Myocardial and skeletal muscle high energy phosphate metabolism is abnormal in heart failure, but the pathophysiology is not understood. Plasma non-esterified fatty acids (NEFA) increase in heart failure due to increased sympathetic drive, and regulate the transcription of mitochondrial uncoupling protein-3 (UCP3), through peroxisome proliferator-activated receptor-α. The aim of the work in this thesis was to determine whether cardiac PCr/ATP ratios and skeletal muscle PCr kinetics during exercise were related to cardiac and skeletal muscle UCP3 levels respectively, thus providing a mechanism for the apparent mitochondrial dysfunction observed in heart failure. Patients having cardiac surgery underwent pre-operative testing, including cardiac and gastrocnemius 31P magnetic resonance spectroscopy. Intra-operatively, ventricular, atrial and skeletal muscle biopsies were taken for measurement of mitochondrial protein levels by immunoblotting, along with mitochondrial function by tissue respiration rates. Fasting plasma NEFA concentrations increased in patients with ventricular dysfunction and with New York Heart Association (NYHA) class. Ventricular UCP3 levels increased and cardiac PCr/ATP decreased with NYHA class, however, demonstrated no relationship to each other. In skeletal muscle, maximal rates of oxidative ATP synthesis (Qmax) related to functional capacity. Skeletal muscle UCP3 levels increased with NYHA class but were unrelated to skeletal muscle Qmax. Tissue respiration experiments revealed no relationship between ventricular function and indices of mitochondrial coupling, furthermore, indices of mitochondrial coupling were unrelated to tissue UCP3 levels. No evidence was found to support mitochondrial uncoupling, mediated through UCP3, as a cause of the abnormalities in cardiac and skeletal muscle high energy phosphate metabolism.

Orientador: Paulo Arruda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T23:29:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barreto_PedroPaulo_D.pdf: 2593736 bytes, checksum: 667c2ed03e1e7e51ac393087c3acc7ae (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A proteína desacopladora mitocondrial 1 (UCP1) é uma proteína mitocondrial codificada pelo núcleo capaz de desacoplar o gradiente eletroquímico usado para a síntese de ATP, dissipando a energia na forma de calor. A descoberta de homólogos e ortólogos da UCP1, sugere outros papéis fisiológicos para estas proteínas. As UCPs podem servir como uma válvula de escape, diminuindo a força protonmotiva (PMF) e reduzindo a produção de ROS em condições desfavoráveis. Plantas superexpressando UCPs se desenvolvem melhor quando submetidas a estresses bióticos e abióticos. Estas plantas demonstraram diminuição na produção de ROS, alteração no estado redox celular, além de um aumento no metabolismo energético e na fotossíntese. Neste trabalho nós investigamos os mecanismos moleculares envolvidos no metabolismo energético celular e resposta a estresses em plantas de tabaco superexpressando a UCP1 de A. thaliana. Demonstramos, através de análises moleculares e genômicas, que a superexpressão da UCP1 é capaz de provocar o aumento na respiração desacoplada em mitocôndrias isoladas, diminuir o conteúdo de ATP intracelular, e desencadear um processo de sinalização retrógrada que resulta na indução de genes mitocondriais e genes responsivos a estresses. Esta sinalização retrógrada resultou na indução do processo de biogênese mitocondrial verificado pelo aumento no número e área mitocondrial por célula, além de alterações morfológicas nestas organelas. O processo de biogênese mitocondrial nestas plantas é acompanhado pelo aumento na expressão de um grande número de genes responsivos a estresses, o que resulta no melhor desempenho e reduzida produção de ROS mitocondrial quando submetidas a estresses abióticos. A análise detalhada do transcriptoma de plantas superexpressando UCP1 em comparação com plantas selvagens demonstrou uma forte conexão entre os metabolismos mitocondrial, citoplasmático e cloroplástico para compensar as alterações provocadas pelo aumento na atividade da UCP1. Um grande número de fatores de transcrição ainda não caracterizados foram identificados e podem representar bons alvos para investigações futuras a respeito da regulação da biogênese mitocondrial e do metabolismo energético em plantas. Os resultados contidos nesta tese nos permitem melhor compreender a flexibilidade do metabolismo energético em plantas e identificar possíveis reguladores do processo de biogênese mitocondrial e resposta a estresses em plantas / Abstract: The mitochondrial uncoupling protein 1 (UCP1) is a nuclear-encoded mitochondrial protein capable of uncouple the electrochemical gradient used for ATP synthesis, dissipating energy as heat. The discovery of UCP1 homologues, and its corresponding orthologues suggest diverse physiological functions for these proteins. UCPs may serve as an escape valve, decreasing the proton motive force (PMF) and preventing ROS production under unfavorable conditions. Plants overexpressing UCPs perform better under biotic and abiotic stresses. These plants show diminished ROS production, alteration of cell redox homeostasis, increased energy metabolism and photosynthesis. In this work we investigated the molecular mechanisms underlying cell energy metabolism and stress response in tobacco plants overexpressing an Arabidopsis thaliana UCP1. We demonstrated through molecular, cellular and genomic tools that UCP1 overexpressing plants is capable of increasing uncoupled respiration of isolated mitochondria, decrease intracellular ATP levels, and trigger a retrograde signaling that resulted in a broad induction of mitochondrial and stress response genes. The retrograde signaling resulted in the induction of mitochondrial biogenesis verified by increased mitochondrial number, area and alterations on mitochondrial morphology. The increased mitochondrial biogenesis in these plants accompanied by the broad increase in the expression of stress responsive genes, may be responsible for the diminished ROS production and the better performance of these plants when submitted to several abiotic stresses. We also performed a detailed analysis of the transcriptome expression of the UCP1 overexpressing plants as compared with the wild type plants. We verified that the UCP1 overexpressing plants exhibited a tight connection between mitochondrial, cytoplasm and chloroplast energy metabolism to accommodate the alterations caused by the increased UCP1 activity. A number of uncharacterized transcription factors seem to be good targets for future investigations on the regulation of plant mitochondrial biogenesis and energy metabolism. The results presented in this work allowed a better understanding of the flexibility of energy metabolism in plants, and the use of this mechanism to identify possible regulators of plant mitochondrial biogenesis and stress response / Doutorado / Bioinformatica / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-03-24T12:31:54Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação - Raphael Silva da Cruz - 2014.pdf: 2331298 bytes, checksum: 48f73362fb99734396ab1734092aeb86 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-03-24T14:11:11Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação - Raphael Silva da Cruz - 2014.pdf: 2331298 bytes, checksum: 48f73362fb99734396ab1734092aeb86 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-24T14:11:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação - Raphael Silva da Cruz - 2014.pdf: 2331298 bytes, checksum: 48f73362fb99734396ab1734092aeb86 (MD5) Previous issue date: 2014-09-29 / The increase of the elderly population requires the development of strategies to minimize the negative effects of advancing chronological age in the body. The sarcopenia is one of the main changes observed in aging that causes loss of muscle strength. The assessment of hand grip strength (HGS) is an important variable to estimate the impairment of overall muscular strength of a person and is used as an indicator in several countries. Has been highlighted the genetic susceptibility studies underlying the aging phenomenon. In this context, the objective of this study was to evaluate the possible relationship between the SNPs rs1800849 and rs15763 of UCP3 gene and the HGS in adults. This study was a cross-sectional that included 161 individuals from Goiás population, who underwent an evaluation of HGS, and the collection of biological samples for genotyping by qPCR of polymorphic sites rs15763 and rs1800849 of UCP3 gene. Of the participants, 69.9% were women. The mean age was 50.5 (± 19.9) years and the HGS was 29.7 (± 14.6) kgf. We observed a negative and statistically significant correlation between FPP and age (r = -0.55; p≤0,0001). Regarding the polymorphism CC individuals were stronger than those individuals TT + CT for both SNPs. The maximum of HGS was between 30 to 50 years. The greatest decrease of HGS/ year was associated with genotypes that had the T allele for both SNPs studied. Individuals who presented the T allele in rs18949 had 1,684 times more likely to reduce the HGS in relation to genotype rs15763, the OR was 1.876. The UCP3 appears to be an important variable to modulate muscle strength and therefore may be a useful marker to monitor the aging process. This data from will contribute to the specialized attention to health, especially for the elderly population group. / O aumento da população de idosos requer o desenvolvimento de estratégias que possam minimizar os efeitos negativos do avanço da idade cronológica no organismo. A sarcopenia é uma das principais alterações observada no envelhecimento que causa perda de força muscular. A avaliação da força da preensão palmar (FPP) é uma variável importante para se estimar o comprometimento da força muscular global de uma pessoa, sendo usada como indicador em diversos países. Tem merecido destaque os estudos de susceptibilidade genéticas subjacente ao fenômeno do envelhecimento. Neste contexto, o objetivo do presente estudo foi avaliar a possível relação entre os SNPs rs15763 e rs1800849 do gene UCP3 e a FPP em adultos. O presente estudo foi do tipo transversal, composto por161 participantes da população goiana, que foram submetidos a uma avaliação da FPP, e a coleta de amostras biológicas para a genotipagem através da qPCR dos sítios polimórficos rs15763 e rs1800849 do gene UCP3. Dos participantes, 69,9% eram mulheres. A média da idade foi 50,5 (±19,9) anos, e a da FPP foi de 29,7 (±14,6) kgf. Observou se correlação negativa e estatisticamente significativa entre FPP e idade (r=-0,55; p≤0,0001). Quanto ao polimorfismo os indivíduos CC eram mais fortes dos que os indivíduos CT+TT para os dois SNPs. O pico de FPP dos participantes foi entre 30 a 50 anos. O decréscimo maior de FPP/ano foi associado ao genótipos que apresentavam o alelo T (CT+TT) para ambos os SNPs estudados. Os indivíduos que aprestaram o alelo T em rs18949 tiveram 1,684 (p=0,001) vezes mais chance de reduzir a FPP e em relação ao genótipo rs15763, o OR foi de 1,876 (≤0,0001). A avaliação da qualidade de vida indicou valores altos nos domínios do SF-36, o domínio aspecto social apresentou maior escore com 84,1 e o domínio aspecto físico o menor com 66,1. A desacoplação mediada por UCP3 parece ser uma variável importante para modular a força muscular e, portanto, pode ser um marcador útil para se acompanhar o processo do envelhecimento. Nesse contexto, os dados deste estudo contribuirão para a atenção especializada à saúde, sobretudo para o grupo populacional de idosos.