O proteassomo é uma protease intracelular multimérica e multicatalítica responsável pela degradação de proteínas envolvidas no controle do ciclo celular, processos de sinalização, apresentação antigênica e no controle de síntese proteica. Ele é constituído por uma unidade catalítica central denominada 20S (20SPT) e por unidades regulatórias (19S) acopladas em uma ou ambas as extremidades para formar o 26S (26SPT). O 26SPT reconhece e direciona os substratos poliubiquitinados para a proteólise por um mecanismo dependente de ATP. Entretanto, o 20SPT também é ativo quando dissociado de unidades regulatórias, degradando proteínas independentemente de poliubiquitinação e consumo de ATP. Proteínas modificadas oxidativamente e outros substratos são degradados desta maneira. O 20SPT é composto por dois anéis heptaméricos centrais (β) onde estão localizados os sítios catalíticos e por dois anéis heptaméricos externos (α) que são responsáveis pela abertura da câmara catalítica. Anteriormente, foi observado pelo grupo que o 20SPT da levedura S.cerevisiae sofre S-glutatiolação na subunidade α5 nos resíduos de Cys76 e Cys221. Assim, foram obtidas neste projeto linhagens de levedura S. cerevisiae portando mutações sítio-específicas na subunidade α5 do 20SPT (α5-C76S ou α5-C221S), e posteriormente, ensaios comparativos quanto às consequências estruturais e funcionais dessas mutações foram realizados. Observamos um aumento na capacidade/velocidade de degradação nas atividades peptidásicas e proteolíticas da mutante C221, e também que, a população de proteassomo isolada dessa linhagem apresenta maior proporção da forma aberta da câmara catalítica, sendo esta imediatamente fechada pela remoção da glutationa do 20SPT na presença de DTT. Resultados opostos foram observados na linhagem mutante C76. Identificamos por espectrometria de massas o resíduo C76 do 20SPT glutationilado na mutante C221. Os ensaios fenotípicos mostraram um aumento da longevidade e resistência ao estresse oxidativo da C221, enquanto que a linhagem C76 mostrou uma dificuldade no crescimento. Contudo, a S-glutationilação do 20SPT é uma modificação química pós-traducional reversível de ocorrência fisiológica dependente do estado redox celular, e, o presente trabalho discute a modulação da câmara catalítica do 20SPT através da S-glutationilação de dois resíduos de cisteína localizados na subunidade α5, e as consequências desta modificação na função proteassomal / The proteasome is a multimeric and multicatalytic intracellular protease responsible for the degradation of proteins involved in cell cycle control, signaling processes, antigen presentation, and control of protein synthesis. It comprises a central catalytic unit called 20S (20SPT) and regulatory units (19S) coupled at one or both ends to form 26S (26SPT). The 26SPT recognizes and directs polyubiquitinylated substrates targeted for proteolysis by an ATP-dependent mechanism. However, 20SPT is also active when dissociated from regulatory units, degrading proteins by a process independent of polyubiquitinylation and ATP consumption. Oxidatively modified proteins and other substrates are degraded in this manner. The 20SPT comprises two central heptamerics rings (β) where are located the catalytic sites and two external heptamerics rings (α) that are responsible for proteasomal gating. Previously, it was observed by our group that the 20SPT of yeast S. cerevisiae is modified by S-glutathionylation in the residues Cys76 and Cys221 of the α5 subunit. Thus, were obtained in this project strains of the S. cerevisiae carrying site-specific mutations in the α5 subunit of the 20SPT (α5-C76S or α5-C221S), and comparative assays as the structural and functional consequences of these mutations were performed. We observed an increase in capacity/speed of degradation in peptidase and proteolytic activity in the C221 strain and also that, the isolated population of the proteasome this strain presents the highest frequency of open catalytic chamber conformation, which is immediately closed by the removal of glutathione of the 20SPT in the presence of DTT. Opposite results were observed in the C76 strain. We identified by mass spectrometry the C76 residue of the 20SPT glutathionyilated the C221 mutant. Phenotypic assays show an increased longevity and resistance to oxidative stress of C221, while the C76 strain showed a difficulty in growth. However, the S-glutathionylation of the 20SPT is a reversible post-translational chemical modification of physiological occurrence dependent on the cellular redox state, and this project discusses the modulation of the catalytic chamber of 20SPT via S-glutationylation of the two cysteine residues located the α5 subunit, and the consequences of this change in proteosomal function

O proteassomo é uma protease intracelular multimérica e multicatalítica responsável pela degradação de proteínas envolvidas no controle do ciclo celular, processos de sinalização, apresentação antigênica e no controle de síntese proteica. Ele é constituído por uma unidade catalítica central denominada 20S (20SPT) e por unidades regulatórias (19S) acopladas em uma ou ambas as extremidades para formar o 26S (26SPT). O 26SPT reconhece e direciona os substratos poliubiquitinados para a proteólise por um mecanismo dependente de ATP. Entretanto, o 20SPT também é ativo quando dissociado de unidades regulatórias, degradando proteínas independentemente de poliubiquitinação e consumo de ATP. Proteínas modificadas oxidativamente e outros substratos são degradados desta maneira. O 20SPT é composto por dois anéis heptaméricos centrais (β) onde estão localizados os sítios catalíticos e por dois anéis heptaméricos externos (α) que são responsáveis pela abertura da câmara catalítica. Anteriormente, foi observado pelo grupo que o 20SPT da levedura S.cerevisiae sofre S-glutatiolação na subunidade α5 nos resíduos de Cys76 e Cys221. Assim, foram obtidas neste projeto linhagens de levedura S. cerevisiae portando mutações sítio-específicas na subunidade α5 do 20SPT (α5-C76S ou α5-C221S), e posteriormente, ensaios comparativos quanto às consequências estruturais e funcionais dessas mutações foram realizados. Observamos um aumento na capacidade/velocidade de degradação nas atividades peptidásicas e proteolíticas da mutante C221, e também que, a população de proteassomo isolada dessa linhagem apresenta maior proporção da forma aberta da câmara catalítica, sendo esta imediatamente fechada pela remoção da glutationa do 20SPT na presença de DTT. Resultados opostos foram observados na linhagem mutante C76. Identificamos por espectrometria de massas o resíduo C76 do 20SPT glutationilado na mutante C221. Os ensaios fenotípicos mostraram um aumento da longevidade e resistência ao estresse oxidativo da C221, enquanto que a linhagem C76 mostrou uma dificuldade no crescimento. Contudo, a S-glutationilação do 20SPT é uma modificação química pós-traducional reversível de ocorrência fisiológica dependente do estado redox celular, e, o presente trabalho discute a modulação da câmara catalítica do 20SPT através da S-glutationilação de dois resíduos de cisteína localizados na subunidade α5, e as consequências desta modificação na função proteassomal / The proteasome is a multimeric and multicatalytic intracellular protease responsible for the degradation of proteins involved in cell cycle control, signaling processes, antigen presentation, and control of protein synthesis. It comprises a central catalytic unit called 20S (20SPT) and regulatory units (19S) coupled at one or both ends to form 26S (26SPT). The 26SPT recognizes and directs polyubiquitinylated substrates targeted for proteolysis by an ATP-dependent mechanism. However, 20SPT is also active when dissociated from regulatory units, degrading proteins by a process independent of polyubiquitinylation and ATP consumption. Oxidatively modified proteins and other substrates are degraded in this manner. The 20SPT comprises two central heptamerics rings (β) where are located the catalytic sites and two external heptamerics rings (α) that are responsible for proteasomal gating. Previously, it was observed by our group that the 20SPT of yeast S. cerevisiae is modified by S-glutathionylation in the residues Cys76 and Cys221 of the α5 subunit. Thus, were obtained in this project strains of the S. cerevisiae carrying site-specific mutations in the α5 subunit of the 20SPT (α5-C76S or α5-C221S), and comparative assays as the structural and functional consequences of these mutations were performed. We observed an increase in capacity/speed of degradation in peptidase and proteolytic activity in the C221 strain and also that, the isolated population of the proteasome this strain presents the highest frequency of open catalytic chamber conformation, which is immediately closed by the removal of glutathione of the 20SPT in the presence of DTT. Opposite results were observed in the C76 strain. We identified by mass spectrometry the C76 residue of the 20SPT glutathionyilated the C221 mutant. Phenotypic assays show an increased longevity and resistance to oxidative stress of C221, while the C76 strain showed a difficulty in growth. However, the S-glutathionylation of the 20SPT is a reversible post-translational chemical modification of physiological occurrence dependent on the cellular redox state, and this project discusses the modulation of the catalytic chamber of 20SPT via S-glutationylation of the two cysteine residues located the α5 subunit, and the consequences of this change in proteosomal function

As espécies reativas são associadas a processos toxicológicos e fisiopatológicos, agindo como importantes mediadores, por exemplo, na sinalização celular. Diversas classes de compostos têm sido utilizadas como possíveis biomarcadores de estresse redox, destacando-se os aldeídos &#945;,&#946;-insaturados, capazes de alquilar biomoléculas como o DNA. Para evitar efeitos deletérios, estes aldeídos são detoxificados por glutationilação e posterior metabolização a derivados mercaptúricos. Contudo, avaliar o estado redox em sistemas biológicos ainda é tarefa bastante complexa, sendo a dificuldade em quantificar de forma prática e acurada os efeitos de sinalização e/ou dano molecular o maior problema dos estudos redox. Assim, o objetivo deste trabalho foi desenvolver métodos acurados e sensíveis de análise de potenciais biomarcadores de estresse redox, isto é: nucleosídeos modificados, aldeídos endógenos e exógenos, glutationa e produtos de glutationilação, e avaliá-los em sistemas modelos, celular e animal, e em humanos. A avaliação dos níveis urinários de três nucleosídeos modificados por metodologia de HPLC-MS/MS desenvolvida pelo grupo em moradores da cidade de São Paulo - região com poluição atmosférica - demonstrou aumento significativo de 1,N2-propanodGuo comparado aos moradores de região não poluída. Ademais, comprova-se pela primeira vez que células deficientes em reparo de ligações cruzadas apresentam níveis basais elevados de 1,N2-propanodGuo, em duas linhagens independentes, colocando este aduto como potencial mediador de carcinogênese em pacientes portadores de Anemia de Fanconi. Utilizando cérebro de ratos SOD1G93A (modelo de Esclerose Lateral Amiotrófica - ELA), verificou-se aumento de 50% nos níveis de 1,N2-propanodGuo e de 100% nos de 1,N6-&#949;dAdo em fase sintomática, sugerindo influência do conteúdo lipídico cerebral, levando a comprometimento do metabolismo neuronal e morte celular. O perfil de aldeídos determinado em cérebro de ratos SOD1G93A demonstrou aumento de trans-hexa-2-enal e trans,trans-hexa-2,4-dienal em fase assintomática e de trans,trans-deca-2,4-dienal em fase sintomática, não sendo observada nenhuma alteração na medula. Conhecer estas variações permite direcionar estudos de modificações em biomoléculas, além de a metodologia per se corroborar com as áreas de análises lipidômicas. Técnicas distintas e o preparo de amostras refletiram nos níveis de glutationa reduzida (GSH) e oxidada (GSSG) relatados. A técnica de espectrometria de massas mostrou-se mais precisa que a detecção eletroquímica; e a alquilação do grupo tiol minimizou interferências de matriz. Por análise de HPLC-UV/Vis-ESI-MS/MS, a quantificação de trans-4-hidroxi-2-nonenal (HNE) e crotonaldeido conjugados com GSH demonstrou não haver alterações em cérebro e medula de ratos SOD1G93A. Contudo, há formação esteroespecífica dos adutos de HNE in vivo. Ressalta-se que a metodologia desenvolvida é extremamente sensível e específica e permite análise simultânea de GSH, GSSG, cisteína, cistina e dos adutos supracitados, servindo para análise de outros adutos de glutationilação de aldeídos que possam ser importantes em doenças associadas a estresse redox. / Free radicais and oxidant species are associated with toxicological and pathophysiological processes. It has been demonstrated that production of reactive oxygen species may be involved in cell signaling and regulation. Several biomarkers of redox processes have been used, including adducts formed through the reaction of &#945;,&#946;-unsaturated aldehydes with biomolecules such as DNA. In order to avoid these deleterious effects, aldehydes are detoxified through glutathionylation and further metabolized to mercapturic derivatives. However, assessing the redox status in biological systems is still a very complex task, and the difficulty in practical and accurate quantification of signaling effects and/or molecular damage is a major problem in redox studies. The objective of this work was to develop accurate and sensitive methods for analysis of potential biomarkers of redox stress, i.e., modified nucleosides, endogenous and exogenous aldehydes, glutathione and glutathionylation products, and their evaluation in cell, animal model and humans. Evaluation of urinary levels of 1,N2-propano-2\'-deoxyguanosine (1,N2-propanodGuo), 1,N2-etheno-2\'-deoxyguanosine and 8-oxo-7,8-dihydro-2\'-deoxyguanosine in residents of São Paulo City - polluted region - showed a significant increase (p<0.05) in 1,N2-propanodGuo levels compared to residents of an unpolluted region by a HPLC-MS/MS methodology developed by the group. Moreover, it was proven, for the first time, that repair deficient cells have basal levels of 1,N2-propanodGuo higher than proficient cells in two independent strains, placing 1,N2-propanodGuo as a potential mediator of carcinogenesis in Fanconi Anemia patients. In an Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) animal model (SOD1G93A rat) , a 50% increase in the levels of 1,N2-propanodGuo and 100% in the 1,N6-etheno-2\'-deoxyadenosine in brain tissue in the symptomatic phase was observed, suggesting that the high brain lipid content may play a role, leading to impairment of cell metabolism and neuronal cell death. There is an increase of trans-hex-2-enal and trans,trans-hexa-2,4-dienal in asymptomatic SOD1G93A rats brain and of trans,trans-deca-2,4-dienal in symptomatic ones. However, no alteration was observed in spinal cord. Our approach contributes to a better understanding of the aldehyde status in vivo and allows us to predict biomolecule modifications. The developed methodology can contribute to lipidomic studies. The use of different techniques and sample preparation reflected in the reported levels of reduced (GSH) and oxidized glutathione (GSSG). The mass spectrometry technique proved to be more accurate than the electrochemical one, and the use of thiol alkylating agent minimizes matrix interference. No changes were observed in the levels of the GSH conjugates of trans-4-hydroxy-2-nonenal (HNE) and crotonaldehyde in brain and spinal cord of SOD1G93A rats quantified by HPLC-UV/Vis-ESI-MS/MS compared to controls. However, it was observed stereospecific HNE adducts formation in vivo. Note that this methodology is extremely sensitive and specific and allows simultaneous analysis of GSH, GSSG, Cys, cystine and the aforementioned adducts, serving for analysis of other aldehyde-glutathionylation adducts that may be important in pathologies associated with stress redox.

As espécies reativas são associadas a processos toxicológicos e fisiopatológicos, agindo como importantes mediadores, por exemplo, na sinalização celular. Diversas classes de compostos têm sido utilizadas como possíveis biomarcadores de estresse redox, destacando-se os aldeídos &#945;,&#946;-insaturados, capazes de alquilar biomoléculas como o DNA. Para evitar efeitos deletérios, estes aldeídos são detoxificados por glutationilação e posterior metabolização a derivados mercaptúricos. Contudo, avaliar o estado redox em sistemas biológicos ainda é tarefa bastante complexa, sendo a dificuldade em quantificar de forma prática e acurada os efeitos de sinalização e/ou dano molecular o maior problema dos estudos redox. Assim, o objetivo deste trabalho foi desenvolver métodos acurados e sensíveis de análise de potenciais biomarcadores de estresse redox, isto é: nucleosídeos modificados, aldeídos endógenos e exógenos, glutationa e produtos de glutationilação, e avaliá-los em sistemas modelos, celular e animal, e em humanos. A avaliação dos níveis urinários de três nucleosídeos modificados por metodologia de HPLC-MS/MS desenvolvida pelo grupo em moradores da cidade de São Paulo - região com poluição atmosférica - demonstrou aumento significativo de 1,N2-propanodGuo comparado aos moradores de região não poluída. Ademais, comprova-se pela primeira vez que células deficientes em reparo de ligações cruzadas apresentam níveis basais elevados de 1,N2-propanodGuo, em duas linhagens independentes, colocando este aduto como potencial mediador de carcinogênese em pacientes portadores de Anemia de Fanconi. Utilizando cérebro de ratos SOD1G93A (modelo de Esclerose Lateral Amiotrófica - ELA), verificou-se aumento de 50% nos níveis de 1,N2-propanodGuo e de 100% nos de 1,N6-&#949;dAdo em fase sintomática, sugerindo influência do conteúdo lipídico cerebral, levando a comprometimento do metabolismo neuronal e morte celular. O perfil de aldeídos determinado em cérebro de ratos SOD1G93A demonstrou aumento de trans-hexa-2-enal e trans,trans-hexa-2,4-dienal em fase assintomática e de trans,trans-deca-2,4-dienal em fase sintomática, não sendo observada nenhuma alteração na medula. Conhecer estas variações permite direcionar estudos de modificações em biomoléculas, além de a metodologia per se corroborar com as áreas de análises lipidômicas. Técnicas distintas e o preparo de amostras refletiram nos níveis de glutationa reduzida (GSH) e oxidada (GSSG) relatados. A técnica de espectrometria de massas mostrou-se mais precisa que a detecção eletroquímica; e a alquilação do grupo tiol minimizou interferências de matriz. Por análise de HPLC-UV/Vis-ESI-MS/MS, a quantificação de trans-4-hidroxi-2-nonenal (HNE) e crotonaldeido conjugados com GSH demonstrou não haver alterações em cérebro e medula de ratos SOD1G93A. Contudo, há formação esteroespecífica dos adutos de HNE in vivo. Ressalta-se que a metodologia desenvolvida é extremamente sensível e específica e permite análise simultânea de GSH, GSSG, cisteína, cistina e dos adutos supracitados, servindo para análise de outros adutos de glutationilação de aldeídos que possam ser importantes em doenças associadas a estresse redox. / Free radicais and oxidant species are associated with toxicological and pathophysiological processes. It has been demonstrated that production of reactive oxygen species may be involved in cell signaling and regulation. Several biomarkers of redox processes have been used, including adducts formed through the reaction of &#945;,&#946;-unsaturated aldehydes with biomolecules such as DNA. In order to avoid these deleterious effects, aldehydes are detoxified through glutathionylation and further metabolized to mercapturic derivatives. However, assessing the redox status in biological systems is still a very complex task, and the difficulty in practical and accurate quantification of signaling effects and/or molecular damage is a major problem in redox studies. The objective of this work was to develop accurate and sensitive methods for analysis of potential biomarkers of redox stress, i.e., modified nucleosides, endogenous and exogenous aldehydes, glutathione and glutathionylation products, and their evaluation in cell, animal model and humans. Evaluation of urinary levels of 1,N2-propano-2\'-deoxyguanosine (1,N2-propanodGuo), 1,N2-etheno-2\'-deoxyguanosine and 8-oxo-7,8-dihydro-2\'-deoxyguanosine in residents of São Paulo City - polluted region - showed a significant increase (p<0.05) in 1,N2-propanodGuo levels compared to residents of an unpolluted region by a HPLC-MS/MS methodology developed by the group. Moreover, it was proven, for the first time, that repair deficient cells have basal levels of 1,N2-propanodGuo higher than proficient cells in two independent strains, placing 1,N2-propanodGuo as a potential mediator of carcinogenesis in Fanconi Anemia patients. In an Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) animal model (SOD1G93A rat) , a 50% increase in the levels of 1,N2-propanodGuo and 100% in the 1,N6-etheno-2\'-deoxyadenosine in brain tissue in the symptomatic phase was observed, suggesting that the high brain lipid content may play a role, leading to impairment of cell metabolism and neuronal cell death. There is an increase of trans-hex-2-enal and trans,trans-hexa-2,4-dienal in asymptomatic SOD1G93A rats brain and of trans,trans-deca-2,4-dienal in symptomatic ones. However, no alteration was observed in spinal cord. Our approach contributes to a better understanding of the aldehyde status in vivo and allows us to predict biomolecule modifications. The developed methodology can contribute to lipidomic studies. The use of different techniques and sample preparation reflected in the reported levels of reduced (GSH) and oxidized glutathione (GSSG). The mass spectrometry technique proved to be more accurate than the electrochemical one, and the use of thiol alkylating agent minimizes matrix interference. No changes were observed in the levels of the GSH conjugates of trans-4-hydroxy-2-nonenal (HNE) and crotonaldehyde in brain and spinal cord of SOD1G93A rats quantified by HPLC-UV/Vis-ESI-MS/MS compared to controls. However, it was observed stereospecific HNE adducts formation in vivo. Note that this methodology is extremely sensitive and specific and allows simultaneous analysis of GSH, GSSG, Cys, cystine and the aforementioned adducts, serving for analysis of other aldehyde-glutathionylation adducts that may be important in pathologies associated with stress redox.