Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Acetaminophen (APAP) is the analgesic most used in world, in therapeutic doses does not show toxicity, but in elevated doses can cause hepatic damage due the formation of his metabolic toxic N-acetyl-p-benzoquinonimine (NAPQI). The brain damage can occurs because hepatic damage a condition called hepatic encephalopathy, since the liver already show his function altered, like transform ammonia in urea, causing accumulation of ammonia in the brain, which is toxic for this organ. Furthermore, the NAPQI can cause oxidative damage and mitochondrial dysfunction on brain tissue. The diphenyl diselenide [(PhSe)2] is an organoselenium compound that exhibit antioxidant activity and potential pharmacological. The aim of this study is investigated the ability of (PhSe)2 in reversing the oxidative brain damage and mitochondrial dysfunction induced by a toxic dose of APAP. Mice received a APAP (600mg/kg), followed by a dose of (PhSe)2 (15,6 mg/kg) 1 hour latter. Four hours after APAP administration, plasma was withdrawn from the mice and used for biochemical assays of aspastate aminotransferase (AST) and alanine aminotransferase (ALT) confirming the hepatic damage. The APAP administration increase lipid peroxidation, production of reactive oxygen species and decrease in activity of Na+, K+ - ATPase enzyme. Similary, APAP caused alteration on parameters of mitochondrial function. The treatment with (PhSe)2 revert the cerebral damage induced by a single dose of APAP. / O paracetamol é o analgésico mais usado no mundo, em doses terapêuticas não apresenta nenhuma toxicidade, porém em doses elevadas pode causar dano hepático pela formação do seu metabólito tóxico N-acetil-p-benzoquinoneimina (NAPQI). O dano cerebral pode ocorrer em decorrência ao dano no fígado, uma condição chamada de encefalopatia hepática, já que o fígado pode apresentar um comprometimento das suas funções, como transformar amônia em uréia, causando um acúmulo de amônia no organismo, sendo esta tóxica para o cérebro. Além disso, o NAPQI pode causar estresse oxidativo e disfunção mitocondrial no cérebro. O disseleneto de difenila [(PhSe)2] é um composto orgânico de selênio que apresenta atividade antioxidante e potencial farmacológico. O objetivo desse estudo é verificar a capacidade do (PhSe)2 em reverter o dano cerebral e disfunção mitocondrial causada por uma dose tóxica de paracetamol. Os camundongos receberam paracetamol (600 mg/kg) e 1h após, disseleneto de difenila (15,6 mg/kg). Após 4h da administração do paracetamol, coletou-se o soro para as análises bioquímicas de aspartato aminotransferase (AST) e alanina aminotransferase (ALT) que confirmaram o dano hepático. A administração de APAP aumentou a peroxidação lipídica, a produção de espécies reativas de oxigênio e diminuiu a atividade da enzima Na+, K+ - ATPase. Da mesma forma, o APAP alterou os parâmetros de funcionalidade mitocondrial. O tratamento com (PhSe)2 reverteu o dano cerebral induzido por uma dose única de APAP.

O objetivo do presente estudo foi caracterizar a estrutura genética populacional de duas espécies de araras: Ara chloropterus e Ara macao. Foram analisadas amostras de sangue e penas de diferentes regiões no Brasil, de uma localidade na Bolívia e outra no Peru. Foram realizadas análises com DNA mitocondrial (região controladora e citocromo oxidase I) e nuclear (microssatélites) das duas espécies. Para A. chloropterus foram obtidos 2166 pares de base do DNA mitocondrial de 89 amostras e dados de seis locos de microssatélites de 95 amostras. A rede de haplótipos e a árvore de neighbor-joining construídas com dados mitocondriais e os índices de FST obtidos com os dois marcadores revelaram fraca estruturação genética. Isso pode ser devido a alto fluxo gênico apresentado ou retenção de polimorfismo ancestral. Portanto, a espécie parece se organizar em metapopulações (baixa estruturação genética e alto fluxo gênico). Nesse caso, seria interessante conservar indivíduos de diversas localidades e seus corredores. Para Muscular Dystrophy foram obtidos 2094 pares de base do DNA mitocondrial de 68 amostras e dados de sete locos de microssatélites de 64 amostras. A rede de haplótipos e a árvore de neighbor-joining construídas com dados mitocondriais e os índices de FST obtidos com os dois marcadores indicam ausência de diferenciação genética entre as localidades estudadas. A análise demográfica dessa espécie indica expansão populacional há pouco mais de 50.000 anos atrás e declínio populacional desde o último período máximo de glaciação. Estes resultados sugerem que essa espécie é constituída de uma única grande população que poderia ser considerada como uma única unidade de manejo caso outras diferenças (ex.: adaptações ecológicas locais) não sejam encontradas. Ambas as espécies estudadas apresentam alta diversidade genética, possivelmente devido a um intenso fluxo gênico dentro de cada uma. / The present study aimed to characterize the population genetic structure of two macaw species: Ara chloropterus and Ara macao. Samples from various localities in Brazil, one in Bolivia and another in Peru were analyzed. Mitochondrial (control region and cytochrome oxidase I) and nuclear (microsatellites) DNA were analyzed. For A. chloropterus 89 individuals had 2166 bp of mitochondrial DNA sequenced and 95 individuals were genotyped for six polymorphic microsatellite loci. Network and the neighbor-joining tree constructed based on mitochondrial data and FST values obtained with both molecular markers revealed weak genetic structure. This can be due to high gene flow or retained ancestral polymorphism. Thus, A. chloropterus seems to be organized in metapopulations (low genetic structure and high gene flow). Under this scenario, it would be desirable to preserve individuals from various locations and there corridors. For Muscular Dystrophy we obtained 2094 bp of mitochondrial DNA for 68 individuals and data on seven microsatellites for 64 individuals. The haplotype network and the neighbor-joining tree constructed based on mitochondrial data and FST values obtained with both molecular markers revealed no genetic differentiation among localities. The demographic analysis of this species indicated a population expansion 50,000 years ago and a population decline since the last glaciation maximum. These results suggest that this species is organized as a large population that could be considered as a single management unit for conservation purposes if other differences are not found (eg. local ecological adaptations). Both species have high genetic diversity, possibly due to extensive gene flow within each one.

Mitocôndrias desempenham um papel central na homeostase celular. Estas organelas se diferem das demais não só por suas múltiplas funções, mas por terem seu próprio genoma, distinto do genoma nuclear. Estas organelas também participam de mecanismos de morte celular de forma central nos três mecanismos mais conhecidos: apoptose, necrose e autofagia. O mtDNA está localizado na face interna da membrana mitocondrial, onde são geradas grandes quantidades de Espécies Reativas de Oxigênio (EROs). Em consequência, o mtDNA acumula modificações oxidativas, mesmo em condições normais de metabolismo. Entretanto as respostas celulares ao acúmulo de lesões no mtDNA ainda não são claras. Para investigarmos se lesões oxidativas no mtDNA causam morte celular, propomos um modelo no qual oxigênio singlete é gerado especificamente na mitocôndria, pela ação de fotossensibilizadores com diferentes localizações celulares (azul de metileno, AM, e cristal violeta, CV, citosólicos; Ro 19-8022, Ro, citosólico e nuclear). Mostramos, por microscopia confocal, que os corantes tem a localização esperada em células HeLa. Além disso, observamos que o AM gera oxigênio singlete proporcionalmente a concentração do corante e dose de fotoativação. Mostramos que células tratadas com os corantes diminuem a velocidade de duplicação 24 h após o tratamento, que resulta em morte celular. Para AM e Ro, estes efeitos foram proporcionais à concentração de corante e da dose de fotoativação. Por outro lado, CV apresentou uma alta toxicidade mesmo no escuro. Mostramos que as células tratadas com AM não apresentam fragmentação internucleossômica de DNA, típica de apoptose após 24 h e não apresentam quebras de fita e formação de sítios abásicos logo após o tratamento. Finalmente mostramos que células com depleção do número de cópias de mtDNA são menos sensíveis ao tratamento com AM e igualmente sensíveis ao tratamento com Ro que células HeLa normais, indicando que lesões oxidativas ao mtDNA determinam a sensibilidade celular ao AM. / Mitochondria play a central role in cell homeostasis. They differ from other subcellular structures not only due to their many functions but also because they have their own genome. Moreover, mitochondria also play a central role in cell death, in apoptosis, necrosis as well as autophagy. The mitochondrial DNA sits at the inner side of the inner mitochondrial membrane, where most of reactive oxygen species are generated, and in fact, mtDNA accumulates oxidative damage under normal physiological conditions. However, cellular responses to mtDNA damage are not clearly understood. In order to ascertain whether mtDNA damage induces cell death, we established a cellular model in which oxidative stress is induced exclusively in mitochondria, by using two photosensitizers that localize in the cytosol (methylene blue, MB and crystal violet, CV) and comparing to another one with diffuse distribution (Ro 19-8022, Ro). These molecules generate singlet oxygen locally upon photoactivation. Using confocal fluorescence microscopy we confirmed the cellular localization of the dyes, and found that. MB generates singlet oxygen in cells in a dose- and light-dependent fashion. Treatment with the dyes induced dose-dependent cell proliferation inhibition and cell death. The cytotoxic effects of MB and Ro were completely dependent on light-activation whereas CV induced cell death in the dark. We found that under these conditions, MB treatment did not induce internucleosomal DNA fragmentation or non-nucleosomic fragmentation, as we did not observe comet formation. These results indicate absence of nuclear DNA damage. On the other hand, cells depleted of mtDNA showed decreased sensitivity to MB but not to RO, indicating that mtDNA damage plays a key role in inducing cell death under these experimental conditions.

O envelhecimento da população mundial no último século elevou significativamente o número de casos da doença de Alzheimer (DA), bem como os custos para os sistemas de saúde pública. Apesar de avanços significativos no entendimento da fisiopatologia da doença, pouco se sabe a respeito dos mecanismos moleculares que desencadeiam a perda de memória e a morte neuronal. Resultados recentes sugerem que o acúmulo de bases oxidadas no DNA mitocondrial e alterações nas vias que removem essas lesões desempenham um papel importante na morte neuronal observada em DA. A maioria das lesões em DNA induzidas oxidativamente são removidas pela via de reparo por excisão de bases (BER, do inglês Base Excision Repair). Resultados da literatura mostraram que a atividade da via BER está reduzida no lóbulo parietal e no cerebelo de pacientes com DA, quando comparadas com amostras de indivíduos com cognição normal da mesma faixa etária. Entretanto, esse trabalho mediu a atividade de BER apenas em extratos celulares totais. No presente estudo, foram medidas as atividades de BER em extratos mitocondriais de cérebros de indivíduos com DA, uma vez que lesões no DNA mitocondrial acumulam mais significativamente nos pacientes. Para testar a hipótese que alterações em BER mitocondrial estão associadas ao desenvolvimento da doença, foram analisadas atividades de BER em mitocôndrias em duas regiões cerebrais de indivíduos normais, indivíduos com DA e um grupo de indivíduos que apresentam alterações neuropatológicas de DA (agregados proteicos), porém que se mantiveram cognitivamente normais, nomeados DA assintomático. A atividade da enzima AP endonuclease apresentou-se elevada no cerebelo do grupo DA assintomático, enquanto que não apresentou variação no córtex temporal. Esses resultados sugerem que a preservação de APE1 no grupo DA assintomático pode exercer um papel protetor às lesões neuropatológicas, bem como indicar que as regiões cerebrais apresentam suscetibilidade distinta aos danos. Já a atividade de uracil DNA glicosilase está reduzida no cerebelo tanto em indivíduos com DA quanto com DA assintomático, quando comparados ao grupo controle, enquanto que, no córtex temporal, a redução é verificada somente no grupo DA. Além disso, observou-se que a atividade de UDG e o critério Braak apresentam uma correlação negativa. Os resultados referentes à enzima UDG sugerem que a redução da sua atividade compromete a viabilidade neuronal tornando as células mais propensas às lesões da DA. Assim, o comprometimento da via BER em mitocôndriais de cérebros humanos pode contribuir para os eventos moleculares que ocasionam a morte neuronal associada ao desenvolvimento de DA. / The number of Alzheimer\'s disease cases (AD) has increased steadly over the last century, paralleling a sharp rise in mean Iife expectancy. Consequently, AD- associated public health costs have also increased. Despite several important findings in AD physiopathology, a clear understanding of the molecular events leading to memory loss and neuronal death is still lacking. Recent results show that oxidized DNA lesions accumulate in mitochondrial DNA in neurodegenerative diseases, including AD. Moreover, alterations in DNA repair may also play a causative role in neuronal death. Most oxidized lesions are repaired by the Base Excision Repair (BER) pathway. It has been recently shown that BER activities are reduced in whole cell extracts from parietal lobule and cerebellum from AD patients, when compared with age-matched controls. As accumulation of oxidized bases is seen more prominently in mitochondrial DNA, here we investigated whether changes in BER activities in mitochondria are associated with the development of AD. Thus, we measured BER activities in mitochondria from two brain regions from age-matched normal individuais, AD patients and a group of individuais that show AD-like neuropathological alterations but remained cognitively normal, thus called asymptomatic AD. AP endonuclease activity is elevated in asymptomatic AD cerebellum, while not changed in temporal cortex. Theses results suggest that APE1 activity in asymptomatic AD may play a protective role against neuropatological lesions, and indicate that brain regions show different susceptibility to damage. On the other hand, uracil DNA glycosylase activity is reduced in cerebellum in both AD and asymptomatic individuais, when compared to controls. In temporal cortex, this reduction is observed only in AD group. In addition, UDG activity and Braak stage showed a significant negative correlation. These results indicate that decreased UDG activity may compromise neuronal viability, making the cells more prone to AD lesions. Thus, impairtment of BER in human brain mitochondria may contribute to the molecular events that cause neuronal death during the development of this disease.

El 17��-estradiol (E2) es un factor de riesgo tanto en la iniciaci��n como en la progresi��n de c��nceres hormonodependientes. El E2 modula el estr��s oxidativo afectando, entre otras, a la proliferaci��n celular y por tanto en el proceso tumorig��nico. Los objetivos de la presente tesis fueron, estudiar la acci��n de las hormonas sexuales en la modulaci��n del estr��s oxidativo en las c��lulas cancerosas, y el estudio de la importancia del balance de los receptores estrog��nicos alfa y beta (ER�� y ER��) en la acci��n del E2 en la funci��n, la biog��nesis y la din��mica mitocondrial, as�� como en el control del estr��s oxidativo. Los resultados obtenidos en la presente tesis la importancia de la acci��n de E2 a trav��s de los diferentes receptores sobre el estr��s oxidativo, la funci��n, la din��mica y la biog��nesis mitocondrial, tanto en l��neas celulares como en tumores de mama.

[EN] Post-transcriptional modification of the wobble uridine (U34) of a tRNA set is an evolutionary conserved process, produced by homologous proteins from the MnmA/MTU1, MnmE/GTPBP3 and MnmG/MTO1 families. Mutations in the human genes MTU1 and GTPBP3 or MTO1 produce acute infantile liver failure, and hypertrophic cardiomyopathy and lactic acidosis, respectively, which usually cause lethality in the first months of life. It is assumed that the primary cause of these diseases is the lack of the modifications introduced by the MTU1 protein in position 2 (tiol) and GTPBP3 and MTO1 proteins (taurinomethylation) in position 5 at U34 in a subgroup of mt-tRNAs. Nevertheless, the molecular mechanisms underlying these diseases (and other diseases associated with such modifications) are not clear. The reason why the typical defects of oxidative phosphorylation (due to impaired mitochondrial translation) produce such wide range of phenotypes is still unknown. Our hypothesis sustains that the mitochondria-nucleus retrograde signaling pathways triggered by the hypomodification at position 2 and 5 of U34 are different, and that each nuclear response is modulated by the genetic and epigenetic programs of cells and organisms. In this work, we have used the nematode Caenorhabditis elegans as a model organism to study the effects of inactivating the homologue proteins to MTU1, GTPBP3 and MTO1, which we have named as MTTU-1, MTCU-1 and MTCU-2, respectively. We have proved that these nuclear encoded proteins are located in mitochondria and are involved in U34 modification of mt-tRNAs. The mtcu-1 and mtcu-2 mutants show a reduction in fertility, while the mttu-1 mutant shows a reduction in fertility and a lengthening of the reproductive cycle (both phenotypes are thermosensitive). The phenotypes exhibited by the mttu-1, mtcu-1 and mtcu-2 mutants support our hypothesis, in which the mttu-1 single mutation, on the one hand, and the mtcu-1 and mtcu-2 single mutations, on the other hand, trigger different retrograde signaling pathways which produce specific nucear expression. Thus, a nuclear dependent phenotypic trait (as transcription or mt-tRNAs stability) and the expression of nuclear genes as ucp-4, hsp-6, hsp-60 and other genes involved in mitochondrial metabolism show a differential pattern in both group of mutants. hsp-6 and hsp-60 genes (UPRmt markers) are downregulated in mttu-1 single mutant, which could be related to fertility and reproductive cycle thermosensitivity. The three single mutants exhibit reduced expression of glycolysis and ß-oxidation genes (usually more drastic in the mttu-1 mutant), an induction of a glutaminolysis marker, and an induction of the ucp-4 gene, which encodes a transporter of the succinate to the mitochondria. Due to all three single mutants display a mild OXPHOS dysfunction, we propose that the observed changes in the expression of genes involved in the mitochondrial metabolism reveal a TCA cycle reprogramming aimed to compensate the reduction of acetil-CoA (coming from glycolysis and fatty acid oxidation) though the activation of anaplerotic pathways characterized by the succinate import to mitochondria by UCP-4 and the incorporation of 2-oxoglurate from glutaminolysis. We also analyze the effects of the simultanous suppression of modifications at positions 2 and 5 of U34 in C. elegans. The double mutant mtcu-2;mttu-1 displayed a severe OXPHOS dysfunction and a 5-fold higher AMP/ATP ratio, which was associated with embryonic lethality, developmental arrest in primary larval stages, penetrant sterility in adults and extended lifespan. This lifespan extension is modulated by signaling pathways which depend on AMPK (specifically on AAK-1 catalitic subunit) and steroid hormones, through DAF-9 and DAF-12 proteins. This work shows the important gene reprogramming related to mitochondrial metabolism in response to U34 hypomodification of mt-tRNAs, and shows new connexions between signaling pathways that extend lifespan. / [ES] La modificación post-transcripcional de la uridina de tambaleo (U34) de ciertos tRNAs es un proceso conservado evolutivamente, realizado por proteínas homólogas de las familias MnmA/MTU1, MnmE/GTPBP3 y MnmG/MTO1, y biológicamente relevante. De hecho, mutaciones en los genes humanos MTU1 y GTPBP3 o MTO1 causan fallo hepático infantil agudo y cardiomiopatía hipertrófica infantil, respectivamente, que producen letalidad durante los primeros meses de vida. Se asume que la causa primaria de estas enfermedades es la ausencia de las modificaciones introducidas por la proteína MTU1 en la posición 2 (tiol) y las proteínas GTPBP3 y MTO1 (taurinometil) en la posición 5 de la U34 en un grupo de mt-tRNAs. Se desconocen los mecanismos subyacentes y las razones por las que el déficit de OXPHOS resultante en todos los casos (atribuido a alteraciones de la traducción mitocondrial de proteínas) produce fenotipos tan diversos. Nuestra hipótesis es que la señalización retrógrada mitocondria-núcleo promovida por la hipomodificación de los mt-tRNAs en 2 ó 5 de la U34 es diferente y la respuesta nuclear viene modulada por el programa genético y epigenético de células y organismos. Hemos utilizado el nematodo C. elegans como modelo para estudiar los efectos producidos por la inactivación de las proteínas homólogas de MTU1, GTPBP3 y MTO1 a las que hemos denominado MTTU-1, MTCU-1 y MTCU-2. Hemos comprobado que estas proteínas, codificadas por el núcleo, son de localización mitocondrial y están implicadas en la modificación de la U34 de los mt-tRNAs. Los mutantes mtcu-1 y mtcu-2 presentan una reducción en su fertilidad y, en el caso del mutante simple mttu-1, fenotipos asociados a termosensibilidad. Los fenotipos exhibidos por los mutantes mttu-1, mtcu-1 y mtcu-2 sustentan la hipótesis de que la mutación mttu-1, y las mutaciones mtcu-1 y mtcu-2 promueven señales retrógradas diferentes que producen patrones de expresión nuclear específicos. Así, un rasgo fenotípico dependiente de genes nucleares (como lo es la transcripción y/o estabilidad de los mt-tRNAs) y la expresión de genes nucleares como ucp-4, hsp-6, hsp-60 y otros implicados en el metabolismo mitocondrial muestran un patrón diferente en los dos grupos de mutantes. Los genes hsp-6 y hsp-60 (marcadores de la UPRmt) están regulados a la baja en el mutante mttu-1. Los tres mutantes simples exhiben una reducción en la expresión de genes de la glicólisis y de la ß-oxidación de los ácidos grasos, una inducción en un marcador de glutaminolisis y una inducción en el gen ucp-4 (mayor en mttu-1) implicado en el transporte de succinato a la mitocondria. Dado que los tres mutantes simples presentan una disfunción OXPHOS relativamente suave, proponemos que los cambios de expresión en genes que modulan el metabolismo mitocondrial revelan una reprogramación del ciclo del TCA que compensa la disminución en el aporte de acetil-CoA procedente de glicólisis y oxidación de ácidos grasos con la activación de rutas anapleróticas del ciclo del TCA (importe de succinato a la mitocondria por UCP-4 y aporte de ¿-cetoglutarato procedente de la glutaminolisis). También analizamos los efectos de la anulación simultánea de las modificaciones en las posiciones 2 y 5 de la U34. El doble mutante mttu-1;mtcu-2 presenta una disfunción OXPHOS severa, con una ratio AMP/ATP 5 veces superior al control, que resulta en letalidad embrionaria, detención del desarrollo en estadios larvarios tempranos y esterilidad completa en los adultos que presentan, por otra parte, una longevidad unas dos veces superior a la cepa control. Este incremento de la longevidad está modulado por rutas de señalización que dependen de la subunidad catalítica AAK-1 (AMPK), y de hormonas esteroideas (proteínas DAF-9 y DAF-12). El trabajo muestra la importante reprogramación de genes relacionados con el metabolismo mitocondrial en respuesta a la hipomodificación de la U34 de los mt-tRNAs y / [CA] La modificació post-transcripcional de la uridina de balanceig (U34) de certs tRNAs és un procés conservat evolutivament realitzat per proteïnes homòlogues a les de les famílies MnmA/MTU1, MnmE/GTPBP3 i MnmG/MTO1 i biològicament relevant. De fet, mutacions en els gens humans MTU1 i GTPBP3 o MTO1 causen fallada hepàtica infantil aguda i cardiomiopatia hipertròfica infantil amb acidosis làctica, respectivament, que produïxen letalitat durant els primers mesos de vida. S'assumix que la causa primària d'aquestes malalties és l'absència de les modificacions introduïdes per la proteïna MTU1 a la posició 2 (tiol) i per les proteïnes GTPBP3 i MTO1 (taurinometil) a la posició 5 de la U34 en un grup de mt-tRNAs. Es desconeixen els mecanismes subjacents en estes malalties i les raons per les quals el dèficit de la OXPHOS resultant en tots els casos (atribuït a alteracions de la traducció mitocondrial de proteïnes) produïx fenotips tan diversos. La nostra hipòtesi és que la senyalització retrògrada mitocondria-nucli promoguda per la hipomodificació dels mt-tRNAs en 2 o 5 de la U34 és diferent i la resposta nuclear en cada cas es dependent del programa genètic i epigenètic de cèl¿lules i organismes. Hem utilitzat el nematode C. elegans com a organisme model per a estudiar els efectes produïts per la inactivació de les proteïnes homòlogues de MTU1, GTPBP3 i MTO1 a les que hem denominat MTTU-1, MTCU-1 i MTCU-2. Hem comprovat que aquestes proteïnes, codificades pel nucli, són de localització mitocondrial i estan implicades en la modificació de la U34 dels mt-tRNAs. Els mutants mtcu-1 i mtcu-2 presenten una reducció en la seua fertilitat i, en el cas del mutant mttu-1, fenotipus associats a termosensibilitat. Els fenotipus exhibits pels mutants mttu-1, mtcu-1 i mtcu-2 sustenten la hipòtesi que la mutació mttu-1, i les mutacions mtcu-1 i mtcu-2 promouen senyals retrògrads diferents que produïxen patrons d'expressió nuclears específics. Així, un tret fenotípic dependent de gens nuclears (com ho és la transcripció i/o l'estabilitat dels mt-tRNAs) i l'expressió de gens nuclears com ucp-4, hsp-6, hsp-60 i altres implicats en el metabolisme mitocondrial mostren un patró diferent en els dos grups de mutants. Els gens hsp-6 i hsp-60 (marcadors de la UPRmt) estan regulats a la baixa en el mutant mttu-1. Els tres mutants simples exhibixen una reducció en l'expressió de gens de la glicòlisi i de la ß-oxidació dels àcids grassos, una inducció en un marcador de glutaminolisi i una inducció en el gen ucp-4 (major en el mutant mttu-1) implicat en el transport de succinat a la mitocondria. Atés que els tres mutants simples presenten una disfunció OXPHOS relativament suau, proposem que els canvis d'expressió en gens que modulen el metabolisme mitocondrial revelen una reprogramació del cicle del TCA que compensa la disminució en l'aportació d'acetil-CoA procedent de la glicòlisi i de l'oxidació d'àcids grassos amb l'activació de rutes anaplerótiques del cicle del TCA (importació de succinat a la mitocondria per UCP-4 i aportació de ¿-cetoglutarat de la glutaminolisi). També s'analitzen els efectes de l'anul¿lació simultània de les modificacions en 2 i 5 de la U34. El doble mutant mttu-1;mtcu-2 presenta una disfunció OXPHOS severa, amb una ràtio AMP/ATP 5 vegades superior al control, que resulta en letalitat embrionària, detenció del desenvolupament en estadis larvaris primerencs, esterilitat completa en els adults i una longevitat unes 2 vegades superior al control. Aquest increment de la longevitat està modulat per rutes de senyalització que depenen de la subunitat catalítica AAK-1 (AMPK), i d'hormones esteroidees (a través de les proteïnes DAF-9 i DAF-12). En resum, aquest treball mostra per primera vegada a nivell d'un animal model la important reprogramació de gens relacionats amb el metabolisme mitocondrial en resposta a la hipomodificació de la U34 dels mt-tRNAs i / Navarro González, MDC. (2016). Caenorhabditis elegans as a research tool to study mitochondrial diseases associated with defects in tRNA modification [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61978

As operárias de Apis mellifera realizam diferentes tarefas de acordo com a sua idade (polietismo etário), sendo que operárias jovens cuidam da cria e quando mais velhas forrageiam. Entretanto, tal transição não segue uma cronologia fixa, mas se ajusta às necessidades da colônia, especialmente as condições nutricionais, tanto da colônia quanto dos indivíduos. Nesse sentido, abordamos a questão de como o metabolismo oxidativo no corpo gorduroso das operárias, i.e., o centro do metabolismo intermediário destes insetos, está relacionado com alterações da função das operárias na colônia e como o mesmo responde a um estresse nutritivo imposto individualmente em duas fases, na fase larval e na fase adulta. Como métodos para avaliar a atividade mitocondrial e o estado redox das células do corpo gorduroso utilizamos um sistema de respirometria de alta resolução para medir o consumo de O2, e realizamos ensaios bioquímicos para quantificar a geração de espécies reativas de oxigênio (EROs), os níveis de óxido nítrico, o número de unidades mitocondriais, e eventuais danos oxidativos resultantes. Ademais, por meio de PCR quantitativa medimos a expressão relativa de genes ligados à biogênese mitocondrial, ao sistema antioxidante e à via de sinalização por hipóxia. Na comparação destes parâmetros entre operárias nutridoras e forrageiras avaliamos separadamente os três principais compartimentos do corpo (cabeça, tórax e abdômen) uma vez que esses estão diferencialmente relacionados a tais funções. Para os tecidos da cabeça observamos que as amostras de nutridoras apresentaram maior consumo de O2, associado a uma maior produção de EROs e expressão elevada dos genes da via de hipóxia, enquanto forrageiras apresentaram maiores quantidades de transcritos dos genes do sistema antioxidantes e menores níveis de danos oxidativos. Para os tecidos do tórax observamos nas forrageiras uma maior capacidade de produção de ATP, acompanhada de uma elevada expressão de genes codificadores de enzimas do sistema antioxidante e menores níveis de danos oxidativos. Com relação aos tecidos abdominais, as abelhas nutridoras apresentaram maior atividade mitocondrial, enquanto as amostras de forrageiras apresentaram maior número de unidades mitocondriais, elevados níveis EROs e também uma expressão elevada dos genes do sistema antioxidante e da via de hipóxia. Assim, os dados revelaram uma clara mudança na atividade mitocondrial e nos padrões redox teciduais associados a esta transição de polietismo etário. Também notamos diferenças nestes parâmetros para cada compartimento do corpo analisado, refletindo uma demanda energética diferencial em cada tecido. A segunda parte do projeto teve como objetivo avaliar os mesmos parâmetros redox em uma situação de restrição alimentar em três situações distintas. O primeiro grupo experimental foi constituído de larvas que sofreram restrição calórica por umperíodo de 10 horas. O segundo grupo foi composto por abelhas recém emergidas que sofreram ou não tal restrição calórica no período larval. O terceiro grupo consistiu de abelhas que sofreram ou não restrição calórica no período larval, e após emergirem foram mantidas em caixas até atingirem a idade de 7 dias, quando foram submetidos novamente a uma restrição calórica. Para o primeiro grupo, as larvas, verificamos que após o período de restrição calórica os genes relacionados com a biogênese mitocondrial e o sistema antioxidante apresentaram níveis de expressão menores comparadas com larvas controle. Observamos também que larvas que sofreram restrição calórica apresentaram menor consumo de O2 e menores níveis de EROs. Para o segundo grupo, as abelhas recém emergidas, não observamos nenhuma diferença na expressão de genes mitocondriais e do sistema antioxidante entre as que sofreram ou não restrição calórica na fase larval, demostrando uma recuperação nestes parâmetros após o período de metamorfose. No terceiro grupo, as abelhas de 7 dias foram submetidas a uma nova restrição calórica para observar se indivíduos que passaram por a situação de estresse no período larval apresentariam uma resposta mais imediata a um estresse nutricional na fase adulta. Os resultados do terceiro grupo revelaram que abelhas que haviam sido expostas a uma situação prévia de restrição calórica, apresentaram uma redução dos transcritos de genes ligados a biogênese mitocondrial e do sistema antioxidante quando comparados ao grupo que sofreu restrição calórica apenas na fase adulta. Em conjunto nossos dados sugerem que a restrição calórica é capaz de diminuir o metabolismo oxidativo e que existe uma resposta aparentemente adaptativa em indivíduos adultos que passaram por essa situação previamente durante o desenvolvimento larval. Assim, esses resultados podem servir para direcionar estudos futuros sobre a relação entre restrição calórica, metabolismo oxidativo e longevidade nesses insetos sociais. / Apis mellifera workers perform different tasks according to their age (age polyethism), where young workers care for the brood and older ones become foragers. However, this a transition does not follow a fixed chronology, but is fitted to the needs of the colony, especially the nutritional conditions of both, the colony and the individual bee. In this sense, we address the question of how oxidative metabolism in the fat body of the workers, e.g., the center of the intermediary metabolism of these insects, is related to changes in the function of the workers in the colony, and how these parameters responds to a nutritional stress imposed individually in two stages, in the larval and adult phase. For evaluating mitochondrial activity and the redox status of fat body cells we used a high resolution respirometry system to measure O2 consumption, and we performed biochemical assays to measure the generation of reactive oxygen species (ROS), levels of nitric oxide, the number of mitochondrial units, and eventual oxidative damages. Furthermore, using quantitative PCR, we measured the relative expression of genes linked to mitochondrial biogenesis, to the antioxidant system, and to the hypoxia signaling pathway. In the comparison of these parameters between nurse and forager workers, we evaluated separately the three main body compartments (head, thorax and abdomen), since these are differentially related to these functions. For the head tissues, we observed that nurses showed higher O2 consumption, associated with higher ROS production and elevated expression of hypoxia pathway genes, while foragers presented higher amounts of transcripts of the antioxidant system genes and lower levels of oxidative damages. For the thorax tissues we found in the foragers a greater capacity of ATP production, accompanied by a higher expression of genes encoding enzymes of the antioxidant system and lower levels of oxidative damage. With respect to the abdominal tissues, nurse bees presented higher mitochondrial activity, while foragers had a higher number of mitochondrial units, elevated ROS levels, and also a higher expression of genes related to the antioxidant system and hypoxia pathway. Thus, these data revealed a clear change in mitochondrial activity and redox tissue patterns associated with this transition of age polyethism. We also noticed differences in these parameters for each of the analyzed body compartment, reflecting a differential energy demand in each tissue. The second part of the project aimed to evaluate the same redox parameters in a food restriction condition in three distinct situations. The first experimental group consisted of larvae that experienced caloric restriction for a 10 hour period. The second group consisted of newly emerged bees that had or not experienced such a caloric restriction in the larval period. The third group consisted of bees that had experienced or not caloric restriction during the larval period, and after emergence were kept in boxes until reaching 7 days old, when they were resubmitted to another caloricrestriction. For the first group, the larvae, we found that after the period of caloric restriction, genes related to mitochondrial biogenesis and the antioxidant system presented lower levels of expression compared to control larvae. We also observed that larvae that had experienced caloric restriction presented lower O2 consumption and lower ROS levels. For the second group, newly emerged bees, we did not observe any differences in the expression of mitochondrial genes and the antioxidant system among those individuals that had experienced or not caloric restriction in the larval phase, indicating a recovery in these parameters after the period of metamorphosis. In the third group, the 7-day-old bees had experienced a new caloric restriction to see whether individuals that had been in a stressful situation during larval period would respond more readily to nutritional stress in adulthood. The results for this group showed that bees that had been exposed to a previous caloric restriction presented a reduction in the transcript levels of genes related to mitochondrial biogenesis and the antioxidant system when compared to the group that experienced caloric restriction only in adulthood. Taken together, our data suggest that caloric restriction is able to diminish the oxidative metabolism, and that there is a seemingly adaptive response in adult individuals that had previously experienced this situation during larval development. Thus, these results can serve to direct future studies on the relationship between caloric restriction, oxidative metabolism and longevity in these social insects.

Lesão do DNA mitocondrial (mtDNA) promove disfunção desta organela, contribuindo para a gênese do envelhecimento e fisiopatologia de doenças como aterosclerose e diabetes. A mitocôndria é a principal fonte quantitativa de espécies reativas de oxigênio (ROS) em células, e o complexo NAD(P)H oxidase a principal fonte de ROS envolvidas na sinalização celular. A possível inter-relação entre estas duas importantes vias produtoras de ROS não está definida. O objetivo deste estudo foi investigar o perfil de alterações na expressão e atividade da NAD(P)H oxidase de células musculares lisas vasculares (VSMC) em resposta a perturbações mínimas da função mitocondrial análogas às esperadas em doenças crônico-degenerativas vasculares. Inicialmente, validamos modelo in vitro de disfunção mitocondrial induzida por incubação de VSMC com brometo de etídio (24 - 72 h). Lesões mínimas do mtDNA foram documentadas por alterações nos produtos de amplificação (PCR) da região repetitiva da D-loop e redução da taxa de consumo de oxigênio total em ~15% vs. basal (p<0,05). Este grau de lesão não foi suficiente para induzir alterações morfológicas evidentes ou apoptose, e foi associado ao retardo de 25 - 30% no aumento de população celular induzido por soro fetal bovino. Nestas condições, não se detectou aumento da produção basal de superóxido ou mudanças nos níveis de glutationa, óxidos de nitrogênio, ou da atividade superóxido dismutase. A produção basal de peróxido de hidrogênio aumentou ~15%. Após disfunção mitocondrial, houve significativo aumento (30 - 45%) na atividade basal do complexo NAD(P)H oxidase em fração de membrana de VSMC. Entretanto, a ativação da oxidase pela AII, conhecido agonista da oxidase vascular, foi essencialmente abolida, indicando dependência funcional da ativação da oxidase com a integridade da mitocôndria. Em sintonia com esses dados, na condição basal, ocorreu aumento de expressão da isoforma Nox4 da oxidase, enquanto o aumento do mRNA da Nox1 normalmente visto após AII foi minimizado. Por outro lado, o aumento da atividade da NADPH oxidase causado pelo estressor do RE tunicamicina (indutor de Nox4) foi também abolido pela disfunção mitocondrial, entretanto, ocorreu aumento do mRNA da Nox4, indicando que as alterações funcionais da oxidase nesta situação não decorrem apenas de mudanças da expressão. Dissociação semelhante entre expressão e atividade ocorreu após exposição de 72 horas ao EtBr (i.e., durante adaptação). Nesta, ocorreu maior expressão do mRNA de Nox1 e Nox4 com AII, sem aumento da atividade da oxidase em membranas. Incubação do EtBr por 24 horas não induziu per se aumento consistente nos índices de estresse do RE e induziu inversão do padrão do tráfego subcelular da dissulfeto isomerase protéica (PDI), uma chaperona redox descrita recentemente como reguladora da NADPH oxidase. Após 72 horas de incubação com EtBr, a expressão de chaperonas marcadoras de estresse do RE foi bastante diminuída e o tráfego da PDI teve o padrão restaurado. Demonstramos por microscopia confocal evidências preliminares de possível co-localização entre Nox1 e mitocôndria. Estes dados sugerem uma relevante inter-relação funcional entre mitocôndria e complexo NAD(P)H oxidase, associada pelo menos a alterações de expressão e/ou tráfego subcelular de subunidades catalíticas e reguladoras desse complexo. / Mitochondrial DNA (mtDNA) damage induces dysfunction of this organelle, contributing to the genesis of aging and to the pathophysiology of diseases such as atherosclerosis and diabetes. Mitochondria are the main quantitative source of reactive oxygen species (ROS) in cells, while NAD(P)H oxidase complex is a major source of cell signaling-associated ROS. The possible crosstalk between these two relevant sources of ROS is unclear. The aim of this study was to investigate changes in activity and/or expression of vascular smooth muscle cell (VSMC) NAD(P)H oxidase in response to minor perturbations of mitochondrial function similar to those expected to occur in chronic degenerative vascular diseases. Initially, we validated an in vitro model of mitochondrial dysfunction in VSMC, through incubation with ethidium bromide (24 - 72 h). Minimal mtDNA damage after EtBr was shown by distinct amplification patterns (at PCR) of D-loop repetitive region and by ~ 15% oxygen consumption decrease vs. basal (p<0.05). Such mtDNA damage was not sufficient to induce morphologic changes or apoptosis, whereas serum-stimulated increase in cell number was prevented by 25-30%. Under those conditions, baseline superoxide production, as well as levels of glutathione or nitrogen oxides or superoxide dismutase activity were unchanged. Baseline hydrogen peroxide production increased ~15%. VSMC membrane fraction NADPH oxidase activity was increased by 30-45% after mitochondrial dysfunction. However, oxidase activation due to AII (100 nM, 4h) was markedly abrogated, indicating that A-II-driven oxidase activation requires integrity of mitochondrial function. Accordingly, there were increases in baseline mRNA expression of Nox4 oxidase isoform, while the expected increase in Nox1 by AII was minimized. On the other hand, the NADPH oxidase activity induced by the endoplasmic reticulum stressor tunicamycin (Nox4 inducer) after mitochondrial dysfunction was abrogated, however simultaneously with increased Nox4 mRNA, thus indicating that the observed functional alterations in the oxidase complex in these conditions cannot be associated only to mRNA expression changes. After VSMC EtBr incubation for 72 h, similar dissociation between expression and activity was observed, with increase in Nox 1 and Nox4 mRNA by AII, without parallel increase in membrane fraction oxidase activity. Although there was little change in ER stress markers after 24h EtBr, protein disulfide isomerase (PDI), a redox chaperone recently described by us as a novel NAD(P)H oxidase regulator, exhibited a reversal of its subcellular traffic pattern. After 72 h EtBr, the expression of ER markers was strongly decreased and normal PDI traffic was restored. Confocal microscopy suggested possible co-localization between Nox1 and mitochondria. These results suggest a functionally relevant crosstalk between mitochondria and NADPH oxidase complex associated at least to changes in expression and/or subcellular traffic of catalytic or regulatory subunits of this complex.

Os mosquitos (Culicidae) compreendem um grupo monofilético, mas algumas relações dentro da família ainda não estão totalmente resolvidas. O objetivo deste trabalho foi elaborar uma hipótese filogenética para os gêneros de Culicidae baseada nos caracteres de variabilidade genética e perfil proteico. Além disso, foi analisado como a forma da asa evoluiu dentro desse grupo. Utilizou-se 76 espécies diferentes abrangendo 20 gêneros. O formato alar mostrou-se um bom marcador taxonômico, já que as análises em cada tribo ou gênero revelaram grupos naturais. Análises com genes nucleares mostraram Anophelinae como grupo irmão de todos os outros Culicinae. A topologia construída com genomas mitocondriais revelou grupos bem suportados, com alguns discordantes da filogenia atual. Foram identificados 24 biomarcadores nas espécies analisadas usando espectrometria MALDI-TOF, que podem ter potencial na identificação taxonômica. A morfologia, a genética e os perfis proteicos não foram concordantes, e isso pode estar ocorrendo devido a taxas evolutivas distintas entre eles. / Mosquitoes (Culicidae) comprise a monophyletic group, but some relationships within the family are not fully resolved. The aim of this study was to elaborate a phylogenetic hypothesis for the genera Culicidae based on the characters of genetic variability and protein profile. In addition, it was analyzed how wing shape evolved within this group. It was used 76 different species covering 20 genera. The wing shape showed to be a good taxonomic marker, because the analyzes in each tribe or genus revealed natural groups. Analyzes with nuclear genes showed Anophelinae as sister group of all other Culicinae. The topology constructed with mitochondrial genomes revealed well supported groups, with some discordant of the current phylogeny. Twenty-four biomarkers were identified in the species analyzed using MALDI-TOF spectrometry, which may have potential in taxonomic identification. Morphology, genetics, and protein profiles were inconsistent, and this may be occurring due to distinct evolutionary rates between them.

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.