Introdução: o crack é uma forma extremamente aditiva de cocaína, provocando intensa fissura e um comportamento persistente e intenso de busca pela droga com negligência da alimentação. A alimentação insuficiente pode levar à carência de tiamina. O uso de latas e folhas de alumínio na confecção de cachimbos para o consumo de crack aumenta a exposição de usuários de crack a este metal. Deficiência de tiamina somada a acúmulo cerebral de alumínio pode inibir o metabolismo energético dependente da glicose, levando à neurodegeneração e, possivelmente, à encefalopatia de Wernicke. Objetivos: avaliação dos níveis sanguíneos de tiamina difosfato e de alumínio de dependentes de crack e comparação com os de controles. Método: estudo transversal controlado, avaliou 35 dependentes de crack e 35 controles, do sexo masculino, com 18 anos ou mais. Os casos foram recrutados entre pacientes internados na Unidade de Adição do Hospital de Clínicas de Porto Alegre ou na Emergência em Saúde Mental IAPI, os controles foram recrutados entre as pessoas que circulam na área ambulatorial do Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Todos participantes tiveram seu peso e estatura medidos e sangue coletado para determinação dos níveis de tiamina difosfato e de alumínio. Os casos passaram, também, por uma breve avaliação neurológica. Resultados: as características dos casos são semelhantes à amostra do principal estudo nacional sobre o uso de crack no Brasil: sexo masculino, cerca de 30 anos de idade, com baixa escolaridade, desempregados, usuários de múltiplas substâncias psicoativas, consumidores de crack há aproximadamente 8 anos. O índice de massa corporal dos casos foi significativamente mais baixo (p<0.0001). Seis casos (17.65%) apresentaram índice de massa corporal abaixo do normal. Dois casos apresentaram nível de tiamina abaixo dos valores de referência, enquanto os níveis dos controles estavam acima deste limite. Comparando os resultados do primeiro quartil do nível sanguíneo de tiamina dos casos (N= 9; mediana 3.6μg/dL, amplitude interquartil 3.05μg/dL -4.10μg/dL) com o dos controles (N=14, mediana 4.3μg/dL, amplitude interquartil 3.7μg/dL-4.4μg/dL), os casos apresentaram níveis significativamente mais baixos (p=0.024). Os níveis de alumínio dos casos que tiveram as amostras de sangue coletadas até 24h após o último consumo da substância, foram maiores (mediana1.85μg/L, amplitude interquartil0.65-4.425μg/L) que os dos controles (mediana 0.95μg/L, amplitude interquartil 0.7-1.22μg/L), mas esta diferença não atingiu significância estatística (p=0.07). Conclusões: dependentes de crack tem índice de massa corporal menor e estão mais expostos ao alumínio que os controles. Alguns tem deficiência de tiamina, a qual pode levar à encefalopatia de Wernicke e declínio cognitivo. Portanto, tiamina parenteral profilática deve ser considerada para alguns dependentes de crack. / Background: Crack-cocaine is an extremely additive form of cocaine and its compulsive use can last days until exhaustion, driving its users to neglect feeding. Poor feeding may cause thiamine deficiency. In Brazil, crack-cocaine is usually smoked in pipes made of aluminum cans or with aluminum foils. Insufficient brain levels of thiamine plus brain aluminum accumulation, may impair glucose energy metabolism, promoting neurodegeneration and possibly Wernicke’s encephalopathy. Objectives: The aim of this study was to evaluate thiamine and aluminum blood levels in crack-cocaine addicts and compare them to healthy controls. Methods: cross-sectional controlled study, included 35 crack-cocaine addicts and 35 healthy controls, all males, 18 or older. Cases were recruited at the Addiction Unit of Hospital de Clínicas de Porto Alegre or at the Mental Health Emergency IAPI, controls were recruited between people circulating in the outpatient clinic area of Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Weight and height were measured and blood samples collected for determination of thiamine diphosphate and aluminum levels. Cases were also submitted to a brief neurological examination. Results: cases characteristics were similar to the sample of the main national study related to crack-cocaine use in Brazil: mainly males, about 30 years old, with low education level, unemployed, multiple drug abusers, consuming crack-cocaine for approximately 8 years. Body mass index was significantly lower in cases (p<0.0001). Six cases (17.65%) had body mass index lower than normal, while no control was below this limit. Two cases presented thiamine levels below the laboratory reference range, while controls were all above this limit. Comparing the lower quartile of thiamine blood levels, cases (3.6 μg/dL) had significantly lower levels of thiamine than controls (4.3μg/dL) (p=0.024). Blood aluminum median of crack-cocaine addicts (1.85μg/L, interquartile range 0.65-4.425μg/L) whose samples were drawn until 24h after last drug consumption was higher than controls (0.95μg/L, interquartile range 0.7-1.22μg/L), but the difference did not achieve statistical significance (p=0.07). Conclusions: Crack-cocaine addicts have lower BMI and are more exposed to aluminum in comparison to healthy controls. Also, some of them have thiamine deficiency which may lead to Wernicke’s encephalopathy and cognitive impairment. Thus, prophylactic parenteral thiamine should be considered to some crack-cocaine addicts.

A forma ativa da vitamina B1, tiamina pirofosfato (TPP), é um cofator indispensável para certas enzimas que atuam no metabolismo de carboidratos e aminoácidos. Sua biossíntese se dá pela formação independente de suas partes componentes pirimidina e tiazol. Em procariotos a via de síntese para vitamina B1 já foi esclarecida, entretanto em eucariotos ainda existem ainda algumas lacunas a serem preenchidas. Em Arabidopsis thaliana a proteína Thi1 é possivelmente a responsável pela síntese do motivo tiazólico, uma vez que um composto relacionado a TPP foi encontrado em sua estrutura. Neste trabalho, Thi1 e seu mutante natural Thi1(A140V), o qual é responsável pela auxotrofia para tiamina numa linhagem mutante de A. thaliana, foram estudados com intuito de verificar a influência da mutação pontual na estrutura e na atividade de Thi1. As proteínas foram produzidas em E. coli e análises biofísicas usando anisotropia de fluorescência e Dicroísmo Circular (CD) mostraram diferenças consideráveis na estabilidade protéica. Estudos de desnaturação mostraram diferenças na temperatura de transição (Tm), de cerca de 4 ºC maior para Thi1, e na concentração de guanidina na qual metade das proteínas estavam desnaturadas, de 0,42 M para Thi1 e 0,24 M para Thi1(A140V). Os dados de anisotropia de fluorescência obtidos a partir da desnaturação térmica também confirmaram a maior instabilidade de Thi1(A140V) frente a Thi1. Para avaliar a presença e caracterizar o provável precursor de TPP em Thi1(A140V), foram também realizados ensaios de absorção, CD e infra-vermelho dos ligantes intrínsecos. Os resultados destas análises mostraram que as moléculas poderiam apresentar diferenças em seus grupos constituintes. Entretanto, os experimentos complementares de Ressonância Magnética Nuclear (RMN 1D 1H e 2D TOCSY) revelaram que as diferenças observadas nas amostras dos ligantes, provenientes de Thi1 e de Thi1(A140V), tratavam-se na verdade de diferenças nas proporções de quatro populações distintas de compostos, compondo um pool de ligantes. Na amostra proveniente de Thi1(A140V), a população dominante correspondeu à molécula de adenosina difosfato, ADP. Ainda, embora em ambas as amostras o ADT tenha sido encontrado, aquela derivada de Thi1(A140V) apresentou uma população significativamente menor deste composto. Concluindo, os resultados demonstraram que a mutação A140V levou a uma maior instabilidade conformacional em Thi1 e, além disso, a presença de quantidades reduzidas de ADT em Thi1(A140V) sugerem que esta alteração tenha contribuído de alguma forma para a redução de sua atividade. / The active form of vitamin B1, Thiamine pyrophosphate (TPP), is an indispensable cofactor for some enzymes that act on carbohydrates and amino acids metabolism. Its biosynthesis requires the independent formation of its compounds, pyrimidine and thiazole. In prokaryotes, the vitamin B1 biosynthetic way has already been elucidated, but in eukaryotes there are some gaps to be filled. In Arabidopsis thaliana, the Thi1 protein is possibly responsible for the synthesis of the thiazole moiety, since a related compound to TPP was found in its structure. In this work, we have investigated Thi1 and its natural mutant Thi1(A140V), which is responsible for the thiamin auxotrophy in A. thaliana mutant line, to identify the role this mutation plays in the structure and activity of Thi1. The proteins were produced in E. coli and the results of biophysical analysis using fluorescence and Circular Dichroism (CD) showed considerable differences in the protein stability. Thermal and chemical unfolding studies have shown a difference in the melting temperature (around 4 ºC higher for Thi1) and concentration of guanidine at which half of the protein had unfolded (0,42 M for Thi1 and 0,24 M for Thi1(A140V)). The fluorescence anisotropy data obtained from thermal unfolding showed Thi1(A140V) is more unstable compared to Thi1. We have also carried out tests of absorption, CD and infra-red to assess the presence and to characterize the possible precursor of TPP in Thi1 (A140V). The results showed that the ligants could have different compositions. However, complementary results from NMR (1D 1H e 2D TOCSY) revealed that the difference observed in the ligant samples from both proteins were actually related to the proportion of four distinct compound population, representing a ligant pool. In the sample from Thi1(A140V), the dominant population corresponded to ADP. Besides, although both samples contained ADT, it was significantly less abundant in that one derived from Thi1(A140V). Concluding, the results demonstrated that the A140V mutation leaded to a more unstable conformation of Thi1 and, additionally, the presence of smaller amounts of ADT in Thi1(A140V) suggests this change might have contributed to reducing its activity.

Introdução: o crack é uma forma extremamente aditiva de cocaína, provocando intensa fissura e um comportamento persistente e intenso de busca pela droga com negligência da alimentação. A alimentação insuficiente pode levar à carência de tiamina. O uso de latas e folhas de alumínio na confecção de cachimbos para o consumo de crack aumenta a exposição de usuários de crack a este metal. Deficiência de tiamina somada a acúmulo cerebral de alumínio pode inibir o metabolismo energético dependente da glicose, levando à neurodegeneração e, possivelmente, à encefalopatia de Wernicke. Objetivos: avaliação dos níveis sanguíneos de tiamina difosfato e de alumínio de dependentes de crack e comparação com os de controles. Método: estudo transversal controlado, avaliou 35 dependentes de crack e 35 controles, do sexo masculino, com 18 anos ou mais. Os casos foram recrutados entre pacientes internados na Unidade de Adição do Hospital de Clínicas de Porto Alegre ou na Emergência em Saúde Mental IAPI, os controles foram recrutados entre as pessoas que circulam na área ambulatorial do Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Todos participantes tiveram seu peso e estatura medidos e sangue coletado para determinação dos níveis de tiamina difosfato e de alumínio. Os casos passaram, também, por uma breve avaliação neurológica. Resultados: as características dos casos são semelhantes à amostra do principal estudo nacional sobre o uso de crack no Brasil: sexo masculino, cerca de 30 anos de idade, com baixa escolaridade, desempregados, usuários de múltiplas substâncias psicoativas, consumidores de crack há aproximadamente 8 anos. O índice de massa corporal dos casos foi significativamente mais baixo (p<0.0001). Seis casos (17.65%) apresentaram índice de massa corporal abaixo do normal. Dois casos apresentaram nível de tiamina abaixo dos valores de referência, enquanto os níveis dos controles estavam acima deste limite. Comparando os resultados do primeiro quartil do nível sanguíneo de tiamina dos casos (N= 9; mediana 3.6μg/dL, amplitude interquartil 3.05μg/dL -4.10μg/dL) com o dos controles (N=14, mediana 4.3μg/dL, amplitude interquartil 3.7μg/dL-4.4μg/dL), os casos apresentaram níveis significativamente mais baixos (p=0.024). Os níveis de alumínio dos casos que tiveram as amostras de sangue coletadas até 24h após o último consumo da substância, foram maiores (mediana1.85μg/L, amplitude interquartil0.65-4.425μg/L) que os dos controles (mediana 0.95μg/L, amplitude interquartil 0.7-1.22μg/L), mas esta diferença não atingiu significância estatística (p=0.07). Conclusões: dependentes de crack tem índice de massa corporal menor e estão mais expostos ao alumínio que os controles. Alguns tem deficiência de tiamina, a qual pode levar à encefalopatia de Wernicke e declínio cognitivo. Portanto, tiamina parenteral profilática deve ser considerada para alguns dependentes de crack. / Background: Crack-cocaine is an extremely additive form of cocaine and its compulsive use can last days until exhaustion, driving its users to neglect feeding. Poor feeding may cause thiamine deficiency. In Brazil, crack-cocaine is usually smoked in pipes made of aluminum cans or with aluminum foils. Insufficient brain levels of thiamine plus brain aluminum accumulation, may impair glucose energy metabolism, promoting neurodegeneration and possibly Wernicke’s encephalopathy. Objectives: The aim of this study was to evaluate thiamine and aluminum blood levels in crack-cocaine addicts and compare them to healthy controls. Methods: cross-sectional controlled study, included 35 crack-cocaine addicts and 35 healthy controls, all males, 18 or older. Cases were recruited at the Addiction Unit of Hospital de Clínicas de Porto Alegre or at the Mental Health Emergency IAPI, controls were recruited between people circulating in the outpatient clinic area of Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Weight and height were measured and blood samples collected for determination of thiamine diphosphate and aluminum levels. Cases were also submitted to a brief neurological examination. Results: cases characteristics were similar to the sample of the main national study related to crack-cocaine use in Brazil: mainly males, about 30 years old, with low education level, unemployed, multiple drug abusers, consuming crack-cocaine for approximately 8 years. Body mass index was significantly lower in cases (p<0.0001). Six cases (17.65%) had body mass index lower than normal, while no control was below this limit. Two cases presented thiamine levels below the laboratory reference range, while controls were all above this limit. Comparing the lower quartile of thiamine blood levels, cases (3.6 μg/dL) had significantly lower levels of thiamine than controls (4.3μg/dL) (p=0.024). Blood aluminum median of crack-cocaine addicts (1.85μg/L, interquartile range 0.65-4.425μg/L) whose samples were drawn until 24h after last drug consumption was higher than controls (0.95μg/L, interquartile range 0.7-1.22μg/L), but the difference did not achieve statistical significance (p=0.07). Conclusions: Crack-cocaine addicts have lower BMI and are more exposed to aluminum in comparison to healthy controls. Also, some of them have thiamine deficiency which may lead to Wernicke’s encephalopathy and cognitive impairment. Thus, prophylactic parenteral thiamine should be considered to some crack-cocaine addicts.

Introdução: o crack é uma forma extremamente aditiva de cocaína, provocando intensa fissura e um comportamento persistente e intenso de busca pela droga com negligência da alimentação. A alimentação insuficiente pode levar à carência de tiamina. O uso de latas e folhas de alumínio na confecção de cachimbos para o consumo de crack aumenta a exposição de usuários de crack a este metal. Deficiência de tiamina somada a acúmulo cerebral de alumínio pode inibir o metabolismo energético dependente da glicose, levando à neurodegeneração e, possivelmente, à encefalopatia de Wernicke. Objetivos: avaliação dos níveis sanguíneos de tiamina difosfato e de alumínio de dependentes de crack e comparação com os de controles. Método: estudo transversal controlado, avaliou 35 dependentes de crack e 35 controles, do sexo masculino, com 18 anos ou mais. Os casos foram recrutados entre pacientes internados na Unidade de Adição do Hospital de Clínicas de Porto Alegre ou na Emergência em Saúde Mental IAPI, os controles foram recrutados entre as pessoas que circulam na área ambulatorial do Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Todos participantes tiveram seu peso e estatura medidos e sangue coletado para determinação dos níveis de tiamina difosfato e de alumínio. Os casos passaram, também, por uma breve avaliação neurológica. Resultados: as características dos casos são semelhantes à amostra do principal estudo nacional sobre o uso de crack no Brasil: sexo masculino, cerca de 30 anos de idade, com baixa escolaridade, desempregados, usuários de múltiplas substâncias psicoativas, consumidores de crack há aproximadamente 8 anos. O índice de massa corporal dos casos foi significativamente mais baixo (p<0.0001). Seis casos (17.65%) apresentaram índice de massa corporal abaixo do normal. Dois casos apresentaram nível de tiamina abaixo dos valores de referência, enquanto os níveis dos controles estavam acima deste limite. Comparando os resultados do primeiro quartil do nível sanguíneo de tiamina dos casos (N= 9; mediana 3.6μg/dL, amplitude interquartil 3.05μg/dL -4.10μg/dL) com o dos controles (N=14, mediana 4.3μg/dL, amplitude interquartil 3.7μg/dL-4.4μg/dL), os casos apresentaram níveis significativamente mais baixos (p=0.024). Os níveis de alumínio dos casos que tiveram as amostras de sangue coletadas até 24h após o último consumo da substância, foram maiores (mediana1.85μg/L, amplitude interquartil0.65-4.425μg/L) que os dos controles (mediana 0.95μg/L, amplitude interquartil 0.7-1.22μg/L), mas esta diferença não atingiu significância estatística (p=0.07). Conclusões: dependentes de crack tem índice de massa corporal menor e estão mais expostos ao alumínio que os controles. Alguns tem deficiência de tiamina, a qual pode levar à encefalopatia de Wernicke e declínio cognitivo. Portanto, tiamina parenteral profilática deve ser considerada para alguns dependentes de crack. / Background: Crack-cocaine is an extremely additive form of cocaine and its compulsive use can last days until exhaustion, driving its users to neglect feeding. Poor feeding may cause thiamine deficiency. In Brazil, crack-cocaine is usually smoked in pipes made of aluminum cans or with aluminum foils. Insufficient brain levels of thiamine plus brain aluminum accumulation, may impair glucose energy metabolism, promoting neurodegeneration and possibly Wernicke’s encephalopathy. Objectives: The aim of this study was to evaluate thiamine and aluminum blood levels in crack-cocaine addicts and compare them to healthy controls. Methods: cross-sectional controlled study, included 35 crack-cocaine addicts and 35 healthy controls, all males, 18 or older. Cases were recruited at the Addiction Unit of Hospital de Clínicas de Porto Alegre or at the Mental Health Emergency IAPI, controls were recruited between people circulating in the outpatient clinic area of Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Weight and height were measured and blood samples collected for determination of thiamine diphosphate and aluminum levels. Cases were also submitted to a brief neurological examination. Results: cases characteristics were similar to the sample of the main national study related to crack-cocaine use in Brazil: mainly males, about 30 years old, with low education level, unemployed, multiple drug abusers, consuming crack-cocaine for approximately 8 years. Body mass index was significantly lower in cases (p<0.0001). Six cases (17.65%) had body mass index lower than normal, while no control was below this limit. Two cases presented thiamine levels below the laboratory reference range, while controls were all above this limit. Comparing the lower quartile of thiamine blood levels, cases (3.6 μg/dL) had significantly lower levels of thiamine than controls (4.3μg/dL) (p=0.024). Blood aluminum median of crack-cocaine addicts (1.85μg/L, interquartile range 0.65-4.425μg/L) whose samples were drawn until 24h after last drug consumption was higher than controls (0.95μg/L, interquartile range 0.7-1.22μg/L), but the difference did not achieve statistical significance (p=0.07). Conclusions: Crack-cocaine addicts have lower BMI and are more exposed to aluminum in comparison to healthy controls. Also, some of them have thiamine deficiency which may lead to Wernicke’s encephalopathy and cognitive impairment. Thus, prophylactic parenteral thiamine should be considered to some crack-cocaine addicts.

A forma ativa da vitamina B1, tiamina pirofosfato (TPP), é um cofator indispensável para certas enzimas que atuam no metabolismo de carboidratos e aminoácidos. Sua biossíntese se dá pela formação independente de suas partes componentes pirimidina e tiazol. Em procariotos a via de síntese para vitamina B1 já foi esclarecida, entretanto em eucariotos ainda existem ainda algumas lacunas a serem preenchidas. Em Arabidopsis thaliana a proteína Thi1 é possivelmente a responsável pela síntese do motivo tiazólico, uma vez que um composto relacionado a TPP foi encontrado em sua estrutura. Neste trabalho, Thi1 e seu mutante natural Thi1(A140V), o qual é responsável pela auxotrofia para tiamina numa linhagem mutante de A. thaliana, foram estudados com intuito de verificar a influência da mutação pontual na estrutura e na atividade de Thi1. As proteínas foram produzidas em E. coli e análises biofísicas usando anisotropia de fluorescência e Dicroísmo Circular (CD) mostraram diferenças consideráveis na estabilidade protéica. Estudos de desnaturação mostraram diferenças na temperatura de transição (Tm), de cerca de 4 ºC maior para Thi1, e na concentração de guanidina na qual metade das proteínas estavam desnaturadas, de 0,42 M para Thi1 e 0,24 M para Thi1(A140V). Os dados de anisotropia de fluorescência obtidos a partir da desnaturação térmica também confirmaram a maior instabilidade de Thi1(A140V) frente a Thi1. Para avaliar a presença e caracterizar o provável precursor de TPP em Thi1(A140V), foram também realizados ensaios de absorção, CD e infra-vermelho dos ligantes intrínsecos. Os resultados destas análises mostraram que as moléculas poderiam apresentar diferenças em seus grupos constituintes. Entretanto, os experimentos complementares de Ressonância Magnética Nuclear (RMN 1D 1H e 2D TOCSY) revelaram que as diferenças observadas nas amostras dos ligantes, provenientes de Thi1 e de Thi1(A140V), tratavam-se na verdade de diferenças nas proporções de quatro populações distintas de compostos, compondo um pool de ligantes. Na amostra proveniente de Thi1(A140V), a população dominante correspondeu à molécula de adenosina difosfato, ADP. Ainda, embora em ambas as amostras o ADT tenha sido encontrado, aquela derivada de Thi1(A140V) apresentou uma população significativamente menor deste composto. Concluindo, os resultados demonstraram que a mutação A140V levou a uma maior instabilidade conformacional em Thi1 e, além disso, a presença de quantidades reduzidas de ADT em Thi1(A140V) sugerem que esta alteração tenha contribuído de alguma forma para a redução de sua atividade. / The active form of vitamin B1, Thiamine pyrophosphate (TPP), is an indispensable cofactor for some enzymes that act on carbohydrates and amino acids metabolism. Its biosynthesis requires the independent formation of its compounds, pyrimidine and thiazole. In prokaryotes, the vitamin B1 biosynthetic way has already been elucidated, but in eukaryotes there are some gaps to be filled. In Arabidopsis thaliana, the Thi1 protein is possibly responsible for the synthesis of the thiazole moiety, since a related compound to TPP was found in its structure. In this work, we have investigated Thi1 and its natural mutant Thi1(A140V), which is responsible for the thiamin auxotrophy in A. thaliana mutant line, to identify the role this mutation plays in the structure and activity of Thi1. The proteins were produced in E. coli and the results of biophysical analysis using fluorescence and Circular Dichroism (CD) showed considerable differences in the protein stability. Thermal and chemical unfolding studies have shown a difference in the melting temperature (around 4 ºC higher for Thi1) and concentration of guanidine at which half of the protein had unfolded (0,42 M for Thi1 and 0,24 M for Thi1(A140V)). The fluorescence anisotropy data obtained from thermal unfolding showed Thi1(A140V) is more unstable compared to Thi1. We have also carried out tests of absorption, CD and infra-red to assess the presence and to characterize the possible precursor of TPP in Thi1 (A140V). The results showed that the ligants could have different compositions. However, complementary results from NMR (1D 1H e 2D TOCSY) revealed that the difference observed in the ligant samples from both proteins were actually related to the proportion of four distinct compound population, representing a ligant pool. In the sample from Thi1(A140V), the dominant population corresponded to ADP. Besides, although both samples contained ADT, it was significantly less abundant in that one derived from Thi1(A140V). Concluding, the results demonstrated that the A140V mutation leaded to a more unstable conformation of Thi1 and, additionally, the presence of smaller amounts of ADT in Thi1(A140V) suggests this change might have contributed to reducing its activity.

Postula-se que o metabolismo do etanol gera substâncias de alta reatividade como o acetaldeído e radicais livres, que promovem o estresse oxidativo pelo excessivo consumo de substâncias do sistema antioxidante. Embora não haja consenso na literatura, o uso intravenoso de glicose em casos de intoxicação aguda por álcool é prática rotineira visando restabelecer a sobriedade do paciente através de um possível aumento do metabolismo do etanol. Apesar de se acreditar em um possível benefício do uso de glicose na intoxicação aguda por etanol, recentes estudos têm apontado que a hiperglicemia causa autoxidação da glicose, glicação de proteínas, e a ativação do metabolismo de polióis. Estas mudanças aceleram a geração de espécies reativas de oxigênio e aumento na oxidação de lipídios, DNA e proteínas em vários tecidos, pela produção de produtos finais de glicação avançada (AGEs - Advanced glycation end products). Recentemente estudos têm apontado para um possível papel antioxidante da tiamina frente ao estresse oxidativo. Este trabalho teve como objetivo a padronização de uma técnica para dosagem de etanol por cromatografia gasosa a fim de se estudar os efeitos sobre o metabolismo desse álcool em ratos agudamente alcoolizados e submetidos a 3 tratamentos distintos que consistiram na administração de etanol na dose de 5g/kg peso, administração de etanol e posterior infusão endovenosa de glicose (0,06 mL de glicose em solução 50%/100 g de peso) ou administração de etanol e posterior infusão endovenosa de tiamina (0,143 mg/100 g de peso), bem como verificar os efeitos sobre o sistema antioxidante hepático, pela determinação das substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (SRATB), glutationa reduzida (GSH) e vitamina E. A padronização da técnica por cromatografia gasosa para dosagem de etanol em sangue e urina foi realizada, obtendo-se bons resultados quanto à, precisão (C.V. entre amostras < 6%), exatidão (variação da recuperação < 15%) e linearidade (r=0,9991), o que permitiu analisar a alcoolemia e a excreção urinária dos grupos de ratos com diferentes tratamentos. Nesta determinação também foi possível a detecção de substâncias relacionadas ao metabolismo do etanol como, acetaldeído, acetona e metanol. Não foram observadas diferenças entre as curvas de etanolemia dos diferentes grupos. Entretanto, verificou-se uma excreção urinária cerca de 4 vezes maior no grupo que recebeu tiamina. Observou-se uma menor produção de substâncias relacionadas com a peroxidação lipídica (SRATB) e um menor consumo de antioxidantes (GSH e vitamina E) nos ratos tratados com tiamina, mesmo tendo-se verificado neste grupo uma manutenção da hiperglicemia até o período final de experimentação. Desta maneira, conclui-se que o tratamento com glicose no quadro de intoxicação aguda por etanol foi ineficaz na diminuição da etanolemia além de representar maior potencial de dano oxidativo. Em contraste, a tiamina mostrou-se eficaz principalmente no que diz respeito à manutenção do sistema antioxidante hepático. / It’s proposed that the metabolism of ethanol produces substances of high reactivity as acetaldehyde and free radicals, which promote oxidative stress through the excessive consumption of antioxidant substances. Although, there is no consensus in literature, the intravenous use of glucose in acute alcoholic intoxication, is a common practice, in tenting to recover soberness through the increase of ethanol metabolism. In spite of this possible benefit of the use of glucose in acute alcoholic intoxication, recent studies has showed that the hyperglycemia causes autoxidation of glucose, glycation of proteins and the activation of polyol metabolism. These changes speed up the generation of reactive oxygen species and the increase of lipid peroxidation, DNA and proteins oxidations in many tissues, through the production of advanced glycation end products (AGEs). Recently, some studies have pointed out for a possible antioxidant role of thiamine in oxidative stress. The aim of this study was to standardize a technique in order to dose ethanol using gas chromatography to study its effects in the alcohol metabolism in rats submitted to acute alcoholic intoxication and treatment in three distinct ways: 1) intragastric ethanol administration in dose of 5 g/kg; 2) intragastric ethanol administration in dose of 5 g/kg and, then, intravenous infusion of glucose (0,06 mL of 50% solution of glucose/100 g of weight), and, 3) intragastric ethanol administration in dose of 5 g/kg and, then, intravenous infusion of thiamine (0,143 mg/100 g of weight). Also it has aimed to verify the effects on hepatic antioxidant system through the determination of thiobarbituric acid reactive substances, reduced glutathione and vitamin E. The standardization of the technique for gas chromatography to dose ethanol in blood and urine had fine results in relation of precision (C.V. among samples < 6%), accuracy (recovery variation < 15%) and linearity (r=0,9991), what permitted to analyze the alcoholemia and the urinary excretion of the groups of rats with distinct treatments. In this determination, it was also possible the detection of substances related to ethanol metabolism as acetaldehyde, acetone and methanol. It was not observed differences between the ethanolemia curves in the distinct groups. Although, it was encountered a urinary excretion about 4 times greater in the group that had received thiamine. It was observed a lesser production of substances related to lipid peroxidation (TBARS) and a lesser consumption of antioxidants (GSH and vitamin E) in rats treated with thiamine, in spite of that this group had keeped hyperglycemia until the last period of experimentation. Then, it can be concluded that the treatment with glucose in acute alcoholic intoxication was inefficient to diminish ethanolemia, besides it could provoke higher oxidative damage. In contrast, thiamine has showed to be efficient, mainly about the maintenance of hepatic antioxidant system.

Thiazole biosynthetic protein (THI1) is involved in the synthesis of the thiazole ring, a thiamine (vitamin B1) component. Thiamine is an essential co-factor in several carbohydrate and amino acid metabolic pathways. Prokaryotes and a few eukaryotes, such as fungi and plants, are able to synthesize thiamine de novo. These organisms contain the genes that encode the corresponding enzymes (such as THI1) that perform this metabolic function. THI1 actually functions as a reagent rather than as a conventional catalytic enzyme, as the THI1 polypeptide itself serves as the sulfide donor for thiazole formation. This gene also plays a role in organelle DNA damage tolerance. Arabidopsis thaliana has only one copy of the thi1 gene (At-thi1). Transcripts derived from At-thi1 are targeted simultaneously to chloroplasts and mitochondria by differential usage of two in-frame initiation codons. The tz-201 A. thaliana thi1 mutant has been shown to accumulate more sucrose in its tissues than wild-type plants. This suggests that a better understanding of thi1 genes and the role they play in cellular sucrose accumulation may be relevant for improving commercially important crops such as sugarcane. Sugarcane (Saccharum spp.) is a C4 photosynthesis monocot. Unlike A. thaliana, sugarcane has at least two thi1 copies (sc-thi1.1 and sc-thi1.2), as do the other C4 grasses. This thesis concerns the molecular and functional analyses of sugarcane thi1 (sc-thi1) gene homologues. The identified alleles related to sc-thi1.2 have some differences in sequence and seems to be diverging into two subgroups (sc-thi1.2a and sc-thi1.2b), based on phylogenetic analyses. Expression analysis showed that each sc-thi1 copy is expressed differentially in individual tissues and in developing stages levels. Subcellular analysis showed that sc-thi1.1 and sc-thi1.2b have the same cellular distribution pattern, distinct from the observed for sc-thi1.2a. Sc-thi1.1 and sc-thi1.2b were also able to partially complement thiamine auxotrophy in a yeast mutant deficient in thiamine biosynthesis. A similar complementation assay is not possible in the A. thaliana tz-201 mutant owing to low transformation efficiencies. Thus, Physcomitrella patens was chosen to generate thi1 mutant lines for future functional complementation studies. P. patens is a moss used as a plant model, with a small size, short life cycle and a haploid dominant phase. Despite its simplicity, it has six thi1 homologues copies. Homologous Recombination was used to generate P. patens thi1 mutants. In each case, a target thi1 gene was disrupted by replacing its coding region with an antibiotic resistance gene cassette. Single mutants were obtained for all six thi1 gene copies. All the knockout lines were able to survive and grow with only minor effects on morphology and physiology. Deletion of one of the thi1 gene copies (PpThi1.20F) drastically affected protoplast survival and regeneration, suggesting a role for this gene in early (polar) cell division and differentiation. The experimental design, which permits recycling of the selectable marker cassettes, provides a research platform for the construction of double, triple, quadruple or quintuple mutants in the future. The individual mutants line generated in this work, as well as the possible multiple mutants, will be useful for thi1 functional complementation experiments and for discerning the specific functions of individual thi1 gene family members. / THI1 (proteína da biossíntese de tiazol) está envolvida na síntese do anel de tiazol, um componente de tiamina (vitamina B1). A tiamina é um cofator essencial em várias vias metabólicas de carboidratos e aminoácidos. Somente procariontes e alguns eucariontes, como fungos e plantas, são capazes de sintetizar a tiamina de novo. A proteína THI1 atua mais como um reagente do que como uma enzima catalítica convencional, pois usa a si mesmo como doador de sulfeto para a formação do anel de tiazol. Este gene também está envolvido na tolerância ao dano no DNA das organelas. A. thaliana apresenta apenas uma cópia do gene thi1. Seu transcrito primário é direcionado simultaneamente aos cloroplastos e mitocôndrias através do uso diferencial de dois códons de iniciação, presentes no mesmo quadro aberto de leitura. Além disso, o mutante tz-201 de A. thaliana acumula mais sacarose em seus tecidos do que a planta selvagem. Isso sugere que um melhor entendimento do gene thi1 e seu papel no acúmulo de sacarose podem ser importantes para o melhoramento comercial de cultivares, como cana-de-açúcar. Cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é uma monocotiledônea de metabolismo fotossintético C4. Diferentemente do observado em A. thaliana, a cana-de-açúcar possui pelo menos duas cópias (sc-thi1.1 e sc-thi1.2) homólogas a thi1, como observado também para outras gramíneas C4. Nesta tese são discutidas análises moleculares e funcionais dos homólogos do gene thi1 (sc-thi1) de cana-de-açúcar. Os alelos identificados como relativos a sc-thi1.2 apresentam algumas diferenças em suas sequências e, baseado em análises filogenéticas, parecem estar divergindo em dois subgrupos (sc-thi1.2a e sc-thi1.2b). As análises de expressão mostraram que cada cópia de sc-thi1 é diferencialmente expressa em diferentes tecidos e estágios de desenvolvimento. A análise de localização subcelular mostrou sc-thi1.1 e sc-thi1.2b apresentam o mesmo padrão de distribuição, distinto do observado para sc-thi1.2a. Sc-thi1.1 e sc-thi1.2b também foram capazes de complementar parcialmente a auxotrofia para tiamina em leveduras mutantes, deficientes na via de biossíntese de tiamina. Um teste similar de complementação funcional mutante tz-201 de A. thaliana não é possível no devido à baixa eficiência de transformação. Assim, Physcomitrella patens foi escolhida para gerar linhagens mutantes de thi1 para futuros estudos de complementação funcional. P. patens é um musgo usado como planta modelo, apresenta tamanho pequeno, um ciclo de vida curto e uma fase dominante haploide. Apesar de sua simplicidade, possui seis cópias homólogas a thi1. A técnica de Recombinação Homóloga foi escolhida para gerar os mutantes thi1 de P. patens. Em cada mutante, uma das cópias de thi1 foi interrompida, substituindo sua região codificante por um cassete de gene de resistência. Mutantes individuais foram obtidos para as seis cópias do gene thi1. As linhagens knockouts foram capazes de sobreviver e crescer apenas com alguns pequenos efeitos em sua morfologia e fisiologia. A deleção de uma das cópias de thi1 (PpThi1.20F) afetou drasticamente a sobrevivência e regeneração dos protoplastos, sugerindo um papel deste cópia gênica no inicio da divisão e diferenciação celular. O desenho experimento utilizado para a geração destes mutantes permite a reciclagem dos cassetes de seleção, fornecendo uma plataforma para a construção de duplos, triplos, quádruplos, quíntuplos e sêxtuplos mutantes no futuro. Os mutantes individuais para cada cópia de thi1 gerados nesse trabalho, bem como os possíveis mutantes múltiplos, serão úteis para experimentos de complementação funcional e o discernimento de funções específicas de diferentes membros da família gênica thi1.

A nefropatia diabética (ND) é uma das principais causas de doença renal terminal. Além da lesão glomerular, o compartimento tubulointersticial é afetado no desenvolvimento da ND, não somente pela proteinúria como pelos efeitos pró-inflamatórios, profibróticos, pró-oxidantes e angiogênicos da hiperglicemia e dos produtos finais de glicação avançada (AGEs). Sabese que as concentrações de marcadores do estresse oxidativo estão aumentadas em pacientes com diabetes mellitus (DM). O sistema tiorredoxina (TXN) é um dos principais sistemas antioxidantes endógenos. A TXN é capaz de interagir com um grande número de fatores de transcrição e proteínas, tal como a Thioredoxin interacting protein (TXNIP) que tem sido reconhecida na patogênese do DM e de suas complicações. Além da TXNIP, a deficiência de tiamina, ou vitamina B1, já foi relatada em modelos experimentais de DM, concomitantemente a um aumento de seu clearance renal. Os transportadores de tiamina 1 (THTR1) e 2 (THTR2) (codificados pelos genes SLC19A2 e SLC19A3, respectivamente) são os responsáveis pela reabsorção de tiamina no túbulo proximal após sua filtração pelo glomérulo. Estudos já demonstraram que a excreção aumentada de tiamina pode ser um fator de risco para o declínio precoce da função renal em pacientes DM. Uma outra proteína de interesse é a beta 2 microglobulina (B2M), expressa em situações que cursam com inflamação, um fenômeno bem caracterizado na tubulopatia diabética. O estudo da ativação intrarenal de vias potencialmente associadas à evolução da ND em humanos é dificultada pela necessidade de biópsia renal. Recentemente o sedimento urinário tem sido utilizado na avaliação das doenças renais, tanto na tentativa de identificar biomarcadores que possam predizer o declínio da função renal, como para o melhor entendimento da patogênese dessa complicação. O objetivo deste trabalho foi estudar a participação dos genesalvo TXNIP, TXN, SLC19A2, SLC19A3 e B2M na patogênese da ND em portadores de DM1. Estudamos o RNA mensageiro (mRNA) do sedimento urinário de pacientes DM1 (n=55), portadores de glomeruloesclerose segmentar e focal (GESF, um modelo de nefropatia não diabética, n=12) e de indivíduos controles (n=11) para avaliação da expressão dos genes-alvo, e sua associação com as manifestações da ND. Também foi extraído mRNA de células linfomononucleares de pacientes DM1 (n=162) e indivíduos controles (n=26) para comparação com os resultados obtidos no sedimento urinário e foram dosadas as concentrações plasmáticas de tiamina em um subgrupos de pacientes DM1 e de indivíduos controles. Além disso, uma linhagem de células renais humanas foi tratada com altas concentrações de glicose e albumina glicada ou não glicada in vitro para avaliar se os AGEs estão implicados na alteração de expressão dos genes-alvos. Como resultado observamos (1) um aumento na expressão de TXNIP e TXN no sedimento urinário de pacientes DM1 com doença renal e associação da expressão de TXNIP com a magnitude do declínio da taxa de filtração glomerular; (2) um aumento na expressão de TXNIP e TXN nas células linfomononucleares dos pacientes DM1; (3) um aumento na expressão de SLC19A2 no sedimento urinário de pacientes DM1 com doença renal; (4) uma diminuição nas concentrações plasmáticas de tiamina nos pacientes DM1 em comparação aos controles; (5) um aumento na expressão de B2M no sedimento urinário de pacientes DM1 com doença renal e (6) um aumento na expressão de TXNIP e B2M nas células renais humanas tratadas concomitantemente com altas concentrações de glicose e albumina glicada. Os resultados do presente estudo sugerem fortemente a participação do sistema TXN e da B2M na etiopatogênese da ND / Diabetic nephropathy (DN) is a major cause of end stage renal disease. Glomerular and tubulointerstitial compartments are affected not only by proteinuria but also by the pro-inflammatory, profibrotic, pro-oxidants and pro-angiogenic effects exerted by hyperglycemia and advanced glycation end products (AGEs) in the development of DN. It is well known that concentrations of oxidative stress markers are increased in patients with diabetes mellitus (DM). The thioredoxin system (TXN) is one of the majors endogenous antioxidant systems; TXN molecule is able to interact with a large number of transcription factors and proteins such as Thioredoxin interacting protein (TXNIP), which has been recognized in the pathogenesis of DM and its complications. Deficiency of thiamine, or B1 vitamin, has been reported in experimental models of DM concomitantly with an increase in its renal clearance. Thiamine transporter 1 (THTR1), encoded by the SLC19A2 gene and Thiamine transporter 2 (THTR2), encoded by the SLC19A3 gene are responsible for thiamine reabsorption in the proximal tubule after glomerular filtration. Studies have shown that increased urinary excretion of thiamine may be a risk predictor for an early decline in kidney function in diabetic patients. Another protein of interest is beta-2-microglobulin (B2M), expressed in situations of inflammation, a well-characterized phenomenon in diabetic tubulopathy. The study of activation or inactivation of intrarenal pathways potentially associated with progression of DN in humans is complicated by the need for renal biopsy. Recently urinary sediment has been used in the evaluation of kidney diseases in an attempt to identify biomarkers that can predict kidney function decline and as a tool for a better understanding of the pathogenesis of this complication. The objective of this work was to study the participation of the target genes TXNIP, TXN, SLC19A2, SLC19A3 and B2M in the pathogenesis of DN in type 1 DM (T1D) patients. We studied the urinary sediment messenger RNA (mRNA) from patients with T1D (n=55); with focal and segmental glomerulosclerosis (FSGS, a non diabetic nephropathy model, n=12) and from control subjects (n=11) to assess the expression of the target genes and their association with the severity of DN. We also studied the mRNA expression of peripheral lymphomononuclear (PLMN) cells from T1D patients (n=162) and control subjects (n=26) in order to compare with the results obtained in the urinary sediment. Plasmatic concentrations of thiamine were also measured in a subgroup of T1D patients and control subjects. In addition, a lineage of human kidney cells was exposed to high glucose concentrations and to glycated and non-glycated albumin to evaluate if AGEs are implicated in the modulation of expression of the target genes. As a result we found that (1) TXNIP and TXN are upregulated in the urinary sediment of T1D patients with kidney disease and TXNIP is associated with the magnitude of glomerular filtration rate decline; (2) TXNIP and TXN are upregulated in PLMN cells from T1D patients; (3) SLC19A2 is upregulated in the urinary sediment of T1D patients with kidney disease; (4) T1D patients present decreased plasmatic thiamine concentrations compared to control subjects; (5) B2M is upregulated in the urinary sediment of T1D patients with kidney disease and (6) TXNIP and B2M are upregulated in human kidney cells exposed concomitantly to high glucose concentrations and glycated albumin. The results of the present study strongly suggest the participation of the TXN system and of B2M in the pathogenesis of DN. Descriptors: diabetes mellitus, diabetic nephropathies, urine, glycosylation end products, advanced, thiamine, thioredoxins, beta 2-microglobulin Diabetic nephropathy (DN) is a major cause of end stage renal disease. Glomerular and tubulointerstitial compartments are affected not only by proteinuria but also by the pro-inflammatory, profibrotic, pro-oxidants and pro-angiogenic effects exerted by hyperglycemia and advanced glycation end products (AGEs) in the development of DN. It is well known that concentrations of oxidative stress markers are increased in patients with diabetes mellitus (DM). The thioredoxin system (TXN) is one of the majors endogenous antioxidant systems; TXN molecule is able to interact with a large number of transcription factors and proteins such as Thioredoxin interacting protein (TXNIP), which has been recognized in the pathogenesis of DM and its complications. Deficiency of thiamine, or B1 vitamin, has been reported in experimental models of DM concomitantly with an increase in its renal clearance. Thiamine transporter 1 (THTR1), encoded by the SLC19A2 gene and Thiamine transporter 2 (THTR2), encoded by the SLC19A3 gene are responsible for thiamine reabsorption in the proximal tubule after glomerular filtration. Studies have shown that increased urinary excretion of thiamine may be a risk predictor for an early decline in kidney function in diabetic patients. Another protein of interest is beta-2-microglobulin (B2M), expressed in situations of inflammation, a well-characterized phenomenon in diabetic tubulopathy. The study of activation or inactivation of intrarenal pathways potentially associated with progression of DN in humans is complicated by the need for renal biopsy. Recently urinary sediment has been used in the evaluation of kidney diseases in an attempt to identify biomarkers that can predict kidney function decline and as a tool for a better understanding of the pathogenesis of this complication. The objective of this work was to study the participation of the target genes TXNIP, TXN, SLC19A2, SLC19A3 and B2M in the pathogenesis of DN in type 1 DM (T1D) patients. We studied the urinary sediment messenger RNA (mRNA) from patients with T1D (n=55); with focal and segmental glomerulosclerosis (FSGS, a non diabetic nephropathy model, n=12) and from control subjects (n=11) to assess the expression of the target genes and their association with the severity of DN. We also studied the mRNA expression of peripheral lymphomononuclear (PLMN) cells from T1D patients (n=162) and control subjects (n=26) in order to compare with the results obtained in the urinary sediment. Plasmatic concentrations of thiamine were also measured in a subgroup of T1D patients and control subjects. In addition, a lineage of human kidney cells was exposed to high glucose concentrations and to glycated and non-glycated albumin to evaluate if AGEs are implicated in the modulation of expression of the target genes. As a result we found that (1) TXNIP and TXN are upregulated in the urinary sediment of T1D patients with kidney disease and TXNIP is associated with the magnitude of glomerular filtration rate decline; (2) TXNIP and TXN are upregulated in PLMN cells from T1D patients; (3) SLC19A2 is upregulated in the urinary sediment of T1D patients with kidney disease; (4) T1D patients present decreased plasmatic thiamine concentrations compared to control subjects; (5) B2M is upregulated in the urinary sediment of T1D patients with kidney disease and (6) TXNIP and B2M are upregulated in human kidney cells exposed concomitantly to high glucose concentrations and glycated albumin. The results of the present study strongly suggest the participation of the TXN system and of B2M in the pathogenesis of DN

A nefropatia diabética (ND) é uma das principais causas de doença renal terminal. Além da lesão glomerular, o compartimento tubulointersticial é afetado no desenvolvimento da ND, não somente pela proteinúria como pelos efeitos pró-inflamatórios, profibróticos, pró-oxidantes e angiogênicos da hiperglicemia e dos produtos finais de glicação avançada (AGEs). Sabese que as concentrações de marcadores do estresse oxidativo estão aumentadas em pacientes com diabetes mellitus (DM). O sistema tiorredoxina (TXN) é um dos principais sistemas antioxidantes endógenos. A TXN é capaz de interagir com um grande número de fatores de transcrição e proteínas, tal como a Thioredoxin interacting protein (TXNIP) que tem sido reconhecida na patogênese do DM e de suas complicações. Além da TXNIP, a deficiência de tiamina, ou vitamina B1, já foi relatada em modelos experimentais de DM, concomitantemente a um aumento de seu clearance renal. Os transportadores de tiamina 1 (THTR1) e 2 (THTR2) (codificados pelos genes SLC19A2 e SLC19A3, respectivamente) são os responsáveis pela reabsorção de tiamina no túbulo proximal após sua filtração pelo glomérulo. Estudos já demonstraram que a excreção aumentada de tiamina pode ser um fator de risco para o declínio precoce da função renal em pacientes DM. Uma outra proteína de interesse é a beta 2 microglobulina (B2M), expressa em situações que cursam com inflamação, um fenômeno bem caracterizado na tubulopatia diabética. O estudo da ativação intrarenal de vias potencialmente associadas à evolução da ND em humanos é dificultada pela necessidade de biópsia renal. Recentemente o sedimento urinário tem sido utilizado na avaliação das doenças renais, tanto na tentativa de identificar biomarcadores que possam predizer o declínio da função renal, como para o melhor entendimento da patogênese dessa complicação. O objetivo deste trabalho foi estudar a participação dos genesalvo TXNIP, TXN, SLC19A2, SLC19A3 e B2M na patogênese da ND em portadores de DM1. Estudamos o RNA mensageiro (mRNA) do sedimento urinário de pacientes DM1 (n=55), portadores de glomeruloesclerose segmentar e focal (GESF, um modelo de nefropatia não diabética, n=12) e de indivíduos controles (n=11) para avaliação da expressão dos genes-alvo, e sua associação com as manifestações da ND. Também foi extraído mRNA de células linfomononucleares de pacientes DM1 (n=162) e indivíduos controles (n=26) para comparação com os resultados obtidos no sedimento urinário e foram dosadas as concentrações plasmáticas de tiamina em um subgrupos de pacientes DM1 e de indivíduos controles. Além disso, uma linhagem de células renais humanas foi tratada com altas concentrações de glicose e albumina glicada ou não glicada in vitro para avaliar se os AGEs estão implicados na alteração de expressão dos genes-alvos. Como resultado observamos (1) um aumento na expressão de TXNIP e TXN no sedimento urinário de pacientes DM1 com doença renal e associação da expressão de TXNIP com a magnitude do declínio da taxa de filtração glomerular; (2) um aumento na expressão de TXNIP e TXN nas células linfomononucleares dos pacientes DM1; (3) um aumento na expressão de SLC19A2 no sedimento urinário de pacientes DM1 com doença renal; (4) uma diminuição nas concentrações plasmáticas de tiamina nos pacientes DM1 em comparação aos controles; (5) um aumento na expressão de B2M no sedimento urinário de pacientes DM1 com doença renal e (6) um aumento na expressão de TXNIP e B2M nas células renais humanas tratadas concomitantemente com altas concentrações de glicose e albumina glicada. Os resultados do presente estudo sugerem fortemente a participação do sistema TXN e da B2M na etiopatogênese da ND / Diabetic nephropathy (DN) is a major cause of end stage renal disease. Glomerular and tubulointerstitial compartments are affected not only by proteinuria but also by the pro-inflammatory, profibrotic, pro-oxidants and pro-angiogenic effects exerted by hyperglycemia and advanced glycation end products (AGEs) in the development of DN. It is well known that concentrations of oxidative stress markers are increased in patients with diabetes mellitus (DM). The thioredoxin system (TXN) is one of the majors endogenous antioxidant systems; TXN molecule is able to interact with a large number of transcription factors and proteins such as Thioredoxin interacting protein (TXNIP), which has been recognized in the pathogenesis of DM and its complications. Deficiency of thiamine, or B1 vitamin, has been reported in experimental models of DM concomitantly with an increase in its renal clearance. Thiamine transporter 1 (THTR1), encoded by the SLC19A2 gene and Thiamine transporter 2 (THTR2), encoded by the SLC19A3 gene are responsible for thiamine reabsorption in the proximal tubule after glomerular filtration. Studies have shown that increased urinary excretion of thiamine may be a risk predictor for an early decline in kidney function in diabetic patients. Another protein of interest is beta-2-microglobulin (B2M), expressed in situations of inflammation, a well-characterized phenomenon in diabetic tubulopathy. The study of activation or inactivation of intrarenal pathways potentially associated with progression of DN in humans is complicated by the need for renal biopsy. Recently urinary sediment has been used in the evaluation of kidney diseases in an attempt to identify biomarkers that can predict kidney function decline and as a tool for a better understanding of the pathogenesis of this complication. The objective of this work was to study the participation of the target genes TXNIP, TXN, SLC19A2, SLC19A3 and B2M in the pathogenesis of DN in type 1 DM (T1D) patients. We studied the urinary sediment messenger RNA (mRNA) from patients with T1D (n=55); with focal and segmental glomerulosclerosis (FSGS, a non diabetic nephropathy model, n=12) and from control subjects (n=11) to assess the expression of the target genes and their association with the severity of DN. We also studied the mRNA expression of peripheral lymphomononuclear (PLMN) cells from T1D patients (n=162) and control subjects (n=26) in order to compare with the results obtained in the urinary sediment. Plasmatic concentrations of thiamine were also measured in a subgroup of T1D patients and control subjects. In addition, a lineage of human kidney cells was exposed to high glucose concentrations and to glycated and non-glycated albumin to evaluate if AGEs are implicated in the modulation of expression of the target genes. As a result we found that (1) TXNIP and TXN are upregulated in the urinary sediment of T1D patients with kidney disease and TXNIP is associated with the magnitude of glomerular filtration rate decline; (2) TXNIP and TXN are upregulated in PLMN cells from T1D patients; (3) SLC19A2 is upregulated in the urinary sediment of T1D patients with kidney disease; (4) T1D patients present decreased plasmatic thiamine concentrations compared to control subjects; (5) B2M is upregulated in the urinary sediment of T1D patients with kidney disease and (6) TXNIP and B2M are upregulated in human kidney cells exposed concomitantly to high glucose concentrations and glycated albumin. The results of the present study strongly suggest the participation of the TXN system and of B2M in the pathogenesis of DN. Descriptors: diabetes mellitus, diabetic nephropathies, urine, glycosylation end products, advanced, thiamine, thioredoxins, beta 2-microglobulin Diabetic nephropathy (DN) is a major cause of end stage renal disease. Glomerular and tubulointerstitial compartments are affected not only by proteinuria but also by the pro-inflammatory, profibrotic, pro-oxidants and pro-angiogenic effects exerted by hyperglycemia and advanced glycation end products (AGEs) in the development of DN. It is well known that concentrations of oxidative stress markers are increased in patients with diabetes mellitus (DM). The thioredoxin system (TXN) is one of the majors endogenous antioxidant systems; TXN molecule is able to interact with a large number of transcription factors and proteins such as Thioredoxin interacting protein (TXNIP), which has been recognized in the pathogenesis of DM and its complications. Deficiency of thiamine, or B1 vitamin, has been reported in experimental models of DM concomitantly with an increase in its renal clearance. Thiamine transporter 1 (THTR1), encoded by the SLC19A2 gene and Thiamine transporter 2 (THTR2), encoded by the SLC19A3 gene are responsible for thiamine reabsorption in the proximal tubule after glomerular filtration. Studies have shown that increased urinary excretion of thiamine may be a risk predictor for an early decline in kidney function in diabetic patients. Another protein of interest is beta-2-microglobulin (B2M), expressed in situations of inflammation, a well-characterized phenomenon in diabetic tubulopathy. The study of activation or inactivation of intrarenal pathways potentially associated with progression of DN in humans is complicated by the need for renal biopsy. Recently urinary sediment has been used in the evaluation of kidney diseases in an attempt to identify biomarkers that can predict kidney function decline and as a tool for a better understanding of the pathogenesis of this complication. The objective of this work was to study the participation of the target genes TXNIP, TXN, SLC19A2, SLC19A3 and B2M in the pathogenesis of DN in type 1 DM (T1D) patients. We studied the urinary sediment messenger RNA (mRNA) from patients with T1D (n=55); with focal and segmental glomerulosclerosis (FSGS, a non diabetic nephropathy model, n=12) and from control subjects (n=11) to assess the expression of the target genes and their association with the severity of DN. We also studied the mRNA expression of peripheral lymphomononuclear (PLMN) cells from T1D patients (n=162) and control subjects (n=26) in order to compare with the results obtained in the urinary sediment. Plasmatic concentrations of thiamine were also measured in a subgroup of T1D patients and control subjects. In addition, a lineage of human kidney cells was exposed to high glucose concentrations and to glycated and non-glycated albumin to evaluate if AGEs are implicated in the modulation of expression of the target genes. As a result we found that (1) TXNIP and TXN are upregulated in the urinary sediment of T1D patients with kidney disease and TXNIP is associated with the magnitude of glomerular filtration rate decline; (2) TXNIP and TXN are upregulated in PLMN cells from T1D patients; (3) SLC19A2 is upregulated in the urinary sediment of T1D patients with kidney disease; (4) T1D patients present decreased plasmatic thiamine concentrations compared to control subjects; (5) B2M is upregulated in the urinary sediment of T1D patients with kidney disease and (6) TXNIP and B2M are upregulated in human kidney cells exposed concomitantly to high glucose concentrations and glycated albumin. The results of the present study strongly suggest the participation of the TXN system and of B2M in the pathogenesis of DN

Thiazole biosynthetic protein (THI1) is involved in the synthesis of the thiazole ring, a thiamine (vitamin B1) component. Thiamine is an essential co-factor in several carbohydrate and amino acid metabolic pathways. Prokaryotes and a few eukaryotes, such as fungi and plants, are able to synthesize thiamine de novo. These organisms contain the genes that encode the corresponding enzymes (such as THI1) that perform this metabolic function. THI1 actually functions as a reagent rather than as a conventional catalytic enzyme, as the THI1 polypeptide itself serves as the sulfide donor for thiazole formation. This gene also plays a role in organelle DNA damage tolerance. Arabidopsis thaliana has only one copy of the thi1 gene (At-thi1). Transcripts derived from At-thi1 are targeted simultaneously to chloroplasts and mitochondria by differential usage of two in-frame initiation codons. The tz-201 A. thaliana thi1 mutant has been shown to accumulate more sucrose in its tissues than wild-type plants. This suggests that a better understanding of thi1 genes and the role they play in cellular sucrose accumulation may be relevant for improving commercially important crops such as sugarcane. Sugarcane (Saccharum spp.) is a C4 photosynthesis monocot. Unlike A. thaliana, sugarcane has at least two thi1 copies (sc-thi1.1 and sc-thi1.2), as do the other C4 grasses. This thesis concerns the molecular and functional analyses of sugarcane thi1 (sc-thi1) gene homologues. The identified alleles related to sc-thi1.2 have some differences in sequence and seems to be diverging into two subgroups (sc-thi1.2a and sc-thi1.2b), based on phylogenetic analyses. Expression analysis showed that each sc-thi1 copy is expressed differentially in individual tissues and in developing stages levels. Subcellular analysis showed that sc-thi1.1 and sc-thi1.2b have the same cellular distribution pattern, distinct from the observed for sc-thi1.2a. Sc-thi1.1 and sc-thi1.2b were also able to partially complement thiamine auxotrophy in a yeast mutant deficient in thiamine biosynthesis. A similar complementation assay is not possible in the A. thaliana tz-201 mutant owing to low transformation efficiencies. Thus, Physcomitrella patens was chosen to generate thi1 mutant lines for future functional complementation studies. P. patens is a moss used as a plant model, with a small size, short life cycle and a haploid dominant phase. Despite its simplicity, it has six thi1 homologues copies. Homologous Recombination was used to generate P. patens thi1 mutants. In each case, a target thi1 gene was disrupted by replacing its coding region with an antibiotic resistance gene cassette. Single mutants were obtained for all six thi1 gene copies. All the knockout lines were able to survive and grow with only minor effects on morphology and physiology. Deletion of one of the thi1 gene copies (PpThi1.20F) drastically affected protoplast survival and regeneration, suggesting a role for this gene in early (polar) cell division and differentiation. The experimental design, which permits recycling of the selectable marker cassettes, provides a research platform for the construction of double, triple, quadruple or quintuple mutants in the future. The individual mutants line generated in this work, as well as the possible multiple mutants, will be useful for thi1 functional complementation experiments and for discerning the specific functions of individual thi1 gene family members. / THI1 (proteína da biossíntese de tiazol) está envolvida na síntese do anel de tiazol, um componente de tiamina (vitamina B1). A tiamina é um cofator essencial em várias vias metabólicas de carboidratos e aminoácidos. Somente procariontes e alguns eucariontes, como fungos e plantas, são capazes de sintetizar a tiamina de novo. A proteína THI1 atua mais como um reagente do que como uma enzima catalítica convencional, pois usa a si mesmo como doador de sulfeto para a formação do anel de tiazol. Este gene também está envolvido na tolerância ao dano no DNA das organelas. A. thaliana apresenta apenas uma cópia do gene thi1. Seu transcrito primário é direcionado simultaneamente aos cloroplastos e mitocôndrias através do uso diferencial de dois códons de iniciação, presentes no mesmo quadro aberto de leitura. Além disso, o mutante tz-201 de A. thaliana acumula mais sacarose em seus tecidos do que a planta selvagem. Isso sugere que um melhor entendimento do gene thi1 e seu papel no acúmulo de sacarose podem ser importantes para o melhoramento comercial de cultivares, como cana-de-açúcar. Cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é uma monocotiledônea de metabolismo fotossintético C4. Diferentemente do observado em A. thaliana, a cana-de-açúcar possui pelo menos duas cópias (sc-thi1.1 e sc-thi1.2) homólogas a thi1, como observado também para outras gramíneas C4. Nesta tese são discutidas análises moleculares e funcionais dos homólogos do gene thi1 (sc-thi1) de cana-de-açúcar. Os alelos identificados como relativos a sc-thi1.2 apresentam algumas diferenças em suas sequências e, baseado em análises filogenéticas, parecem estar divergindo em dois subgrupos (sc-thi1.2a e sc-thi1.2b). As análises de expressão mostraram que cada cópia de sc-thi1 é diferencialmente expressa em diferentes tecidos e estágios de desenvolvimento. A análise de localização subcelular mostrou sc-thi1.1 e sc-thi1.2b apresentam o mesmo padrão de distribuição, distinto do observado para sc-thi1.2a. Sc-thi1.1 e sc-thi1.2b também foram capazes de complementar parcialmente a auxotrofia para tiamina em leveduras mutantes, deficientes na via de biossíntese de tiamina. Um teste similar de complementação funcional mutante tz-201 de A. thaliana não é possível no devido à baixa eficiência de transformação. Assim, Physcomitrella patens foi escolhida para gerar linhagens mutantes de thi1 para futuros estudos de complementação funcional. P. patens é um musgo usado como planta modelo, apresenta tamanho pequeno, um ciclo de vida curto e uma fase dominante haploide. Apesar de sua simplicidade, possui seis cópias homólogas a thi1. A técnica de Recombinação Homóloga foi escolhida para gerar os mutantes thi1 de P. patens. Em cada mutante, uma das cópias de thi1 foi interrompida, substituindo sua região codificante por um cassete de gene de resistência. Mutantes individuais foram obtidos para as seis cópias do gene thi1. As linhagens knockouts foram capazes de sobreviver e crescer apenas com alguns pequenos efeitos em sua morfologia e fisiologia. A deleção de uma das cópias de thi1 (PpThi1.20F) afetou drasticamente a sobrevivência e regeneração dos protoplastos, sugerindo um papel deste cópia gênica no inicio da divisão e diferenciação celular. O desenho experimento utilizado para a geração destes mutantes permite a reciclagem dos cassetes de seleção, fornecendo uma plataforma para a construção de duplos, triplos, quádruplos, quíntuplos e sêxtuplos mutantes no futuro. Os mutantes individuais para cada cópia de thi1 gerados nesse trabalho, bem como os possíveis mutantes múltiplos, serão úteis para experimentos de complementação funcional e o discernimento de funções específicas de diferentes membros da família gênica thi1.