INTRODUÇÃO: Os programas de preservação de fertilidade baseados na criopreservação de gametas e tecido ovariano têm sido amplamente empregados para salvaguardar o potencial reprodutivo de mulheres em idade reprodutiva. Entretanto,o risco de reintrodução de células malignas após o reimplante do tecido e a dificuldade de aplicação dos protocolos de estimulação ovariana em pacientes estrogênio dependentes, dificultam o acesso destas pacientes aos programas de preservação de fertilidade já estabelecidos. O cultivo de folículos isolados vem se mostrando uma técnica promissora capaz de atender a essas pacientes, com resultados bastante satisfatórios. A recuperação de oócitos fertilizáveis tem se mostrado bem sucedida em camundongos resultando em nascidos vivos; já em outros mamíferos de grande porte,como primatas não humanos e humanos,há escassos relatos da obtenção de oócitos em estagio MII . OBJETIVO: Este estudo teve como objetivo analisar a eficiência do cultivo tridimensional in vitro no desenvolvimento de folículos ovarianos bovinos e a sua influência sobre o metabolismo oxidativo, a geração de estresse oxidativo celular e os níveis de transcritos de genes ligados atividade mitocondrial, apoptose e crescimento e desenvolvimento oocitário. MATERIAL E MÉTODOS: Foi realizado o cultivo in vitro tridimensional de folículos secundários bovinos por 16 dias em meio ?- MEM suplementado, em atmosfera de 5% de CO2 e 20% de O2 (Grupo in vitro - Gvt). Como controles foram incluídos dois grupos: um de folículos secundários isolados frescos não submetidos a cultivo (Grupo imaturos- GI) e outro de folículos extraídos já em estágios pré-antrais mais avançados do desenvolvimentos (Grupo in vivo- Gvv). Para a avaliação do desenvolvimento folicular, foram realizadas análises morfológica e testes de viabilidade, além da expressão por RT- qPCR de genes alvos para a atividade mitocondrial e estresse oxidativo. RESULTADOS: As análises do desenvolvimento dos folículos in vitro mostraram que 81,1% dos folículos secundários apresentaram crescimento, com uma taxa de viabilidade em torno de 84%. Cerca de 50% de oócitos recuperados após o cultivo estavam viáveis pela avaliação morfológica, embora nenhum deles tenha atingido o estágio final de maturação (MII). Além disso, o cultivo não promoveu aumento da expressão de genes ligados a apoptose o que também sugere uma boa viabilidade dos folículos cultivados. O mesmo não ocorreu com o sistema Kit Ligand e c-Kit, considerados como marcadores da capacidade global de crescimento e desenvolvimento folicular, verificou-se uma menor expressão de KL nas células somáticas da parede folicular. Com relação ao metabolismo oxidativo, embora o estado redox, marcado pela produção de NAD e FAD, estivesse bastante aumentado nos folículos produzidos in vitro quando comparado com o controle imaturo fresco e maturado in vivo, não se observou aumento das espécies reativas de oxigênio em oócitos obtidos destes mesmos folículos, podendo sugerir a manutenção da capacidade de controlar o balanço oxidativo por parte destas células. ,Também não houve alteração na expressão de genes ligados à biogênese mitocondrial entre os grupos estudos. CONCLUSÃO: O método de cultivo proposto neste estudo, utilizando o sistema 3D em matriz de gel de alginato, permitiu a maturação parcial de folículos secundários isolados, mantendo a viabilidade e características do metabolismo oxidativo semelhantes a folículos maturados in vivo de mesmo tamanho. Entretanto, há algum grau de comprometimento na saúde global do folículo, especialmente em relação às células somáticas da parede folicular. / The fertility preservation programs based on oocyte and ovarian tissue cryopreservation has been widely employed to safeguard the reproductive potential of these patients. However, the risk of reintroducting malignant cells after ovarian tissue transplantation and the difficulty of applying ovarian stimulation protocols in patients with estrogen dependent diseases hinder the access of these patients to already established fertility preservation programs. Isolated follicle culture appears as a promising technique for these cases, with satisfactory results. The recovery of fertilizable oocytes has been shown to be successful in mice resulting in live births; in other large mammals, such as non-human primates and humans, there are a few reports of the obtention of oocytes in the MII stage. OBJECTIVE: This study aimed to analyze the efficiency of in vitro three-dimensional culture in the development of bovine ovarian follicles and their influence on oxidative metabolism, on cellular oxidative stress generation and on the transcript levels of genes linked to mitochondrial activity, apoptosis and oocyte growth and development. MATERIAL AND METHODS: Three-dimensional in vitro culture of bovine secondary follicles was carried out for 16 days in supplemented ?-MEM medium, in an atmosphere of 5% CO2 and 20% O2 (In vitro Group - Gvt). As controls, two groups were included: one of the fresh none cultured isolated secondary follicles (GI-immature group) and one of follicles isolated in a more advanced preantral stage (in vivo Group-Gvv). For the evaluation of the follicular development, morphological analysis and viability tests were performed, besides the expression by RT-qPCR of target gene for mitochondrial activity and oxidative stress were also evaluated. RESULTS: Analysis of the in vitro follicle development showed that 81.1% of the secondary follicles have grown, with a viability rate of 84%. About 50% of oocytes recovered after culture were viable by morphological evaluation, although none of them had reached the final maturation stage (MII). In addition, the culture did not promote increased on the expression of apoptosis-linked genes which also suggests good viability of the cultured follicles. The same was not observed with the Kit Ligand and c-Kit, considered as markers of the global capacity of follicular growth and development; there was a lower expression of KL in the somatic cells from the follicular wall. In relation to the oxidative metabolism, although the redox state, marked by the production of NAD and FAD, was greatly increased in follicles produced in vitro when compared to the immature controls and the in vivo matured group, there was no increase on the production of reactive oxygen species in the oocytes obtained from these follicles, suggesting that these cells were able to control their oxidative imbalance. Also, there was no alteration in the expression of genes linked to mitochondrial biogenesis between the studied groups. CONCLUSION: The culture method proposed in this study, using the 3D system in an alginate gel matrix, allowed the partial maturation of isolated secondary follicles, maintaining the viability and oxidative metabolism characteristics similar to follicles of the same size matured in vivo. However, there is some degree of impairment in overall health, especially in relation to the somatic cells from the follicular wall.

A sinalização retrógrada mitocondrial é uma via de comunicação entre a mitocôndria e o núcleo que regula a expressão de uma série de genes nucleares que codificam proteínas mitocondriais, em resposta a disfunções mitocondriais. Em Saccharomyces cerevisiae, a via depende de Rtg1p e Rtg3p, que juntos formam o fator de transcrição que regula a expressão gênica, e de Rtg2p, um ativador da via. Aqui, nós mostramos novos estudos direcionados à investigação do impacto da sinalização retrógrada RTG-dependente na fisiologia mitocondrial. Verificamos que mutantes incapazes de realizar sinalização retrógrada RTG-dependente apresentam consumo de oxigênio mais elevado e menor produção de peróxido de hidrogênio em fase estacionária quando comparados a células selvagens. Interessantemente, mutantes RTG são menos capazes de decompor peróxido de hidrogênio assim como manter-se viáveis quando desafiados com peróxido. Nossos resultados indicam que a sinalização por RTG está envolvida na indução hormética de defesas antioxidantes e de resistência a estresse, função ainda não descrita para este sistema. / Mitochondrial retrograde signaling is a communication pathway between the mitochondrion and the nucleus which regulates the expression of a subset of nuclear genes that codify mitochondrial proteins, mediating cell response to mitochondrial dysfunction. In Saccharomyces cerevisiae, the pathway depends on Rtg1p and Rtg3p, which together form the transcription factor that regulates gene expression, and Rtg2p, an activator of the pathway. Here, we provide novel studies aimed at assessing the functional impact of the lack of RTG-dependent signaling on mitochondrial activity. We show that mutants defective in RTG-dependent retrograde signaling present higher oxygen consumption and reduced hydrogen peroxide release in the stationary phase when compared to wild type cells. Interestingly, RTG mutants are less able to decompose hydrogen peroxide as well as maintain viability when challenged with hydrogen peroxide. Overall, our results indicate that RTG signaling is involved in the hormetic induction of antioxidant defenses and stress resistance, a function of this system not yet described.

Os retardantes de chama bromados são substâncias utilizadas nos mais variados bens de consumo para aumentar sua resistência ao fogo e/ou altas temperaturas em casos de incêndio, aumentando assim, as chances de escape e reduzindo a gravidade das queimaduras. Para este fim os éteres difenílicos polibromados (PBDEs) representam a classe mais utilizada tendo em vista sua eficiência no controle da propagação da chama e seu baixo custo. Estes compostos se incluem entre os recentemente denominados contaminantes ambientais emergentes que apresentam uma carência de dados toxicológicos, principalmente em relação aos efeitos danosos e aos biomarcadores de exposição, além do potencial dano ao ambiente, sendo esta uma preocupação recente da comunidade científica. Pelo fato da mitocôndria ser reconhecida como a principal organela produtora de energia celular, além de exercer um papel fundamental na manutenção de inúmeras funções celulares, ela foi utilizada como modelo experimental para avaliar os efeitos dos congêneres de BDE- 100; -153; -154 e -209 na faixa de concentração de 0,1 ?mol/L a 50 ?mol/L. Nossos resultados mostram que os efeitos em mitocôndrias isoladas podem ocorrer em menores concentrações para os congêneres BDE-153; -154 (Hexa-BDE) e -209 (Deca-BDE) e em maiores concentrações para o BDE-100 (Penta-BDE). Desta forma, foi observado que os compostos possuem capacidade de interagir com membrana mitocondrial, induzir inchamento mitocondrial, desregular a homeostase cálcica e dissipar o potencial de membrana mitocondrial em concentrações diferentes, entretanto não são capazes de induzir estresse oxidativo na mitocôndria. Assim, os resultados indicam que a ação dos PBDEs sobre mitocôndrias pode ser um dos mecanismos de toxicidade desta classe de compostos. / The brominated flame retardants are substances used in various consumer goods to increase their fire resistance and / or higher temperatures in case of fire, thus increasing the chances of escape and reducing the severity of burns. To this end polybrominated diphenyls ethers (PBDEs) are the most used class in view of its efficiency in controlling the spread of flame and its low cost. These compounds are among the newly emerging environmental contaminants known to exhibit a lack of toxicological data, especially regarding the harmful effects and biomarkers of exposure and potential harm to the environment, which is a recent concern of the scientific community. Because the mitochondrion is recognized as the main energy-producing cell organelles, as well as play a vital role in the maintenance of many cellular functions, it was used as an experimental model to evaluate the effects of the congeners BDE-100 (Penta- BDE), -153, -154 (Hexa-BDE) and -209 (Deca-BDE), in concentration range ranging from 0.1 ?mol/L to 50 ?mol/L. The results show that the effects on isolated mitochondria may occur at lower concentrations for the BDE-153, -154 and -209 and high concentrations to the BDE-100. Thus, it was observed that the compounds have the ability to interact with mitochondrial membrane, inducing swelling, dysregulation of calcium homeostasis and dissipation of membrane potential at different concentrations, however they cannot change factors related to oxidative stress in mitochondria. Furthermore, the induction of mitochondrial swelling, and added significant depletion of ATP levels may contribute to the toxic effects observed. Thus, we conclude that the action of PBDESS on mitochondria is one of the mechanisms of toxicity of this class of compounds.

Aspergillus fumigatus é um fungo filamentoso e saprofítico encontrado em todas as regiões do mundo. A principal forma de infecção ocorre através da inalação de conídios do fungo com predominância de infecções no trato respiratório, principalmente em pacientes imunocomprometidos. Foi caracterizada a função mitocondrial de A. fumigatus e sugeriu-se a presença de vias alternativas, dentre elas, a presença da NADH desidrogenase alternativa. A fim de colaborar com estudos para elucidação do papel desta enzima, foi realizada a clonagem dos genes das NADH desidrogenase alternativa interna e externa de A. fumigatus. A análise da seqüência de aminoácidos revelou um perfil de hidropaticidade com a presença de quatro regiões hidrofóbicas, semelhante às outras seqüências já descritas. Além disso, foram identificados dois motivos (GXGXXG) altamente conservados para ligações a nucleotídeos, dentro de um domínio os quais estão relacionados com a estrutura e atividade da enzima. A seqüência de cDNA do gene ndhiAf foi clonada em plasmídeo pYES2 e expressa em S. cerevisiae cepa CEN.PK873-2B; a expressão da NDHIAf foi verificada por técnica de Western-blot. A proteína foi expressa de forma ativa, conferindo à levedura uma respiração e a formação de um potencial de membrana resultantes da oxidação de substratos clássicos do complexo I, sugerindo sua localização na membrana mitocondrial interna. Além disso, as cepas expressando essa proteína foram capazes de crescer em meio contendo apenas lactato como fonte de carbono, uma característica atribuída à presença da NADH desidrogenase alternativa interna (NDHi). Considerando que a atividade das NDHIAf e NDHEAf estão sob controle metabólico, nos avaliamos o efeito de diferentes concentrações de glucose como única fonte de carbono no meio de cultura. Durante a germinação conidial, não foi observada expressão da NDHIAf e NDHEAf na presença de baixas concentrações de glucose. Entretanto, durante a fase de hifas foi observado um aumento na expressão de NDHIAf e NDHEAf. Por outro lado, em alta concentrações de glucose, durante a germinação conidial, foi observado expressão da NDHIAf mas nenhuma expressão da NDHEAf. Na fase de hifas observou-se um aumento da expressão da NDHIAf e uma diminuição da NDHEAf. / Aspergillus fumigatus is a filamentous and saprophytic fungus found in all regions of the world. The main form of infection occurs through inhalation of fungi conidial, with predominance of infections in the respiratory treat, mainly in immunocompromised host. It was characterized the mitochondrial function of A. fumigatus and suggested the presence of alternative pathways, including the alternative NADH dehydrogenase. In order to elucidate its role, genes of the external and internal enzymes were cloned. Analysis of the amino acid sequence and hydropathy plot revealed a profile with four hydrophobic regions, similar to other already described sequences. Moreover, two highly conserved motifs (GXGXXG) for the nucleotides interaction, related with the structure and activity of the enzyme, were identified inside the a domain. The sequence of DNA of the ndhiAf gene was cloned in an expression plasmid pYES2 and expressed in CEN.PK873-2B S. cerevisiae strain; the expression was confirmed by Western-blot analysis. The protein was expressed in an active form, providing to the yeast an oxygen consumption and a potential membrane formation due to oxidation of the complex I substract, suggesting its localization in the inner mitochondrial membrane. Moreover, strains expressing this protein were capable of growing in medium with only lactate as a carbon source, a characteristic associated with the presence of internal alternative NADH dehydrogenase (NDHI). Considering that NDHI and NDHE activities are under metabolic control, we evaluated the effect of different concentrations of glucose as the only carbon source in the medium of culture. During conidia germination, it was not observed neither an expression of NDHI nor NDHE in the presence of low concentrations of glucose. However, in hyphae phase was observed an increase an expression of NDHI and NDHE. On the other hand, in high concentration of glucose, during conidia germination was observed an expression of NDHI and not expression of NDHE. In hyphae phase was observed a decrease an expression of NDHI and an increase of NDHE.

NADPH, tiorredoxina e tioredoxina redutase compõem o sistema tiorredoxina, estão envolvidos na redução de ligações específicas de dissulfetos que desempenham um grande número de funções biológicas, tais como: síntese de DNA, defesa contra o estresse oxidativo, apoptose e sinalização redox. Tem sido demonstrado que as interações tioredoxina redutase-tiorredoxina são espécies específicas, sendo assim, investigamos aqui a especificidade dos substratos da tioredoxina redutase 2 mitocondrial (ScTrxR2) de Saccharomyces cerevisiae frente a outras tioredoxinas. ScTrxR2 especificamente reduziu as tiorredoxinas de levedura (tiorredoxina 1 = ScTrx1, tiorredoxina 2 = ScTrx2 e tiorredoxina = ScTrx3), mas não conseguiu reduzir a tiorredoxina de Homo sapiens e a de Escherichia coli. Além disso, ScTrxR2 exibiu eficiência catalítica semelhante para ScTrx3, que está localizado na mitocôndria e ScTrx1 e ScTrx2 que estão localizadas no citosol. Para compreender as características deste fenômeno, resolvemos a estrutura cristalográfica da ScTrxR2 a 1,9 Å de resolução por meio de substituição molecular utilizando as coordenadas de ScTrxR1 (PDB Id = 3ITJ) como modelo (Oliveira et al., 2010). A ScTrxR2 é uma proteína de dois domínios (domínio de ligação do NADPH e domínio de ligação do FAD). As tiorredoxinas redutases de baixo peso molecular podem adotar duas conformações: flavina oxidada (FO) e flavina reduzida (FR), estando esta última envolvida na interação física com as tiorredoxinas. A estrutura cristalográfica da ScTrxR2 obtida por nós está na conformação FO. Posteriormente, modelamos a conformação FR (Flavina reduzida) da ScTrxR2, a partir da estrutura do cristal na conformação FO, e utilizando a estrutura cristalográfica da tiorredoxina redutase de E. coli complexada com a tiorredoxina (PDB 1F6M). Pela análises dessas estruturas, levantamos hipóteses de que alguns resíduos de aminoácidos podem estar envolvidos nas interações espécie-específicas entre tiorredoxina redutase e tiorredoxina. Com isso, geramos mutantes sítio dirigidos das Trx de levedura e da ScTrxR2 e através de ensaios enzimáticos e bioquímicos com estas proteínas mutantes estamos testando as hipóteses levantadas sobre possíveis amino ácidos envolvidos em interações entre tiorredoxina e tiorredoxina redutase / NADPH, thioredoxin and thioredoxin reductase, comprising the thioredoxin system, are involved in the reduction of specific disulfides linkages that play a large number of biological roles, such as: DNA synthesis, defense against oxidative stress, apoptosis and redox signaling. It has been shown that thioredoxin reductase-thioredoxin interactions are species-specific, therefore we have investigated here the substrate specificity of mitochondrial Thioredoxin reductase 2 (ScTrxR2) from Saccharomyces cerevisiae towards other thioredoxins. ScTrxR2 specifically reduced yeast thioredoxins (thioredoxin 1 = ScTrx1, thioredoxin 2 = ScTrx2 and thioredoxin = ScTrx3), but failed to reduce thioredoxin from Homo sapiens and from Escherichia coli. Furthermore, ScTrxR2 displayed similar catalytic efficiency towards ScTrx3, which is located in the mitochondria and ScTrx1 and ScTrx2 that are located in the cytosol. To understand the features of this phenomenon, we have solved the crystallographic structure of ScTrxR2 at 1,9Å resolution through molecular replacement using ScTrxR1 as search model (Oliveira et al., 2010)1. ScTrxR2 is a two-domain protein (NADPH and FAD binding domains). Low molecular weight thioredoxin reductases can adopt two conformations: flavin oxidized (FO) or flavin reduced (FR), the late one physically interacts with thioredoxins. Our ScTrxR2 crystal structure is in the FO conformation. Therefore, we have modeled the ScTrxR2 FR (Flavin reduced) conformation from our FO crystal structure and using the E. coli thioredoxin reductase crystallographic structure complexed with thioredoxin (PDB code 1F6M). Then, we have raised hypothesis that some amino acid residues that may be involved in the thioredoxin reductase-thioredoxin interactions. Next, site-directed mutants of yeast Trxs and ScTrx2 were generated. Through enzymatic and biochemical assays with these mutant proteins we are testing the hypothesis generated by structural analysis

Cinco membros da família das Acil-CoA sintetases de cadeia longa (ACSL) são responsáveis por ativar ácidos graxos, produzindo acil-CoA, e distribuí-los entre diversas vias metabólicas no interior da célula, tais como a síntese de triacilglicerol (TAG) e ?- oxidação mitocondrial. Apesar das disfunções nas ACSLs contribuirem para muitas doenças metabólicasa função de algumas isoformas de ACSL em tecidos específicos permanece ainda sem descrição na literatura. Aqui mostramos pela primeira vez a presença de mRNA da ACSL6 no músculo esquelético de seres humanos. Além disso, indivíduos obesos apresentaram menores níveis de mRNA de ACSL6 quando comparados à indivíduos magros. Após refeição hiperlipídica aguda (high fat meal, HFM, 90% de gordura) a expressão ACSL6 aumentou 2,5 vezes em relação aos níveis de jejum. Nós também verificamos as condições metabólicas que controlam a expressão ACSL6 em ratos: o jejum de 48h modulou negativamente a expressão gênica de ACSL6 e de outros genes de síntese de lipídeos tais como SREBP-1c e DGAT1, enquanto que a ingestão aguda de HFM (80% de gordura saturada , 10 mL/kg) teve o efeito oposto; Após o treinamento aeróbio (6 semanas, 5 dias /semana, uma vez por dia, 60 min a 70% da capacidade aeróbica máxima) o mRNA da ACSL6 foi reduzido em 35%. Em células primárias de músculo esquelético de ratos, a transfecção com siRNA de ACSL6 diminuiu a expressão de ACSL6, DGAT1 e SREBP-1c e o acúmulo de TAGs e gotas lipídicas. O silenciamento gênico da ACSL6 também aumentou o conteúdo dos ácidos graxos C16:0 e C18:0, AMPK-fosforilada, capacidade respiratória mitocondrial, a oxidação de palmitato e mRNA de PGC-1?, UCP2 e UCP3, mas diminuiu a produção de espécies 11 reativas de oxigênio. Em células primárias de músculo esquelético de seres humanos, a superexpressão da ACSL6 não alterou o conteúdo de TAG e da proteína DGAT1, mas aumentou as espécies lipídicas esfingomielina e fosfatidilcolinas, e reduziu a oxidação de 1-14C-palmitato e a expressão do PGC1?. Em conclusão, ACSL6 está envolvida na síntese e distribuição de acil-CoA para a síntese de lipídeos. A inibição gênica da ACSL6 melhora a capacidade de respiração mitocondrial e oxidação lipídica, através da ativação da via AMPK/PGC1?. / Five members of long-chain acyl-CoA synthetase (ACSL) family activate fatty acids providing acyl-CoA for several metabolic pathways within the cell, such as synthesis of triacylglycerol (TAG) and mitochondrial ?-oxidation, and their dysfunctions contribute to many metabolic diseases. Despite this, the existence and function of some ACSL isoforms in specific tissues remains unclear. Here we show for the first time the presence of ACSL6 mRNA and protein in skeletal muscle (SM) of humans. Obese subjects had lower levels of ACSL6 mRNA when compared to leans, and acute high fat meal (HFM, 90% fat) increased ACSL6 expression 2.5 times over fasted levels in both. We also verify the metabolic conditions that control ACSL6 expression in rats: fasting (48h) negatively modulated the ACSL6 mRNA and the expression of other genes of lipid synthesis SREBP-1c and DGAT1 in rat SM, while acute ingestion of HFM (80% saturated fat, 10 mL/Kg) had the opposite effect; After aerobic training (6 weeks, 5 days/week, once a day, 60 min at 70% of maximal aerobic capacity) ACSL6 mRNA was reduced 35%. In primary skeletal muscle cells (PSMC) of rats, ACSL6-specific siRNA oligo transfection (20 nM) decreased ACSL6, DGAT1 and SREBP-1c mRNA and the accumulation of TAGs and lipid droplets (LD). The knockdown also increased the content of C16:0 and C18:0 fatty acids, AMPK-Phosphorylated, mitochondrial content and respiratory rates, palmitate oxidation and PGC-1?, UCP2 and UCP3 mRNA, but decreased reactive oxygen species production. In PSMC of humans, ACSL6 overexpression did not change the contents of TAG or DGAT1 mRNA, but increased sphingomyelin and phosphatidylcholines and reduced 14C-palmitate oxidation and PGC1? mRNA expression. In conclusion, ACSL6 drives acyl-CoA toward lipid synthesis and its 13 downregulation improves mitochondrial capacity of respiration, lipid oxidation and biogenesis, which involves the activation of AMPK/PGC1-? pathway.

A capacidade de sincronizar vias metabólicas a estímulos ambientais é um aspecto central da homeostase em mamíferos. Dentro desse contexto, o controle molecular da função mitocondrial representa um aspecto fundamental e defeitos na integridade desse sistema podem levar a severas perturbações à homeostase celular levando a um amplo espectro de doenças como a obesidade e o diabetes tipo 2. O controle transcricional do metabolismo energético é um processo dinâmico que depende da ação coordenada de fatores de transcrição, enzimas modificadoras de cromatina e coreguladores transcricionais. Co-reguladores podem agir como interruptores transcricionais ativando ou reprimindo a atividade de receptores nucleares. Neste estudo, demonstramos que o coativador PGC-1? e o co-repressor NCoR1 são importantes mediadores do metabolismo energético e da homeostase redox mitocondrial em células musculares. Nossos resultados sugerem que os efeitos desses co-reguladores são mediados pela transativação do elemento responsivo de PPAR (PPRE) em promotores de seletos grupos de genes. Ainda, a indução da capacidade oxidativa e da defesa antioxidante pelo silenciamento de NCoR1 ou pela expressão de PGC-1? atenua a produção de espécies reativas de oxigênio e a morte celular induzida por estresse metabólico. Essas evidências sugerem que o equilíbrio entre a ativação e a repressão transcricional em promotores contendo PPREs exerce um papel central na função mitocondrial em células musculares esqueléticas. Coletivamente, os resultados deste estudo indicam que o antagonismo entre os coreguladores PGC-1? e NCoR1 é um componente central no controle da função mitocondrial representando uma interface promissora para o desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas para o tratamento e prevenção da disfunção metabólica. / The ability to synchronize metabolic pathways to environmental stimuli is a central aspect of mammalian homeostasis. Within this context, the molecular control of mitochondrial function represents a fundamental aspect and defects in the integrity of this system can lead to severe disturbances to cellular homeostasis causing a wide spectrum of pathologies such as obesity and type 2 diabetes. Transcriptional control of energy metabolism is a dynamic process that depends on the coordinated action of transcription factors, chromatin modifying enzymes, and transcriptional co-regulators. Co-regulators can act as transcriptional switches activating or repressing the activity of nuclear receptors. In this study, we demonstrated that the co-activator PGC-1? and NCoR1 co-repressor are essential mediators of energy metabolism and mitochondrial redox homeostasis in muscle cells. Our results suggest that the effects of these co-regulators are mediated by the transactivation of the PPAR responsive elements (PPREs) in promoters of selected gene groups. Furthermore, the oxidative capacity and antioxidant defense induction by either NCoR1 knockdown or PGC-1? overexpression attenuates the production of reactive oxygen species and cell death induced by metabolic stress. These evidence suggest that the balance between activation and transcriptional repression in promoters containing PPREs exert a central role in mitochondrial function in skeletal muscle cells. Collectively, the results of this study indicate that the antagonism between the co-regulators PGC-1? and NCoR1 is a central component of mitochondrial function representing a promising interface for the development of novel therapeutic approaches for the treatment and prevention of metabolic dysfunction.

Embora a cisplatina (cis-diaminocloroplatina II) seja um efetivo agente anticâncer, seu uso clínico é altamente limitado, predominantemente devido ao seu potencial nefrotóxico. Muitos estudos têm demonstrado que a cisplatina causa disfunção mitocondrial em células epiteliais renais e danos ao DNA nuclear devido à ação de espécies reativas de oxigênio tais como superóxido e radicais hidroxila. O aumento na produção destas espécies de oxigênio causa liberação de citocromo c no citosol, iniciando uma cascata de eventos que leva à morte celular por apoptose. A proteção seletiva da mitocôndria contra espécies reativas de oxigênio geradas pela cisplatina nos tecidos intactos tais como os rins, é fundamental na quimioterapia de pacientes com câncer. O presente estudo investigou os efeitos da cisplatina na bioenergética, no estado redox e no estresse oxidativo mitocondrial renal, bem como o potencial protetor da dimetiltiouréia (DMTU), um antioxidante seqüestrador de radicais hidroxila, com relação à toxicidade renal induzida pela cisplatina. Método: Ratos Wistar machos adultos pesando de 200 a 220 g foram divididos em quatro grupos de 8 animais cada. Ao primeiro grupo foi administrada cisplatina (10 mg/ kg) por via intra peritonial (i.p.). O segundo grupo recebeu somente injeções de DMTU (500 mg/kg, i.p., seguida de 2 injeções diárias de 125 mg/Kg, i.p). O terceiro grupo de animais foi tratado com DMTU (500 mg/kg, i.p.), imediatamente antes da injeção de cisplatina (10 mg/kg, i.p.), seguida de 2 injeções diárias de DMTU (125 mg/Kg, i.p.). O grupo controle recebeu somente solução salina (1ml/200g, i.p.). Os animais foram sacrificados 72 horas após a injeção de cisplatina (ou salina). Resultados: O tratamento com a cisplatina resultou em uma marcante diminuição da função renal demonstrada pela elevação dos níveis plasmáticos de uréia e de creatinina, concomitante a uma significativa alteração nos parâmetros relacionados à função Resumo ix mitocondrial (síntese de ATP, estado 3 da respiração, RCR, ADP/O, potencial de membrana e transporte de cálcio); ao estresse oxidativo mitocondrial (oxidação da cardiolipina, atividade da aconitase, lipoperoxidação, níveis de proteína carbonila e proteína sulfidrila); ao estado redox mitocondrial (oxidação do NAD(P)H, relação glutationa reduzida e glutationa oxidada) e à apoptose (atividade da caspase 3). O pré-tratamento dos animais com DMTU preveniu a falência renal aguda e as alterações dos parâmetros mitocondriais , sendo capaz de inibir a morte celular por apoptose. Conclusão: Os resultados demonstram o papel central da mitocôndria na falência renal aguda induzida pela cisplatina, bem como o efeito protetor do DMTU e sugerem que o desenvolvimento de potentes seqüestradores de radicais hidroxila, passíveis de uso clínico, poderia contribuir de forma marcante na prevenção dos danos renais resultantes da quimioterapia com este fármaco. / Although cis-diamminedichloroplatinum (II) (cisplatin) is an effective anticancer agent, its clinical use is highly limited predominantly due to its adverse effects on renal functions. Many studies have shown that cisplatin causes mitochondrial dysfunction and direct injury to nuclear DNA by generating reactive oxygen species such as superoxide and hydroxyl radicals. Overproduction of reactive oxygen species causes the release of cytochrome c into cytosol, thereby triggering the sequence of events leading to cell death via apoptosis. The selective protection of mitochondria against reactive oxygen species generated by cisplatin in intact tissues, such as kidney, is of critical importance in the chemotherapy of patients with cancer. The present study examined the effects of cisplatin on renal mitochondrial bioenergetics, redox state and oxidative stress as well as the protective potential of dimethylthiourea (DMTU), a hydroxyl radical scavenger, against the cisplatin-induced nephrotoxicity. Methods: Adult male Wistar rats weighing 200 to 220g were divided into 4 groups with 8 animals each.. The first group was given a single intraperitoneal (i.p.) injection of cisplatin (10 mg/kg). The second group was given only DMTU (500 mg/kg body weight, i.p, followed by intraperitoneal injections of 125 mg/Kg twice a day until sacrifice). A third group of animals was given DMTU (500 mg/kg body weight, i.p.), just before cisplatin injection (10 mg/kg body weight, i.p.), followed by intraperitoneal injections of DMTU (125 mg/Kg body weight) twice a day until sacrifice. The control group was treated only with saline solution (1ml/200g body weight, i.p.). Animals were sacrificed 72 hours after the treatment. Results: Cisplatin treated animals presented a marked impairment of the renal function evidenced by the elevation of plasmatic creatinine and urea levels simultaneously to a significant alteration of the parameters related to: (a) the mitochondrial function assessed by ATP synthesis, Summary xi state 3 respiration, RCR, ADP/O ratio, membrane potential, calcium uptake; (b) the mitochondrial oxidative stress assessed by cardiolipin oxidation, aconitase activity, lipid peroxidation, protein carbonyls and protein sulphydryl; (c) the mitochondrial redox state assessed by NADPH/NADP+ ratio, GSH/GSSG ratio and (d) apoptosis assessed by caspase-3 activity. DMTU substantially inhibited cisplatin-induced mitochondrial injury and cellular death by apoptosis, thereby suppressing the occurrence of acute renal failure. Conclusions: Results show the central role of the mitochondria in the cisplatin-induced renal acute failure, the protective potential of DMTU and suggest that the development of potent hydroxyl radical scavengers suitable for use in man could minimize the adverse effects of cisplatin in the kidney of patients under chemotherapy.

Gracilariaceae is a worldwide distributed family that includes numerous economically important species. Currently, five genera are recognized in the Gracilariaceae: Gracilariophila (parasitic), Curdiea, Melanthalia, Gracilaria, and Gracilariopsis. Some species of Gracilaria were taxonomically transferred to Hydropuntia. However, this genus is quite controversial. High-throughput sequencing (HTS) techniques has led to an increase in studies using complete organellar genomes, which have been used to infer phylogenetic relationships in Rhodophyta and the investigation of other aspects of red algal genomes, including gene synteny and horizontal gene transfers (HGT). HTS also facilitated the search for extrachromosomal plasmids and its influence in the organellar genomes by HGT. We applied HTS to assemble and annotate organellar genomes (mitochondria and chloroplast) from seven species of Gracilariaceae using Illumina HiSeq 2500 platform. We also received raw reads of 31 samples of Gracilariaceae from Dr. Goia Lyra that were analysed and included in our work. We used these data, combined with published genomes, to infer phylogenies and compare the genome architecture of these species representing the main lineages in Gracilariaceae. The mitochondrial and chloroplast genomes were highly conserved in gene synteny among the species, and variation mainly occurred in regions where insertions of plasmid-derived sequences (PDSs) were found, which were similar to known red algae extrachromosomal plasmids. In mitochondrial genomes, the PDS insertions were in two regions where the transcription direction changes: between cob and trnL genes, and trnA and trnN genes. PDS insertions in chloroplast genome were in different positions, but generally found between psdD and rrs genes. The bacterial leuC/leuD operon was found in Gracilaria tenuistipitata, G. chilensis, M. intermedia chloroplasts genomes, and also in G. vermiculophylla extrachromosomal plasmid. Phylogenetic trees show two different origins of leuC/leuD: genes found in chloroplasts and plasmids were close to proteobacteria, and genes encoded in the nucleus are close to Viridiplantae and cyanobacteria. Gracilariaceae may be a good model to study the impact of PDS in genome evolution due to the frequent presence of these sequences inserted in organellar genomes. Our phylogenetic analyses demonstrated similar evolutionary histories between the chloroplast and mitochondrial genomes. However, chloroplast phylogeny was better resolved with full support. Our taxonomical sampling supports the presence of three main lineages: Melanthalia/Curdiea, Gracilariopsis and Gracilaria. Melanthalia intermedia was sister to a monophyletic clade including Gracilaria and Gracilariopsis, which were resolved as monophyletic genera. Furthermore, the characteristics of organellar genome architecture, Gracilariopsis and Gracilaria genera are also supported by the loss of the plastid gene petP in Gracilaria and the rearrangement position of the gene trnH in the mitochondrial genome. Beside this, we found no support for the genus Hydropuntia as originally proposed / A família Gracilariaceae está globalmente distribuída e inclui várias espécies economicamente importantes. Atualmente, cinco gêneros são reconhecidos em Gracilariaceae: Gracilariophila (parasita), Curdiea, Melanthalia, Gracilaria e Gracilariopsis. Algumas espécies de Gracilaria foram taxonomicamente transferidas para Hydropuntia. Entretanto, esse gênero é bastante controverso. Técnicas de sequenciamento de alta performance (HTS) levaram a um aumento de estudos usando genomas organelares completos, que têm sido usados para inferir relações filogenéticas em Rhodophyta e na investigação de outros aspectos dos genomas de algas vermelhas, incluindo sintenia gênica e transferências horizontal de genes (HGT). O HTS também facilitou a busca por plasmídeos extracromossômicos e sua influência nos genomas organelares por HGT. Nós utilizamos HTS para montar e anotar genomas organelares (mitocôndrias e cloroplastos) de sete espécies de Gracilariaceae usando a plataforma Illumina HiSeq 2500 e recebemos sequências de 31 amostras Gracilariaceae da Dr. Goia Lyra que foram montadas, anotadas e incluídas em nossas análises. Utilizamos esses dados, combinados com genomas publicados, para inferir filogenias e comparar a arquitetura do genoma dessas espécies representando as principais linhagens em Gracilariaceae. Os genomas mitocondrial e plastidial são altamente conservados na sintenia gênica e a variação ocorreu principalmente em regiões onde foram encontradas inserções de sequências derivadas de plasmídeos (PDS), similares aos plasmídeos extracromossômicos conhecidos de algas vermelhas. Nos genomas mitocondriais, as inserções de PDS estavam em duas regiões onde a direção da transcrição muda: entre os genes cob e trnL e os genes trnA e trnN. As inserções de PDS no genoma do cloroplasto estavam em posições diferentes, mas geralmente encontradas entre os genes psdD e rrs. O operon bacteriano leu/leuD foi encontrado nos genomas dos cloroplastos de Gracilaria tenuistipitata, G. chilensis, M. intermedia e também no plasmídeo de G. vermiculophylla. As árvores filogenéticas mostram duas origens diferentes de leuC/leuD: os genes encontrados no cloroplasto e no plasmídeo estavam próximos de proteobactérias, e os genes codificados no núcleo estavam próximos de Viridiplantae e cianobactérias. Gracilariaceae pode ser um bom modelo para estudar o impacto de PDS na evolução de genomas devido à presença frequente de inserções PDS em genomas organelares. Nossas análises filogenéticas demonstraram histórias evolutivas similares entre cloroplasto e mitocondria. No entanto, a filogenia de cloroplasto foi melhor resolvida com valores máximos de Bootstrap em todos os ramos. Nossa amostragem taxonômica corrobora a presença de três linhagens principais: Melanthalia/Curdiea, Gracilariopsis e Gracilaria. Melanthalia intermedia aparece como grupo-irmão do clado monofilético incluindo Gracilaria e Gracilariopsis, que foram resolvidos como gêneros monofiléticos. Além disso, baseado nas características da arquitetura do genoma organelar, os gêneros Gracilariopsis e Gracilaria se distinguem pela perda do gene plastidial petP em Gracilaria e pela posição de rearranjo do gene trnH no genoma mitocondrial. Nós não encontramos evidências para a permanencia o gênero Hydropuntia como originalmente proposto

O DNA está constantemente exposto a danos causados tanto por agentes endógenos quanto exógenos. Estes podem causar diferentes tipos de lesões incluindo modificações de bases e do açúcar, além de quebras de fitas simples ou duplas. As quebras de duplas fitas, quando comparadas às demais, constituem as mais citotóxicas e podem resultar em deleções no DNA e instabilidade genética. Deleções no DNA mitocondrial (mtDNA) causam diversas doenças e estão envolvidas no processo de envelhecimento. No núcleo, as quebras de duplas fitas no DNA podem ser reparadas por recombinação homóloga (HR), ligação de pontas não homólogas (NHEJ) e anelamento de fita simples (SSA). No entanto, em mitocôndrias de células de mamíferos, o reparo de quebras de duplas fitas ainda não foi completamente caracterizado. Experimentos in vitro usando extratos mitocondriais de células de roedores mostraram que estes são capazes de reparar essas quebras, no entanto pouco é sabido sobre quais proteínas são responsáveis por cada etapa de reparo, bem como sua implicação na manutenção da integridade do genoma mitocondrial. Sendo assim, nesse trabalho investigamos a localização e função mitocondrial das proteínas ATM, Rad51, Rad52, Ku70/86 e DNA-PKCs, que são sabidamente envolvidas em reparo de quebras de duplas fitas no núcleo. Para identificar essas proteínas em mitocôndrias de células de mamíferos, mitocôndrias foram isoladas a partir de células da linhagem HEK293T, usando centrifugação diferencial seguida por gradiente de Percoll. Para as proteínas de recombinação homóloga, ATM e Rad51, imunodetectamos isoformas semelhantes em todos os compartimentos celulares. Já para a proteína Rad52 o mesmo anticorpo imunodetectou duas bandas distintas na mitocôndria ao passo que no núcleo foram quatro. Além disso, verificamos que baixos níveis de proteína Rad52, induzidos pela expressão de shRNA (short hairping RNA) específico, resultam em diminuição do número de cópias de mtDNA bem como acúmulo de deleções no genoma mitocondrial. Para as proteínas de NHEJ, DNA-PKCs e a subunidade Ku70, identificamos isoformas semelhantes em todos os compartimentos celulares. Já para a subunidade 86 do heterodímero Ku70/86 o anticorpo detectou, somente em mitocôndrias, uma banda menor de 50 kDa, a qual difere na região N-terminal da subunidade detectada no núcleo (86 KDa). Experimentos de co-imunprecitação de proteínas mostraram que essa isoforma menor compõe o heterodímero mitocondrial juntamente com a subunidade 70 (mtKu70/50) e que esse interage com DNA ligase III mitocondrial. Nossos resultados também mostraram que a estabilidade proteica de mtKu70/50 é regulada por ATM. Tratamento das células com peróxido de hidrogênio, que induz quebras de duplas fitas, aumentou a associação do heterodímero mtKu70/50 com o mtDNA, de forma independente de aumento da concentração proteica intra-mitocondrial. Já a diminuição dos níveis proteicos de Ku, induzida através de shRNA, resultou em diminuição do número de cópias de mtDNA e acumulo de danos nesse genoma. Extratos mitocondriais de células knockdown para Ku apresentaram menor atividade de reparo NHEJ em um ensaio in vitro, sugerindo que o acúmulo de danos nestas células é provavelmente devido a deficiências na via de NHEJ. Em conjunto, nossos dados sugerem que tanto HR quanto NHEJ operam em mitocôndrias. Além disso, a via de NHEJ mitocondrial utiliza o heterodímero mitocondrial Ku70/50 o qual está envolvido na manutenção do mtDNA. Ademais, nossos resultados mostram uma grande conservação molecular e funcional entre as vias de reparo de NHEJ e HR no núcleo e na mitocôndria, o que reforça sua importância para a manutenção da estabilidade genômica mitocondrial e, provavelmente a função mitocondrial. / DNA is constantly exposed to damaging agents from both endogenous and exogenous sources. These can cause different types of DNA lesions that include base and sugar modifications and single and double strand breaks. DNA doublestrand breaks (DSBs) are among the most cytotoxic DNA lesions, which can result in deletions and genetic instability. Deletions in the mitochondrial DNA (mtDNA) cause numerous human diseases and drive normal aging. DSBs in the nuclear DNA are repaired by non-homologous DNA end joining (NHEJ), homologous recombination (HR) or Single Strand Annealing (SSA). Yet, repair of DSBs in mammalian mitochondria has not been fully characterized. Mitochondrial extracts from rodent cells are proficient in ligating DNA ends in vitro, but little is known about which proteins are responsible for each enzymatic step and its implication in mitochondrial genome maintenance. Thus, we investigated mitochondrial localization and function of DSBR (double strand break repair) proteins ATM, Rad51, Rad52, the Ku70/86 heterodimer and DNA-PKCs.To identify DSBR proteins in mammalian mitochondria, highly purified mitochondria from HEK293T cells were isolated using differential centrifugation followed by Percoll gradient. For HR proteins, we detected similar isoforms for ATM and Rad51 proteins in all cellular compartments. Two mitochondriaspecific isoforms of Rad52 were detected, while the same antibody detected four isoforms in the nucleus. In addition, lower Rad52 protein levels, induced by specific shRNA expression, result in decreased mtDNA copy number and accumulation of deleted mitochondrial genomes. For NHEJ proteins, similar isoforms of DNA-PKcs and the Ku70 subunit were detected in all cellular compartments. On the other hand, antibodies against the Ku86 subunit detected a smaller band in mitochondrial extracts (50 KDa), lacking the N-terminal region of the canonical isoform detected in the nucleus (86 KDa). The mitochondrial Ku70/50 heterodimer interacts with mitochondrial DNA ligase III, suggesting a role in DSBR. Moreover, stability of the mtKu heterodimer is regulated by ATM. Hydrogen peroxide treatment, which induces DSBs, increases mtKu70/50 association with the mtDNA and cells with reduced Ku levels, also induced by shRNA transfection, have lower mtDNA copy number and accumulate mtDNA damage. Moreover, mitochondrial extracts from Ku knockdown cells show lower NHEJ repair activity in an in vitro assay, suggesting that damage accumulation in these cells is likely due to deficiencies in NHEJ. Together, our data suggest that both HR and NHEJ operate in mitochondria. Also, mtNHEJ requires the Ku heterodimer and is involved in mtDNA maintenance. Moreover, our results indicate that there is a significant molecular and functional conservation between NHEJ and HR repair pathways in the nucleus and in mitochondria, which reinforces their importance for maintenance of mitochondrial genomic stability and, likely mitochondrial function.