Orientador: Alexandre Leite Rodrigues de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T10:28:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chiarotto_GabrielaBortolanca_M.pdf: 2946434 bytes, checksum: 5981e0da5b0dde27b2c22c03e945752a (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A lesão do nervo periférico em animais neonatos resulta em extensa morte neuronal na medula espinal e nos gânglios das raízes dorsais. Como a maior parte da perda neuronal é devido ao estresse oxidativo e mecanismos apoptóticos, vários estudos têm sido realizados a fim de investigar o efeito de substâncias neuroprotetoras. Dentre esses fármacos, o antioxidante Tempol tem mostrado resultados promissores, uma vez que é capaz de quelar espécies reativas de oxigênio (ROS) e minimizar, ou mesmo prevenir, danos teciduais. Neste sentido, o presente trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos neuroprotetores do Tempol sobre a morte neuronal induzida pela secção do nervo isquiático em ratos recém-nascidos. Para as análises morfológicas, ratos Wistar com dois dias de idade (P2), foram submetidos à secção do nervo isquiático esquerdo e foram divididos em dois grupos: (1) grupo tratado com Tempol (24mg/kg), 10 minutos, 6 horas e a cada 24 horas após a lesão por até 1 semana; (2) grupo veículo - tratado com o veículo de diluição do Tempol nos mesmos períodos de tratamento. Os animais de ambos os grupos foram sacrificados em tempos de sobrevida de 8, 12, 24, 72 horas e uma semana após a lesão. O lado contralateral da medula foi utilizado como controle interno para análise dos resultados. Após os respectivos dias de sobrevida, os animais foram anestesiados e submetidos à toracotomia para perfusão com solução salina e fixadora. Em seguida, o conjunto contendo a intumescência lombar e as raízes nervosas foram processadas para posterior confecção dos cortes histológicos. Secções transversais de 12 ?m da intumescência lombar foram utilizadas nas técnicas de Microscopia de luz para avaliação da sobrevivência neuronal e TUNEL para detecção e quantificação de células apoptóticas. Os resultados demonstraram que o tratamento com Tempol aumentou a sobrevivência de motoneurônios da medula espinal em 15% após 8 horas; 19% após 12 horas; 13% após 24 horas; 15% após 72 horas e 21% após uma semana pós-lesão (p<0,0001). Da mesma forma, os animais tratados com Tempol apresentaram uma diminuição do número de células TUNEL positivas, indicando uma redução dos eventos apoptóticos. Para a realização da qRT-PCR, a intumescência lombar foi dissecada 12 e 24 após lesão. Os resultados mostraram um aumento na expressão gênica de 13, 3 e 28 vezes para bax, caspase3 e bcl2, respectivamente, após 12 horas da axotomia e tratamento com Tempol. Após 24 horas houve redução na expressão dos genes estudados, porém, esta não foi estatisticamente significativa. Como um todo, os presentes resultados mostraram que o tratamento com Tempol é neuroprotetor, levando à maior sobrevivência de motoneurônios após a lesão de nervo periférico, minimizando a ocorrência de eventos apoptóticos / Abstract: The peripheral nerve injury in newborn animals results in extensive neuronal death in the spinal cord and dorsal root ganglia. Since most neuronal loss is due to oxidative stress and apoptotic mechanisms, several studies have been conducted to investigate the effect of neuroprotective substances. Among these drugs, the antioxidant Tempol has shown promising results as it is capable of chelating reactive oxygen species (ROS) and to minimize or even prevent, tissue damage. In this sense, the present study aimed to evaluate the neuroprotective effects of Tempol on neuronal death induced by sciatic nerve section in newborn rats. For this purpose, two days old (P2) Wistar rats underwent left sciatic nerve section and were divided into two groups: (1) Tempol-treated group (24mg/kg) - 10 minutes and 6 hours, and every 24 hours after injury for up to 1 week; (2) Group Vehicle - Vehicle treated with the same dilution of Tempol. The animals of both groups were sacrificed at survival times of 8, 12, 24, 72 hours and one week after the lesion. The contralateral side of the spinal cord was used as internal control. After the respective days of survival, the animals were anesthetized and underwent thoracotomy for transcardial perfusion with saline and fixative. The assembly containing the lumbar intumescence and nerve roots were processed for subsequent preparation of histological sections. Cross sections of 12 ?m were used for evaluation of neuronal survival and TUNEL for the detection and quantification of apoptotic cells. The results showed that Tempol treatment increased the survival of motoneurons in the spinal cord 15% after 8 hours, 19% after 12 hours, 13% after 24 hours, 15% after 72 hours and 21% after one week post-lesion ( p <0.0001). Likewise, Tempol treated animals showed a decrease in the number of TUNEL positive cells, indicating reduction in apoptotic events. To further investigate the apoptotic events observed herein, we have performed qRT-PCR evaluation of bax, caspase3 and bcl2 transcript levels, 12 and 24 after injury. The results showed an increase in gene expression of 13, 3 and 28 times for bax, caspase 3 and bcl2, respectively, after 12 hours of axotomy and treatment with Tempol. After 24 hours no differences were observed relative to the control. As a whole, these results showed that Tempol is neuroprotective, leading to improved survival of motor neurons after peripheral nerve injury, minimizing the occurrence of apoptotic events / Mestrado / Anatomia / Mestra em Biologia Celular e Estrutural

Os oxidantes derivados do peroxinitrito e das peroxidases, como mieloperoxidase (MPO), e os danos que ocasionam em proteínas vêm sendo muito estudados pela sua relevância em processos inflamatórios. Neste trabalho, as proteínas RNase e lisozima foram empregadas como alvos de oxidação e nitração mediadas por peroxinitrito e MPO/H<SUB.2O2/NO2-. Experimentos de EPR indicaram que as oxidações envolvem a formação de radicais protéicos sendo que os principais foram caracterizados como RNase-tirosila e lisozima-tirosila exposto e não exposto ao solvente, respectivamente. Estimativas do rendimento de radicais protéicos e produtos nitrados nos pHs 5,4, 6,4 e 7,4 mostrou que o peroxinitrito e o sistema MPO/H<SUB.2O2/NO2- são oxidantes mais efetivos nos pHs 7,4 e 5,4, respectivamente. Na condição ótima para cada oxidante foram identificados produtos de oxidação/nitração de resíduos de Tyr e Trp por HPLC-UV/MS-ESI. Para localização dos resíduos modificados nas estruturas das proteínas tratadas, elas foram digeridas com tripsina e os peptídeos resultantes submetidos a análise por HPLC/MS-MALDI-ToF. Desses resultados pode-se concluir que a RNase foi nitrada preferencialmente nos fragmentos contendo o(s)resíduo(s) Tyr115 > Tyr92/97 > Tyr73/76 por peroxinitrito e em praticamente todos os resíduos de tirosina por MPOH<SUB.2O2/NO2-. No caso da lisozima, o peroxinitrito oxidou principalmente o fragmento contendo os resíduos Trp62/63 que se mostrou nitrado e oxidado a dímero e quinurenina. Já o sistema MPO/H<SUB.2O2/NO2- nitrou o fragmento contendo os resíduos Tyr23/28 e nitrou e oxidou a dímeros e quinurenina o fragmento contendo os resíduos Trp62/63. As relações entre a acessibilidade dos resíduos específicos nas estruturas terciárias e a formação de produtos de oxidação/nitração são discutidas. Também, a possível importância da oxidação de resíduos de triptofano em agregação de proteínas é enfatizada. Paralelamente, examinou-se os efeitos do nitróxido tempol sobre a nitração da RNase mediada por MPO ou HRP/H<SUB.2O2/NO2- em condições de máxima nitração. De fato, as interações de tempol com peroxidases eram pouco conhecidas apesar da eficiência do nitróxido em reduzir a injúria e os níveis de 3-nitrotirosina em proteínas de tecidos de animais submetidos a condições inflamatórias. Foram determinadas as constantes de velocidade da reação do tempol com os intermediários oxidantes da MPO e HRP e também, o consumo de reagentes e a formação de produtos. A simulação dos resultados experimentais indicou que o tempol inibe a nitração da RNase mediada por peroxidases principalmente pela sua capacidade de reagir rapidamente com o &#8226;NO2 com formação de nitrito e cátion oxamônio que, por sua vez, recicla para tempol reagindo com H2O2 para produzir O2. / The oxidants derived from peroxynitrite and peroxidase enzymes, such as myeloperoxidase (MPO), and the lesions they promote in proteins are being extensively investigated because of their relevance in inflammatory processes. Here, the proteins RNase and lysozyme were employed as targets of oxidations/nitrations mediated by peroxynitrite and MPO/H<SUB.2O2/NO2-. EPR experiments showed that the oxidations produced protein radicals of which the prominent ones were characterized as RNase-tyrosyl and lysozyme-tyrosil solvent-exposed and non-exposed, respectively. Estimates of protein radical and nitrated product yields at pH 5.4, 6.4 and 7.4 indicated that peroxynitrite and MPO/H<SUB.2O2/NO2- were more effective oxidants at pH 7.4 and 5.4, respectively. At the best condition for each oxidant, the oxidation/nitration products of Tyr and Trp residues were identified by HPLC-UV/ESI-MS analysis. The site of oxidation in the protein structures were identified by HPLC/MALDI-ToF-MS analysis of tryptic digests after oxidative treatment. From these results, it was concluded that RNase was nitrated mainly in Tyr115 > Tyr92/97 > Tyr62/63 by peroxynitrite and in all Tyr by MPO/H<SUB.2O2/NO2-. In the case of lysozyme, peroxynitrite modified mainly Trp62/63 that resulted nitrated and oxidized to a dimer and kynurenine. The MPO/H<SUB.2O2/NO2- system promoted the nitration of Tyr23/Trp28 and nitration and oxidation to dimer and kynurenine of Trp62/63. The relationships between residue accessibility in the structure of the proteins and their oxidation/nitration are discussed. The possible importance of Trp oxidation in protein aggregation is emphasized. In parallel, the effects of the nitroxide tempol upon RNase nitration mediated by MPO or HRP/H<SUB.2O2/NO2- was examined. Indeed, the interactions of tempol with peroxidases have been little investigated although the nitroxide is very efficient in reducing injury and 3-nitrotyrosine protein levels in tissues of animals submitted to inflammatory conditions. The second order rate constants of tempol reactions with the ferryl oxidants of MPO and HRP were determined. The consumption of reactants and formation of products were also determined. Computer simulation of the results indicated that tempol inhibits RNAse nitration mediated by peroxidases mainly because of its capability to rapidly react with &#8226;NO2 with formation of nitrite and the oxammonium cation, which, in turn, recycles back to tempol, by reacting with H2O2 to produce O2.

Os oxidantes derivados do peroxinitrito e das peroxidases, como mieloperoxidase (MPO), e os danos que ocasionam em proteínas vêm sendo muito estudados pela sua relevância em processos inflamatórios. Neste trabalho, as proteínas RNase e lisozima foram empregadas como alvos de oxidação e nitração mediadas por peroxinitrito e MPO/H<SUB.2O2/NO2-. Experimentos de EPR indicaram que as oxidações envolvem a formação de radicais protéicos sendo que os principais foram caracterizados como RNase-tirosila e lisozima-tirosila exposto e não exposto ao solvente, respectivamente. Estimativas do rendimento de radicais protéicos e produtos nitrados nos pHs 5,4, 6,4 e 7,4 mostrou que o peroxinitrito e o sistema MPO/H<SUB.2O2/NO2- são oxidantes mais efetivos nos pHs 7,4 e 5,4, respectivamente. Na condição ótima para cada oxidante foram identificados produtos de oxidação/nitração de resíduos de Tyr e Trp por HPLC-UV/MS-ESI. Para localização dos resíduos modificados nas estruturas das proteínas tratadas, elas foram digeridas com tripsina e os peptídeos resultantes submetidos a análise por HPLC/MS-MALDI-ToF. Desses resultados pode-se concluir que a RNase foi nitrada preferencialmente nos fragmentos contendo o(s)resíduo(s) Tyr115 > Tyr92/97 > Tyr73/76 por peroxinitrito e em praticamente todos os resíduos de tirosina por MPOH<SUB.2O2/NO2-. No caso da lisozima, o peroxinitrito oxidou principalmente o fragmento contendo os resíduos Trp62/63 que se mostrou nitrado e oxidado a dímero e quinurenina. Já o sistema MPO/H<SUB.2O2/NO2- nitrou o fragmento contendo os resíduos Tyr23/28 e nitrou e oxidou a dímeros e quinurenina o fragmento contendo os resíduos Trp62/63. As relações entre a acessibilidade dos resíduos específicos nas estruturas terciárias e a formação de produtos de oxidação/nitração são discutidas. Também, a possível importância da oxidação de resíduos de triptofano em agregação de proteínas é enfatizada. Paralelamente, examinou-se os efeitos do nitróxido tempol sobre a nitração da RNase mediada por MPO ou HRP/H<SUB.2O2/NO2- em condições de máxima nitração. De fato, as interações de tempol com peroxidases eram pouco conhecidas apesar da eficiência do nitróxido em reduzir a injúria e os níveis de 3-nitrotirosina em proteínas de tecidos de animais submetidos a condições inflamatórias. Foram determinadas as constantes de velocidade da reação do tempol com os intermediários oxidantes da MPO e HRP e também, o consumo de reagentes e a formação de produtos. A simulação dos resultados experimentais indicou que o tempol inibe a nitração da RNase mediada por peroxidases principalmente pela sua capacidade de reagir rapidamente com o &#8226;NO2 com formação de nitrito e cátion oxamônio que, por sua vez, recicla para tempol reagindo com H2O2 para produzir O2. / The oxidants derived from peroxynitrite and peroxidase enzymes, such as myeloperoxidase (MPO), and the lesions they promote in proteins are being extensively investigated because of their relevance in inflammatory processes. Here, the proteins RNase and lysozyme were employed as targets of oxidations/nitrations mediated by peroxynitrite and MPO/H<SUB.2O2/NO2-. EPR experiments showed that the oxidations produced protein radicals of which the prominent ones were characterized as RNase-tyrosyl and lysozyme-tyrosil solvent-exposed and non-exposed, respectively. Estimates of protein radical and nitrated product yields at pH 5.4, 6.4 and 7.4 indicated that peroxynitrite and MPO/H<SUB.2O2/NO2- were more effective oxidants at pH 7.4 and 5.4, respectively. At the best condition for each oxidant, the oxidation/nitration products of Tyr and Trp residues were identified by HPLC-UV/ESI-MS analysis. The site of oxidation in the protein structures were identified by HPLC/MALDI-ToF-MS analysis of tryptic digests after oxidative treatment. From these results, it was concluded that RNase was nitrated mainly in Tyr115 > Tyr92/97 > Tyr62/63 by peroxynitrite and in all Tyr by MPO/H<SUB.2O2/NO2-. In the case of lysozyme, peroxynitrite modified mainly Trp62/63 that resulted nitrated and oxidized to a dimer and kynurenine. The MPO/H<SUB.2O2/NO2- system promoted the nitration of Tyr23/Trp28 and nitration and oxidation to dimer and kynurenine of Trp62/63. The relationships between residue accessibility in the structure of the proteins and their oxidation/nitration are discussed. The possible importance of Trp oxidation in protein aggregation is emphasized. In parallel, the effects of the nitroxide tempol upon RNase nitration mediated by MPO or HRP/H<SUB.2O2/NO2- was examined. Indeed, the interactions of tempol with peroxidases have been little investigated although the nitroxide is very efficient in reducing injury and 3-nitrotyrosine protein levels in tissues of animals submitted to inflammatory conditions. The second order rate constants of tempol reactions with the ferryl oxidants of MPO and HRP were determined. The consumption of reactants and formation of products were also determined. Computer simulation of the results indicated that tempol inhibits RNAse nitration mediated by peroxidases mainly because of its capability to rapidly react with &#8226;NO2 with formation of nitrite and the oxammonium cation, which, in turn, recycles back to tempol, by reacting with H2O2 to produce O2.

The critical prompt innate immune response is highly built upon the influx of neutrophils from the blood stream to the site of infection. In the battlefield, neutrophils sense pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) through their pattern-recognition receptors (PRRs) to launch a number of responses with the goal to defeat the invading pathogen. Neutrophils’ wide spectrum of responses ranges from reactive oxygen species production (ROS), phagocytosis, cytokine and chemokine secretion, and neutrophil extracellular trap (NET) formation. The NET scaffold is composed of nuclear chromatin which is armed with antimicrobial proteins. DNA traps are able to ensnare and kill microbes in the extracellular space and NET release concurs with cell death of the neutrophil. An increasing body of literature describes that NETs impose deleterious effects on the host itself in addition to their antimicrobial activity. These hazardous effects mainly stem from pro-inflammatory and tissue-destructive activity of NETs. These two diverse outcomes of NETs result in a series of effects on both host and pathogen. Therefore, it seems rational that NET formation is tightly regulated and not happening spontaneously. The opportunistic fungal pathogen Candida albicans captured and killed by NETs. This fungus has the remarkable ability to grow as budding yeast or as filamentous hyphae, and reversibly alternate between these morphotypes. Hyphae are the tissue-destructive, invasive and pro-inflammatory form of C. albicans, whereas yeast is the proliferative, non-invasive form. Hence, it is important to find out how neutrophils discriminate between distinct growth forms of C. albicans and how NET release is regulated in this regard. To assess neutrophils responses towards each growth form of C. albicans, the mere ratio of each fungal morphotypes is an insufficient measure to describe comparable amounts used in infection experiments; we therefore used dry mass of fungal cells to serve as a common denominator for amounts of fungal cells with different morphotypes. As assessment of dry mass is laborious, we developed a quick correlative method, which quantified fungal metabolic activity corresponding to the actual dry mass. We applied this method in consecutive studies investigating the neutrophil responses specific to different morphotypes of C. albicans. Positive and negative regulators of NET formation were investigated for this thesis in a mechanistic fashion. To identify how NET release is negatively regulated during C. albicans infection we focused on anti-inflammatory receptors on neutrophils. We observed that adenosine signals via adenosine receptor reduces the amount of NETs exclusively in response to C. albicans hyphae, the invasive, pro-inflammatory form. We identified adenosine receptor A3 as the responsible receptor suggesting that targeting of adenosine A3 would be a promising approach to control invasive fungal infection, since particularly during immune reconstitution invasive mycoses are frequently accompanied by hyperinflammation which additionally worsens the patient’s state. As unbalanced inflammation is harmful to the host, a situation reflected in autoimmune diseases, such as systemic lupus erythematosus, we aimed to find molecules, which are able to inhibit NET formation. Thus, we introduced the non-toxic agent tempol’’. During ROS-depended stimulation of NET formation via C. albicans and phorbol esters, the stable redox-cycling nitroxide tempol efficiently blocked NET induction. We therefore proposed tempol as a potential treatment during inflammatory disorders where NET formation is out of balance. In quest for positive regulators of NET formation we found the major addictive component of tobacco and electronic cigarettes, nicotine, as compelling direct inducer of NET release. Interestingly, nicotine is associated with exacerbated inflammatory diseases exerting its pro-inflammatory activity via acetylcholine receptor by targeting protein kinase B (known as Akt) activation with no effect on NADPH oxidase complex in a ROS independent fashion. In consideration of neutrophils role in smoking-related diseases we propose targeting Akt could lower the undesirable effect of NET.  In conclusion, this thesis identified new modulators of NET formation in response to fungal infection and more broadly to other NET-inducing stimuli, which might have implications in forthcoming therapies.

Tempol (4-hidroxi-2,2,6,6-tetrametil piperidina-1-oxil) e outros nitróxidos cíclicos reduzem a injúria tecidual em modelos animais de inflamação por mecanismos que não são completamente entendidos. A mieloperoxidase (MPO) tem um papel fundamental na produção de oxidantes por neutrófilos e, portanto, é um importante alvo para anti-inflamatórios. Ao amplificar o potencial oxidativo do H2O2, a MPO produz HOCl e radicais livres através de seus intermediários oxidantes MPO-I [MPO-porfirina&#8226;+-Fe(IV)=O] e MPO-II [MPO-porfirina-Fe(IV)=O]. Esses fatos nos levaram a sintetizar e avaliar a capacidade inibitória sobre a atividade clorinante da MPO in vitro e in vivo do tempol e de três derivados hidrofóbicos substituídos na posição 4 do anel piperidina [(4-azido, 4-benzenosulfonil e 4-(4-fenil-1H-1,2,3-triazol-1-il)]. In vitro, todos os nitróxidos inibiram a clorinação da taurina mediada pela MPO a pH 7,4 com valores similares de IC50 (1,5-1,8 µM). As constantes cinéticas das reações do tempol com MPO-I (k = 3,5 x 105 M-1 s-1) e MPO-II, cuja cinética indicou um comportamento de saturação (K= 2,0 x 10-5 M; k = 3,6 x 10-2 s-1), foram determinadas. Modelagens cinéticas indicaram que, em presença de taurina, MPO não produz HOCl livre. Tomados conjuntamente, os resultados indicaram que o tempol age principalmente como um inibidor reversível da MPO por levar ao acúmulo de MPO-II e de complexo [MPO-II-tempol] que não participam do ciclo clorinante. Para examinar se nitróxidos inibem a atividade da MPO in vivo selecionamos como modelo a inflamação aguda induzida pela carragenina na pata de ratos. A atenuação da inflamação na pata mostrou correlação com a lipofilicidade do nitróxido em tempos iniciais, mas as diferenças nos efeitos foram pequenas (menor que 2 vezes) quando comparadas com as diferenças de lipofilicidade (maior que 200 vezes). Nenhuma inibição da atividade da MPO foi evidente in vivo porque os níveis de atividade nas patas dos ratos correlacionaram com os níveis de MPO. Do mesmo modo, em animais não-tratados ou tratados com nitróxidos, todos os parâmetros empregados para monitorar a inflamação (edema, níveis de proteínas oxidadas e nitradas e exsudação plasmática) correlacionaram com os níveis de MPO. Os efeitos dos nitróxidos in vivo foram também comparados com aqueles da hidrazida do ácido 4-aminobenzóico (ABAH) e da colchicina. Tomados conjuntamente, os estudos in vivo indicaram que os nitróxidos atenuam a inflamação induzida pela carragenina principalmente por inibirem a migração celular. De acordo com essa conclusão, estudos in vivo, mostraram que tempol diminuiu a migração de neutrófilos humanos e de cultura (HL-60 diferenciadas em neutrófilos) ativados com PMA ou fMLP com IC50 25 &#181;M. Nesse caso, a polimerização da actina é inibida apenas quando as células são pré-incubadas com tempol por 30 min. Nesse intervalo de tempo, o tratamento com tempol promove a formação de O2&#8226;- via flavoenzimas de maneira dependente da concentração. Subsequente ativação dos neutrófilos de cultura com PMA resulta também em produção intracelular de O2&#8226;- e H2O2 que é inibida pelo pré-tratamento com tempol (IC50 = 38 µM). Esses estudos preliminares sugerem que o tempol interfere na migração celular de neutrófilos por atenuar a formação intracelular de ROS. A importância da atividade peroxidásica da superóxido dismutase (hSOD1) in vivo é certamente muito mais restrita do que a da MPO em processos inflamatórios no geral. Todavia, essa atividade peroxidásica da hSOD1 pode ter um papel na na patogenia da esclerose lateral amiotrófica (ELA). Por essa razão, os efeitos do tempol sobre as consequências da atividade peroxidásica da hSOD1 (oxidação, dimerização, desenovelamento e agregação da enzima) também foram examinadas. Foi demonstrado que o tempol não interfere no ciclo catalítico da hSOD1, porém, inibe a dimerização da enzima, protegendo-a de desenovelamento e agregação. O nitróxido foi consumido no processo reagindo com o radical triptofanila no peptídeo 31VWGSIK36 como comprovado por MS. No conjunto, nossos estudos contribuem para esclarecer os múltiplos mecanismos pelos quais nitróxidos podem inibir processos oxidativos e inflamatórios. / Tempol (4-hydroxy-2 ,2,6,6-tetramethyl piperidine-1-oxyl) and other cyclic nitroxides reduce tissue injury in animal models of inflammation by mechanisms that are not fully understood. Myeloperoxidase (MPO) plays a key role in the production of oxidants by neutrophils and therefore is an important target for anti-inflammatory drugs. By amplifying the oxidative potential of H2O2, MPO produces HOCl and free radicals through its oxidizing intermediates MPO-I [MPO-porphyrin&#8226;+-Fe (IV)=O] and MPO-II [MPO-porphyrin-Fe (IV)=O]. In this context, we synthesized tempol and three more hydrophobic derivatives substituted in position 4 of the piperidine ring [(4-azido-4 benzenesulfonyl and 4-(4-phenyl-1H-1,2,3-triazol-1-yl)] and evaluated their ability to inhibit the chlorinating activity of MPO in vitro and in vivo. In vitro, all the nitroxides inhibited the chlorination of taurine mediated by MPO at pH 7.4 with similar IC50 values (1.5 to 1.8 &#181;M). The kinetic constants of the reactions of tempol with MPO-I (k = 3.5 x 105 M-1 s-1) and MPO-II, whose kinetic indicated a saturation behavior (K = 2.0 x 10-5 M; k = 3.6 x 10-2 s-1), were determined. Kinetic modeling indicated that in the presence of taurine, MPO does not produce free HOCl. Taken together, the results indicated that tempol acts primarily as a reversible inhibitor of MPO leading to accumulation of MPO-II and of the complex [MPO-II-tempol], which do not participate within chlorinating cycle. To examine whether nitroxides inhibit the activity of MPO in vivo, the acute inflammation induced by carrageenan in the rat paw was selected as model. The attenuation of inflammation in paws was correlated with the lipophilicity of the nitroxide in early times, but the differences in effects were small (less than 2-fold) when compared to the differences in lipophilicity (higher than 200 times). No inhibition of MPO activity was evident because the levels of activity in rat paws correlated with the levels of MPO. Similarly, in animals not treated or treated with nitroxides, all parameters used to monitor inflammation (swelling, levels of oxidized and nitrated proteins and plasma exudation) correlated with the levels of MPO. The effects of nitroxides in vitro were also compared with those of 4-aminobenzoic acid hydrazide (ABAH) and colchicine. Taken together, the in vivo studies indicated that nitroxides attenuate carrageenan-induced inflammation mainly by inhibiting cell migration. According to this conclusion, in vitro studies showed that tempol decreased migration of human and culture neutrophils (HL-60 differentiation to neutrophils) activated with PMA or fMLP with IC50 = 25 &#181;M. In this case, actin polymerization is inhibited only when cells are preincubated with tempol for 30 min. During this time interval, treatment with tempol promotes the formation of O2&#8226;- via flavoenzymes in a concentration-dependent manner. Subsequent activation of culture neutrophils with PMA also results in intracellular production of O2&#8226;- and H2O2, which is inhibited by pretreatment with tempol (IC50 = 38 &#181;M). These preliminary studies suggest that tempol interfere in neutrophil chemotaxis by attenuating the formation of intracellular ROS. The relevance of the peroxidase activity of superoxide dismutase (hSOD1) in vitro is certainly much narrower than that of MPO. Nevertheless, this peroxidase activity may have a role in the pathogenesis of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Therefore, the effects of tempol on the consequences of the hSOD1 peroxidase activity (oxidation, dimerization, unfolding and aggregation of the enzyme) were also examined. Tempol inhibited the dimerization of hSOD1, protecting it from unfolding and aggregation, but not interfered in its catalytic cycle. The nitroxide was consumed in the process by reacting with the tryptophanyl radical of the segment 31VWGSIK36 as evidenced by MS. Overall, our studies contribute to clarify the multiple mechanisms by which nitroxides can inhibit oxidative and inflammatory processes.

No final do século XX o nitrito e nitrato de sódio passaram a ser vistos como possíveis agentes terapêuticos nas doenças cardiovasculares. Estudos iniciais sugeriam que o mecanismo anti-hipertensivo do nitrito de sódio (NaNO2) era pela sua conversão a óxido nítrico (NO) em meio ácido. Estudos posteriores mostraram que a formação de espécies nitros(il)adas também poderiam estar envolvidas nesse mecanismo. Sabemos ainda da importância do ciclo êntero-salivar do NO para a manutenção dos efeitos anti-hipertensivos do nitrito, além do fato que antioxidantes, como o TEMPOL potencializam esses efeitos. Entretanto o mecanismo antihipertensivo exato do NaNO2 e a relevância de cada metabólito do NO (nitrito, nitrato e espécies nitros(il)adas) nesse processo, permanecem obscuros. Este estudo foi realizado a fim de compreender a formação de espécies nitros(il)adas, nitrito e nitrato a partir da administração de NaNO2, e como o TEMPOL pode interferir nessas reações em condições fisiológicas e na hipertensão. Em animais normotensos a administração de NaNO2 aumentou as concentrações de nitrito, espécies nitros(il)adas e nitrato no plasma, coração, fígado e estômago. O TEMPOL potencializou o aumento de nitrito em quase todos os tecidos no intervalo de 15 minutos após a administração de NaNO2. Na hipertensão, as concentrações desses metabólitos ficaram mais baixas comparadas aos animais normotensos, e o TEMPOL não foi mais capaz de potencializar a formação dos mesmos. / At the end of the 20th century, sodium nitrite and nitrate were seen as possible therapeutic agents in cardiovascular diseases. Initial studies suggested that the antihypertensive mechanism of sodium nitrite (NaNO2) was related to its conversion to nitric oxide (NO) in acidic environment. Further studies have shown that formation of nitros(yl)ated species may also be involved in this mechanism. We also know the importance of the enterosalivary circuit of nitrate for the maintenance of antihypertensive effects of nitrite, besides antioxidants such as TEMPOL potentiate these effects. However, the exact antihypertensive mechanism of NaNO2 and the relevance of each NO metabolite (nitrite, nitrate and nitros(yl)ated species) in this process remain obscure. This study was carried out in order to understand a little more about the formation of nitros(yl)ated species, nitrite and nitrate from the administration of NaNO2, and how TEMPOL may interfere in these reactions in physiological conditions and hypertension. In normotensive animals the administration of NaNO2 increased the concentrations of nitrite, nitros(yl)ated species and nitrate in the plasma, heart, liver and stomach. TEMPOL potentiated this increase in almost all tissues within 15 minutes after administration of NaNO2. In hypertension, the concentrations of these metabolites decreased compared to the concentrations found in normotensive animals, and TEMPOL was no longer able to potentiate them. Thus, we concluded that in situations where oxidative stress is lower, we found higher concentrations of NO metabolites after treatment with sodium nitrite.

No final do século XX o nitrito e nitrato de sódio passaram a ser vistos como possíveis agentes terapêuticos nas doenças cardiovasculares. Estudos iniciais sugeriam que o mecanismo anti-hipertensivo do nitrito de sódio (NaNO2) era pela sua conversão a óxido nítrico (NO) em meio ácido. Estudos posteriores mostraram que a formação de espécies nitros(il)adas também poderiam estar envolvidas nesse mecanismo. Sabemos ainda da importância do ciclo êntero-salivar do NO para a manutenção dos efeitos anti-hipertensivos do nitrito, além do fato que antioxidantes, como o TEMPOL potencializam esses efeitos. Entretanto o mecanismo antihipertensivo exato do NaNO2 e a relevância de cada metabólito do NO (nitrito, nitrato e espécies nitros(il)adas) nesse processo, permanecem obscuros. Este estudo foi realizado a fim de compreender a formação de espécies nitros(il)adas, nitrito e nitrato a partir da administração de NaNO2, e como o TEMPOL pode interferir nessas reações em condições fisiológicas e na hipertensão. Em animais normotensos a administração de NaNO2 aumentou as concentrações de nitrito, espécies nitros(il)adas e nitrato no plasma, coração, fígado e estômago. O TEMPOL potencializou o aumento de nitrito em quase todos os tecidos no intervalo de 15 minutos após a administração de NaNO2. Na hipertensão, as concentrações desses metabólitos ficaram mais baixas comparadas aos animais normotensos, e o TEMPOL não foi mais capaz de potencializar a formação dos mesmos. / At the end of the 20th century, sodium nitrite and nitrate were seen as possible therapeutic agents in cardiovascular diseases. Initial studies suggested that the antihypertensive mechanism of sodium nitrite (NaNO2) was related to its conversion to nitric oxide (NO) in acidic environment. Further studies have shown that formation of nitros(yl)ated species may also be involved in this mechanism. We also know the importance of the enterosalivary circuit of nitrate for the maintenance of antihypertensive effects of nitrite, besides antioxidants such as TEMPOL potentiate these effects. However, the exact antihypertensive mechanism of NaNO2 and the relevance of each NO metabolite (nitrite, nitrate and nitros(yl)ated species) in this process remain obscure. This study was carried out in order to understand a little more about the formation of nitros(yl)ated species, nitrite and nitrate from the administration of NaNO2, and how TEMPOL may interfere in these reactions in physiological conditions and hypertension. In normotensive animals the administration of NaNO2 increased the concentrations of nitrite, nitros(yl)ated species and nitrate in the plasma, heart, liver and stomach. TEMPOL potentiated this increase in almost all tissues within 15 minutes after administration of NaNO2. In hypertension, the concentrations of these metabolites decreased compared to the concentrations found in normotensive animals, and TEMPOL was no longer able to potentiate them. Thus, we concluded that in situations where oxidative stress is lower, we found higher concentrations of NO metabolites after treatment with sodium nitrite.

Tempol (4-hidroxi-2,2,6,6-tetrametil piperidina-1-oxil) e outros nitróxidos cíclicos reduzem a injúria tecidual em modelos animais de inflamação por mecanismos que não são completamente entendidos. A mieloperoxidase (MPO) tem um papel fundamental na produção de oxidantes por neutrófilos e, portanto, é um importante alvo para anti-inflamatórios. Ao amplificar o potencial oxidativo do H2O2, a MPO produz HOCl e radicais livres através de seus intermediários oxidantes MPO-I [MPO-porfirina&#8226;+-Fe(IV)=O] e MPO-II [MPO-porfirina-Fe(IV)=O]. Esses fatos nos levaram a sintetizar e avaliar a capacidade inibitória sobre a atividade clorinante da MPO in vitro e in vivo do tempol e de três derivados hidrofóbicos substituídos na posição 4 do anel piperidina [(4-azido, 4-benzenosulfonil e 4-(4-fenil-1H-1,2,3-triazol-1-il)]. In vitro, todos os nitróxidos inibiram a clorinação da taurina mediada pela MPO a pH 7,4 com valores similares de IC50 (1,5-1,8 µM). As constantes cinéticas das reações do tempol com MPO-I (k = 3,5 x 105 M-1 s-1) e MPO-II, cuja cinética indicou um comportamento de saturação (K= 2,0 x 10-5 M; k = 3,6 x 10-2 s-1), foram determinadas. Modelagens cinéticas indicaram que, em presença de taurina, MPO não produz HOCl livre. Tomados conjuntamente, os resultados indicaram que o tempol age principalmente como um inibidor reversível da MPO por levar ao acúmulo de MPO-II e de complexo [MPO-II-tempol] que não participam do ciclo clorinante. Para examinar se nitróxidos inibem a atividade da MPO in vivo selecionamos como modelo a inflamação aguda induzida pela carragenina na pata de ratos. A atenuação da inflamação na pata mostrou correlação com a lipofilicidade do nitróxido em tempos iniciais, mas as diferenças nos efeitos foram pequenas (menor que 2 vezes) quando comparadas com as diferenças de lipofilicidade (maior que 200 vezes). Nenhuma inibição da atividade da MPO foi evidente in vivo porque os níveis de atividade nas patas dos ratos correlacionaram com os níveis de MPO. Do mesmo modo, em animais não-tratados ou tratados com nitróxidos, todos os parâmetros empregados para monitorar a inflamação (edema, níveis de proteínas oxidadas e nitradas e exsudação plasmática) correlacionaram com os níveis de MPO. Os efeitos dos nitróxidos in vivo foram também comparados com aqueles da hidrazida do ácido 4-aminobenzóico (ABAH) e da colchicina. Tomados conjuntamente, os estudos in vivo indicaram que os nitróxidos atenuam a inflamação induzida pela carragenina principalmente por inibirem a migração celular. De acordo com essa conclusão, estudos in vivo, mostraram que tempol diminuiu a migração de neutrófilos humanos e de cultura (HL-60 diferenciadas em neutrófilos) ativados com PMA ou fMLP com IC50 25 &#181;M. Nesse caso, a polimerização da actina é inibida apenas quando as células são pré-incubadas com tempol por 30 min. Nesse intervalo de tempo, o tratamento com tempol promove a formação de O2&#8226;- via flavoenzimas de maneira dependente da concentração. Subsequente ativação dos neutrófilos de cultura com PMA resulta também em produção intracelular de O2&#8226;- e H2O2 que é inibida pelo pré-tratamento com tempol (IC50 = 38 µM). Esses estudos preliminares sugerem que o tempol interfere na migração celular de neutrófilos por atenuar a formação intracelular de ROS. A importância da atividade peroxidásica da superóxido dismutase (hSOD1) in vivo é certamente muito mais restrita do que a da MPO em processos inflamatórios no geral. Todavia, essa atividade peroxidásica da hSOD1 pode ter um papel na na patogenia da esclerose lateral amiotrófica (ELA). Por essa razão, os efeitos do tempol sobre as consequências da atividade peroxidásica da hSOD1 (oxidação, dimerização, desenovelamento e agregação da enzima) também foram examinadas. Foi demonstrado que o tempol não interfere no ciclo catalítico da hSOD1, porém, inibe a dimerização da enzima, protegendo-a de desenovelamento e agregação. O nitróxido foi consumido no processo reagindo com o radical triptofanila no peptídeo 31VWGSIK36 como comprovado por MS. No conjunto, nossos estudos contribuem para esclarecer os múltiplos mecanismos pelos quais nitróxidos podem inibir processos oxidativos e inflamatórios. / Tempol (4-hydroxy-2 ,2,6,6-tetramethyl piperidine-1-oxyl) and other cyclic nitroxides reduce tissue injury in animal models of inflammation by mechanisms that are not fully understood. Myeloperoxidase (MPO) plays a key role in the production of oxidants by neutrophils and therefore is an important target for anti-inflammatory drugs. By amplifying the oxidative potential of H2O2, MPO produces HOCl and free radicals through its oxidizing intermediates MPO-I [MPO-porphyrin&#8226;+-Fe (IV)=O] and MPO-II [MPO-porphyrin-Fe (IV)=O]. In this context, we synthesized tempol and three more hydrophobic derivatives substituted in position 4 of the piperidine ring [(4-azido-4 benzenesulfonyl and 4-(4-phenyl-1H-1,2,3-triazol-1-yl)] and evaluated their ability to inhibit the chlorinating activity of MPO in vitro and in vivo. In vitro, all the nitroxides inhibited the chlorination of taurine mediated by MPO at pH 7.4 with similar IC50 values (1.5 to 1.8 &#181;M). The kinetic constants of the reactions of tempol with MPO-I (k = 3.5 x 105 M-1 s-1) and MPO-II, whose kinetic indicated a saturation behavior (K = 2.0 x 10-5 M; k = 3.6 x 10-2 s-1), were determined. Kinetic modeling indicated that in the presence of taurine, MPO does not produce free HOCl. Taken together, the results indicated that tempol acts primarily as a reversible inhibitor of MPO leading to accumulation of MPO-II and of the complex [MPO-II-tempol], which do not participate within chlorinating cycle. To examine whether nitroxides inhibit the activity of MPO in vivo, the acute inflammation induced by carrageenan in the rat paw was selected as model. The attenuation of inflammation in paws was correlated with the lipophilicity of the nitroxide in early times, but the differences in effects were small (less than 2-fold) when compared to the differences in lipophilicity (higher than 200 times). No inhibition of MPO activity was evident because the levels of activity in rat paws correlated with the levels of MPO. Similarly, in animals not treated or treated with nitroxides, all parameters used to monitor inflammation (swelling, levels of oxidized and nitrated proteins and plasma exudation) correlated with the levels of MPO. The effects of nitroxides in vitro were also compared with those of 4-aminobenzoic acid hydrazide (ABAH) and colchicine. Taken together, the in vivo studies indicated that nitroxides attenuate carrageenan-induced inflammation mainly by inhibiting cell migration. According to this conclusion, in vitro studies showed that tempol decreased migration of human and culture neutrophils (HL-60 differentiation to neutrophils) activated with PMA or fMLP with IC50 = 25 &#181;M. In this case, actin polymerization is inhibited only when cells are preincubated with tempol for 30 min. During this time interval, treatment with tempol promotes the formation of O2&#8226;- via flavoenzymes in a concentration-dependent manner. Subsequent activation of culture neutrophils with PMA also results in intracellular production of O2&#8226;- and H2O2, which is inhibited by pretreatment with tempol (IC50 = 38 &#181;M). These preliminary studies suggest that tempol interfere in neutrophil chemotaxis by attenuating the formation of intracellular ROS. The relevance of the peroxidase activity of superoxide dismutase (hSOD1) in vitro is certainly much narrower than that of MPO. Nevertheless, this peroxidase activity may have a role in the pathogenesis of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Therefore, the effects of tempol on the consequences of the hSOD1 peroxidase activity (oxidation, dimerization, unfolding and aggregation of the enzyme) were also examined. Tempol inhibited the dimerization of hSOD1, protecting it from unfolding and aggregation, but not interfered in its catalytic cycle. The nitroxide was consumed in the process by reacting with the tryptophanyl radical of the segment 31VWGSIK36 as evidenced by MS. Overall, our studies contribute to clarify the multiple mechanisms by which nitroxides can inhibit oxidative and inflammatory processes.

O tempol (TP) tem se mostrado um eficiente protetor em modelos inflamatórios. Os mecanismos de proteção contra espécies reativas de oxigênio foi bastante estudado mas sua interação com espécies reativas de nitrogênio ainda permanece pouco explorada. Recentemente, propusemos que o TP re-direciona a nitração de fenol mediada por peroxintrito (PN)/CO2 para nitrosação, pela sua reação com o radical CO3&#8226;&#8254;. O produto desta reação, o cátion oxamônio, oxidaria PN para O2 e &#8226;NO. Este último produziria uma espécie nitrosante (N2O3) pela reação com o radical derivado do PN, &#8226;NO2 [Bonini e col. (2002) Chem. Res. Tox. 15: 506]. Para examinar se este mecanismo poderia operar in vivo, estudamos os efeitos do TP na reatividade do PN/CO2 frente a albumina (BSA) e macrófagos. Os efeitos do TP se apresentaram dependentes de sua concentração e da concentração de Cys. Apesar do TP não se mostrar catalítico, ele inibiu a oxidação de Cys (20-50%) e nitração de Tyr (70-90%) da BSA e aumentou a nitrosação de Cys (200-400%). No caso dos macrófagos tratados com PN/CO2, o tempol também inibiu a nitração (90%) e aumentou a nitrosação (300%). Assim, em condições fisiológicas, concentrações sub-estequiométricas de TP seriam capazes de redirecionar a reatividade dos radicais derivados PN, de oxidação de Cys proteica e nitração de Tyr para nitrosação de Cys. Desta forma, o TP poderia inibir a injúria em inflamações. / Tempol has been shown to protect animals from oxidative stress conditions. Tempol\'s protective mechanisms against reactive oxygen species have been extensively studied but its interactions with reactive nitrogen species remain little explored. Recently, we proposed that tempol diverts peroxynitrite/CO2 mediated phenol nitration to nitrosation by reacting with CO3&#8226;&#8254; to produce tempol oxamonium cation that oxidizes peroxynitrite to O2 and &#8226;NO. The latter produces a nitrosating species by reacting with peroxynitrite-derived &#8226;NO2 [Bonini et al. (2002) Chem. Res. Toxicol. 15: 506]. To examine wether this mechanism operates in biological environments, we studied the effects of tempol on peroxynitrite/CO2 reactivity towards a protein, BSA, and cells, macrophages. Tempol\'s effects were dependent on its own and BSA-cys concentration. Although not a true catalyst, it inhibited BSA-cys oxydation (20-50%) and BSA-tyr nitration (70-90%) while increasing BSA-cys nitrosation (200-400%). In the case of macrophages treated with peroxynitrite/CO2, tempol also inhibited protein-tyr nitration (90%) and increased protein-cys nitrosation (300%). Then, under physiological conditions, a substoichiometric amount of tempol is able to divert peroxynitrite-derived radicais reactivity from protein-cys oxidation and protein-tyr nitration to protein-cys nitrosation. This may be the mechanism by wich tempol inhibits injury in inflammatory conditions.

O tempol (TP) tem se mostrado um eficiente protetor em modelos inflamatórios. Os mecanismos de proteção contra espécies reativas de oxigênio foi bastante estudado mas sua interação com espécies reativas de nitrogênio ainda permanece pouco explorada. Recentemente, propusemos que o TP re-direciona a nitração de fenol mediada por peroxintrito (PN)/CO2 para nitrosação, pela sua reação com o radical CO3&#8226;&#8254;. O produto desta reação, o cátion oxamônio, oxidaria PN para O2 e &#8226;NO. Este último produziria uma espécie nitrosante (N2O3) pela reação com o radical derivado do PN, &#8226;NO2 [Bonini e col. (2002) Chem. Res. Tox. 15: 506]. Para examinar se este mecanismo poderia operar in vivo, estudamos os efeitos do TP na reatividade do PN/CO2 frente a albumina (BSA) e macrófagos. Os efeitos do TP se apresentaram dependentes de sua concentração e da concentração de Cys. Apesar do TP não se mostrar catalítico, ele inibiu a oxidação de Cys (20-50%) e nitração de Tyr (70-90%) da BSA e aumentou a nitrosação de Cys (200-400%). No caso dos macrófagos tratados com PN/CO2, o tempol também inibiu a nitração (90%) e aumentou a nitrosação (300%). Assim, em condições fisiológicas, concentrações sub-estequiométricas de TP seriam capazes de redirecionar a reatividade dos radicais derivados PN, de oxidação de Cys proteica e nitração de Tyr para nitrosação de Cys. Desta forma, o TP poderia inibir a injúria em inflamações. / Tempol has been shown to protect animals from oxidative stress conditions. Tempol\'s protective mechanisms against reactive oxygen species have been extensively studied but its interactions with reactive nitrogen species remain little explored. Recently, we proposed that tempol diverts peroxynitrite/CO2 mediated phenol nitration to nitrosation by reacting with CO3&#8226;&#8254; to produce tempol oxamonium cation that oxidizes peroxynitrite to O2 and &#8226;NO. The latter produces a nitrosating species by reacting with peroxynitrite-derived &#8226;NO2 [Bonini et al. (2002) Chem. Res. Toxicol. 15: 506]. To examine wether this mechanism operates in biological environments, we studied the effects of tempol on peroxynitrite/CO2 reactivity towards a protein, BSA, and cells, macrophages. Tempol\'s effects were dependent on its own and BSA-cys concentration. Although not a true catalyst, it inhibited BSA-cys oxydation (20-50%) and BSA-tyr nitration (70-90%) while increasing BSA-cys nitrosation (200-400%). In the case of macrophages treated with peroxynitrite/CO2, tempol also inhibited protein-tyr nitration (90%) and increased protein-cys nitrosation (300%). Then, under physiological conditions, a substoichiometric amount of tempol is able to divert peroxynitrite-derived radicais reactivity from protein-cys oxidation and protein-tyr nitration to protein-cys nitrosation. This may be the mechanism by wich tempol inhibits injury in inflammatory conditions.