente pré-programados pelo mRNA que está armazenado nos zoósporos. Contudo, na germinação tardia são verificadas profundas variações no padrão de síntese proteica. A síntese de algumas dessas proteínas (seis polipeptídios), provavelmente corresponde a uma tradução seletiva de mensagens armazenadas nos zoósporos, enquanto que a maioria das novas proteínas expressas (vinte e dois polipeptídios) corresponde a tradução de novos mRNAs. Assim, durante a germinação dos zoósporos, ocorrem múltiplos níveis de regulação da síntese proteica, envolvendo controles ao nível da tradução e transcrição. Durante o início da germinação também foi observado um controle ao nível de pós-traduçãoo, com várias proteínas dos zoósporos sendo especificamente degradadas ou modificadas. Também analisamos o padrão das proteínas sintetizadas durante a germinação em meio nutriente sendo observada a síntese de polipeptídios específicos desta condição de germinação e crescimento. Algumas proteínas cuja síntese é controlada pelo desenvolvimento foram identificadas. Utilizando anticorpos monoclonais comerciais contra actina, α e β-turbulinas foip-tubulinas foi possível identificar estas proteínas no perfil eletroforético de proteínas sintetizadas durante a esporulação. Comparando a cinética da síntese \"oin vitro\" destas proteínas com o acúmulo de seus respectivos mRNAs traduzidos \"in vitro\", o, foi possível demonstrar que o intenso aumento na síntese de actina, α e β-tubulinas que ocorre durante a esporulação apresenta uma correlação temporal com o aumento dos mRNAs correspondentes. Em paralelo ao aumento da síntese destas três proteínas citoesqueLéticas pôde ser detectado um aumento dos seus conteúdos em massa. Durante a germinação e crescimento ocorre uma sensível diminuição no conteúdo destas proteínas. Além disso, verificamos que as proteínas identificadas como α e β-tubulinas estão presentes no flagelo dos zoósporos. Muito interessante foi a observação de que três proteínas sintetizadas durante a esporulação correspondiam aparentemente a três proteínas, Hsp70, Hsp76 e Hsp39a, cuja síntese é induzida pelo choque térmico. Esta verificação decorreu do fato de estarmos investigando se em Blastocladiella a resposta ao choque térmico teria algum controle do desenvolvimento, uma vez que alguns dados da literatura sugeriam o envolvimento de certas proteínas de choque térmico (Hsps) no desenvolvimento normal de alguns organismos. Em Blastocladiella a resposta ao choque térmico é dependente do estágio do desenvolvimento. Células expostas a temperaturas elevadas nos diferentes estágios do desenvolvimento (esporulação, germinação e crescimento) mostram uma síntese diferencial de proteínas de choque térmico. Conjuntos específicos de Hsps (de um total de 22 Hsps) são induzidos em cada fase, demonstrando uma expressão não coordenada dos genes de choque térmico. A proteína de 70 kDa, sintetizada espontaneamente durante um certo intervalo da esporulação, apresenta mobilidade eletroforética em géis bidimensionais idêntica à Hsp70. A confirmação da identidade entre estas proteínas foi obtida através de análise dos seus peptídios resultantes de digestão enzimática parcial bem como pelo reconhecimento de ambas as proteínas por anticorpos contra a proteína DnaK (homóloga à Hsp70> de E. coli e contra a proteína Hsp70 de Drosophila. Utilizando tradução o\"in vitro\"o de RNA e hibridização de RNA com uma sonda do gene hsp70 de Drosophila, demonstramos que o aumento de síntese da Hsp70 que ocorre durante o choque térmico e espontaneamente durante a esporulação, está associado com a acumulação do mRNA desta proteína. Embora a síntese de Hsps seja controlada pelo desenvolvimento em Blastocladiella, a aquisição de termotolerância pode ser induzida em qualquer estágio do seu ciclo de vida. A indução da termotolerância em Blastocladiella é dependente da síntese de proteínas e está correlacionada com o aumento da síntese de algumas Hsps: Hsp82a, Hsp82b, Hsp76, Hsp70, Hsp60,Hsp25 e Hsp17b. As outras Hsps parecem não estar envolvidas especificamente com a termotolerância. As observações anteriores de que o estado de fosforilação da proteína ribossômica 56, em Blastocladiella, varia durante o desenvolvimento e em resposta a alterações do meio ambiente (Bonato et al., 1984, Eur. J. Biochem. 144:597-606) e a verificação de que a resposta ao choque térmico, em Blastocladiella, também está sob o controle do desenvolvimento proporcionou a oportunidade de verificar se os diferentes níveis de fosforilação de 56 poderiam ser correlacionados com a tradução de mensageiros específicos isto é, mRNAs normais ou de choque térmico durante o choque térmico, recuperação do choque térmico e indução de termotolerância nos diferentes estágios do ciclo de vida deste fungo. Assim foi observado que, independente do estado inicial de fosforilação de 56 (máximo ou intermediário>, ocorre uma rápida e completa desfosforilação de 56 durante o choque térmico, sendo que a 56 permanece desfosforilada durante a termotolerância. Durante a recuperação do choque térmico, ocorre a refosforilação de 56 para os níveis característicos de cada estágio do desenvolvimento, coincidentemente com a interrupção da síntese de proteínas de choque térmico. / Using 35S methionine pulse labeling in vitro translation and two-dimensional gel electrophoresis, we investigated the regulation of protein synthesis during two distinct phases of cell differentiation, sporulation and germination, in the aquatic fungus Blastocladiella emersonii. We have found dramatic changes in the spectrum of proteins synthesized during sporulation. Synthesis of 108 polypeptides was analyzed and a large increase in the synthesis of several proteins is associated with particular stages. A large number of basic proteins are synthesized exclusively during late sporulation. Changes in translatable mRNA species were also detected by in vitro translation of RNA prepared at different stages of sporulation. The synthesis of several proteins during sporulation seems to be transcriptionally controlled. Most of the sporulationspecific messages are not present in the mature zoospores; the zoospores contain stored mRNA, which is apparently synthesized in the last 30 min of sporulation.We analyzed the pattern of proteins synthesized during zoospore germination in an inorganic solution, in both the presence and absence of actinomycin D. During the transition from zoospore to round cells (the first 25 min), essentially no qualitative differences were noticeable, indicating that the earliest stages of germination are entirely preprogrammed with stored RNA. Later in germination (after 25 min), however, changes in the pattern of protein synthesis were found. Some of these proteins (a total of 6 polypeptides) correspond possibly to a selective translation of stored messages, whereas the majority of the changed proteins (22 polypeptides) corresponds to newly synthesized mRNA. Thus, multiple levels of protein synthesis regulation seem to occur during zoospore germination, involving both transcriptional and translational controls. We also analyzed the pattern of protein synthesis during germination in a nutrient medium; synthesis of specific polypeptides occurred during late germination. During early germination posttranslational control was also observed, several labeled proteins from zoospores being specifically degraded or charge modified. Some proteins whose expression is developmentally regulated were identified. Actin, α- and β-tubulin have been identified in the two-dimensional pattern of proteins synthesized during sporulation by using well characterized monoclonal antibodies and western blotting. We compared the kinetics of synthesis of these proteins, by pulse-labeling experiments with ‌35S‌methionine, with the accumulation of their corresponding mRNAs, translated in a cell-free system. Large increases occur in the rates of actin and α- and β-tubulin biosynthesis during sporulation and there is an accumulation of the corresponding mRNAs. In parallel to the increased synthesis, these cytoskeletal proteins accumulate during the late stage of sporulation. During germination and early growth there is a strong decrease in the level of these proteins. We also verified that α- and β-tubulin are present in flagellar axonemes of zoopores. Very interesting was the observation that three proteins spontaneously expressed during sporulation correspond possibly to three heat shock-induced proteins CHsp70, Hsp76, Hsp39a). This fact was noticed when we were investigating the heat shock-response during the development of Blastocladiella. The heat-shock response in Blastocladiella is dependent on the developmental stage. Cells exposed to elevated temperatures at different stages of life cycle (sporulation, germination or growth) show a differential synthesis of heat-shock proteins (Hsps). Of a total af 22 polypeptides induced, particular subsets of Hsps appear in each phase, demonstrating a non-coordinate heat-shock gene expression. By the criteria of two-dimensional gel electrophoresis and partial proteolysis mapping, the 70-kDa protein, whose synthesis is induced spontaneously during sporulation, is indistinguishable from the heat-inducible hsp70. Additional evidence in support of the identity between the 70-kDa protein and Hsp70 was provided by immunological cross-reaction of both proteins with antibodies against DnaK protein from E.coli and Hsp70 from Drosophila. The techniques of in vitro translation, and Northern analysis using a Drosophila hsp70 probe, demonstrated that enhanced synthesis of hsp70, which occurs during heat-shock treatment and spontaneously during sporulation, is associated with an accumulation of Hsp70 mRNA. Although the Hsps synthesis is developmentally regulated in Blastocladiella, the acquisition of thermotolerance can be induced at any stage of the life cycle. lhe development of thermotolerance is correlated with the enhanced synthesis of some heat-shock proteins: Hsp82a, Hsp82b, Hsp76, Hsp70, Hsp60, Hsp25, Hsp17b. Other Hsps are not specifically involved in thermotolerance. In B. emersonii the state of 56 phosphorylation changes depending on the developmental stage and environmental conditions (Bonato et al., 1984, Eur. J. Biochem. 144, 597-606). On the other hand, we verified that the heat-shock response is developmentally regulated. Then, we examined the changes in 56 phosphorylation during heat shock, thermotolerance, and recovery from heat shock at different stages of life cycle in order to investigate whether the different levels of 56 phosphorylation might be correlated with the translation of specific message subsets. We observed that independently of the initial state of 56 phosphorylation (maximal or intermediate), a rapid and complete dephosphorylation of 56 is induced by heat shock and 56 remains unphosphorylated during the acquired thermotolerance. During recovery from heat shock rephosphorylation of 56 occurs always to the levels characteristic of that particular stage, coincidently with the turn off of heat shock protein synthesis.