Vários fatores são responsáveis pelo desenvolvimento de doenças cardiovasculares, dentre eles o alto consumo de colesterol. Segundo a AHA, o consumo recomendado de colesterol é de 300mg/dia. No entanto esses valores nem sempre são respeitados. Na maioria das vezes a consequência do alto consumo de colesterol é o desenvolvimento da dislipidemia, a qual favorece o desenvolvimento da disfunção endotelial. É descrito que o alto consumo de colesterol pode levar ao risco do desenvolvimento de doenças cardiovasculares antes mesmo do desenvolvimento da dislipidemia, uma vez que, em alguns casos o consumo recomendado de colesterol na dieta diária é ultrapassado, e mesmo em estágios crônicos desse consumo não se observa o seu desenvolvimento. Dessa forma o consumo crônico de altas concentrações de colesterol poderia favorecer alterações no sistema vascular, antes mesmo da instalação do processo dislipidêmico. O objetivo desse trabalho foi estudar os efeitos da ingestão de altas concentrações de colesterol por camundongos sobre as repostas de angiotensina II (Ang II) em aorta torácica, bem como avaliar a participação da NAD(P)H oxidase nesse processo. Os animais foram divididos em grupo tratados com ração colesterol 1% (RC) ou ração colesterol padrão (RP), durante 1 mês ou 3 meses. O tratamento com RC não alterou o peso dos animais nem foram observadas alterações morfológicas em aorta torácica, sugerindo que a alteração na funcionalidade deste tecido não foi decorrente de modificações estruturais. O tratamento com RC acarretou no aumento dos níveis basais de O-2 produzido em parte pela NOX-1 e NOX-4, além do aumento da expressão proteica de NOX-1 em aorta torácica de animais tratados 3 meses. No estudo funcional foi observado um aumento do Emax da Ang II em animais tratados durante 1 mês e 3 meses, uma reposta independente de endotélio. Esse aumento foi restaurado na presença de Tiron, mostrando a contribuição de O-2 no aumento do Emax de Ang II em aorta torácica. Na presença de inibidores de NOX-1 e NOX-4 também foi observada à restauração do Emax observada na ausência dos mesmos, mostrando a participação das subunidades na produção de O-2. Os animais tratados com RC não apresentaram alterações no perfil lipídico, esse fato deve-se principalmente pela falta do ácido cólico na dieta. O Emax da Ang II foi aumentado em aorta torácica de camundongos tratados com RC em decorrência de aumento nos níveis basais de O-2 produzido pela NOX-1 e NOX-4. Os níveis basais de O-2 aumentados possivelmente devem esta reagindo com o NO diminuindo sua disponibilidade, aumentando assim os efeitos contrateis da Ang II em aorta torácica. Algumas hipóteses são levantadas para explicar o aumento basal de O-2 em aorta torácica. 1º Aumento na concentração de colesterol nos bolsões lipídicos presente nas caveolas. 2º Formação de oxisterois, 3º formação de micropartículas. Os resultados obtidos e as hipóteses levantadas nesse trabalho, como, aumento na produção de oxisterois e micropartículas podem servir como possíveis alvos de estudos para o desenvolvimento de novos marcadores, e no diagnostico precoce de alterações vasculares decorrentes do consumo excessivo de colesterol iniciada em indivíduos jovens. / Several factors are responsible for the development of cardiovascular disease, including high cholesterol intake. According to AMH, the recommended intake of cholesterol is 300 mg/ daily, however these values are not always respected. Most often the consequence of high cholesterol consumption is the development of dyslipidemia, which favors the development of endothelial dysfunction. It is described that a high intake of cholesterol can lead to the risk of developing cardiovascular disease even before the development of dyslipidemia, since in some cases the recommended daily intake of cholesterol in the diet is exceeded, and even chronic stages of consumption not observing the development. Thus, chronic exposure to high concentrations of cholesterol could promote changes in the vascular system, even before the installation process dyslipidemic. The aim of this work was to study the effects of ingestion of high concentrations of cholesterol in mice on the responses to angiotensin II (Ang II) in the thoracic aorta, as well as evaluate the involvement of NAD(P)H oxidase in this process. The animals were divided into groups treated with 1% cholesterol diet (CD) or standard chow (SC) for 1 month or 3 months. Treatment with SC did not change the weight of the animals was not observed morphological changes in the thoracic aorta, suggesting that the change in the functionality of this tissue was not due to structural changes. Treatment with SC resulted in increased basal levels of O-2, produced in part by NOX- 1 and NOX- 4, in addition to increased protein expression of NOX- 1 in the thoracic aorta of animals treated three months . In the functional study, we observed an increase in the Emax of Ang II in animals treated for 1 month and 3 months, an independent response of endothelium. This increase was restored in the presence of Tiron, showing the contribution of O-2 in increasing the Emax of Ang II in the thoracic aorta. In the presence of inhibitors of NOX-1 and NOX-4 was also observed Emax restoration observed in the absence thereof, showing the involvement of subunits for the production of O-2. The animals treated with CD showed no changes in lipid profile, this is due largely to the lack of cholic acid in the diet. The Emax of Ang II was increased in the thoracic aorta of mice treated with CD as a result of an increase in basal levels of O-2, produced by NOX- 1 and NOX- 4. The basal levels of O-2 increased this should possibly reacting with NO decreasing its availability, thereby increasing the contractile effects of Ang II in thoracic aorta. Some hypotheses were proposed to explain the increased basal O-2 in the thoracic aorta. 1º Increase in the concentration of cholesterol in lipid pockets present in caveolae. 2º Formation of oxysterols; 3º microparticle formation . The results obtained and the hypotheses in this work, as an increase in the production of oxysterols and microparticles can serve as potential targets for the development of studies of new markers, and early diagnosis of vascular alterations caused by excessive consumption of cholesterol began in young individuals.

Neste projeto, demonstramos a modulação da enzima NAD(P)H oxidase pela glicose, palmitato e interleucina - 1? através da análise da expressão protéica do componente p47PHOX e pela atividade dessa enzima via produção de superóxido e peróxido de hidrogênio. Demonstramos também a participação da enzima NAD(P)H oxidase no processo de secreção de insulina induzido pela glicose pois a inibição da enzima pelo DPI e oligonucleotídeo anti p47PHOX promoveu uma diminuição da secreção do hormônio. A partir desse dado passamos a avaliar o mecanismo de ação da enzima no processo secretório e demonstramos que a inibição dessa enzima promove uma inibição de genes essenciais no processo de secreção de insulina como GLUT-2 e glicocinase.Assim podemos concluir que a enzima NAD(P)H oxidase é modulada pela glicose, palmitato e interleucina 1? e que essa enzima participa do processo de secreção insulina modulando genes essenciais para o processo secretório como GLUT-2 e glicocinase. / The expression and activity of the componenents of NAD(P)H oxidase in pancreatic islets were described for the first time in our laboratory (OLIVEIRA, HR et ai, 2003). It was shown the gene and protein expression of the components of this enzyme in Seta cells and that enzyme activation is mediated by glucose. Glucose induced insulin secretion was followed by increase in EROS generation and this increase was in part mediated by NAD(P)H oxidase activation (the same mechanism observed in phagocytes). In this study, the modulation of NAD(P)H oxidase activity by glucose, palmitate and interleukin 1ß as investigated through protein expression of p47phox vity of this enzyme through superoxide and hydrogen peroxide production. To determinate the role of NAD(P)H oxidase in the process of glucoseinduced insulin secretion the enzyme was inhibited by DPI and oligonucleotide anti p47phox, in the both cases the enzyme inhibition produced a decrease on insulin secretion. In order to investigated NAD(P)H oxidase mechanism of action in insulin secretion, we shown that the inhibition enzyme by DPI reduced the GLUT-2 and glucokinase gene expression. We can concluded hat NAD(P)H oxidase was modulated by glucose, palmitate and interleukin 1ß and that enzyme participed in process of glucoseinduced insulin secretion through modulation of GLUT-2 and glucokinase gene expression.

Neste projeto, demonstramos a modulação da enzima NAD(P)H oxidase pela glicose, palmitato e interleucina - 1? através da análise da expressão protéica do componente p47PHOX e pela atividade dessa enzima via produção de superóxido e peróxido de hidrogênio. Demonstramos também a participação da enzima NAD(P)H oxidase no processo de secreção de insulina induzido pela glicose pois a inibição da enzima pelo DPI e oligonucleotídeo anti p47PHOX promoveu uma diminuição da secreção do hormônio. A partir desse dado passamos a avaliar o mecanismo de ação da enzima no processo secretório e demonstramos que a inibição dessa enzima promove uma inibição de genes essenciais no processo de secreção de insulina como GLUT-2 e glicocinase.Assim podemos concluir que a enzima NAD(P)H oxidase é modulada pela glicose, palmitato e interleucina 1? e que essa enzima participa do processo de secreção insulina modulando genes essenciais para o processo secretório como GLUT-2 e glicocinase. / The expression and activity of the componenents of NAD(P)H oxidase in pancreatic islets were described for the first time in our laboratory (OLIVEIRA, HR et ai, 2003). It was shown the gene and protein expression of the components of this enzyme in Seta cells and that enzyme activation is mediated by glucose. Glucose induced insulin secretion was followed by increase in EROS generation and this increase was in part mediated by NAD(P)H oxidase activation (the same mechanism observed in phagocytes). In this study, the modulation of NAD(P)H oxidase activity by glucose, palmitate and interleukin 1ß as investigated through protein expression of p47phox vity of this enzyme through superoxide and hydrogen peroxide production. To determinate the role of NAD(P)H oxidase in the process of glucoseinduced insulin secretion the enzyme was inhibited by DPI and oligonucleotide anti p47phox, in the both cases the enzyme inhibition produced a decrease on insulin secretion. In order to investigated NAD(P)H oxidase mechanism of action in insulin secretion, we shown that the inhibition enzyme by DPI reduced the GLUT-2 and glucokinase gene expression. We can concluded hat NAD(P)H oxidase was modulated by glucose, palmitate and interleukin 1ß and that enzyme participed in process of glucoseinduced insulin secretion through modulation of GLUT-2 and glucokinase gene expression.

O crescimento de uma camada neoíntima é o marcador central do processo aterosclerótico, bem como do remodelamento vascular associado à reestenose após intervenções vasculares terapêuticas, tais como angioplastia ou colocação de stents. A célula neointimal é essencialmente uma célula com fenótipo muscular liso indiferenciado, cuja origem pode ser múltipla e com característica ação secretora de matriz extracelular. Dentre os fatores que coordenam a (des)diferenciação, proliferação e migração destas células, há evidências de que processos redox tenham papel preponderante, porém os mecanismos de tais processos não estão claros. A compreensão mais profunda de tais mecanismos redox tem sido dificultada pela falta de modelos de células neointimais cultivadas. Os objetivos específicos deste trabalho são: 1) Desenvolver um modelo de cultura de células neointimais de artéria ilíaca de coelho obtidas após lesão por catéter-balão. 2) Avaliar em tais células índices do estado redox e potenciais fontes enzimáticas de ERO, com ênfase no complexo NAD(P)H oxidase. 3)Avaliar marcadores de estresse do retículo endoplasmático e sua correlação com os índices do estado redox. 4) Estudar o efeito de estímulos proapoptóticos como deprivação de soro, estressores do RE e particularmente administração exógena de NO na viabilidade e estado redox de células neointimais. Os resultados obtidos demonstram que: é possível obter células neointimais em cultura de modo reproduzível e estável. Células provenientes da artéria lesada mantém um estado persistente de aumento do estresse oxidativo. O estresse oxidativo nessas células decorre de produção aumentada de radical superóxido e ativação do complexo da NADPH oxidase vascular. Diferentemente do observado em vasos lesados, os marcadores do estresse do reticulo endoplasmático não se apresentam alterados se comparados a células musculares lisas normais. Células neointimais têm resposta aumentada a agonistas da NADPH oxidase e estressores celulares. A exposição a óxido nitrico promove aumento da produção de superóxido, particularmente acentuado em células neointimais. As curvas de viabilidade celular indicam uma sensibilidade aumentada a estressores do RE, doadores de NO e particularmente a oxidantes exógenos. Em conjunto, estes resultados permitem concluir que o fenótipo neointimal é um fenótipo de estresse oxidativo acentuado e persistente, mesmo em condições de cultura celular, e que este estresse oxidativo decorre pelo menos em parte da ativação do complexo NADPH oxidase no contexto de uma adaptação à resposta celular integrada ao estresse. Estes dados indicam novas perspectivas no entendimento dos mecanismos envolvidos na fisiopatologia redox da neoíntima, podendo suscitar o desenho de intervenções terapêuticas racionais. / Formation of a neointimal layer is the hallmark of most vascular diseases, such as atherosclerosis and restenosis after angioplasty. Neointimal cells display an undifferentiated noncontractile smooth muscle phenotype with marked extracellular matrix secretion. Their origin can be multiple. Among factors that govern the (de)differentiation, proliferation and migration of neointimal cells, there is evidence for a key role of redox processes, but the underlying mechanisms are unclear. Advancing the knowledge about such redox mechanisms has been difficulted by the absence of a reproducible method of neointimal cell culture. The objectives of this work are: 1) To develop a model of neointimal cell culture, in which cells are harvested from rabbit iliac arteries 14 days after overdistention balloon injury. 2) To assess the redox status in such neointimal cells and the possible enzymatic source of reactive oxygen, with emphasis in the NAD(P)H oxidase complex. 3) To investigate the expression of endoplasmic reticulum stress markers and their corralation with redox status. 4) To investigate the effects of proapoptotic stimuli such as serum deprivation, endoplasmic reticulum stressors and particularly the exogenous administration of nitric oxide in viability and redox status of neointimal cells. Our results show that it is possible to harvest and cultivate neointimal cells after balloon injury. The neointimal cells in culture, even after several passages, exhibit increased indexes of oxidative stress. Oxidative stress in such cells is associated with increased activation of the vascular NAD(P)H oxidase complex. Contrarily to what was observed in healing arteries harvested from in vivo rabbits, markers of ER stress did not show any change when compared with primary smooth muscle cells kept in similar conditions. Oxidative stress response was increased after NADPH oxidase agonists; in particular, exposure to exogenous nitric oxide markedly increased superoxide radical production in neointimal cells. Cell viability curves showed increased sensitivity to ER stressors, NO donors and, particularly, exogenous oxidants. Therefore, the neointimal phenotype is a phenotype of intrinsic sustained oxidative stress even after several passages in culture. Such oxidative stress is due at least in part to activation of the NAD(P)H oxidase complex in the context of adaptation to an integrated stress response. This data provide new perspectives to understand redox mechanisms associated with neointimal pathophysiology and can lead to development of rational therapeutic interventions.

Une caractéristique essentielle du mécanisme catalytique des ALDH est l'importance de la flexibilité et de la dynamique conformationnelle dans le site actif, incluant les chaînes latérales de résidus, le substrat, et le cofacteur. Ma thèse a permis d'identifier des bases responsables de la reconnaissance du rétinal contrôlant la biosynthèse de l'acide rétinoïque dans les RALDH. J'ai ensuite pu suivre le basculement du cofacteur réduit en utilisant le FRET, ce qui m'a permis d'établir un modèle cinétique pour déterminer la constante de vitesse associée à cette étape. Enfin, les résultats obtenus pour identifier les bases moléculaires responsables de la dissociation tardive ou précoce du cofacteur réduit ont montré que le mode de stabilisation du cofacteur est à l'origine de cette différence entre ces deux familles d'enzymes / An essential feature of the catalytic mechanism of ALDH is the importance of flexibility and conformational dynamics in the active site, including the side chains of residues, substrate and cofactor. My thesis has identified bases responsible for the recognition of retinal controlling biosynthesis of retinoic acid in RALDH. I was then able to follow the flip of the cofactor reduced by using FRET, which allowed me to develop a kinetic model to determine the rate constant associated. Finally, the results obtained to identify the molecular basis responsible for late or early dissociation of the reduced cofactor showed that the mode of stabilization of the cofactor is the origin of this difference between these two families of enzymes

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Evidências têm mostrado que as espécies reativas de oxigênio (ROS) geradas pela NAD(P)H oxidase são importantes moduladores de diversas funções celulares como migração, crescimento, proliferação e sobrevivência. Estudos recentes demonstraram o envolvimento da atividade da NAD(P)H oxidase no crescimento e sobrevivência de células de melanoma. Neste trabalho, investigamos o efeito da inibição da NAD(P)H oxidase por difenileneiodônio (DPI) sobre o crescimento das células de melanoma humano MV3 e observamos que este composto reduziu o crescimento destas células em aproximadamente 50%. A inibição da NAD(P)H oxidase induziu mudanças no formato celular, com arredondamento, diminuição do espraiamento e descolamento celular. Esta redução foi acompanhada por um rearranjo do citoesqueleto de actina, diminuição da fosforilação no resíduo Tyr397 da quinase de adesão focal (FAK) e redução na associação de FAK com actina e com a tirosina quinase c-Src. Isto indica que a inibição da geração de ROS está modulando negativamente vias de sinalização ativadas por integrinas, o que freqüentemente conduz a um tipo particular de morte celular conhecida por anoikis. Comprovando a ocorrência deste fenômeno, observamos que a inibição da atividade da NAD(P)H oxidase aumentou a apoptose das células de melanoma e induziu a ativação da caspase-3. Nossos resultados mostram ainda que a inibição da viabilidade celular por DPI foi revertida com o pré-tratamento das células MV3 com um inibidor de tirosina fosfatases (ortovanadato de sódio). Em resumo, este estudo mostra que a geração de ROS por NAD(P)H oxidase está envolvida nos mecanismos de sobrevivência em células de melanoma, uma vez que afetam as vias de sinalização dependentes de FAK-Src, através da inibição da atividade de proteína tirosina fosfatases. / NAD(P)H oxidase-derived reactive oxygen species (ROS) have emerged as critical mediators of several cell functions as diverse as migration, growth, proliferation and survival. Recent evidence has show that NAD(P)H oxidase activity is essential to melanoma proliferation and survival. We reported that NAD(P)H oxidase inhibitor diphenyleneiodonium (DPI) inhibited melanoma growth. NAD(P)H oxidase inhibition induced changes in cell shape with cell spreading decrease, rounding up and detachment. These phenomena were accompanied by rearrangement of actin network and a decrease in both focal adhesion (FAK) phosphorylation in Tyr397 residue and in FAK association to actin and c-Src, indicating that inhibition of ROS generation would down- modulate integrin-mediated signaling, what often results in a particular type of apoptotic cell death, known as anoikis. We observed that NAD(P)H oxidase inhibitor induced apoptosis in melanoma cells with activation of caspase-3. We results show that the effects promoted by NAD(P)H oxidase inhibition on melanoma growth were completely abolished by the pre-treatment of MV3 cells with the protein tyrosine phosphatases inhibitor sodium orthovanadate. In conclusion, our results strongly suggest that ROS generated by NAD(P)H oxidase complex transmit cell survival signals in melanoma cells through the FAK-Src pathway, probably inhibiting protein tyrosine phosphatases.

The endocrine-like factor FGF21 is a potent regulator of nutrient metabolism. Systemic FGF21 administration to obese animals improves glucose tolerance, lowers blood glucose and triglycerides, and decreases fasting insulin levels. Although FGF21 improves the survival and function of islet β-cells, the mechanisms are currently unknown. This thesis examines mechanisms of FGF21 in the regulation of pancreatic islet metabolism. Biochemistry studies showed FGF21 decreased Acetyl-CoA carboxylase (ACC) and Uncoupling protein-2 (UCP2) protein expression in mouse islets. Autofluorescence microscopy showed difference in NAD(P)H responses when challenged with TCA cycle intermediate citrate. FGF21-treated islets showed significant decreased mitochondrial energetics when acutely stimulated with high concentrations of glucose and palmitate. This decrease in energetics correlated with increased generation of NADPH. Importantly, insulin secretion was lowered but not abolished in this state. These data confirm that FGF21 alters pancreatic islets metabolism during high glucose and high fat loading and reduces insulin during nutrient stress.

The endocrine-like factor FGF21 is a potent regulator of nutrient metabolism. Systemic FGF21 administration to obese animals improves glucose tolerance, lowers blood glucose and triglycerides, and decreases fasting insulin levels. Although FGF21 improves the survival and function of islet β-cells, the mechanisms are currently unknown. This thesis examines mechanisms of FGF21 in the regulation of pancreatic islet metabolism. Biochemistry studies showed FGF21 decreased Acetyl-CoA carboxylase (ACC) and Uncoupling protein-2 (UCP2) protein expression in mouse islets. Autofluorescence microscopy showed difference in NAD(P)H responses when challenged with TCA cycle intermediate citrate. FGF21-treated islets showed significant decreased mitochondrial energetics when acutely stimulated with high concentrations of glucose and palmitate. This decrease in energetics correlated with increased generation of NADPH. Importantly, insulin secretion was lowered but not abolished in this state. These data confirm that FGF21 alters pancreatic islets metabolism during high glucose and high fat loading and reduces insulin during nutrient stress.

Thesis (Ph.D. in Toxicology) -- University of Colorado Denver, 2007. / Typescript. Includes bibliographical references (leaves 158-180). Free to UCD affiliates. Online version available via ProQuest Digital Dissertations;

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Evidências têm mostrado que as espécies reativas de oxigênio (ROS) geradas pela NAD(P)H oxidase são importantes moduladores de diversas funções celulares como migração, crescimento, proliferação e sobrevivência. Estudos recentes demonstraram o envolvimento da atividade da NAD(P)H oxidase no crescimento e sobrevivência de células de melanoma. Neste trabalho, investigamos o efeito da inibição da NAD(P)H oxidase por difenileneiodônio (DPI) sobre o crescimento das células de melanoma humano MV3 e observamos que este composto reduziu o crescimento destas células em aproximadamente 50%. A inibição da NAD(P)H oxidase induziu mudanças no formato celular, com arredondamento, diminuição do espraiamento e descolamento celular. Esta redução foi acompanhada por um rearranjo do citoesqueleto de actina, diminuição da fosforilação no resíduo Tyr397 da quinase de adesão focal (FAK) e redução na associação de FAK com actina e com a tirosina quinase c-Src. Isto indica que a inibição da geração de ROS está modulando negativamente vias de sinalização ativadas por integrinas, o que freqüentemente conduz a um tipo particular de morte celular conhecida por anoikis. Comprovando a ocorrência deste fenômeno, observamos que a inibição da atividade da NAD(P)H oxidase aumentou a apoptose das células de melanoma e induziu a ativação da caspase-3. Nossos resultados mostram ainda que a inibição da viabilidade celular por DPI foi revertida com o pré-tratamento das células MV3 com um inibidor de tirosina fosfatases (ortovanadato de sódio). Em resumo, este estudo mostra que a geração de ROS por NAD(P)H oxidase está envolvida nos mecanismos de sobrevivência em células de melanoma, uma vez que afetam as vias de sinalização dependentes de FAK-Src, através da inibição da atividade de proteína tirosina fosfatases. / NAD(P)H oxidase-derived reactive oxygen species (ROS) have emerged as critical mediators of several cell functions as diverse as migration, growth, proliferation and survival. Recent evidence has show that NAD(P)H oxidase activity is essential to melanoma proliferation and survival. We reported that NAD(P)H oxidase inhibitor diphenyleneiodonium (DPI) inhibited melanoma growth. NAD(P)H oxidase inhibition induced changes in cell shape with cell spreading decrease, rounding up and detachment. These phenomena were accompanied by rearrangement of actin network and a decrease in both focal adhesion (FAK) phosphorylation in Tyr397 residue and in FAK association to actin and c-Src, indicating that inhibition of ROS generation would down- modulate integrin-mediated signaling, what often results in a particular type of apoptotic cell death, known as anoikis. We observed that NAD(P)H oxidase inhibitor induced apoptosis in melanoma cells with activation of caspase-3. We results show that the effects promoted by NAD(P)H oxidase inhibition on melanoma growth were completely abolished by the pre-treatment of MV3 cells with the protein tyrosine phosphatases inhibitor sodium orthovanadate. In conclusion, our results strongly suggest that ROS generated by NAD(P)H oxidase complex transmit cell survival signals in melanoma cells through the FAK-Src pathway, probably inhibiting protein tyrosine phosphatases.