A glândula pineal de mamíferos não é uma estrutura oscilatória autônoma, exigindo a liberação de noradrenalina (Nor) na fase escura para que a melatonina seja circadianamente produzida. Na cultura padrão de glândula pineal, o órgão não expressa ritmicidade funcional e para mimetizar o padrão fisiológico de liberação de Nor, desenvolvemos a cultura temporizada com Nor. Logo, o objetivo desse trabalho foi investigar a manutenção do ritmo de expressão dos genes relógio pela cultura temporizada, e qual a via noradrenérgica envolvida. Para os estudos in vitro, realizaram-se culturas dos grupos: controle (sem Nor), agudo (cultura padrão) e temporizado (12h com Nor/12h sem Nor). Além disso, à cultura temporizada se adicionou Prasozin e/ou Propranolol. Analisou-se expressão dos genes relógio, atividade da enzima AANAT e conteúdo de melatonina no meio de cultura. No grupo temporizado, observou-se a manutenção da ritmicidade dos genes analisados, diferente do observado nos grupos controle, agudo e temporizado tratado com bloqueadores, além do aumento da atividade enzimática da AANAT e aumento do conteúdo de melatonina. Em suma, a cultura temporizada com Nor se mostra importante para evitar a arritmicidade encontrada na cultura padrão de glândula pineal. / The mammals pineal gland is not an autonomous oscillator, the circadian melatonin synthesis requires the release of norepinephrine (NE) on the dark phase. In standard pineal gland culture, the glands do not express any functional rhythmicity. To mimic the physiological pattern of NE release in the pineal gland culture, we developed a synchronized culture with NE. We aimed to investigate the maintenance of circadian clock genes expression within rat pineal gland under acute and synchronized culture and the noradrenergic pathway involved. In in vitro experiments, culture glands were under: control (without NE), acute (standard culture) and synchronized (12h with NE/12h without NE) conditions. Furthermore, in the synchronized group were added Prasozin and/or Propranolol. We investigated clock genes expression, AANAT activity and melatonin content. The synchronized culture was able to maintain the rhythmic clock genes expression, which didn´t occur in control, acute and synchronized treated with blockers groups, and was able to improve AANAT activity and melatonin synthesis. In conclusion, synchronized culture method showed as a useful approach to avoid disruption of rhythmic variations found in the standard culture.

Os genes relógio são responsáveis pelo ritmo circadiano e homeostase de diversos sistemas biológicos, incluindo o pâncreas endócrino. Nas células β são de grande importância para a regulação do metabolismo e da secreção de insulina (SI), e sua ausência pode levar ao desenvolvimento do diabetes. A NADPH oxidase (NOX) é um complexo enzimático responsável pela produção do ânion superóxido através da redução do oxigênio molecular. Em ilhotas pancreáticas, a NOX participa da regulação do metabolismo da glicose e da SI, através da modulação do estado redox intracelular. O objetivo do nosso estudo foi verificar se a desregulação dos genes relógio mediada pela ausência de Bmal1 seria capaz de modular a NOX e o estado redox nas células β pancreáticas, influenciando assim a SI. Observamos que a ausência de Bmal1 alterou a atividade e expressão da NOX, desregulando o estado redox intracelular. Essas alterações levaram à redução da viabilidade celular e mudanças na resposta à estimulação com glicose, resultando em uma deficiência na principal função da célula β a SI. / Clock genes are responsible for homeostasis and circadian rhythm in various biological systems, including endocrine pancreas. In β -cells, they are important for the regulation of metabolism and insulin secretion (IS), and its absence can lead to development of diabetes. NADPH oxidase (NOX) is an enzymatic complex responsible for production of superoxide anion by reducing molecular oxygen. In pancreatic islets, NOX regulates glucose metabolism and IS through modulation of the intracellular redox state. The aim of our study was to investigate whether dysregulation of clock genes mediated by Bmal1 suppression would be able to modulate NOX activity and redox state in pancreatic β cells, thus influencing the SI. In this work, the lack of Bmal1 altered the activity and expression of NOX, deregulating the intracellular redox state. These changes led to reduced cell viability and changes in cell response after stimulation with glucose, resulting in a deficiency in β cell main function, GSIS.

Já foi demonstrado que o consumo de álcool induz complicações no início do sono e na sua manutenção, mas sua influência na produção de melatonina não é clara. O presente trabalho mostra que ratos machos ingerindo uma solução de etanol 10% apresentam uma curva de produção de melatonina alterada, com menor produção média na noite. Isto pode ser parcialmente explicado por uma redução observada na atividade da enzima TPH e especialmente da AANAT. Também verificamos que a expressão dos genes para ambas enzimas se encontra diminuída. Os resultados mostram um impacto do álcool no início da sinalização da produção de melatonina, com alteração na expressão dos receptores de noradrenalina. Também foi observado que o tratamento modifica o padrão de expressão dos receptores de melatonina MT1 e MT2 no hipocampo, no cerebelo e no núcleo supraquiasmático. Nesta última estrutura também verificamos alterações na expressão dos genes relógio. Estas alterações em conjunto poderiam ocasionar os problemas de memória, aprendizado e sincronização circadiana descritas para pacientes alcoólatras. / It has been demonstrated that alcohol consumption induces complications in sleep onset and maintenance but its influence on melatonin production remains unclear. The present results show that rats receiving 10% ethanol in drinking water for 35 days display an altered melatonin daily profile, with a reduction in the nocturnal mean. This can be partially explained by the reduction in TPH and mainly in AANAT activity. In addition, mRNA expression of both enzymes was also decreased. Upstream in melatonin synthesis pathway, the results showed that noradrenergic signaling is impaired as well. Together, these results state the reasons for the observed melatonin synthesis reduction. Our results also show that alcohol intake causes an alteration in the expression of melatonin receptors MT1 and MT2 in hippocampus, cerebellum and suprachiasmatic nucleus. We have also observed an alteration in the expression of clock genes in the suprachiasmatic nucleus. These alterations are possibly causing problems to the learning, memory process and circadian synchronization.

Já foi demonstrado que o consumo de álcool induz complicações no início do sono e na sua manutenção, mas sua influência na produção de melatonina não é clara. O presente trabalho mostra que ratos machos ingerindo uma solução de etanol 10% apresentam uma curva de produção de melatonina alterada, com menor produção média na noite. Isto pode ser parcialmente explicado por uma redução observada na atividade da enzima TPH e especialmente da AANAT. Também verificamos que a expressão dos genes para ambas enzimas se encontra diminuída. Os resultados mostram um impacto do álcool no início da sinalização da produção de melatonina, com alteração na expressão dos receptores de noradrenalina. Também foi observado que o tratamento modifica o padrão de expressão dos receptores de melatonina MT1 e MT2 no hipocampo, no cerebelo e no núcleo supraquiasmático. Nesta última estrutura também verificamos alterações na expressão dos genes relógio. Estas alterações em conjunto poderiam ocasionar os problemas de memória, aprendizado e sincronização circadiana descritas para pacientes alcoólatras. / It has been demonstrated that alcohol consumption induces complications in sleep onset and maintenance but its influence on melatonin production remains unclear. The present results show that rats receiving 10% ethanol in drinking water for 35 days display an altered melatonin daily profile, with a reduction in the nocturnal mean. This can be partially explained by the reduction in TPH and mainly in AANAT activity. In addition, mRNA expression of both enzymes was also decreased. Upstream in melatonin synthesis pathway, the results showed that noradrenergic signaling is impaired as well. Together, these results state the reasons for the observed melatonin synthesis reduction. Our results also show that alcohol intake causes an alteration in the expression of melatonin receptors MT1 and MT2 in hippocampus, cerebellum and suprachiasmatic nucleus. We have also observed an alteration in the expression of clock genes in the suprachiasmatic nucleus. These alterations are possibly causing problems to the learning, memory process and circadian synchronization.

Os genes relógio são responsáveis pelo ritmo circadiano e homeostase de diversos sistemas biológicos, incluindo o pâncreas endócrino. Nas células β são de grande importância para a regulação do metabolismo e da secreção de insulina (SI), e sua ausência pode levar ao desenvolvimento do diabetes. A NADPH oxidase (NOX) é um complexo enzimático responsável pela produção do ânion superóxido através da redução do oxigênio molecular. Em ilhotas pancreáticas, a NOX participa da regulação do metabolismo da glicose e da SI, através da modulação do estado redox intracelular. O objetivo do nosso estudo foi verificar se a desregulação dos genes relógio mediada pela ausência de Bmal1 seria capaz de modular a NOX e o estado redox nas células β pancreáticas, influenciando assim a SI. Observamos que a ausência de Bmal1 alterou a atividade e expressão da NOX, desregulando o estado redox intracelular. Essas alterações levaram à redução da viabilidade celular e mudanças na resposta à estimulação com glicose, resultando em uma deficiência na principal função da célula β a SI. / Clock genes are responsible for homeostasis and circadian rhythm in various biological systems, including endocrine pancreas. In β -cells, they are important for the regulation of metabolism and insulin secretion (IS), and its absence can lead to development of diabetes. NADPH oxidase (NOX) is an enzymatic complex responsible for production of superoxide anion by reducing molecular oxygen. In pancreatic islets, NOX regulates glucose metabolism and IS through modulation of the intracellular redox state. The aim of our study was to investigate whether dysregulation of clock genes mediated by Bmal1 suppression would be able to modulate NOX activity and redox state in pancreatic β cells, thus influencing the SI. In this work, the lack of Bmal1 altered the activity and expression of NOX, deregulating the intracellular redox state. These changes led to reduced cell viability and changes in cell response after stimulation with glucose, resulting in a deficiency in β cell main function, GSIS.

A glândula pineal de mamíferos não é uma estrutura oscilatória autônoma, exigindo a liberação de noradrenalina (Nor) na fase escura para que a melatonina seja circadianamente produzida. Na cultura padrão de glândula pineal, o órgão não expressa ritmicidade funcional e para mimetizar o padrão fisiológico de liberação de Nor, desenvolvemos a cultura temporizada com Nor. Logo, o objetivo desse trabalho foi investigar a manutenção do ritmo de expressão dos genes relógio pela cultura temporizada, e qual a via noradrenérgica envolvida. Para os estudos in vitro, realizaram-se culturas dos grupos: controle (sem Nor), agudo (cultura padrão) e temporizado (12h com Nor/12h sem Nor). Além disso, à cultura temporizada se adicionou Prasozin e/ou Propranolol. Analisou-se expressão dos genes relógio, atividade da enzima AANAT e conteúdo de melatonina no meio de cultura. No grupo temporizado, observou-se a manutenção da ritmicidade dos genes analisados, diferente do observado nos grupos controle, agudo e temporizado tratado com bloqueadores, além do aumento da atividade enzimática da AANAT e aumento do conteúdo de melatonina. Em suma, a cultura temporizada com Nor se mostra importante para evitar a arritmicidade encontrada na cultura padrão de glândula pineal. / The mammals pineal gland is not an autonomous oscillator, the circadian melatonin synthesis requires the release of norepinephrine (NE) on the dark phase. In standard pineal gland culture, the glands do not express any functional rhythmicity. To mimic the physiological pattern of NE release in the pineal gland culture, we developed a synchronized culture with NE. We aimed to investigate the maintenance of circadian clock genes expression within rat pineal gland under acute and synchronized culture and the noradrenergic pathway involved. In in vitro experiments, culture glands were under: control (without NE), acute (standard culture) and synchronized (12h with NE/12h without NE) conditions. Furthermore, in the synchronized group were added Prasozin and/or Propranolol. We investigated clock genes expression, AANAT activity and melatonin content. The synchronized culture was able to maintain the rhythmic clock genes expression, which didn´t occur in control, acute and synchronized treated with blockers groups, and was able to improve AANAT activity and melatonin synthesis. In conclusion, synchronized culture method showed as a useful approach to avoid disruption of rhythmic variations found in the standard culture.

Made available in DSpace on 2015-07-22T20:49:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-04-28. Added 1 bitstream(s) on 2015-08-11T03:25:36Z : No. of bitstreams: 1 Publico-035.pdf: 841601 bytes, checksum: 09b2f23ec93052490c588d4826e2d818 (MD5) / Associação Fundo de Incentivo à Psicofarmacologia (AFIP) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Os genes PER3 e CLOCK são importantes componentes do sistema molecular circadiano dos mamíferos. Vários estudos têm demonstrado existir uma associação entre polimorfismos nestes genes relógio e fenótipos circadianos nas diferentes populações. No entanto, as diferenças no padrão da freqüência alélica e a distribuição genotípica, são sistematicamente observadas nos estudos com diferentes grupos étnicos. Para investigar e comparar o padrão de distribuição em uma amostra de populações asiáticas e caucasianas que vivem no Brasil, utilizando a técnica de PCR, avaliou-se dois polimorfismos bem estudados nos genes relógio: o (VNTR) no gene PER3, um polimorfismo de número variável de repetições em tandem; e um polimorfismo com troca de um único nucleotídeo (SNP ) no gene CLOCK. O objetivo deste estudo foi, nos humanos, procurar pistas sobre os processos evolutivos relacionados aos ritmos circadianos, tendo sido selecionados 109 descendentes de asiáticos e 135 de caucasianos. As freqüências do alelo curto (4 repetições) no gene PER3 e do alelo T no gene CLOCK (respectivamente 0,86 e 0,84) entre os asiáticos foram significativamente maiores do que entre os caucasianos (respectivamente 0,69 e 0,71). Os resultados confirmaram diretamente a distribuição diferente destes polimorfismos entre os grupos étnicos caucasianos e asiáticos. Dadas as diferenças genéticas observadas entre os grupos, tornou-se evidente que, primeiro, as variações étnicas poderiam ter implicações para a interpretação dos resultados em estudos de associação do ritmo circadiano e, segundo, questiona quais foram as condições evolutivas que moldaram essas variações genéticas observadas nos genes relógio. / The Period 3 and Clock genes are important components of the mammalian molecular circadian system. Studies have shown association between polymorphisms in these clock genes and circadian phenotypes in different populations. Nevertheless, differences in the pattern of allele frequency and genotyping distribution are systematically observed in studies with different ethnic groups. To investigate and compare the pattern of distribution in a sample of Asian and Caucasian populations living in Brazil, we evaluated two well-studied polymorphisms in the clock genes: a variable number of tandem repeats (VNTR) in PER3 and a single nucleotide polymorphism (SNP) in CLOCK. The aim of this investigation was to search for clues about human evolutionary processes related to circadian rhythms. We selected 109 Asian and 135 Caucasian descendants. The frequencies of the shorter allele (4 repeats) in the PER3 gene and the T allele in the CLOCK gene among Asians (0.86 and 0.84, respectively) were significantly higher than among Caucasians (0.69 and 0.71, respectively). Our results directly confirmed the different distribution of these polymorphisms between the Asian and Caucasian ethnic groups. Given the genetic differences found between groups, two points became evident: first, ethnic variations may have implications for the interpretation of results in circadian rhythm association studies, and second, the question may be raised about which evolutionary conditions shaped these genetic clock variations. / FAPESP/CEPID: 98/14303-3 / TEDE / BV UNIFESP: Teses e dissertações

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Melatonin is hormone regulated by the light/dark cycle. It is considered to be a signaling pathway of the circadian clock located in the hypothalamic suprachiasmatic nucleus. Melatonin also regulates functions involving the energetic and behavioral metabolism of mammals. However, the melatonin synthesis can suffer influence from other hormones, like insulin and other glucocorticoids, in pathological conditions and stress. Studies have shown that glucocorticoids seem to modulate clock genes in peripheral tissues leading to metabolic diseases. The objective of the present study was to evaluate the functionality of the pineal gland and clock genes modulation in rats treated chronically with dexamethasone. Male Wistar rats (200-250g) were divided in to two groups: Control (CON) and Dexamethasone-treated (DEX). Animals from DEX group had 2mg/kg body weigh of dexamethasone administered intraperitoneally for 10 consecutive days and control animals received equal volume of saline solution also intraperitoneally. The circadian profile of blood glucose was evaluated and presented increased points of hyperglycemia during the night (p<0,05). The animals were sacrificed at each time point and had their pineal gland and plasma collected. The obtained data demonstrate a significant hyperinsulinemia in DEX animals (p<0,05). The findings show a reduction in the melationin content (p<0,05) associated with a decrease in the enzymatic activity of AANAT (p<0,05). Also, in these points, DEX animals presented a reduction in the glucose transporter (Glut1) in the pineal gland and insulin receptor (Insr) (p<0,05). The levels of mRNA of the clock genes Bmal1, Per1, Per2, Cry1, Cry2 and Rev-erbα in the isolated pineal glands demonstrated an increase in the gene expression (p<0,05). These results suggest that chronic treatment with dexamethasone is capable of modulating melatonin synthesis, as well as the clock genes. This evidence also suggests the possible presence of a responsive element to the functional glucocorticoid in the promoter region of these genes in the pineal gland. / A melatonina é um hormônio regulado pelo ciclo claro/escuro. Sendo considerado um sinal de saída do relógio circadiano localizado no núcleo supraquiasmático do hipotálamo. A melatonina regula funções envolvendo o metabolismo energético e comportamental em mamíferos. A síntese de melatonina pode ser influenciada por outros hormônios, a exemplo da insulina e dos glicocorticoides em condições patológicas e estresse. Estudos têm demonstrado que os glicocorticoides parecem modular os genes relógio em tecido periférico ocasionando doenças metabólicas. O presente estudo teve como objetivo avaliar a funcionalidade da glândula pineal e a modulação dos genes relógio em ratos tratados cronicamente com dexametasona. Ratos Wistar (200-250g) foram divididos em 2 grupos: Controle (CON) e Tratados com dexametasona (DEX). Os animais DEX receberam 2mg/kg de peso de dexametasona intraperitonial durante 10 dias consecutivos e os animais CON receberam o volume correspondente de solução salina intraperitonialmente. Os animais de ambos os grupos tiveram o perfil de glicose avaliado e apresentaram pontos de hiperglicemia acentuada durante a noite (p<0,05). Os animais de ambos os grupos foram sacrificados nos ZT17 ao ZT22 e tiveram a glândula pineal e o plasma coletados. Os dados obtidos mostram um quadro de hiperinsulinemia nos animais DEX (p<0,05). Os animais do grupo DEX apresentaram uma redução no conteúdo de melatonina total (p<0,05) associada à diminuição da atividade enzimática da AANAT (p<0,05). Nesses mesmos pontos os animais DEX apresentaram uma redução do transportador de glicose (Glut1) na glândula pineal e receptor de insulina (Insr) (p<0,05). Os níveis de RNAm dos genes do relógio Bmal1, Per1, Per2, Cry1, Cry2 e Rev-erbα em pineais isoladas apresentaram aumento da expressão gênica (p<0,05). Estes resultados sugerem que o tratamento crônico com dexametasona é capaz de modular a síntese de melatonina, bem com também os genes relógio, estas evidências sugerem a possível presença de um elemento responsivo ao glicocorticoide funcional na região promotora desses genes na glândula pineal.

FAPEAL - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Alagoas / Estima-se que 50% dos genes codificadores de proteínas possuem oscilação rítmica em diferentes tecidos de mamíferos. Curiosamente, metade das proteínas desses genes possuem seus RNAm correspondentes com expressão constitutiva (arrítmica), ressaltando a relevância de eventos pós-transcricionais para a oscilação de proteínas. Os “High throughput Assays” (HTA) circadianos são extremamente importantes, pois fornecem informações acerca da expressão de milhares de transcritos e de proteínas, uma rica coleção cronobiológica que pode ajudar na resolução de diferentes problemas científicos, não apenas os abordados nas pesquisas originais. Embora altamente reprodutivos e informativos, ensaios de biologia molecular circadiana apresentam algumas divergências em seus resultados, ressaltando a necessidade do aprimoramento de métodos de normalização e análise dos diferentes ensaios de expressão. Até o momento, não se conhecem os impactos da normalização do RNA em ensaios de expressão de pequenos RNAs, como miRNAs. Este estudo objetivou: (1) analisar a co-expressão de miRNAs e RNAm e proteínas de genes alvos; (2) identificar e validar miRNAs candidatos ao sistema molecular circadiano; (3) analisar o impacto da normalização do RNA total em estudos circadianos de miRNAs. Através da sistematização de diferentes dados circadianos de HTA (RNA-seq, small RNA-seq, Chip-seq e proteoma), de bioinformática e de interações miRNA:RNAm validadas, identificamos uma lista de 152 microRNAs (miRNAs) candidatos ao controle pós-transcricional dos ritmos moleculares. Desses, os dois mais relevantes, miR29b-3p e miR-23b-3p, foram experimentalmente validados como importantes para a manutenção do período dos ritmos das células U2OS PER2:LUC. Análises de HTA também permitiram a identificação de diferenças nas fases de expressão de miRNAs 3p e 5p, com genes alvos divergentes. Interessantemente, a identificação de padrões de expressão de RNAm e proteínas de genes alvos de miRNAs, permite sugerir um mecanismo de ajuste das amplitudes dos ritmos das proteínas dependente da fase do RNAm. Por fim, através do controle de etapas experimentais, demonstramos oscilação circadiana na concentração do RNA total de diferentes regiões de cérebros de camundongos. A normalização desse ritmo, durante a síntese de cDNA, afeta o perfil de expressão de transcritos, incluindo os dos genes relógio Per1-2 e Bmal1. Ademais, através de análises com RNA exógeno, ou spike-ins, demonstramos que o ajuste da concentração do RNA compromete a análise de miRNAs, possivelmente por interferências nos rendimentos de extração e nas reações de síntese de cDNA. Este estudo apresenta dois novos miRNAs importantes para a manutenção da ritmicidade circadiana e uma nova estratégia de análise de qPCR para estudos cronobiológicos de miRNAs.

A melatonina (MEL), hormônio sintetizado pela glândula pineal apenas durante a noite, é um marcador circadiano interno. A sua produção depende de uma via neural temporizada pelo núcleo supraquiasmático (NSQ), que culmina na liberação rítmica noturna de noradrenalina na pineal, através de fibras simpáticas vindas do gânglio cervical superior (GCS). Sabendo que a pineal é essencialmente rítmica, foram estudados o relógio molecular da glândula pineal de ratos após GCSx e seus efeitos no relógio molecular do fígado e do NSQ. A GCSx alterou o relógio molecular da pineal, além de reduzir e tornar arrítmica a via de síntese de MEL. O fígado, um oscilador periférico, manteve a robustez de seu relógio, enquanto que o NSQ, oscilador central, teve sua expressão alterada, tanto no grupo GCSx, quanto após a remoção da pineal (PINX). O NSQ coordena os ritmos de atividade motora e temperatura, os quais exibiram alterações após a GCSx, sendo tais alterações ainda mais intensas após a PINX, com a redução da temperatura e aumento da atividade ao longo do tempo. Em conjunto, esses dados demonstram a complexidade do sistema circadiano e a importância da inervação simpática da pineal para, direta ou indiretamente, mantê-la inalterada. / Melatonin (MEL), a hormone synthesized by the pineal gland on the dark phase, is an internal circadian marker. Its production relies on a neural pathway timed by suprachiasmatic nuclei (SCN), which ends with the rhythmic release of norepinephrine by sympathetic fibers from the superior cervical ganglia (SCG). Since the pineal gland is essentially a rhythmic structure, the aim of this study were evaluate the molecular clock of pineal gland after the superior cervical ganglia ablation (SCGx) and its effects on liver and SCN molecular clocks. The SCGs modified the molecular clock of pineal gland and, in addition, the MEL synthesis pathway was decreased and became arrhythmic. Besides that, the molecular clock of liver maintained its robustness, while the SCN\'s, the master clock, was changed in SGCx and after pineal removal. The SCN coordinates the rhythms of motor activity and temperature. Those are changed after SCGx, although the removal of pineal gland had changed them more, decreasing the temperature and increasing motor activity over the time. Together, these data show the complexity of the circadian system and the relevance of pineal sympathetic innervation to, direct or indireclty, maintain it unaltered.