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.

mTOR (mammalian target of rapamycin) é uma proteína com papel central no crescimento, na proliferação e na manutenção das células, que participa da formação de dois complexos, mTORC1 e mTORC2. Diversos estudos associam menor atividade de mTOR, em especial o complexo 1, com efeitos protetores contra o envelhecimento e mesmo aumento da expectativa de vida máxima. Alterações no DNA têm sido propostas desde cedo na história dos estudos bioquímicos sobre o envelhecimento como um fator causar da perda de função dos organismos com a idade. Muitos estudos já foram realizados tentando analisar diversos aspectos do acúmulo de alterações no DNA e da capacidade de reparo com a idade. No entanto, a possível relação entre mTOR e reparo de DNA foi muito pouco explorada, em especial em relação ao DNA mitocondrial. Este estudo teve como objetivo avaliar o papel de mTOR na regulação dos níveis de reparo de DNA, em especial da via de reparo por excisão de bases (BER). Os resultados demonstraram que, aparentemente, mTOR surte algum efeito na regulação de duas enzimas da via BER (APE1 e Polγ), além de TFAM, diminuído os níveis das três, tanto no núcleo quanto nas mitocôndrias. No entanto, a atividade de incisão de oligonucleotídeos de APE1 não demonstrou alteração, e indução de apoptose por indução de estresse oxidativo revelou que células com menor expressão de mTOR se encontravam mais resistentes. Adicionalmente, a inibição de mTOR pareceu não alterar o número decópias de DNA mitocondrial e a massa mitocondrial, sugerindo que as células com knockdown de mTOR possuem uma maior reserva respiratória. Em conjunto, os resultados sugerem um possível envolvimento de mTOR na regulação de BER, mesmo que indiretamente, embora não estaja claro por qual via, ou por qual complexo de mTOR / mTOR (mammalian target of rapamycin) is a central protein in the regulation of cell growth, proliferation and maintenance, that participates in the formation of two complexes, mTORC1 and mTORC2. Several studies associate a lower activity of mTOR, especially complex 1, with beneficial effects against aging, and even increased maximum lifespan. DNA alterations have been proposed since the beginnings of the history of the biochemical studies on aging to be a cause of the loss of function that in observed in organisms with age. Several studies have been carried out to analyze several aspects of DNA alterations and DNA repair with age. However, the possible relationship between mTOR and DNA repair has not been explored satisfactorily, especially in relation to mitochondrial DNA. This study had the objective of evaluating the role of mTOR in the regulation of the levels of DNA repair, especially the base excision repair (BER) pathway. The results showed that, apparently, mTOR has some effect in the regulation of two enzymes of the BER pathway (APE1 and Polγ), as well as TFAM, decreasing their levels, both in the nucleus and in the mitochondria. However, APE1 oligonucleotide incision activity was not diminished, and apoptosis induction by methylene blue treatment revealed that cells with mTOR knockdown were more resistant. Addicionally, mTOR inhibition didnt seem to alter mitochondrial DNA copy number and mitochondrial mass, suggesting that mTOR knockdown cells have more respiratory reserve. Takentogether, these results suggest a possible role for mTOR in the regulation of BER, even if indirectly, although it is not clear through which pathway, or which mTOR complex

mTOR (mammalian target of rapamycin) é uma proteína com papel central no crescimento, na proliferação e na manutenção das células, que participa da formação de dois complexos, mTORC1 e mTORC2. Diversos estudos associam menor atividade de mTOR, em especial o complexo 1, com efeitos protetores contra o envelhecimento e mesmo aumento da expectativa de vida máxima. Alterações no DNA têm sido propostas desde cedo na história dos estudos bioquímicos sobre o envelhecimento como um fator causar da perda de função dos organismos com a idade. Muitos estudos já foram realizados tentando analisar diversos aspectos do acúmulo de alterações no DNA e da capacidade de reparo com a idade. No entanto, a possível relação entre mTOR e reparo de DNA foi muito pouco explorada, em especial em relação ao DNA mitocondrial. Este estudo teve como objetivo avaliar o papel de mTOR na regulação dos níveis de reparo de DNA, em especial da via de reparo por excisão de bases (BER). Os resultados demonstraram que, aparentemente, mTOR surte algum efeito na regulação de duas enzimas da via BER (APE1 e Polγ), além de TFAM, diminuído os níveis das três, tanto no núcleo quanto nas mitocôndrias. No entanto, a atividade de incisão de oligonucleotídeos de APE1 não demonstrou alteração, e indução de apoptose por indução de estresse oxidativo revelou que células com menor expressão de mTOR se encontravam mais resistentes. Adicionalmente, a inibição de mTOR pareceu não alterar o número decópias de DNA mitocondrial e a massa mitocondrial, sugerindo que as células com knockdown de mTOR possuem uma maior reserva respiratória. Em conjunto, os resultados sugerem um possível envolvimento de mTOR na regulação de BER, mesmo que indiretamente, embora não estaja claro por qual via, ou por qual complexo de mTOR / mTOR (mammalian target of rapamycin) is a central protein in the regulation of cell growth, proliferation and maintenance, that participates in the formation of two complexes, mTORC1 and mTORC2. Several studies associate a lower activity of mTOR, especially complex 1, with beneficial effects against aging, and even increased maximum lifespan. DNA alterations have been proposed since the beginnings of the history of the biochemical studies on aging to be a cause of the loss of function that in observed in organisms with age. Several studies have been carried out to analyze several aspects of DNA alterations and DNA repair with age. However, the possible relationship between mTOR and DNA repair has not been explored satisfactorily, especially in relation to mitochondrial DNA. This study had the objective of evaluating the role of mTOR in the regulation of the levels of DNA repair, especially the base excision repair (BER) pathway. The results showed that, apparently, mTOR has some effect in the regulation of two enzymes of the BER pathway (APE1 and Polγ), as well as TFAM, decreasing their levels, both in the nucleus and in the mitochondria. However, APE1 oligonucleotide incision activity was not diminished, and apoptosis induction by methylene blue treatment revealed that cells with mTOR knockdown were more resistant. Addicionally, mTOR inhibition didnt seem to alter mitochondrial DNA copy number and mitochondrial mass, suggesting that mTOR knockdown cells have more respiratory reserve. Takentogether, these results suggest a possible role for mTOR in the regulation of BER, even if indirectly, although it is not clear through which pathway, or which mTOR complex

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.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A emodina é uma antraquinona estruturalmente semelhante à aloe-emodina e ambas tem sido apontadas como capazes de causar lesões oxidativas pela produção de ERO. Sua presença em produtos dermocosméticos e de higiene pessoal, associada às informações de que a fotoativação de antraquinonas levaria ao aumento de lesões oxidativas causadas por ERO, torna relevante o estudo da associação da emodina com a radiação UVA. O objetivo desse trabalho foi avaliar a citotoxicidade induzida pela associação da emodina com doses subletais de radiação UVA, em células de Escherichia coli (selvagem e cepas deficientes em enzimas do BER), através de ensaios de sobrevivência bacteriana (taxa de dose de UVA igual a 20J/m/s, totalizando 108kJ/m ao final de 90min de experimento), e em células da linhagem A549 pela exclusão do corante azul de tripan e sobrevivência clonogênica(taxa de dose de UVA igual a 20J/m/s, totalizando 36kJ/m ao final de 30min de experimento). Além disso, a genotoxicidade desses agentes foi estudada por eletroforese em gel de agarose de DNA plasmidial (taxa de dose de UVA igual a 16J/m/s, totalizando 57,6kJ/m ao final de 60min de experimento). De acordo com os resultados: i) Concentrações iguais ou abaixo de 5,55mM de emodina não alteraram a sobrevivência em nenhuma das cepas estudas; ii) As proteínas Xth e Fpg parecem ter um papel importante no reparo das lesões causadas pela emodina, em altas concentrações, sugerindo a participação do reparo por excisão de bases (BER) nesse processo; iii) A associação da emodina com a radiação UVA se mostrou citotóxica em todas as cepas de E. coli; iv) O gene nfo foi o mais importante na resistência bacteriana às lesões induzidas pela associação dos dois agentes, reforçando o envolvimento do BER e indicando uma possível participação do reparo por incisão de nucleotídeos (NIR); v) A emodina parece ter interagido com o DNA plasmidial, alterando seu padrão de migração no gel de agarose; vi) Em células da linhagem A549, a emodina causa efeitos tóxicos imediatos que parecem ser reparados ao longo do tempo. Porém, quando a droga permaneceu por 24 horas em contato com as células, houve uma diminuição na sobrevivência celular que parece ser dosedependente; vii) As concentrações de 10μM e 25μM de emodina, quando associadas ao UVA, se mostraram responsáveis pela redução de mais de 50% na sobrevivência nas células A549, chegando a 100% de morte quando a concentração de emodina foi de 50μM; viii) A radiação UVA potencializou os efeitos citotóxicos da emodina, nos 2 modelos experimentais do presente estudo, indicando que a interação da emodina com a radiação UVA seja genotóxica e portanto prejudicial à saúde. / Emodin is an anthraquinone structurally similar to aloe-emodin and both have been identified as capable of causing oxidative damage by ROS production. Its presence in skin cosmetics and toiletries, associated to the information that the photoactivation of anthraquinones leads to increased oxidative damage caused by ROS, make studies about the association of emodin with UVA relevant. The aim of this study was to evaluate the cytotoxicity induced by the combination of emodin with sublethal doses of UVA radiation in Escherichia coli cells (wild strain and strains deficient in enzymes of BER) by bacterial survival assay (UVA dose rate equal to 20J/m/s, totaling 108kJ/m at the end of 90min of experiment); and in A549 cell line by trypan blue exclusion assay and clonogenic survival(dose rate of UVA equal to 20J/m/s, totaling 36kJ/m at the end of 30 minutes of experiment). Furthermore, the genotoxicity of these agents was studied by electrophoresis on agarose gel of plasmid DNA (dose rate of UVA equal to 16J/m/s, totaling 57,6kJ/m at the end of 60 minutes of experiment). According to the results: i) concentrations equal or below 5.55mM of emodin did not affect the survival in any of the studied strains; ii) proteins Xth and Fpg appear to have an important role in the repair of lesions induced by emodin, at high concentrations, suggesting the involvement of base excision repair (BER) in this process, iii) the association of emodin with UVA showed to be cytotoxic in all strains of E. coli iv) The nfo gene was the most important in bacterial resistance to damages induced by the association of the two agents, reinforcing the involvement of BER and indicating a possible role of the nucleotide incision repair (NIR), v) emodin appears to have interacted with plasmid DNA, altering its migration pattern in the agarose gel; vi) in A549 cell line, emodin caused immediate toxic effects that seemed to be repaired with time. However, when the drug remained for 24 hours in contact with the cells, there was a reduction in cell survival which seems to be in a dose dependent mode, vii) The concentrations of 10μM and 25μM of emodin, when associated with UVA, were responsible for a survival reduction of more than 50% survival in A549 cells, reaching 100% of death with the concentration of 50μM of emodin, viii) UVA radiation potentiates the cytotoxic effect of emodin in two experimental models in the present study, indicating that this interaction is genotoxic and therefore harmful to health.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O cloreto estanoso (SnCl2) e a radiação ultravioleta A (UVA) são agentes que lesam diversas estruturas celulares, inclusive o DNA, principalmente pela geração de espécies reativas de oxigênio. O objetivo deste trabalho foi estudar a mutagênese e o reparo das lesões produzidas pela combinação do UVA, na condição de préiluminação, com o SnCl2. Avaliou-se a ação de enzimas do reparo por excisão de bases (BER), em Escherichia coli (E. coli), por eletroforese em gel alcalino de agarose e sobrevivência bacteriana. Também se estudou a indução do sistema SoxRS pelo cromoteste, e a mutagênese pelo teste de Ames. De acordo com os resultados: i) o UVA induziu quebras no DNA das cepas testadas e os mutantes fpgnfo e fpg apresentaram maior retardo no reparo das lesões; ii) o SnCl2 induziu mais quebras que o UVA e os mutantes nfo e fpg mostraram maior dificuldade em reparar as lesões; iii) o UVA+SnCl2 provocou mais quebras que o SnCl2 e os mutantes nfo e fpg também apresentaram maior lentidão no reparo das lesões; iv) o UVA não inativou as cepas testadas; v) as cepas nfo e fpg foram as mais sensíveis ao SnCl2; vi) o UVA+SnCl2 provocou maior letalidade em todas as cepas testadas, em relação ao SnCl2, e os mutantes nfo e fpg também foram os mais sensíveis ao tratamento com ambos os agentes; vii) a transformação dos mutantes nfo com o plasmídio pBW21 (nfo+) e dos mutantes fpg com o plasmídio pFPG (fpg+) aumentou a sobrevivência das cepas aos tratamentos com SnCl2 e UVA+SnCl2; viii) o SnCl2 induziu o sistema SoxRS; ix) o SnCl2, UVA e UVA+SnCl2 não induziram mutagênese; x) o reparo das lesões parece ser preferencialmente realizado pelas proteínas Fpg e Nfo. / Stannous chloride (SnCl2) and ultraviolet radiation A (UVA) are able to induce lesions in different cellular structures, including DNA, manly through ROS generation. The aim of this work was to study the mutagenesis and repair of lesions induced by the association of UVA (pre treatment) with SnCl2. It was evaluated the action of base excision repair (BER) enzymes in Escherichia coli (E. coli) by alkaline gel electrophoresis and bacterial survival. It was also evaluated the SoxRS system induction by chromotest and mutagenesis through the Ames test. According to the results: i) UVA induced DNA strand breaks in all strains and fpg-nfo and fpg mutants showed greater delay in the repair of lesions; ii) SnCl2 induced more breaks than UVA and nfo and fpg mutants showed more difficult to repair the damage; iii) UVA + SnCl2 caused more breaks than the SnCl2 and nfo and fpg mutants also showed a slowest repair of injuries; iv) UVA did not inactivate any bacterial strains tested; v) nfo and fpg strains were more sensitive to SnCl2; vi) UVA + SnCl2 caused higher mortality in all strains tested, when compared to SnCl2, and, again, nfo and fpg mutants were the most sensitives to the treatment with both agents; vii) the transformation of nfo mutant with the plasmid pBW21 (nfo+) and fpg mutants with plasmid pFPG (fpg+) increased the survival of the strains to SnCl2 and UVA + SnCl2 treatments; viii) SnCl2 was able to induce SoxRS system; ix) SnCl2, UVA + SnCl2 and UVA did not induce mutagenesis; x) damage repair seems to be preferentially performed by Fpg and Nfo proteins.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O cloreto estanoso (SnCl2) e a radiação ultravioleta A (UVA) são agentes que lesam diversas estruturas celulares, inclusive o DNA, principalmente pela geração de espécies reativas de oxigênio. O objetivo deste trabalho foi estudar a mutagênese e o reparo das lesões produzidas pela combinação do UVA, na condição de préiluminação, com o SnCl2. Avaliou-se a ação de enzimas do reparo por excisão de bases (BER), em Escherichia coli (E. coli), por eletroforese em gel alcalino de agarose e sobrevivência bacteriana. Também se estudou a indução do sistema SoxRS pelo cromoteste, e a mutagênese pelo teste de Ames. De acordo com os resultados: i) o UVA induziu quebras no DNA das cepas testadas e os mutantes fpgnfo e fpg apresentaram maior retardo no reparo das lesões; ii) o SnCl2 induziu mais quebras que o UVA e os mutantes nfo e fpg mostraram maior dificuldade em reparar as lesões; iii) o UVA+SnCl2 provocou mais quebras que o SnCl2 e os mutantes nfo e fpg também apresentaram maior lentidão no reparo das lesões; iv) o UVA não inativou as cepas testadas; v) as cepas nfo e fpg foram as mais sensíveis ao SnCl2; vi) o UVA+SnCl2 provocou maior letalidade em todas as cepas testadas, em relação ao SnCl2, e os mutantes nfo e fpg também foram os mais sensíveis ao tratamento com ambos os agentes; vii) a transformação dos mutantes nfo com o plasmídio pBW21 (nfo+) e dos mutantes fpg com o plasmídio pFPG (fpg+) aumentou a sobrevivência das cepas aos tratamentos com SnCl2 e UVA+SnCl2; viii) o SnCl2 induziu o sistema SoxRS; ix) o SnCl2, UVA e UVA+SnCl2 não induziram mutagênese; x) o reparo das lesões parece ser preferencialmente realizado pelas proteínas Fpg e Nfo. / Stannous chloride (SnCl2) and ultraviolet radiation A (UVA) are able to induce lesions in different cellular structures, including DNA, manly through ROS generation. The aim of this work was to study the mutagenesis and repair of lesions induced by the association of UVA (pre treatment) with SnCl2. It was evaluated the action of base excision repair (BER) enzymes in Escherichia coli (E. coli) by alkaline gel electrophoresis and bacterial survival. It was also evaluated the SoxRS system induction by chromotest and mutagenesis through the Ames test. According to the results: i) UVA induced DNA strand breaks in all strains and fpg-nfo and fpg mutants showed greater delay in the repair of lesions; ii) SnCl2 induced more breaks than UVA and nfo and fpg mutants showed more difficult to repair the damage; iii) UVA + SnCl2 caused more breaks than the SnCl2 and nfo and fpg mutants also showed a slowest repair of injuries; iv) UVA did not inactivate any bacterial strains tested; v) nfo and fpg strains were more sensitive to SnCl2; vi) UVA + SnCl2 caused higher mortality in all strains tested, when compared to SnCl2, and, again, nfo and fpg mutants were the most sensitives to the treatment with both agents; vii) the transformation of nfo mutant with the plasmid pBW21 (nfo+) and fpg mutants with plasmid pFPG (fpg+) increased the survival of the strains to SnCl2 and UVA + SnCl2 treatments; viii) SnCl2 was able to induce SoxRS system; ix) SnCl2, UVA + SnCl2 and UVA did not induce mutagenesis; x) damage repair seems to be preferentially performed by Fpg and Nfo proteins.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A emodina é uma antraquinona estruturalmente semelhante à aloe-emodina e ambas tem sido apontadas como capazes de causar lesões oxidativas pela produção de ERO. Sua presença em produtos dermocosméticos e de higiene pessoal, associada às informações de que a fotoativação de antraquinonas levaria ao aumento de lesões oxidativas causadas por ERO, torna relevante o estudo da associação da emodina com a radiação UVA. O objetivo desse trabalho foi avaliar a citotoxicidade induzida pela associação da emodina com doses subletais de radiação UVA, em células de Escherichia coli (selvagem e cepas deficientes em enzimas do BER), através de ensaios de sobrevivência bacteriana (taxa de dose de UVA igual a 20J/m/s, totalizando 108kJ/m ao final de 90min de experimento), e em células da linhagem A549 pela exclusão do corante azul de tripan e sobrevivência clonogênica(taxa de dose de UVA igual a 20J/m/s, totalizando 36kJ/m ao final de 30min de experimento). Além disso, a genotoxicidade desses agentes foi estudada por eletroforese em gel de agarose de DNA plasmidial (taxa de dose de UVA igual a 16J/m/s, totalizando 57,6kJ/m ao final de 60min de experimento). De acordo com os resultados: i) Concentrações iguais ou abaixo de 5,55mM de emodina não alteraram a sobrevivência em nenhuma das cepas estudas; ii) As proteínas Xth e Fpg parecem ter um papel importante no reparo das lesões causadas pela emodina, em altas concentrações, sugerindo a participação do reparo por excisão de bases (BER) nesse processo; iii) A associação da emodina com a radiação UVA se mostrou citotóxica em todas as cepas de E. coli; iv) O gene nfo foi o mais importante na resistência bacteriana às lesões induzidas pela associação dos dois agentes, reforçando o envolvimento do BER e indicando uma possível participação do reparo por incisão de nucleotídeos (NIR); v) A emodina parece ter interagido com o DNA plasmidial, alterando seu padrão de migração no gel de agarose; vi) Em células da linhagem A549, a emodina causa efeitos tóxicos imediatos que parecem ser reparados ao longo do tempo. Porém, quando a droga permaneceu por 24 horas em contato com as células, houve uma diminuição na sobrevivência celular que parece ser dosedependente; vii) As concentrações de 10μM e 25μM de emodina, quando associadas ao UVA, se mostraram responsáveis pela redução de mais de 50% na sobrevivência nas células A549, chegando a 100% de morte quando a concentração de emodina foi de 50μM; viii) A radiação UVA potencializou os efeitos citotóxicos da emodina, nos 2 modelos experimentais do presente estudo, indicando que a interação da emodina com a radiação UVA seja genotóxica e portanto prejudicial à saúde. / Emodin is an anthraquinone structurally similar to aloe-emodin and both have been identified as capable of causing oxidative damage by ROS production. Its presence in skin cosmetics and toiletries, associated to the information that the photoactivation of anthraquinones leads to increased oxidative damage caused by ROS, make studies about the association of emodin with UVA relevant. The aim of this study was to evaluate the cytotoxicity induced by the combination of emodin with sublethal doses of UVA radiation in Escherichia coli cells (wild strain and strains deficient in enzymes of BER) by bacterial survival assay (UVA dose rate equal to 20J/m/s, totaling 108kJ/m at the end of 90min of experiment); and in A549 cell line by trypan blue exclusion assay and clonogenic survival(dose rate of UVA equal to 20J/m/s, totaling 36kJ/m at the end of 30 minutes of experiment). Furthermore, the genotoxicity of these agents was studied by electrophoresis on agarose gel of plasmid DNA (dose rate of UVA equal to 16J/m/s, totaling 57,6kJ/m at the end of 60 minutes of experiment). According to the results: i) concentrations equal or below 5.55mM of emodin did not affect the survival in any of the studied strains; ii) proteins Xth and Fpg appear to have an important role in the repair of lesions induced by emodin, at high concentrations, suggesting the involvement of base excision repair (BER) in this process, iii) the association of emodin with UVA showed to be cytotoxic in all strains of E. coli iv) The nfo gene was the most important in bacterial resistance to damages induced by the association of the two agents, reinforcing the involvement of BER and indicating a possible role of the nucleotide incision repair (NIR), v) emodin appears to have interacted with plasmid DNA, altering its migration pattern in the agarose gel; vi) in A549 cell line, emodin caused immediate toxic effects that seemed to be repaired with time. However, when the drug remained for 24 hours in contact with the cells, there was a reduction in cell survival which seems to be in a dose dependent mode, vii) The concentrations of 10μM and 25μM of emodin, when associated with UVA, were responsible for a survival reduction of more than 50% survival in A549 cells, reaching 100% of death with the concentration of 50μM of emodin, viii) UVA radiation potentiates the cytotoxic effect of emodin in two experimental models in the present study, indicating that this interaction is genotoxic and therefore harmful to health.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A célula epitelial é o primeiro contato entre os micro-organismos e o hospedeiro. Essa interação pode levar a produção de diversas citocinas, quimiocinas, moléculas inflamatórias e também estimular a geração de espécies reativas de oxigênio (ERO). Neste trabalho avaliamos se a interação com as células HEp-2 poderia ser genotóxica para os mutantes derivados de Escherichia coli K-12 deficientes em algumas enzimas que fazem parte do sistema de reparo por excisão de base (BER). Além disto, avaliamos a expressão do sistema SOS, que é induzido pela presença de danos no genoma bacteriano. Os resultados obtidos mostraram a presença de filamentos, na interação com células HEp-2, principalmente, no mutante xthA (BW9091) e no triplo mutante xthA nfo nth (BW535). Quando a interação foi quantificada na ausência da D-manose, observamos um aumento das bactérias aderidas. Além disto, a quantidade e o tamanho dos filamentos também aumentaram, mostrando que as adesinas manose-sensíveis estavam envolvidas na filamentação bacteriana. Para comprovar se o aumento da filamentação observada neste ensaio foram uma consequência da indução do sistema SOS, desencadeada pela interação com as células HEp-2, quantificamos a expressão do SOS, na presença e na ausência da D-manose. De fato, observamos que a indução do SOS na ausência da D-manose foi maior, quando comparada, com o ensaio realizado na presença de D-manose. Além disto, observamos que a ausência de xthA foi importante para o aumento da filamentação observada na ausência de D-manose. Diante destes resultados, verificamos se a resposta de filamentação ocorreria quando as bactérias interagiam com uma superfície abiótica como o vidro. Observamos também inúmeros filamentos nos mutantes BER, BW9091 e BW535, quando comparados a cepa selvagem AB1157. Essa filamentação foi associada à indução do SOS, em resposta a interação das bactérias com o vidro. Em parte a filamentação e a indução do SOS observadas na interação ao vidro, foram associadas à produção de ERO. Quantificamos também o número de bactérias aderidas e observamos que as nossas cepas formavam biofilmes moderados. Contudo, a formação de biofilme dependia da capacidade da bactéria induzir o sistema SOS, tanto em aerobiose como em anaerobiose. A tensão do oxigênio foi importante para interação dos mutantes BER, uma vez que os mutantes BW9091 e BW535 apresentaram uma quantidade de bactérias aderidas menor em anaerobiose. Contudo, a diminuição observada não estava vinculada a morte dos mutantes BER. Também realizamos microscopia de varredura na cepa selvagem e nos mutantes, BW9091 e BW535 e confirmamos que as três cepas formavam biofilmes tanto em aerobiose como em anaerobiose. Observamos uma estrutura sugestiva de matriz extracelular envolvendo os biofilmes da cepa selvagem AB1157 e do mutante BW9091. No entanto, a formação desta estrutura por ambas as cepas dependia da tensão de oxigênio, pois nos biofilmes formados em anaerobiose essa estrutura estava ausente. Em conclusão, mostramos que na interação das bactérias com a superfície biótica e abiótica, ocorreu lesão no genoma, com indução do SOS e a resposta de filamentação associada. / The epithelial cell is the first contact between microorganisms and host. This interaction results in production of several cytokines, chemokines, and inflammatory molecules by epithelial cells and also stimulate the generation of reactive oxygen species (ROS). In the present study, we have evaluated whether the interaction to HEp-2 cells causes genotoxicity to mutants derived from Escherichia coli K-12 deficient in some enzymes that are part of the system of base excision repair (BER). Moreover, we measured the expression of SOS system, which is induced by the presence of damage to the bacterial genome. Our results showed mainly presence of filamentous bacterial growth in xthA mutant (BW9091) and triple xthA nfo nth mutant (BW535) when submitted to HEp-2 cells interaction assays. When experiments were performed in the absence of mannose, data showed enhanced interaction of viable bacteria to HEp-2 cells for all strains tested. Furthermore, the removal of D-mannose resulted in an increase in both number and size of bacterial filamentous forms, indicating the involvement of mannose-sensitive adhesins in the filamentation of these strains. In order to verify whether the increased filamentation growth in this assay was a consequence of SOS induction, triggered by interaction to HEp-2 cells, we measured expression of SOS in the presence and absence of D-mannose. Indeed, we observed higher expression of SOS response in the absence of mannose than in experiments performed in the presence of D-mannose. Moreover, we observed that the absence of xthA was important to filamentation increasing in absence of D-mannose. Based on these results, we verified if interaction to abiotic surfaces, like glass, could lead to filamentation of these strains. We also observed numerous filaments in BER mutants, BW9091 and BW535, when compared to wild-type strain AB1157. The filamentation observed was a consequence of SOS induction, triggered by attachment to the glass surface. In part, the filamentation and SOS induction observed in these experiments were related to ROS production. We also quantified interacted bacterial cells and it was observed moderated biofilm formation in all strains tested. However, biofilm formation depended on the ability of the bacteria to induce the SOS response, under both aerobic and anaerobic conditions. The oxygen tension was important factor for interaction of the BER mutants, since these mutants exhibited decreased quantitative adherence under anaerobic conditions. However, this decrease was not related to BER mutants death. Scanning electron microscopy was also performed in the wild-type strain and BER mutants (BW9091 e BW535) and biofilm formation was confirmed under both aerobic and anaerobic conditions. We observed a structure similar to a extracellular matrix which involved biofilms of wild type strain (AB1157) and xthA mutant (BW9091). However, the formation of this structure by both strains depended on the oxygen tension, since biofilm formation, under anaerobiosis condition, did not presented this structure. In conclusion, was provided that bacterial interaction to biotic and abiotic surfaces can lead to damage of bacterial genome, resulting in SOS induction and associated filamentation.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A célula epitelial é o primeiro contato entre os micro-organismos e o hospedeiro. Essa interação pode levar a produção de diversas citocinas, quimiocinas, moléculas inflamatórias e também estimular a geração de espécies reativas de oxigênio (ERO). Neste trabalho avaliamos se a interação com as células HEp-2 poderia ser genotóxica para os mutantes derivados de Escherichia coli K-12 deficientes em algumas enzimas que fazem parte do sistema de reparo por excisão de base (BER). Além disto, avaliamos a expressão do sistema SOS, que é induzido pela presença de danos no genoma bacteriano. Os resultados obtidos mostraram a presença de filamentos, na interação com células HEp-2, principalmente, no mutante xthA (BW9091) e no triplo mutante xthA nfo nth (BW535). Quando a interação foi quantificada na ausência da D-manose, observamos um aumento das bactérias aderidas. Além disto, a quantidade e o tamanho dos filamentos também aumentaram, mostrando que as adesinas manose-sensíveis estavam envolvidas na filamentação bacteriana. Para comprovar se o aumento da filamentação observada neste ensaio foram uma consequência da indução do sistema SOS, desencadeada pela interação com as células HEp-2, quantificamos a expressão do SOS, na presença e na ausência da D-manose. De fato, observamos que a indução do SOS na ausência da D-manose foi maior, quando comparada, com o ensaio realizado na presença de D-manose. Além disto, observamos que a ausência de xthA foi importante para o aumento da filamentação observada na ausência de D-manose. Diante destes resultados, verificamos se a resposta de filamentação ocorreria quando as bactérias interagiam com uma superfície abiótica como o vidro. Observamos também inúmeros filamentos nos mutantes BER, BW9091 e BW535, quando comparados a cepa selvagem AB1157. Essa filamentação foi associada à indução do SOS, em resposta a interação das bactérias com o vidro. Em parte a filamentação e a indução do SOS observadas na interação ao vidro, foram associadas à produção de ERO. Quantificamos também o número de bactérias aderidas e observamos que as nossas cepas formavam biofilmes moderados. Contudo, a formação de biofilme dependia da capacidade da bactéria induzir o sistema SOS, tanto em aerobiose como em anaerobiose. A tensão do oxigênio foi importante para interação dos mutantes BER, uma vez que os mutantes BW9091 e BW535 apresentaram uma quantidade de bactérias aderidas menor em anaerobiose. Contudo, a diminuição observada não estava vinculada a morte dos mutantes BER. Também realizamos microscopia de varredura na cepa selvagem e nos mutantes, BW9091 e BW535 e confirmamos que as três cepas formavam biofilmes tanto em aerobiose como em anaerobiose. Observamos uma estrutura sugestiva de matriz extracelular envolvendo os biofilmes da cepa selvagem AB1157 e do mutante BW9091. No entanto, a formação desta estrutura por ambas as cepas dependia da tensão de oxigênio, pois nos biofilmes formados em anaerobiose essa estrutura estava ausente. Em conclusão, mostramos que na interação das bactérias com a superfície biótica e abiótica, ocorreu lesão no genoma, com indução do SOS e a resposta de filamentação associada. / The epithelial cell is the first contact between microorganisms and host. This interaction results in production of several cytokines, chemokines, and inflammatory molecules by epithelial cells and also stimulate the generation of reactive oxygen species (ROS). In the present study, we have evaluated whether the interaction to HEp-2 cells causes genotoxicity to mutants derived from Escherichia coli K-12 deficient in some enzymes that are part of the system of base excision repair (BER). Moreover, we measured the expression of SOS system, which is induced by the presence of damage to the bacterial genome. Our results showed mainly presence of filamentous bacterial growth in xthA mutant (BW9091) and triple xthA nfo nth mutant (BW535) when submitted to HEp-2 cells interaction assays. When experiments were performed in the absence of mannose, data showed enhanced interaction of viable bacteria to HEp-2 cells for all strains tested. Furthermore, the removal of D-mannose resulted in an increase in both number and size of bacterial filamentous forms, indicating the involvement of mannose-sensitive adhesins in the filamentation of these strains. In order to verify whether the increased filamentation growth in this assay was a consequence of SOS induction, triggered by interaction to HEp-2 cells, we measured expression of SOS in the presence and absence of D-mannose. Indeed, we observed higher expression of SOS response in the absence of mannose than in experiments performed in the presence of D-mannose. Moreover, we observed that the absence of xthA was important to filamentation increasing in absence of D-mannose. Based on these results, we verified if interaction to abiotic surfaces, like glass, could lead to filamentation of these strains. We also observed numerous filaments in BER mutants, BW9091 and BW535, when compared to wild-type strain AB1157. The filamentation observed was a consequence of SOS induction, triggered by attachment to the glass surface. In part, the filamentation and SOS induction observed in these experiments were related to ROS production. We also quantified interacted bacterial cells and it was observed moderated biofilm formation in all strains tested. However, biofilm formation depended on the ability of the bacteria to induce the SOS response, under both aerobic and anaerobic conditions. The oxygen tension was important factor for interaction of the BER mutants, since these mutants exhibited decreased quantitative adherence under anaerobic conditions. However, this decrease was not related to BER mutants death. Scanning electron microscopy was also performed in the wild-type strain and BER mutants (BW9091 e BW535) and biofilm formation was confirmed under both aerobic and anaerobic conditions. We observed a structure similar to a extracellular matrix which involved biofilms of wild type strain (AB1157) and xthA mutant (BW9091). However, the formation of this structure by both strains depended on the oxygen tension, since biofilm formation, under anaerobiosis condition, did not presented this structure. In conclusion, was provided that bacterial interaction to biotic and abiotic surfaces can lead to damage of bacterial genome, resulting in SOS induction and associated filamentation.