A disfunção mitocondrial pode ser um mecanismo chave associado à ocorrência de doenças metabólicas como o diabetes. Neste contexto, é importante obeservar os mecanismos envolvidos nesse processo. MicroRNAs (miRs) são conhecidos por regular a expressão de genes em vários processos fisiológicos, incluindo o metabolismo de glicose e ácidos graxos, biogênese mitocondrial, proliferação, diferenciação e morte celular no músculo esquelético. Usando análise \"in silico\" (Sfold2.2) identificamos 219 microRNAs que, potencialmente, se ligam à região 3 \'UTR do PGC-1?, um gene envolvido na biogênese mitocondrial e no metabolismo de glicose. Dos 219 candidatos, encontramos um alto valor de energia livre de hibridização entre o microRNA miR-696 e PGC-1? (-29,8 kcal / mol), sugerindo que o miR-696 poderia estar envolvido na regulação negativa do PGC-1? resultando em disfunção mitocondrial. Consistente com esta hipótese, observamos que a expressão do miR-696 apresentou-se aumentada nos músculos esqueléticos de dois modelos de camundongos com diabetes: camundongos diabéticos induzidos por STZ e camundongos alimentados com dieta hiperlipídica. Para compreender se o miR-696 regula a disfunção mitocondrial utilizamos células musculares C2C12 expostas a uma alta dose de ácido palmítico (700 µM) durante 24 horas, o que causou uma redução na expressão de genes mitocondriais, bem como no consumo de oxigênio. Vale destacar que a inibição do miR-696 através da transfecção de oligonucleotídeos antisenso (ASO) preveniu, parcialmente, a perda da função mitocondrial de células C2C12 tratadas com ácido palmítico. Curiosamente, não houve nenhuma alteração nos níveis de miR-696 em modelos envolvidos com a proteína AMPK, tal como em células C2C12 incubadas com uma droga ativadora de AMPK (AICAR) e no músculo esquelético de camundongos transgênicos superexpressando AMPK?2 com o domínio quinase inativo ou AMPK?3 com mutação de ativação crônica (R70Q). Em contraste, a expressão alterada de uma quinase relacionadas com a AMPK, SNF1-AMPK-related kinase (SNARK), recentemente demonstrada por ter sua expressão aumentada em virtude do envelhecimento, exerceu efeitos significativos sobre a expressão do miR- 696, como por exemplo sua redução dependente do knockdown de SNARK em células C2C12. Consistente com estes resultados, a superexpressão de SNARK em células C2C12 resultou no aumento da expressão do miR-696 e redução na expressão do PGC-1?, bem como no consumo de oxigénio. Nossos resultados demonstram que o estresse metabólico aumenta a expressão do miR-696 no músculo esquelético, que por sua vez inibe a sinalização da PGC-1? e a função mitocondrial. Ainda, apesar da AMPK não se apresentar como mediadora da expressão do miR-696, SNARK pode desempenhar um papel neste processo através do mecanismo de sinalização SNARKmiR-696-PGC-1?. / Mitochondrial dysfunction may be a key underlying mechanism for occurrence of metabolic disease and diabetes; thus elucidating how this process occurs is of great value. MicroRNAs (miRs) are known to regulate gene expression in several physiological processes including metabolism, mitochondrial biogenesis, proliferation, differentiation and cell death in multiple tissues including adipose tissue and skeletal muscle. Using \"in silico\" analysis (Sfold2.2) we identified 219 unique microRNAs that potentially bind to the 3\'UTR region of PGC-1?, a gene involved in mitochondrial biogenesis and glucose metabolism. Out of the 219 candidates, there was a high value of hybridization free energy between the microRNA miR-696 and PGC-1? (- 29.8 kcal/mol), suggesting that miR-696 could be involved in the downregulation of PGC-1?, which in turn could cause mitochondrial dysfunction. Consistent with this hypothesis we found that miR-696 expression was increased in the skeletal muscles of two mouse models of diabetes that have impaired mitochondrial function: STZ-induced diabetic mice and chronic high fat fed mice. To understand if miR-696 regulates mitochondrial dysfunction we used C2C12 muscle cells exposed to a high dose of palmitic acid (700 µM) for 24 hours, which caused a decrease in mitochondrial gene expression and in oxygen consumption. Importantly, inhibition of miR-696 using an antisense oligo approach rescued the mitochondrial function by restoration of mitochondrial-related genes and increased oxygen consumption in the palmitic acid-treated C2C12 cells. Interestingly, there was no change in miR-696 levels in models involved with AMPactivated protein kinase such as C2C12 cells incubated with AICAR, skeletal muscle from AMPK?2 dominant-negative transgenic mice, and transgenic mice overexpressing the activating R70Q AMPK mutation. In contrast, altered expression of the AMPK-related kinase, SNF1- AMPK-related kinase (SNARK), recently shown to increase with aging, had significant effects on miR-696 expression. Knockdown of SNARK in C2C12 cells significantly decreased miR-696. Consistent with these findings, SNARK overexpression in C2C12 cells increased miR-696 concomitant with a decrease in PGC-1? expression and decreased oxygen consumption. Our findings demonstrate that metabolic stress increases miR-696 expression in skeletal muscle which in turn inhibits PGC-1? signaling and mitochondrial function. While AMPK does not mediate miR-696 expression, SNARK may play a role in this process through a SNARK-miR- 696-PGC-1? signaling mechanism.

A disfunção mitocondrial pode ser um mecanismo chave associado à ocorrência de doenças metabólicas como o diabetes. Neste contexto, é importante obeservar os mecanismos envolvidos nesse processo. MicroRNAs (miRs) são conhecidos por regular a expressão de genes em vários processos fisiológicos, incluindo o metabolismo de glicose e ácidos graxos, biogênese mitocondrial, proliferação, diferenciação e morte celular no músculo esquelético. Usando análise \"in silico\" (Sfold2.2) identificamos 219 microRNAs que, potencialmente, se ligam à região 3 \'UTR do PGC-1?, um gene envolvido na biogênese mitocondrial e no metabolismo de glicose. Dos 219 candidatos, encontramos um alto valor de energia livre de hibridização entre o microRNA miR-696 e PGC-1? (-29,8 kcal / mol), sugerindo que o miR-696 poderia estar envolvido na regulação negativa do PGC-1? resultando em disfunção mitocondrial. Consistente com esta hipótese, observamos que a expressão do miR-696 apresentou-se aumentada nos músculos esqueléticos de dois modelos de camundongos com diabetes: camundongos diabéticos induzidos por STZ e camundongos alimentados com dieta hiperlipídica. Para compreender se o miR-696 regula a disfunção mitocondrial utilizamos células musculares C2C12 expostas a uma alta dose de ácido palmítico (700 µM) durante 24 horas, o que causou uma redução na expressão de genes mitocondriais, bem como no consumo de oxigênio. Vale destacar que a inibição do miR-696 através da transfecção de oligonucleotídeos antisenso (ASO) preveniu, parcialmente, a perda da função mitocondrial de células C2C12 tratadas com ácido palmítico. Curiosamente, não houve nenhuma alteração nos níveis de miR-696 em modelos envolvidos com a proteína AMPK, tal como em células C2C12 incubadas com uma droga ativadora de AMPK (AICAR) e no músculo esquelético de camundongos transgênicos superexpressando AMPK?2 com o domínio quinase inativo ou AMPK?3 com mutação de ativação crônica (R70Q). Em contraste, a expressão alterada de uma quinase relacionadas com a AMPK, SNF1-AMPK-related kinase (SNARK), recentemente demonstrada por ter sua expressão aumentada em virtude do envelhecimento, exerceu efeitos significativos sobre a expressão do miR- 696, como por exemplo sua redução dependente do knockdown de SNARK em células C2C12. Consistente com estes resultados, a superexpressão de SNARK em células C2C12 resultou no aumento da expressão do miR-696 e redução na expressão do PGC-1?, bem como no consumo de oxigénio. Nossos resultados demonstram que o estresse metabólico aumenta a expressão do miR-696 no músculo esquelético, que por sua vez inibe a sinalização da PGC-1? e a função mitocondrial. Ainda, apesar da AMPK não se apresentar como mediadora da expressão do miR-696, SNARK pode desempenhar um papel neste processo através do mecanismo de sinalização SNARKmiR-696-PGC-1?. / Mitochondrial dysfunction may be a key underlying mechanism for occurrence of metabolic disease and diabetes; thus elucidating how this process occurs is of great value. MicroRNAs (miRs) are known to regulate gene expression in several physiological processes including metabolism, mitochondrial biogenesis, proliferation, differentiation and cell death in multiple tissues including adipose tissue and skeletal muscle. Using \"in silico\" analysis (Sfold2.2) we identified 219 unique microRNAs that potentially bind to the 3\'UTR region of PGC-1?, a gene involved in mitochondrial biogenesis and glucose metabolism. Out of the 219 candidates, there was a high value of hybridization free energy between the microRNA miR-696 and PGC-1? (- 29.8 kcal/mol), suggesting that miR-696 could be involved in the downregulation of PGC-1?, which in turn could cause mitochondrial dysfunction. Consistent with this hypothesis we found that miR-696 expression was increased in the skeletal muscles of two mouse models of diabetes that have impaired mitochondrial function: STZ-induced diabetic mice and chronic high fat fed mice. To understand if miR-696 regulates mitochondrial dysfunction we used C2C12 muscle cells exposed to a high dose of palmitic acid (700 µM) for 24 hours, which caused a decrease in mitochondrial gene expression and in oxygen consumption. Importantly, inhibition of miR-696 using an antisense oligo approach rescued the mitochondrial function by restoration of mitochondrial-related genes and increased oxygen consumption in the palmitic acid-treated C2C12 cells. Interestingly, there was no change in miR-696 levels in models involved with AMPactivated protein kinase such as C2C12 cells incubated with AICAR, skeletal muscle from AMPK?2 dominant-negative transgenic mice, and transgenic mice overexpressing the activating R70Q AMPK mutation. In contrast, altered expression of the AMPK-related kinase, SNF1- AMPK-related kinase (SNARK), recently shown to increase with aging, had significant effects on miR-696 expression. Knockdown of SNARK in C2C12 cells significantly decreased miR-696. Consistent with these findings, SNARK overexpression in C2C12 cells increased miR-696 concomitant with a decrease in PGC-1? expression and decreased oxygen consumption. Our findings demonstrate that metabolic stress increases miR-696 expression in skeletal muscle which in turn inhibits PGC-1? signaling and mitochondrial function. While AMPK does not mediate miR-696 expression, SNARK may play a role in this process through a SNARK-miR- 696-PGC-1? signaling mechanism.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:23:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6406.pdf: 2384873 bytes, checksum: 540107ae0b5b377c4dd745fed9717832 (MD5) Previous issue date: 2014-07-12 / Universidade Federal de Minas Gerais / Menopause is associated with higher risks of metabolic changes that may compromise women s life quality. Glicemia is regulated by the liver which is responsible for glucose storage at postprandial and for glucose efflux in a fastened state. The absence or the reduction of stradiol levels cause glucose intolerance and deregulated insulin output in bloodstream, setting of the insulin resistance process (RI). Hepatic glucose regulation is directly related to the accurate control of gene expression which encodes different isoforms of oxidation proteins and glucose input proteins. Studies suggest that Resistance Training (TR) prevents RI on ovariectomized (Ovx) rats liver. However there are few molecular events that support TR. Objective: To investigate the Ovx and TR effects over protein and gene expression of biomarkers associated with insulin signalization and glucose oxidation in rats liver. Methods: Adults Sprague-Dawley were divided into 4 groups (n=6 each group): Sedentary Sham-surgical (Sham-Sed); Sedentary-Ovx (Ovx-Sed); (Sham-Tr) and (Ovx-Tr). Tr protocol included 1.1 m vertical climbing with tied weight to the rats tail. Each session consisted of 4 to 9 climbing and 2 minutes of resting between the exercises. Training was performed 3 times a week during 10 weeks. Gene expression was analysed using real time quantitative PCR and protein assays by Western Blotting technic. Results: GLUT2 gene and protein expression and PGC-1α gene expression increased significantly; and p-Akt Ser473 protein expression decreased in Ovx group. TR promoted a greater increase of PGC-1α gene expression and further repair of GLUT2 gene and protein expression and p-Akt Ser473 protein expression. Conclusions: The results show the ovariectomy promotes overexpression of molecular markers that induced RI. These findings suggest that TR may play an important role on the RI prevention in Ovx animals through gene and protein expression repairment of the glycolytic metabolism signalling molecules. / A menopausa está associada ao risco aumentado de diversas alterações metabólicas que podem comprometer a qualidade de vida. A glicemia é regulada pelo fígado o qual é responsável pelo armazenamento de glicose no período pós-prandial e pelo efluxo da glicose no jejum. A ausência ou redução dos níveis de estradiol provocam liberação desregulada de insulina na circulação sanguínea e intolerância à glicose, desencadeando o processo de resistência à insulina (RI). A regulação dos níveis de glicose hepática está diretamente relacionada ao controle preciso da expressão dos genes que codificam as diferentes isoformas de proteínas de oxidação e captação de glicose. O treinamento resistido (TR) pode prevenir a RI no fígado de ratas ovariectomizadas (Ovx). No entanto ainda há poucos eventos moleculares que fundamentam o TR no modelo experimental de menopausa. Objetivo: investigar os efeitos da Ovx e do TR sobre a expressão gênica e proteica de biomarcadores relacionados à sinalização da insulina e oxidação da glicose no fígado de ratas. Métodos: Ratas Sprague Dawley adultas foram divididas em 4 grupos (n = 6 por grupo): sham operado sedentário (Sham-Sed), Ovx sedentário (Ovx-Sed), Sham-Tr e Ovx-Tr. O protocolo TR exigiu dos animais a escalada vertical de 1,1 m com pesos atados as suas caudas. Cada sessão consistiu de 4-9 escaladas, com intervalo de 2 minutos entre as escaladas, realizados 3 vezes por semana durante 10 semanas. A análise da expressão gênica foi realizada por PCR-RT pelo método ΔΔCt e as análises proteicas pela técnica de Western Blotting. Resultados: Aumentou significativamente expressão gênica e proteica de GLUT2 e gênica de PGC-1α, também a diminuição da quantificação proteica de Akt-p(Ser473) no grupo ovariectomizados sedentário. A diminuição da expressão gênica e proteica de GLUT2, o aumento da expressão gênica de PGC-1α e proteica de Akt-p Ser473 nos grupos treinados em relação ao grupo controle e ovariectomizados. Conclusão: Os resultados demonstram que a ovariectomia promove a superexpressão de sinalizadores moleculares que induz a RI e o TR foi capaz de promover a restauração desta sinalização. Estes achados sugerem que o TR exerce efeitos notórios na modulação dos sinalizadores que podem induzir a RI em animais Ovx, por meio da restauração da expressão gênica e proteica das moléculas que sinalizam o metabolismo glicolítico.