A existência de uma proteína mitocondrial desacopladora em plantas, PUMP, foi demonstrada em 1995. A PUMP, como a proteína desacopladora de mitocôndrias de tecido adiposo marrom, UCP1, e outras proteínas homólogas descobertas posteriormente, aumenta a condutividade de membrana a H+. Nucleotídeos de purina, PN, inibem a atividade das proteínas desacopladoras e o mecanismo de condução de H+ depende da presença de ácidos graxos livres, FFA. A atividade e a expressão da PUMP são estimuladas pela exposição ao frio e mudam durante o amadurecimento de frutos. A expressão do gene da PUMP de Arabidopsis thaliana em E. coli permite a obtenção de AtPUMP. Neste trabalho, analisando a funcionalidade da AtPUMP incorporada em proteolipossomos, demonstramos que esta proteína é funcional. A incorporação de proteínas desacopladoras em proteolipossomos fornece um sistema modelo que permite analisar as suas propriedades funcionais e mecanísticas. A condutância a H+ em proteolipossomos contendo PUMP isolada de batata foi claramente ativada por FFA. Contudo, a inibição por PN não se mostrou reprodutível. A AtPUMP, reconstituída em proteolipossomos, foi ativada por FFA com Km\'s aparentes de: 42 µM (ácido linoleico, LA), 55 µM (ácido láurico) e 70 µM (ácido palmítico), e inibida por PN com Ki\'s aparentes de: 0.8 mM (GDP), 0.85 mM (ATP), 0.98 mM (GTP) e 1.4 mM (ADP). O efluxo de H+ ativado por LA mediado por AtPUMP aumentou exponencialmente em função do potencial transmembrânico (Δψ). O coeficiente de partição (KP) entre a fase aquosa e proteolipossomos contendo AtPUMP para o LA de 64170, foi ~1,6 vezes superior que ao KP obtido para o LA em lipossomos. Em ensaios de ligação obtidos usando microcalorimetria de titulação isotérmica (ITC), determinou-se que a AtPUMP tem, provavelmente, dois sítios de ligação para o LA e que essa interação é exotérmica. Em ensaios de microcalorimetria com suspensão de mitocôndrias de batatas, determinou-se que há uma correlação linear entre o calor produzido e o oxigênio consumido (65,6 kcal/mol O2) quando a PUMP foi ativada por LA. Através dos resultados obtidos até então, concluo que a PUMP (AtPUMP) é um desacoplador mitocondrial presente em plantas. Os estudos apresentados aqui, de reconstituição em lipossomos, foram essenciais para a compreensão da regulação da atividade dessa proteína. Além disso, foram obtidas as primeiras medidas diretas de liberação de calor pela PUMP por microcalorimetria. / In 1995, a plant mitochondrial uncoupling protein, PUMP, was first described. PUMP, like the known uncoupling protein from brown adipose tissue, UCP1, increases the inner mitochondrial membrane permeability to H+. H+ transport is dependent on the presence of free fatty acids, FFA, and it is inhibited by purine nucleotides, PN. PUMP expression and activity are stimulated by cold exposure, which may vary during fruit ripening. By expressing a full length cDNA encoding the Arabidopsis UCP in E. coli, the recombinant AtPUMP was obtained. In this study, AtPUMP was incorporated in proteoliposomes and the functionality of the protein was demonstrated. The incorporation of uncoupling proteins in proteoliposomes constitutes a model that allows the functional and the mechanistic analysis of these proteins. The H+ conductance mediated by reconstituted potato PUMP was, undoubtedly, activated by FFA. However, the inhibition by PN was not reproducible. Reconstituted AtPUMP was activated by FFA and the apparent Km\'s were determined: 42 µM (linoleic acid, LA), 55 µM (lauric acid) and 70 µM (palmitic acid). Reconstituted AtPUMP was inhibited by PN, and the apparent Kis were determined: 0.8 mM (GDP), 0.85 mM (ATP), 0.98 mM (GTP) and 1.4 mM (ADP). AtPUMP mediated H+ efflux rate, activated by LA, was exponentially dependent on membrane potential (Δψ). The partition coefficient (KP) between the aqueous phase and the membrane phase was determined for LA. The KP was 1.6 times higher for AtPUMP proteoliposomes than for liposomes. Using Isothermal Titration Microcalorimetry (ITC), we verified that there is a linear correlation between the heat produced and oxygen depletion (65,2 kcal/mol O2) in a suspension of potato mitochondria, when PUMP was activated by LA. Using ITC we also determined that LA might bind to two different sites in AtPUMP. Based on the results obtained, we concluded that PUMP (or AtPUMP) is a plant mitochondrial uncoupler. The reconstitution assays permitted the study of FFA and PN regulation. In addition, our results represent the first direct confirmation that fatty acids regulate heat release in plant mitochondria, a process that may play a role in cold adaptation, fruit ripening and flower blossoming.

Na fase crônica da doença de Chagas, 70% dos pacientes são assintomáticos, 20-30% apresentam a forma cardíaca e 8% a digestiva. A influência da heterogeneidade genética das cepas de Trypanosoma cruzi na evolução da forma clínica foi cogitada. Neste trabalho, utilizamos PCRs para genes do maxicírculo de T. cruzi para caracterizar parasitas isolados de 75 pacientes com a forma assintomática ou cardíaca. Verificamos que os genes que codificam as subunidades 7 (ND7) e 4 (ND4) da NADH desidrogenase (complexo I mitocondrial) apresentam deleções em algumas cepas. No entanto, não observamos correlação entre as deleções nos genes e as formas clínicas. Investigamos alguns parâmetros do funcionamento da mitocôndria em cepas controle e com mutações. Verificamos que as deleções em ND7 ou ND4 não afetam a velocidade de consumo de oxigênio em epimastigotas permeabilizados com digitonina, concluindo que o complexo I mitocondrial não é funcional neste estágio. Observamos que os níveis de produção de H2O2 pela mitocôndria não guardam relação com a presença das mutações. / In the chronic phase of Chagas disease, 70% of the patients are asymptomatic, 20-30% develop the cardiac form and 8% the digestive form. The influence of the genetic heterogeneity of Trypanosoma cruzi strains in the outcome of the clinical presentation has been considered. In this study, we employed PCR assays targeted to T. cruzi maxicircle genes to genotype parasite isolates from 75 patients with the asymptomatic or cardiac forms. We verified that the genes that code for subunits 7 (ND7) and 4 (ND4) of the NADH dehydrogenase (mitochondrial complex I) show deletions in some strains. Nevertheless, we found no correlation between the presence of the deletions and the clinical presentations. We investigated some mitochondrial functional parameters in control and mutant strains. We observed that deletions in ND7 or ND4 do not affect the rate of oxygen consumption in epimastigotes permeabilized with digitonin. We conclude that complex I is non-functional in this stage. We observed no correlation between mitochondrial production of H2O2 and the gene deletions.

Eventos isquêmicos seguidos por reperfusão levam ao dano celular e mitocondrial devido à abertura do poro de transição de permeabilidade mitocondrial (TPM). Todavia, o pré-condicionamento evita o dano celular por isquemia e reperfusão. Esse efeito protetor é semelhante ao obtido pela abertura do canal mitocondrial de potássio sensível a ATP (mitoKATP). Aqui, nós mostramos os mecanismos de sinalização que ativam o mitoKATP durante o pré-condicionamento, o papel redox destes canais e seu conseqüente mecanismo protetor. Usando células cardíacas HL-1, nós demonstramos que aumentos em espécies reativas de oxigênio (EROs) observadas durante o pré-condicionamento não foram revertidos por antagonistas do mitoKATP, que significativamente evitaram a proteção pelo pré-condicionamento. Isso sugere que essas espécies são formadas anteriormente à abertura do canal. Consistente com essa hipótese, a adição de catalase a corações perfundidos de rato e a células HL-1 promove reversão dos efeitos benéficos do pré-condicionamento, mas não do diazóxido (um agonista do mitoKATP). Por outro lado, 2-mercaptopropionil glicina preveniu a cardioproteção em ambos os casos, sugerindo que este composto deve apresentar outros efeitos além de antioxidante. De fato, verificamos que agentes redutores tiólicos interferem na ativação do mitoKATP mediada pelo diazóxido em mitocôndrias isoladas de coração de rato. Examinando como o mitoKATP pode ser ativado durante o pré-condicionamento, constatamos que EROs endógenas e exógenas fortemente ativaram o mitoKATP, sugerindo que o moderado aumento nas EROs durante o pré-condicionamento pode ativar esse canal. Uma vez ativado, o canal preveniu as condições (captação de Ca2+ e formação de EROs) que favorecem a ocorrência de TPM em situação de isquemia. A atividade deste canal também leva à diminuição de EROs gerados fisiologicamente ou durante períodos de isquemia e reperfusão, evitando o dano celular conseqüente. Este fato não envolveu nenhum aumento nos sistemas de remoção de oxidantes. Por outro lado, a inibição da TPM, usando ciclosporina A, preveniu o estresse oxidativo somente durante a reperfusão, mas protegeu as células de maneira indistinguível da abertura do mitoKATP. Juntos, nossos resultados sugerem que o mitoKATP age como um sensor para as EROs que diminui a sua geração em resposta a níveis aumentados de oxidantes. Em conseqüência, estes canais regulam o balanço redox em condições fisiológicas e previnem o estresse oxidativo em condições patológicas, inibindo com isso a ocorrência de TPM e morte celular isquêmica. / Ischemia followed by reperfusion results in impairment of cellular and mitochondrial functionality due to opening of mitochondrial permeability transition (MPT) pores. Nevertheless, preconditioning rescues cells from ischemic damage. Mitochondrial ATP-sensitive K+ channel (mitoKATP) opening also prevents cardiac ischemic cell death. Here we show the signaling mechanisms that activate mitoKATP during preconditioning, the redox role of these channels and consequent protective mechanisms. Using cardiac HL-1 cells, we found that increases in reactive oxygen species (ROS) observed during preconditioning were not inhibited by mitoKATP antagonists, although these drugs significantly avoided the protection afforded by preconditioning, suggesting their activation occurrs upstream of channel activity. Consistent with this, catalase addition to perfused rat hearts and HL-1 cells reversed the beneficial effects of preconditioning, but not of diazoxide (a mitoKATP agonist). On the other hand, 2-mercaptopropionylglycine prevented cardioprotection in both cases, suggesting this compound may present effects other than scavenging ROS. Indeed, thiol reducing agents impaired diazoxide-mediated activation of mitoKATP in isolated rat heart mitochondria. We found that endogenous or exogenous ROS strongly enhanced mitoKATP activity, suggesting that moderate increments in ROS release during preconditioning may activate mitoKATP. Furthermore, mitoKATP prevented conditions (Ca2+ uptake and ROS formation) that favor the opening of MPT pores under ischemic conditions. MitoKATP opening decreased ROS generation physiologically and during both ischemia and reperfusion, consequently avoiding cellular damage. This prevention does not involve an increase in oxidant removal systems. On the other hand, the inhibition of MPT, using cyclosporin A, prevented oxidative stress only during simulated reperfusion, but protected cells in a manner indistinguishable from mitoKATP opening. Collectively, our results suggest that mitoKATP acts as a ROS sensor that decreases mitochondrial ROS generation in response to enhanced local levels of oxidants. As a result, these channels regulate mitochondrial redox state under physiological conditions and prevent oxidative stress under pathological conditions, inhibiting MPT opening and ischemic cardiac damage.

Introdução: Wistar Audiogenic Rats (WAR) é modelo experimental desenvolvido na Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, para estudo da epilepsia, entretanto, a seleção genética em resposta aos comportamentos de crises audiogênicas também trouxe à tona alterações no metabolismo energético nesses animais. Dois estudos são relevantes deste ponto de vista, no primeiro Botion e Doretto observaram que WAR após serem estimulados apresentam: (a) valores de glicemia maior em relação ao Wistar; (b) aumento no lactato circulante - o que pode indicar deficiência na fosforilação oxidativa (OXPHOS); (c) aumento da atividade adrenérgica, induzindo dessensibilização da via lipolítica ?-adrenérgica no tecido adiposo epididimal. Pereira e colaboradores investigando o metabolismo de carboidratos relataram: (a) aumento na via glicólica; (b) translocação de GLUT4 aumentada no músculo gastrocnêmico e (c) redução nos níveis de glicogênio muscular. Objetivo: Diante desses achados o presente estudo tem como objetivo elucidar o metabolismo energético mitocondrial e sua relação com as crises epiléticas induzidas por estímulos sonoros. Resultados: Através de analises comportamentais e calorimetria indireta, relatamos que WAR possui perfil ansiogênico e tem preferência em oxidar aminoácidos; utilizando biopsias de tecido hepático, musculo esquelético e cardíaco, observamos maior densidade mitocondrial, acompanhada de maior geração de H2O2 e como consequência maior estresse oxidativo; na busca para elucidar com maior destreza, realizamos isolamento da fração mitocondrial do tecido hepático, e concluímos que não há maior geração de H2O2 por mitocôndria, porém há um enriquecimento proteico (algumas proteínas funcionais - como as envolvidas na OXPHOS- e outras não-funcionais - como as UCPs), além de relatarmos maiores níveis de proteínas envolvidas na dinâmica mitocondrial, desse modo podemos concluir que WAR possuem maior densidade mitocondrial e mitocôndrias com maior eficiência; o mesmo perfil mitocondrial foi observado no tecido cerebral. Após tratamento com DNP e NAC, observamos redução do estresse oxidativo no tecido cerebral, porém apenas NAC reduziu a severidade da crise, assim concluímos que o suave desacoplamento induzido por DNP não é capaz de reduzir de forma significativa a severidade da crise, porém a inibição da glicólise pelo NAC, alterou a bioenergética cerebral é capaz a reduzir a severidade da crise, deixando evidenciado que o metabolismo energético tem papel essencial/relevante na crise epilética induzida por estímulos sonoros em WAR, enquanto o estresse oxidativo tem papel secundário. / Introduction: Wistar Audiogenic Rats (WAR) is an experimental model developed in the Ribeirão Preto Medical School, for the study of epilepsy, however, the genetic selection in response to the behaviors of audiogenic crisis also brought up changes in energy metabolism in these animals. Two studies are relevant from this point of view, in the first Botion and Doretto observed that WAR after being stimulated present: (a) higher blood glucose values in relation to the Wistar; (b) Increase in circulating lactatewhich may indicate deficiency in oxidative phosphorylation (OXPHOS); (c) Increased adrenergic activity. Pereira and collaborators investigating the metabolism of carbohydrates reported: (a) increase in glycolysis; (b) Translocation of GLUT4 increased in gastrocnemius muscle and (c) reduction in muscle glycogen levels. Objective: In the face of these findings, the present study aims to elucidate the mitochondrial energy metabolism and its relation to the epileptic crises induced by sound stimuli. Results: Through behavioral analysis and indirect calorimetry, we report that WAR has reduced exploratory activity and has preference to oxidize amino acids; Using biopsies of liver tissue, skeletal and cardiac muscles, we observe greater mitochondrial density, accompanied by greater generation of H2O2 and as a result of greater oxidative stress; in the search to elucidate with greater dexterity, we perform isolation of the mitochondrial fraction of the hepatic tissue, and we conclude that there is no greater generation of H2O2 by mitochondria, but there is a protein enrichment (some functional proteins - such as those involved in OXPHOS - and other nonfunctional ones - such as UCPs), in addition to reporting higher levels of proteins involved in mitochondrial dynamics, so we can conclude that WAR has greater mitochondrial density and mitochondria more efficiently; the same mitochondrial profile was observed in the brain tissue. After treatment with DNP and NAC, we observed reduction of oxidative stress in the brain tissue, but only NAC reduced the severity of the crisis, so we conclude that the smooth decoupling induced by DNP is not able to significantly reduce the severity of the crisis, however the inhibition of glycolysis by the NAC, altered the brain bioenergetics is able to reduce the severity of the crisis, leaving evidence that the energy metabolism has essential/relevant role in the epileptic crisis induced by sound stimuli in WAR, while oxidative stress has secondary role.

Introdução: Wistar Audiogenic Rats (WAR) é modelo experimental desenvolvido na Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, para estudo da epilepsia, entretanto, a seleção genética em resposta aos comportamentos de crises audiogênicas também trouxe à tona alterações no metabolismo energético nesses animais. Dois estudos são relevantes deste ponto de vista, no primeiro Botion e Doretto observaram que WAR após serem estimulados apresentam: (a) valores de glicemia maior em relação ao Wistar; (b) aumento no lactato circulante - o que pode indicar deficiência na fosforilação oxidativa (OXPHOS); (c) aumento da atividade adrenérgica, induzindo dessensibilização da via lipolítica ?-adrenérgica no tecido adiposo epididimal. Pereira e colaboradores investigando o metabolismo de carboidratos relataram: (a) aumento na via glicólica; (b) translocação de GLUT4 aumentada no músculo gastrocnêmico e (c) redução nos níveis de glicogênio muscular. Objetivo: Diante desses achados o presente estudo tem como objetivo elucidar o metabolismo energético mitocondrial e sua relação com as crises epiléticas induzidas por estímulos sonoros. Resultados: Através de analises comportamentais e calorimetria indireta, relatamos que WAR possui perfil ansiogênico e tem preferência em oxidar aminoácidos; utilizando biopsias de tecido hepático, musculo esquelético e cardíaco, observamos maior densidade mitocondrial, acompanhada de maior geração de H2O2 e como consequência maior estresse oxidativo; na busca para elucidar com maior destreza, realizamos isolamento da fração mitocondrial do tecido hepático, e concluímos que não há maior geração de H2O2 por mitocôndria, porém há um enriquecimento proteico (algumas proteínas funcionais - como as envolvidas na OXPHOS- e outras não-funcionais - como as UCPs), além de relatarmos maiores níveis de proteínas envolvidas na dinâmica mitocondrial, desse modo podemos concluir que WAR possuem maior densidade mitocondrial e mitocôndrias com maior eficiência; o mesmo perfil mitocondrial foi observado no tecido cerebral. Após tratamento com DNP e NAC, observamos redução do estresse oxidativo no tecido cerebral, porém apenas NAC reduziu a severidade da crise, assim concluímos que o suave desacoplamento induzido por DNP não é capaz de reduzir de forma significativa a severidade da crise, porém a inibição da glicólise pelo NAC, alterou a bioenergética cerebral é capaz a reduzir a severidade da crise, deixando evidenciado que o metabolismo energético tem papel essencial/relevante na crise epilética induzida por estímulos sonoros em WAR, enquanto o estresse oxidativo tem papel secundário. / Introduction: Wistar Audiogenic Rats (WAR) is an experimental model developed in the Ribeirão Preto Medical School, for the study of epilepsy, however, the genetic selection in response to the behaviors of audiogenic crisis also brought up changes in energy metabolism in these animals. Two studies are relevant from this point of view, in the first Botion and Doretto observed that WAR after being stimulated present: (a) higher blood glucose values in relation to the Wistar; (b) Increase in circulating lactatewhich may indicate deficiency in oxidative phosphorylation (OXPHOS); (c) Increased adrenergic activity. Pereira and collaborators investigating the metabolism of carbohydrates reported: (a) increase in glycolysis; (b) Translocation of GLUT4 increased in gastrocnemius muscle and (c) reduction in muscle glycogen levels. Objective: In the face of these findings, the present study aims to elucidate the mitochondrial energy metabolism and its relation to the epileptic crises induced by sound stimuli. Results: Through behavioral analysis and indirect calorimetry, we report that WAR has reduced exploratory activity and has preference to oxidize amino acids; Using biopsies of liver tissue, skeletal and cardiac muscles, we observe greater mitochondrial density, accompanied by greater generation of H2O2 and as a result of greater oxidative stress; in the search to elucidate with greater dexterity, we perform isolation of the mitochondrial fraction of the hepatic tissue, and we conclude that there is no greater generation of H2O2 by mitochondria, but there is a protein enrichment (some functional proteins - such as those involved in OXPHOS - and other nonfunctional ones - such as UCPs), in addition to reporting higher levels of proteins involved in mitochondrial dynamics, so we can conclude that WAR has greater mitochondrial density and mitochondria more efficiently; the same mitochondrial profile was observed in the brain tissue. After treatment with DNP and NAC, we observed reduction of oxidative stress in the brain tissue, but only NAC reduced the severity of the crisis, so we conclude that the smooth decoupling induced by DNP is not able to significantly reduce the severity of the crisis, however the inhibition of glycolysis by the NAC, altered the brain bioenergetics is able to reduce the severity of the crisis, leaving evidence that the energy metabolism has essential/relevant role in the epileptic crisis induced by sound stimuli in WAR, while oxidative stress has secondary role.