A malária é causada por parasitas Plasmodium falciparum, e embora vários aspectos ainda sejam desconhecidos, é sabido que a regulação do ciclo intraeritrocítico é crítica para a compreensão do ciclo celular e patogênese. A melatonina modula o ciclo de P. falciparum promovendo a sincronização, mas, o mecanismo de transdução de sinal é parcialmente caracterizado, envolvendo variações citosólicas de cálcio, AMPc e ativação da PKA. Modificações pós-traducionais participam na via de sinalização, e diversas proteínas quinase podem estar envolvidas na sinalização por melatonina. eIF2α fosforilado é capaz de ativar a tradução de mRNAs em resposta a situações desfavoráveis. O genoma de P. falciparum codifica três quinases cujo substrato é eIF2α: PfeIK1, PfeIK2 e PfPK4. Investigamos o papel da PfeIK1 na via de transdução de sinal de melatonina usando cepas nocaute para PfeIK1. Além disso, os efeitos de metabólitos da degradação do heme sobre a fosforilação de eIF2α. Sugerimos que o mecanismo de fosforilação e defosforilação de eIF2α possam ser relevantes para a resposta do parasita a hemina ou biliverdina. Nossos dados indicam a PfeIK1, juntamente com a PfK7 e PKA, como quinases-chaves no controle do desenvolvimento durante o ciclo intraeritrocítico. / Malaria is caused by Plasmodium falciparum parasites, and although some aspects are still unknown, its established that the intraerythrocytic cycle regulation is critic for understanding the cell cycle and pathogenesis of the parasite. Melatonin modulates the cycle of P. falciparum promoting synchronization; however, the signal transduction mechanism is partially characterized, and it contains cytosolic variations of calcium, AMPc and PKA activation. Post-translational modifications participate in this signal pathway, and several kinase proteins may be involved in melatonin signaling pathway. Phosphorylated eIF2α is able to activate mRNAs translation in stress conditions. The genome of P. falciparum encodes three kinases whose substrate is eIF2α: PfeIK1, PfeIK2 e PfPK4. We investigate the role of PfeIK1 in melatonin signaling pathway by using knockout strains for PfeIK1. Furthermore, we investigate the effects of heme degradation metabolities in eIF2α phosphorylation. We suggest that the phosphorylation and dephosphorylation mechanisms of eIF2α may be relevant for parasite response to heme and billiverdin. Our data indicates PfeIK1, PfK7 and PKA as key kinases for the development control during intraerythrocytic cycle.

A doença de Chagas é um problema de saúde pública, com dados preocupantes do número de pessoas contaminadas e que ainda irão se contaminar. O objetivo desta investigação é avaliar o efeito da melatonina sobre o sistema imune na infecção chagásica experimental. Produzida pela glândula pineal possui várias ações fisiológicas, entre elas a mais importante, controlar o ritmo circadiano na grande maioria dos seres vivos. A melatonina foi administrada por via oral, tendo seu efeito avaliado através da quantificação dos níveis parasitêmicos, leucograma, histopatologia cardíaca e por ensaios imunológicos como IFN, TNF, IL-2, IL-12. A parasitemia foi drasticamente diminuída nos animais infectados e tratados com melatonina refletindo em uma diminuição ou quase ausência da presença de ninhos de amastigotas nas fibras cardíacas desses animais. A melatonina promoveu uma leucocitose com aumento dos neutrófilos e linfócitos. Não foi observada morte em nenhum dos grupos infectados tratados ou não com melatonina. Os ensaios imunológicos mostraram que as citocinas quantificadas apresentaram uma ação imunoestimuladora aumentada em relação aos grupos infectados que certamente foi responsável pela diminuição da carga parasitária sanguícola e tecidual. Dessa forma conclui-se que a melatonina exerceu um papel imunoestimulador importante, agindo sobre o eixo HHA que se refletiu em uma melhor resposta do hospedeiro durante o curso da infecção experimental. / Chagas disease is still considered a major problem in public health, with an alarming number of bearing parasite people and the risk of future contamination. The aim of this investigation is to evaluate a possible immunostimulatory effect of melatonin during the evolution of the experimental disease in Wistar rats infected with the Y strain of T. cruzi. Produced by pineal gland, it has a wide range of physiological functions, among them to control the circadian rhythm in most of the species. In this work melatonin was orally administrated being its effects evaluated by the number of blood trypomastigotes, leucogram, heart hystopathologyn and immunologic assays such IFN-, TNF-, Il-2, Il-12. Parasitemia was drastically reduced in melatonin treated infected animals consequently leading to a drop in the number of amastiogoter burdens being sacarcely found among heart fibers. Melatonin promoted a leucocytosis with enhanced levels of neutrophils and lymphocites. Absence of death was observed in all groups. Immuno-enhanced effects were observed with assays of IL-2, IL12, IFN- and TNF-. when compared to non treated animals. According to our data we conclude that Melatonin displayed an immunostimatory effect over the HHA axis, reducing blood and tecidual parasite consequently avoiding parasite replication during the evolution of the experimental infection in rats.

Nos mamíferos os núcleos supraquiasmáticos regulam os ritmos circadianos do organismo. A melatonina, hormônio da glândula pineal, é um importante regulador dos ritmos de atividade motora (AM) e temperatura corporal (TC), sendo a sua produção influenciada pelo diabetes mellitus tipo I (DM1). Foram avaliados os efeitos do DM1 sobre os ritmos de TC e AM, seus parâmetros rítmicos, peso e glicemia, assim como as modificações pelos tratamentos tardios e precoces com insulina, melatonina ou ambos. O diabetes rompeu o ritmo de TC, alterou o ritmo de AM, e reduziu a TC e AM. Os tratamentos INS e INS+MEL reverteram o quadro. MEL restaurou apenas alguns parâmetros rítmicos, sendo mais eficiente sobre a AM. Esses resultados mostram que o DM1 altera os ritmos de TC e AM. Os tratamentos INS e INS+MEL revertem o quadro, sendo INS+MEL mais eficiente. A MEL atenua os efeitos deletérios, sendo mais evidente na AM. A insulina é mais rápida, mais duradoura e mais eficiente que a melatonina, que age melhor sobre a AM, e essas melhoras dependem da continuidade dos tratamentos. / In mammals the suprachiasmatic nuclei regulate the circadian rhythms of the body. Melatonin, the pineal gland hormone, is a major regulator of the body temperature (BT) and home cage activity (HCA) rhythms. Its production is influenced by type 1 diabetes mellitus (T1DM). The present work studied the effects of T1DM on BT and HCA rhythms, its rhythmic parameters, glycaemia and body weight and the modifications resulting from early and late treatment with insulin, melatonin or both, in rats. Diabetes disrupted the BT rhythm, altered HCA rhythm, and led to hypothermia and reduced HCA. Late INS and INS+MEL reverted to normal. MEL restored some rhythmic parameters, being more evident on HCA. Taken together, T1DM alters BT and HCA rhythms. INS and INS+MEL treatments revert to normal, being INS+MEL more efficient. MEL attenuates the diabetic state, being more evident on HCA. Insulin effects are faster, last longer and are more efficient than melatonins, which are more evident on HCA, and these beneficial effects depend on the maintenance of the treatments.

Durante a montagem de uma resposta inflamatória, um estímulo reconhecido como um fator de perigo desencadeia a supressão de melatonina noturna pela pineal e a indução da produção em monócitos. A poluição atmosférica é um dos maiores fatores de risco à saúde da população urbana. Neste estudo in vivo, a exposição aguda aos poluentes do ar gera um estresse oxidativo pulmonar, deflagra uma resposta inflamatória a partir da ativação da via de sinalização do NF-κB, do aumento das moléculas de adesão PECAM e ICAM e da sintase de óxido nítrico induzida (iNOS), bem como de citocinas inflamatórias. A medida que o tempo de exposição à poluição progride, a concentração plasmática noturna da melatonina se reduz em 39 %, enquanto que a pulmonar aumenta 55%. Tanto as enzimas AA-NAT e ASMT envolvidas na biossíntese da melatonina, quanto as enzimas antioxidantes SOD, CAT e GPx tem suas expressões gênicas no pulmão duplicadas, bem como suas atividades aumentadas. Os mRNAs das enzimas antioxidantes SOD e CAT pulmonar foram reduzidos a partir do bloqueio dos receptores MT1 e MT2. Tais resultados fundamentam ações farmacológicas que protejam ou revertam os efeitos lesivos gerados pela poluição atmosférica através do eixo imune-pineal tendo a melatonina como um agente terapêutico. / During assembly of an inflammatory response a stimulation recognized as a risk factor triggers the suppression of nocturnal pineal melatonin and by inducing the production in immunocompetent cells. Air pollution is one of the major risk factors to health of the urban population. In this in vivo study, acute exposure to air pollutants generates a pulmonary oxidative stress triggers an inflammatory response from the signaling pathway of activation of NF-κB, the increase in adhesion molecules PECAM and ICAM and nitric oxide synthase induced (iNOS) as well as inflammatory cytokines. As time progresses exposure to pollution, nocturnal plasma melatonin concentration is reduced by 39%, while the lung increases by 55%. Both AA-NAT enzymes and ASMT involved in the biosynthesis of melatonin, as the antioxidant enzymes SOD, CAT and GPx has its gene expression in lung duplicate, as well as its increased activities. The mRNAs of antioxidant enzymes SOD and CAT lung were reduced from blocking the MT1 and MT2 receptors. These results support pharmacological actions to protect or reverse the harmful effects caused by air pollution through the immune-pineal axis taking melatonin as a therapeutic agent.

O objetivo geral da presente tese é testar a hipótese que a pineal faz parte integrante da resposta ao estresse, da mesma forma que está integrada ao processo inflamatório. Dois modelos de estresse, contenção e frio, foram aplicados aos ratos por 30 min ou 2 horas. Os resultados foram: ausência de úlceras gástricas e TNF em nível sérico por ambos os estresses, apenas aumento de corticosterona; somente em duas horas qualquer um dos estresses aumentou significativamente melatonina da pineal; tratamento tanto com metirapona como com mifepristone aboliram indistintamente os efeitos dos estresses; tratamento tanto com talidomida como com fenilefrina não modificaram os efeitos dos estresses. Concluímos que, o estresse moderado agudo, pela ação da corticosterona, promove modulação da pineal na dependência do estado fisiológico da mesma. Confirmamos a existência de uma relação entre as glândulas adrenais e pineal. Afirmamos que a glândula pineal exerce, além de suas clássicas funções cronobióticas, um papel de grande sensor do estado geral ao organismo inteiro. / The objective of this thesis is to test the hypothesis that the pineal is a player on stress response, likewise that it is one player in inflammatory process. Two stress models, restraint and cold, were applied to the rats for 30 min or 2 hous. The results were: absence of gastric ulcers and TNF serum levels in both stresses, just enhancement of corticosterone plasma levels; only in two hours anyone stress increased significantly pineal melatonin; metyrapone or mifepristone treatment abolish indistinctly the effects of the stresses; thalidomide or phenylephrine treatment did not modify the effects of the stresses. We conclude that the acute moderate stress by the corticosterone action promote modulation of pineal on the dependence of the physiological status of itself. We confirm the existence of a network between the adrenal and pineal glands. We affirm that the pineal gland performs, beyond of its chronobiotical classical functions, one role of the great sensor of internal body state to the whole organism.

Demonstramos que o P. falciparum dentro do eritrócito é capaz de usar a via de sinalização celular dependente do inositol trifosfato (IP3). Investigamos os estoques de Ca2+ intracelular sensíveis ao IP3 neste parasita e a sensibilidade ao IP3 em diferentes estágios no ciclo intraeritrocítico. Demonstramos que o hormônio melatonina é capaz de aumentar a concentração de IP3 neste parasita. Com o uso de uma coluna de afinidade ao IP3 tentamos encontrar proteínas candidatas ao receptor de IP3 em P. falciparum. Este trabalho também estuda a enzima heme oxigenade de P. falciparum (PfHO). Testamos a capacidade desta enzima em converter biliverdina (BV) em bilirubina (BR), a modulação desta atividade na presença de diversas metaloprotoporfirinas e o potencial destes compostos como antimaláricos. Reportamos que a biliverdina é capaz de modular o ciclo intraeritrocítico de P. falciparum e apresentamos a proteína enolase de P. falciparum como candidato ao sensor de BV neste parasita. / We demonstrate that P. falciparum within the erythrocyte is able to use the cellular signaling pathway dependent on inositol triphosphate (IP3). We investigated the intracellular Ca2+ stores sensitive to IP3 and explore parasite sensitivity to IP3 at different stages in the intraerythrocytic cycle. We demonstrate that melatonin hormone is capable of increasing the IP3 concentration on this parasite. Using an IP3 affinity column, we tried to find candidate proteins for IP3 receptor in P. falciparum. This work also studies the enzyme P. falciparum heme oxygenase (PfHO). We tested the ability of this enzyme to convert biliverdin (BV) in bilirubin (BR), the modulation of this activity in the presence of various metalloprotoporphyrins and the potential of these compounds as antimalarials. We reported that biliverdin is capable of modulating the intraerythrocytic cycle of P. falciparum and present P. falciparum enolase as candidate for BV sensor on this parasite.

A prevalência do diabetes mellitus tem aumentado exponencialmente, o estilo de vida noturna e o avanço na idade estão envolvidos neste mecanismo, influenciando também a produção de melatonina. O animal pinealectomizado apresenta resistência insulínica e redução na síntese de GLUT4. Mostramos que no músculo sóleo, houve um aumento na taxa de oxidação de glicose e síntese de glicogênio em todos os grupos treinados. Corroboramos com a literatura mostrando que o diabetes prejudica a sensibilidade da musculatura esquelética a ação da insulina. Tal evento, contudo, é corrigido pela suplementação com melatonina. A combinação destas terapias tem apresentado um efeito positivo do ponto de vista metabólico. / The prevalence of diabetes mellitus has increased, the nocturnal lifestyle and advancing age are involved in this mechanism, influencing the production of melatonin. The pinealectomized animal shows insulin resistance and reduced synthesis of GLUT4. Our results showed that in skeletal muscle (soleus) there was an increase in the rate of glucose oxidation and glycogen synthesis in all groups trained. Our data are consistent with the literature, showing that diabetes mellitus affect the sensitivity of skeletal muscle insulin action, reducing glucose uptake and glycogen synthesis. Nevertheless, this event is corrected by daily supplementation with melatonin. the combination of these therapies have shown a positive effect on metabolism.

Este estudo investigou o efeito protetor da melatonina sobre os danos ao DNA induzidos pela ciclofosfamida (20 e 50mg/kg) sobre as aberrações cromossômicas, fragmentação do DNA, ciclo celular e os sítios sensíveis a Fpg pelo Ensaio Cometa. Os níveis de RNAm de MGMT, p53, p21, Bax, Bcl-2, Top1, CSB e XPF foram analisados por qPCR. Após a remoção cirúrgica da glândula pineal, os animais foram tratados com 1 mg/kg de mel via oral durante 15 dias. Como resultados demonstramos que a melatonina foi capaz de reverter completamente o quadro de aberrações cromossômicas induzidas pela ciclofosfamida, indicando uma possibilidade de uso terapêutico quando da necessidade de uso de medicação quimioterápica. Esse quadro repetiu-se e ficou mais evidente com o estudo específico das lesões oxidativas pelo uso da Fpg. De todos os genes estudados, aquele que teve de forma mais consistente, sua expressão aumentada, sempre, pela melatonina foi XPF. Dessa forma, os mecanismos envolvidos com o reparo do DNA mobilizados pela melatonina parecem, em parte, mobilizar a expressão do gene XPF. / This study investigated the protetive effect of melatonin over DNA damage-induced by cyclophosphamide (20 and 50mg/kg) characterizing chromosomal aberrations, DNA fragmentation, cell cycle and determination of Fpg-sensitives sites by comet assay. The levels of MGMT, p53, p21, Bax, Bcl-2, Top1, CSB and XPF mRNA were examined by qPCR. After pineal gland surgical removal, animals were treated orally with 1 mg/kg of melatonin during 15 days. Results have shown that melatonin treatment was able to completelly revert chromossomal aberrations cyclophosphamide-induced, posssibly indicating a therapy use of melatonin in chemoterapic treatment. This effect was also demonstrated with the studies of oxidative lesions by Fpg-sensitives assay. From all studied genes, XPF showed the most increased expression. Thereby, DNA repair mechanisms triggered by melatonin, seems to mobilize XPF gene expression.

A síntese noturna de melatonina pela glândula pineal é inibida por padrões moleculares associados à patógenos ou à danos, como por exemplo lipopolissacarídeo (LPS) ou peptídeo β-amilóide. A interação destas moléculas com receptores toll 4 (TLR4) ativa o eixo imune-pineal, favorecendo a migração de leucócitos para o local da injúria. Heparan sulfato (HS) é um glicosaminoglicano da matrix extracelular que por dano tecidual, inflamação generalizada ou migração de células tumorais, liberam dissacarídeos que podem ligar a TLR4, levando a formação de uma resposta inflamatória. Avaliamos se HS poderia prejudicar a atividade da melatonina. HS é capaz de inibir a síntese noturna de melatonina, através da supressão da expressão gênica e do conteúdo enzimático de acetilserotonina O-metiltransferase (ASMT). Este efeito é modulado pela interação de HS com TLR4, mas não envolve a via de translocação nuclear de NF-κB. Estes dados sugerem que um aumento de moléculas de HS na matriz da glândula pineal é traduzido a todo o organismo por uma redução no pico noturno de melatonina. / The nocturnal synthesis of melatonin by the pineal gland is inhibited by pathogen or damage-associated molecular patterns, such as lipopolysaccharide (LPS) and β-amyloid peptide. The interaction of these molecules with toll like receptors 4 (TLR4) activates the immune-pineal axis, favoring the migration of leukocytes for the site of lesion. Heparan sulfate (HS), a glycosaminoglycan of the extracellular matrix, that in case of tissue injury, generalized inflammation or migration of tumor cells, releases disaccharide, which can bind to TLR4 triggering an inflammatory response. Here we evaluated if HS could impair nocturnal melatonin activity. HS is capable of inhibit the melatonin synthesis by the suppression of the gene expression and enzymatic content of acetylserotonin O-methyltransferase (ASMT). This effect is modulated by the interaction of HS with TLR4, but does not involve the NF-κB nuclear translocation pathway. This data suggest that the increase in HS in pineal gland matrix is translated to the whole organism by a reduction in the nocturnal melatonin peak.

A glândula pineal de mamíferos sintetiza o hormônio melatonina exclusivamente durante o período noturno. A síntese é regulada primordialmente pela via retino-hipotalâmico-pineal e modulada por vários fatores, incluindo o sistema peptidérgico. Assim, o papel da insulina na regulação da síntese de melatonina foi estudado a partir da realização de culturas de glândulas pineais estimuladas com noradrenalina, insulina e noradrenalina associada à insulina, em culturas temporizadas ou não pela noradrenalina, avaliando: a produção de melatonina por HPLC com detecção eletroquímica; as atividades das enzimas envolvidas na síntese da melatonina, por radiometria; assim como, a expressão gênica das enzimas quantificada por Real-Time PCR. Os resultados sugerem uma interação entre as vias de sinalização da noradrenalina e da insulina, com a respectiva potencialização da síntese da melatonina, induzida por noradrenalina, observada pela adição da insulina, efeito esse, que se dá, provavelmente através de mecanismos pós-transcricionais. / The mammalian pineal gland synthesizes the neurohormone melatonin exclusively during the dark phase. Its synthesis is primarily regulated via a retino-hypothalamic-pineal pathway and modulated by many factors, including the peptidergic system. Thus, the role of insulin on the regulation of melatonin synthesis was studied using cultured gland treated with norepinephrine, insulin and norepinephrine associated to insulin. The cultures were also synchronized or not by norepinephrine. Melatonin content was assayed by HPLC (High Performance Liquid Chromatography) with electrochemical detection, melatonin synthesis enzymes activities by radiometry and enzymes gene expressions by Real-Time PCR. The results suggest an interaction between norepinephrine and insulin signaling pathway, with insulinic potentialization on melatonin synthesis norepinephrine-mediated, and this effect, seems to accurs potentially through post-transcriptional events.