Orientador: Prof. Dr. Luis Paulo Barbour Scott / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biossistemas, 2014. / A Tioredoxina (Trx) é uma proteína presente desde bactérias até humanos. Esta proteína multifuncional está relacionada a diversos processos como transcrição, apoptose, estresse oxidativo, etc. Seu principal papel é a redução de pontes dissulfeto de seus substratos. A Trx em humanos (hTrx) está relacionada a regulação de processos fisiológicos e doenças, incluindo câncer, doenças cardiovasculares e envelhecimento, o que a torna alvo de grande interesse para desenvolvimento de fármacos. Na tioredoxina citosólica e nuclear (hTrx1), apesar das cisteínas 62 e 69 estarem parcialmente enterradas, resultados experimentais mostraram que elas podem formar complexos covalentes com pequenas moléculas e até mesmo com proteínas. Devido a estes fatos, a descrição de sítios de ligação e de mecanismos de exposição das cisteínas pode contribuir na elaboração de estratégias e no design de fármacos. Com esta finalidade, foi empregada a Análise de Modos Normais (NMA) para investigar as mudanças conformacionais que levam à exposição das cisteínas e a exposição de regiões candidatas a sítios de ligação. Com a NMA foi possível identificar movimentos que levam a exposição de regiões hidrofóbicas e a exposição das cisteínas 62 e 69. Os resultados mostraram também a exposição de duas regiões hidrofóbicas, uma devida à abertura da hélice 3 e outra à abertura das hélices 2 e 4. Duas estruturas cristalográficas presentes no PDB, de mutantes da Trx, mostram a abertura da hélice 3, sugerindo esta como uma região para o design de inibidores. Os resultados mostram que este movimento pode ocorrer na estrutura nativa. A abertura das hélices 2 e 4 levou à exposição da região hidrofóbica, sugerindo esta como um novo local para o design de fármacos. A NMA se mostrou de grande valia para o estudo de sítios de ligação, sendo que os resultados apresentados estão de acordo com os dados experimentais. Os resultados do servidor web FTMAP reforçaram estas regiões hidrofóbicas como de interesse para o design de fármacos, uma vez que encontrou conjuntos de pequenos ligantes orgânicos nestas regiões. Os resultados de docking molecular de Fenotiazinas e Tiossemicarbazonas indicaram estas como bons compostos para testes in vitro. Os resultados do docking desses compostos nas estruturas geradas para o modo 16 e sítio H1H3 podem indicar o mecanismo da diminuição do número de grupos tióis livres através do bloqueio do acesso a Cys 69 e possível alteração da dinâmica da exposição da Cys 62. O resultado do virtual screening do sítio H1H3 com a biblioteca Diversity Set II sugeriu uma nova classe de compostos para testes in vitro. / Thioredoxin (Trx) is a protein that can be found from bacterias to human beings. This multifunctional protein is related to several processes, such as: transcription, apoptose, oxidative stresses, among others. The protein¿s main role is to reduce the substrate¿s disulfide bridges. Trx in human beings (hTrx) is related to physiological regulation processes and diseases - including cancer, cardiovascular diseases and aging - which makes this protein of great interest for drug development. Despite cysteines 62 and 69 being partially buried, nuclear and cytosolic thioredoxin (hTrx1) experimental results show that they can form covalent bonds with small molecules and even with proteins. Due to these facts, a description of the binding sites and cysteines exposure mechanisms can contribute in the elaboration strategy and drug design. For this purpose, Normal Modes Analysis (NMA) was applied in order to investigate conformational changes that expose cysteines and hydrophobic regions candidates to binding site. With NMA it was possible to identify motions that expose hydrophobic regions as well as cysteines 62 and 69. Results also show the exposure of two hydrophobic regions, one due to the opening of helix 3 and another one due to the opening of helices 2 and 4. Two crystallographic structures of mutants, found in the PDB database, showthe opening of helix 3, suggesting that this region is stable enough to be a target for inhibitors design. Results show that this motion can occur in the wild type structure. The opening of helices 2 and 4 lead to the exposure of the hydrophobic region, suggesting the region as a new site for drug design. NMA showed to be valuable in the study of binding sites, once results obtained are in accordance with experimental data. Results from the FTMAP web service reinforce these hydrophobic regions as interesting ones as sites for drug design, since clusters of small organic ligands were found in these regions. The Phenothiazines and Semithiocabazones molecular docking results indicate those compounds as good candidates for in vitro tests. The docking results in structures of mode 16 and binding site H1H3 can indicate the free thiol decrease mechanism through block access of Cys 69 and possible modification of Cys 62 exposure dynamic. Virtual screening results of H1H3 binding site with Diversity Set II compounds library suggested a new class of compounds for in vitro tests.

Since the successful use of the organoselenium compound ebselen in clinical trials for the treatment of neuropathological conditions associated with oxidative stress, there have been concerted efforts geared towards understanding the precise mechanism of action of ebselen and other organoselenium compounds, especially the diorganyl diselenides such as diphenyl diselenide, and its analogs. Although the action mechanism of ebselen and other organoselenium compounds has been shown to be related to their ability to generally mimic native glutathione peroxidase (GPx), ebselen has also been shown to serve as a substrate for the mammalian thioredoxin reductase (TrxR), demonstrating another component of its pharmacological mechanisms, since thioredoxin reductase (TrxR) system plays important roles in cellular defense protecting against oxidative processes, possibly by the detoxification of hydroperoxides. In fact, there is a dearth of information on the ability of other organoselenium compounds, especially diphenyl diselenide and its analogs, to serve as substrates for the mammalian enzyme thioredoxin reductase. Therefore, in the present study, we tested the hypothesis that ebselen, diphenyl diselenide and some of its analogs (4,4 -bistrifluoromethyldiphenyl diselenide, 4,4 -bismethoxy-diphenyl diselenide, 4.4 -biscarboxydiphenyl diselenide, 4,4 -bischlorodiphenyl diselenide, 2,4,6,2 ,4 ,6 -hexamethyldiphenyl diselenide) could also be substrates for rat hepatic and cerebral TrxR. Then, Diphenyl diselenide, bismethoxydiphenyl diselenide and bischlorodiphenyl diselenide (at concentrations of 10, 15 and 20 μM) stimulated NADPH oxidation in the presence of partially purified brain and liver rat TrxR. However, Ebselen and bistrifluoromethyl-diphenyl diselenide that demonstrated to act as a substrate for liver TrxR did not serve as a substrate for cerebral TrxR. This fact can be explained by the differential expression of TrxR isoforms and the existence of alternative splice variants of TrxR in different mammalian tissues or cells. The results presented here, also, suggest that diphenyl diselenide displays neuroprotective properties by mimicking the activity of glutathione peroxidase and also act as a substrate for the enzyme thioredoxin reductase. However, Ebselen has not proven to be a good substrate for the brain TrxR, indicating that the neuroprotective property of this compound is due to its thiol peroxidase- like activity. Therefore, we show for the first time that diselenides are good substrates for mammalian TrxR, but not necessarily good mimetics of GPx, and vice versa. For instance, bis-methoxydiphenyl diselenide had no GPx activity, whereas it was a good substrate for reduction by TrxR. Our experimental observations indicate a possible dissociation between the two pathways for peroxide degradation (either via substrate for TrxR or as a mimic of GPx). / Desde que o ebselen, um composto orgânico de selênio, foi utilizado com relativo sucesso no tratamento de condições neuropatológicas associadas ao estresse oxidativo, há um empenho para o entendimento preciso de seu mecanismo de ação e de outros compostos orgânicos de selênio. Embora o mecanismo de ação destes compostos tenha sido relacionado com suas capacidades de mimetizar a enzima glutationa peroxidase (GPx), estudos têm demonstrado que o ebselen serve como substrato para a tioredoxina redutase (TrxR) de mamíferos, o que pode ser outro componente de sua ação farmacológica, uma vez que o sistema da TrxR tem um importante papel na defesa celular protegendo as células de processos oxidativos, por meio da redução de hidroperóxidos. Contudo, há uma escassez de informações sobre a capacidade de outros compostos orgânicos de selênio atuarem como substrato para a TrxR de mamíferos. Assim, no presente estudo testamos a hipótese de que o ebselen, o disseleneto de difenila e seus análogos (disseleneto de 4,4-bistrifluormetildifenila, disseleneto de 4,4-bismetoxidifenila, disseleneto de 4,4-biscarboxidifenila, disseleneto de 4,4-bisclorodifenila e disseleneto de 2,4,6-hexametildifenila) também poderiam servir como substratos para a TrxR hepática e cerebral de ratos. O disseleneto de difenila, disseleneto de bismetoxidifenila e disseleneto de bisclorodifenila (em concentrações de 10, 15 e 20μM) estimularam a oxidação do NADPH na presença de TrxR hepática e cerebral. No entanto, ebselen e disseleneto de bistrifluormetildifenila que demonstraram ser substrato para a TrxR hepática, não serviram como substrato para a TrxR cerebral, o que pode ser explicado pelas diferenças de expressão das isoformas de TrxR, bem como pela existência de variantes de splices alternativos em diferentes tecidos e células. Os resultados aqui apresentados também sugerem que o disseleneto de difenila apresenta propriedades hepato e neuroprotetoras por fazer uso das duas vias, aqui estudadas, para degradação de peróxidos, ou seja, por servir como substrato para a TrxR e por atuar como mimético da glutationa peroxidase. No entanto, as propriedades neuroprotetoras do ebselen podem ser devido à atividade mimética à glutationa peroxidase, uma vez que este composto não provou ser um bom substrato para a TrxR cerebral. Também o disseleneto de bismetoxidifenila não demonstrou atividade mimética à GPx, porém foi um bom substrato para a TrxR, logo nossos estudos indicam uma dissociação entre as duas vias para degradação de peróxido de hidrogênio, ou seja, disselenetos que são bons substratos para a TrxR não são necessariamente miméticos à GPx e vice-versa.

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No. of bitstreams: 1 kawai_la_dr_sjrp.pdf: 5173025 bytes, checksum: 74d38826e72cc45ba04c0050ac6a409b (MD5) Previous issue date: 2017-11-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Corynebacterium pseudotuberculosis (C. pseudotuberculosis), é uma bactéria gram positiva anaeróbia facultativa, pleomórfica, que não esporula, não forma cápsula, e que apresenta 2 biotipos ou biovares, sendo o biovar equi capaz de infectar preferencialmente equinos, enquanto o biótipo denominado ovis acomete pequenos ruminantes. Esta bactéria faz parte do grupo CMNR (Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia e Rhodococcus), que demonstra grande importância veterinária e médica, uma vez que estes micro-organismos comumente infectam animais, podendo infectar o homem, causando perdas econômicas pela ineficácia ou alto custo de terapias existentes. Um exemplo seria a linfadenite caseosa (LC) causada por C. pseudotuberculosis, que afeta particularmente a pecuária de caprinos e ovinos, com a condenação da carcaça e redução da produção de lã e de carne. A transmissão da doença e contágio dos animais é direta, muitas vezes através da alimentação e ingestão de água em local contaminado por animais doentes. Essa doença possui incidência na pecuária mundial, principalmente de caprinos e ovinos, havendo registros de ocorrência no Brasil, Europa, Oriente Médio, Austrália, Nova Zelândia, África do Sul, Canadá e Estados Unidos e mesmo com todos os avanços tecnológicos, ainda não há métodos de prevenção totalmente eficazes, como vacinas e medicamentos, tampouco para o tratamento de animais infectados, que geralmente são de custo elevado, por longos períodos e sem a garantia de cura ou de isenção de reincidência da LC. Deste modo, técnicas mais rápidas e fáceis para detecção e diagnóstico da doença, bem como para seu tratamento, se tornam imprescindíveis, evitando não só a disseminação da doença, mas também suas consequentes perdas econômicas. Atualmente, devido ao uso indiscriminado de antibióticos para o tratamento de infecções de origem bacteriana, bem como à constante exposição destes micro-organismos a essas drogas em ambientes hospitalares, observa-se o desenvolvimento de micro-organismos resistentes às terapias disponíveis, sendo um desafio mundial a descoberta e elaboração de tratamentos eficazes para a prevenção, controle e eliminação destes patógenos, como alternativa aos já existentes. Visando terapias alternativas e direcionadas para infecção por C. pseudotuberculosis, as proteínas tioredoxina, tioredoxina redutase e diphtheria toxin repressor foram estudadas no presente trabalho, a fim de melhor compreender este micro-organismo. / Corynebacterium pseudotuberculosis (C. pseudotuberculosis), is a gram-positive, facultative anaerobe, pleomorphic, non-sporulating bacterium with two biotopes or biovars, being the biovar equi capable of infecting horses, whereas the biotype called ovis infects small ruminants. It is part of the CMNR group (Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia and Rhodococcus), which demonstrates great veterinary and medical importance, since these common microorganisms infect animals and can infect humans, causing economic losses due to the inefficiency or high cost of existing therapies. An example is a caseous lymphadenitis (LC) caused by C. pseudotuberculosis, which particularly affects the goats and sheep livestock, with carcass condemnation and reduction of wool and meat production. The transmission of disease and the contagion of animals is direct, often through feeding and drinking water in places contaminated by sick animals. This disease has an incidence in the world livestock, mainly of goats and sheep, with occurrence records in Brazil, Europe, the Middle East, Australia, New Zealand, South Africa, Canada and the United States and even with all technological advances, still there are no totally effective prevention methods, such as vaccines and medications, nor for the treatment of infected animals, which are usually of a high cost, for long periods and without guarantee of cure or exemption from recurrence of LC. In this way, faster and easier techniques for the detection of the diagnosis of this disease as well as for its treatment become essential, avoiding not only a spread of the disease, but also its consequent economic losses. Currently, the use of indiscriminate antibiotics for the treatment of infections of bacterial origin, as well as the constant exposure of these microorganisms to these drugs in hospital environments, shows the development of microorganisms resistant to the available therapies, being one world-wide challenge the elaboration of effective treatments for the prevention, control and elimination of these pathogens, as an alternative to the existing ones. Aiming alternative therapies for infection by C. pseudotuberculosis, proteins such as thioredoxin, thioredoxin reductase, diphtheria toxin repressor, were studied in the present work, for a better comprehension of this microorganism.

O hidroperóxido de urato (HOOU) é o produto da oxidação do ácido úrico por peroxidases. Sua produção é favorecida durante a inflamação e hiperuricemia, uma vez que há grande quantidade de ácido úrico, peroxidases inflamatórias e superóxido. Neste sentido, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do hidroperóxido de urato sobre proteínas sensíveis à modulação redox em um ambiente inflamatório asséptico e outro que imita infecção. Assim, nesta tese comparou-se a estrutura química do HOOU obtido fotoquimicamente daquele obtido através da catálise enzimática pela mieloperoxidase. A obtenção do HOOU por foto-oxidação permitiu o melhor isolamento do composto. Este oxidante foi capaz de reagir especificamente com os aminoácidos contendo enxofre (metionina e cisteína). Neste sentido, foi investigada sua reatividade com tiol-peroxidases detoxificadoras de peróxido, a peroxiredoxina 1 e 2 (Prx1 e Prx2). O HOOU apresentou cinética rápida de reação com a Prx1, k = 4,9 × 105 M-1s-1 e Prx2, k = 2,3 × 106 M-1s-1, o que as torna um provável alvo celular, além disso, foi capaz de oxidar a Prx2 de eritrócitos humanos, mostrando ser capaz de atravessar a membrana plasmática. Além das Prxs, a albumina do soro também desempenha papel importante na homeostase redox. O HOOU foi capaz de oxidar a albumina com constante de velocidade de 0,2 × 102 M-1s- 1. Outra tiol-proteína com importante função na homeostase e sinalização redox é a tioredoxina (Trx). A Trx foi oxidada pelo HOOU com constante de reação de 2,8 × 102 M-1s-1 e foi liberada juntamente com a Prx1 e Prx2 das células de macrófagos humanos (linhagem THP-1) quando estas células foram incubadas com HOOU. A liberação dessas proteínas é reconhecidamente um sinal de estresse celular. Assim o HOOU pode estar envolvido na exacerbação do estresse oxidativo em ambiente inflamatório. Quando neutrófilos (linhagem HL- 60) e macrófagos humanos (linhagem THP-1) foram incubados na presença de ácido úrico e Pseudomonas aeruginosa houve uma diminuição na produção de ácido hipocloroso (HOCl). Isto se deveu à competição entre ácido úrico e cloreto pela mieloperoxidase e resultou em menor atividade microbicida pelas células, demonstrando que a formação do HOOU não contribui e, ao contrário, prejudica a atividade microbicida das células inflamatórias. Dessa forma, a oxidação do ácido úrico e formação do hidroperóxido de urato tanto altera a atividade microbicida das células inflamtárias, quanto leva à oxidação de tiósproteínas importantes para manutenção da homeostase redox. Assim, o HOOU pode ser o responsável pelos efeitos pró-oxidantes e pró-inflamatórios do ácido úrico solúvel, e isso indica que o papel antioxidante do ácido úrico deve ser revisto em situações de inflamação. / Urate hydroperoxide (HOOU) is the product of the oxidation of uric acid by peroxidases. The formation of HOOU is favored during inflammation and in hyperuricemia, where there is plenty amount of uric acid, inflammatory peroxidases and superoxide. Therefore, the aim of the present study was to evaluate the effect of urate hydroperoxide on redox sensitive proteins in an inflammatory environment and another that mimics infection. In this thesis the chemical structure of the HOOU produced by photo-oxidation was compared to that obtained by myeloperoxidase catalysis. The chemical production of HOOU allowed a better purification of the compound. This oxidant was able to specifically react with sulfur containing amino acids (methionine and cysteine). In this sense, its reactivity with peroxiredoxins (Prx1 and Prx2) was investigated. HOOU reacted fast with Prx1 k = 4.9 × 105 M-1s-1 and Prx2 k = 2.3 × 106 M-1s-1. In addition, HOOU was able to oxidize Prx2 from intact erythrocytes at the same extend as does hydrogen peroxide. Albumin is an important thiol-containing protein to redox homeostasis in plasma. HOOU was able to oxidize albumin with a rate constant of 0.2 × 102 M-1s-1. Another protein with important function in redox homeostasis is thioredoxin (Trx). Trx was oxidized by HOOU with a rate constant of 2.8 × 102 M-1s-1 and was released together with Prx1 and Prx2 from human macrophages cells (THP-1 cell line) that were incubated with HOOU. The release of these proteins is a signal of cellular stress. Thus, HOOU may be involved in the exacerbation of oxidative stress in inflammatory environments. When neutrophil (HL-60 cell line) and macrophages (THP-1 cell line) were incubated with uric acid and Pseudomonas aeruginosa there was a decrease in hypochlorous acid (HOCl) production because of the competition between chloride and uric acid by myeloperoxidase. It decreased HOCl and impaired the microbicidal activity of the cells, showing that HOOU does not contribute in bacteria clearance. Therefore, the oxidation of uric acid to urate hydroperoxide impairs microbicidal activity and oxidizes thiol-proteins in inflammatory cells contributing to a pro-oxidant status. In this context, the antioxidant role of uric acid in inflammatory response should be reviwed.

O hidroperóxido de urato (HOOU) é o produto da oxidação do ácido úrico por peroxidases. Sua produção é favorecida durante a inflamação e hiperuricemia, uma vez que há grande quantidade de ácido úrico, peroxidases inflamatórias e superóxido. Neste sentido, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do hidroperóxido de urato sobre proteínas sensíveis à modulação redox em um ambiente inflamatório asséptico e outro que imita infecção. Assim, nesta tese comparou-se a estrutura química do HOOU obtido fotoquimicamente daquele obtido através da catálise enzimática pela mieloperoxidase. A obtenção do HOOU por foto-oxidação permitiu o melhor isolamento do composto. Este oxidante foi capaz de reagir especificamente com os aminoácidos contendo enxofre (metionina e cisteína). Neste sentido, foi investigada sua reatividade com tiol-peroxidases detoxificadoras de peróxido, a peroxiredoxina 1 e 2 (Prx1 e Prx2). O HOOU apresentou cinética rápida de reação com a Prx1, k = 4,9 × 105 M-1s-1 e Prx2, k = 2,3 × 106 M-1s-1, o que as torna um provável alvo celular, além disso, foi capaz de oxidar a Prx2 de eritrócitos humanos, mostrando ser capaz de atravessar a membrana plasmática. Além das Prxs, a albumina do soro também desempenha papel importante na homeostase redox. O HOOU foi capaz de oxidar a albumina com constante de velocidade de 0,2 × 102 M-1s- 1. Outra tiol-proteína com importante função na homeostase e sinalização redox é a tioredoxina (Trx). A Trx foi oxidada pelo HOOU com constante de reação de 2,8 × 102 M-1s-1 e foi liberada juntamente com a Prx1 e Prx2 das células de macrófagos humanos (linhagem THP-1) quando estas células foram incubadas com HOOU. A liberação dessas proteínas é reconhecidamente um sinal de estresse celular. Assim o HOOU pode estar envolvido na exacerbação do estresse oxidativo em ambiente inflamatório. Quando neutrófilos (linhagem HL- 60) e macrófagos humanos (linhagem THP-1) foram incubados na presença de ácido úrico e Pseudomonas aeruginosa houve uma diminuição na produção de ácido hipocloroso (HOCl). Isto se deveu à competição entre ácido úrico e cloreto pela mieloperoxidase e resultou em menor atividade microbicida pelas células, demonstrando que a formação do HOOU não contribui e, ao contrário, prejudica a atividade microbicida das células inflamatórias. Dessa forma, a oxidação do ácido úrico e formação do hidroperóxido de urato tanto altera a atividade microbicida das células inflamtárias, quanto leva à oxidação de tiósproteínas importantes para manutenção da homeostase redox. Assim, o HOOU pode ser o responsável pelos efeitos pró-oxidantes e pró-inflamatórios do ácido úrico solúvel, e isso indica que o papel antioxidante do ácido úrico deve ser revisto em situações de inflamação. / Urate hydroperoxide (HOOU) is the product of the oxidation of uric acid by peroxidases. The formation of HOOU is favored during inflammation and in hyperuricemia, where there is plenty amount of uric acid, inflammatory peroxidases and superoxide. Therefore, the aim of the present study was to evaluate the effect of urate hydroperoxide on redox sensitive proteins in an inflammatory environment and another that mimics infection. In this thesis the chemical structure of the HOOU produced by photo-oxidation was compared to that obtained by myeloperoxidase catalysis. The chemical production of HOOU allowed a better purification of the compound. This oxidant was able to specifically react with sulfur containing amino acids (methionine and cysteine). In this sense, its reactivity with peroxiredoxins (Prx1 and Prx2) was investigated. HOOU reacted fast with Prx1 k = 4.9 × 105 M-1s-1 and Prx2 k = 2.3 × 106 M-1s-1. In addition, HOOU was able to oxidize Prx2 from intact erythrocytes at the same extend as does hydrogen peroxide. Albumin is an important thiol-containing protein to redox homeostasis in plasma. HOOU was able to oxidize albumin with a rate constant of 0.2 × 102 M-1s-1. Another protein with important function in redox homeostasis is thioredoxin (Trx). Trx was oxidized by HOOU with a rate constant of 2.8 × 102 M-1s-1 and was released together with Prx1 and Prx2 from human macrophages cells (THP-1 cell line) that were incubated with HOOU. The release of these proteins is a signal of cellular stress. Thus, HOOU may be involved in the exacerbation of oxidative stress in inflammatory environments. When neutrophil (HL-60 cell line) and macrophages (THP-1 cell line) were incubated with uric acid and Pseudomonas aeruginosa there was a decrease in hypochlorous acid (HOCl) production because of the competition between chloride and uric acid by myeloperoxidase. It decreased HOCl and impaired the microbicidal activity of the cells, showing that HOOU does not contribute in bacteria clearance. Therefore, the oxidation of uric acid to urate hydroperoxide impairs microbicidal activity and oxidizes thiol-proteins in inflammatory cells contributing to a pro-oxidant status. In this context, the antioxidant role of uric acid in inflammatory response should be reviwed.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A incidência de infecções fúngicas invasivas vem aumentando nos últimos anos. Estas infecções, em geral, apresentam altas taxas de mortalidade. A profilaxia com antifúngicos ainda é a estratégia mais comum na contenção da mortalidade e prevenção contra infecções fúngicas invasivas, porém, apresenta baixa eficiência, e relatos de resistência às drogas. Além disso, a terapia antifúngica é limitada a um pequeno grupo de drogas, como os polienos, azóis e equinocandinas. Desta forma, a busca de novos alvos de drogas é fundamental para o desenvolvimento de novos antifúngicos. Estudos in silico indicaram quatro genes como potenciais alvo de drogas em fungos patogênicos. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi verificar a expressão das proteínas codificadas por dois destes possíveis genes alvo, a proteína erg6, na fração microssomal, e trr1, na fração citosólica, em hifas de A. fumigatus. Visando alcançar este objetivo, foram primeiramente padronizadas todas as etapas de fracionamento celular visando isolar estas duas subfrações celulares de A. fumigatus. Posteriormente, foi otimizado o protocolo de extração e reidratação de proteínas microssomais bem como reidratação de proteínas citosólicas. Estes extratos foram submetidos a diferentes protocolos de fracionamento proteico em um sistema de eletroforese OFFGEL (OGE). Os resultados de Western immunoblot mostraram que estas duas proteínas, erg6 e trr1, são de fato expressas na fase filamentosa de A. fumigatus. O extrato proteico da fração microssomal submetido ao OGE em doze subfrações apresentou três subunidades da proteína erg6, reconhecidas pelo anticorpo monoclonal, com massas moleculares e pI distintos: uma subunidade de aproximadamente 79 kDa com pI entre 5,91 e 6,49, e outras duas subunidades de aproximadamente 35 kDa e 32 kDa, ambas com pI entre 6,49 e 7,08. A enzima erg6 foi descrita como um homotetrâmero em outros fungos. Porém, nossos resultados sugerem que, em A. fumigatus, a erg6 possui uma estrutura heterotetramérica. Quanto à proteína trr1, tanto no extrato total quanto nas frações resultantes do fracionamento em OGE, uma banda única de aproximadamente 40 kDa, com pI na faixa de 4,79 e 5,33, foi reconhecida pelo anticorpo policlonal. Desta forma, esta proteína parece ter uma estrutura homodimérica, assim como descrito em outros micro-organismos. / The invasive fungal infections incidence has increased in recent years. These infections usually presents high mortality rates. Antifungal prophylaxis remains the most common clinical strategy to decrease mortality and prevent invasive fungal infections, however, it has low efficiency and drug resistance reports. Furthermore, antifungal therapy is limited to a small group of drugs such as polyenes, azoles, and echinocandins. Thus, the search for new drug targets is imperative for the new antifungal agents development. In silico studies have indicated four genes as potential drug target in pathogenic fungi. In this context, our aim was to investigate the expression of two proteins encoded by two putative target genes, erg6 in the microsomal fraction, and trr1 in the cytosolic fraction of A. fumigatus hyphae. To achieve this goal, we first standardized all steps of cell fractionation to isolate these two fractions of A. fumigatus hyphae. Subsequently, was optimized the protein extraction and rehidratation protocols of these two subfractions, such as cytosolic proteins rehidratation. These extracts were submitted to different protocols for protein fractionation in an OFFGEL electrophoresis system (OGE). The Western immunoblot results showed that these two proteins, erg6 and trr1, are expressed in filamentous phase of A. fumigatus. The microsomal protein extract submitted to the OGE in twelve fractions, showed three erg6 protein subunits recognized by monoclonal antibody, with distincts molecular weight and pI: a subunit with approximately 79 kDa, with pI in the range of 5,91 and 6,49, and others two subunits with 35 kDa and 32 kDa, both with pI between 6,49 and 7,08. The enzyme erg6 was described as a homotetramer in other fungi, however, our results suggest that in A. fumigatus the erg6 has a heterotetrameric structure. Regarding trr1 protein, in both, total and fractionated (OGE) extracts, a single band of approximately 40 kDa, with pI in the range of 4.79 and 5.33, was recognized by the polyclonal antibody, suggesting that this protein appears to have a homodimeric structure, as described in other microorganisms.

Submitted by Diego Santos (diegosantos@unipampa.edu.br) on 2015-04-10T11:49:39Z No. of bitstreams: 1 111010003.pdf: 1306168 bytes, checksum: 65e96979f53ded7b91f629af13358a87 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-10T11:49:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 111010003.pdf: 1306168 bytes, checksum: 65e96979f53ded7b91f629af13358a87 (MD5) Previous issue date: 2012-08-20 / O metilmercúrio (MeHg) é um agente tóxico que causa importantes prejuízos à saúde humana e ambiental. Parte desses efeitos está relacionado a sua capacidade de induzir estresse oxidativo. Os mecanismos precisos pelos quais o MeHg leva ao estresse oxidativo ainda não estão bem esclarecidos. Dados na literatura apontam para a participação de selenoproteínas como a glutationa peroxidase e a tioredoxina redutase neste processo. Neste estudo, buscou-se investigar o papel de isoformas de glutationa peroxidase (GPx1 e GPx4) e da tioredoxina redutase (TrxR1) na neurotoxicidade induzida por MeHg em camundongos, focando na atividade e expressão destas proteínas. Nossos resultados mostraram, que o tratamento de camundongos Swiss machos adultos com MeHg (40 mg/L na água de beber) durante 21 dias causa uma diminuição significativa na atividade das enzimas GPx e TrxR no córtex e cerebelo dos animais tratados, em comparação com os controles. Observou-se também uma significativa redução na expressão de GPx1, GPx4 e TrxR1 no cerebelo dos animais tratados, enquanto que no córtex apenas GPx4 e TrxR1 foram afetadas. Concomitantemente a estes resultados, observou-se um aumento significativo na atividade das enzimas antioxidantes SOD, CAT, GR e GST no cerebelo e da CAT no cortex. A expressão de HSP70 foi significativamente aumentada no cerebelo dos animais tratados. Estes dados denotam uma clara resposta celular antioxidante frente aos efeitos tóxicos do MeHg em nosso modelo, reforçando dados da literatura que indicam o estresse oxidativo como um importante mecanismos na neurotoxicidade induzida por este organometal. Além disso, nossos resultados apontam para isoformas de glutationa peroxidase e tioredoxina redutase como importantes alvos moleculares do MeHg e, ao menos, em nosso conhecimento, este é o primeiro estudo demonstrando o papel da GPx4 na neurotoxicidade induzida por este agente tóxico ambiental. Outro objetivo deste trabalho foi investigar os efeitos biológicos do extrato da alga Prasiola crispa(PcE), oriunda do continente Antártico, nos modelos de Drosophila melanogaster e Nauphoeta cinérea. Organismos adaptados a ambientes extremos como a Antártica tendem a apresentarem uma constituição única em termos de metabólitos secundários. Desta forma, estudos que visem à elucidação de efeitos biológicos de organismos oriundos destas regiões tendem a apresentarem relevância do ponto de vista biotecnológico. Nossos dados apontam para um potencial biocida de PcE nos modelos de mosca-da-fruta (Drosophila melanogaster) e barata cinerea (Nauphoeta cinerea), visto que a administração do extrato induziu toxicidade nos dois modelos. A toxicidade em D. melanogaster foi avaliada como percentagem de mortalidade, atividade locomotora (geotaxia negativa) e alterações bioquímicas incluindo atividade acetilcolinesterase (AChE) e marcadores de estresse oxidativo.Também foi investigada a ação cardiotóxica do extrato no modelo de coração semi-isolado de barata cinerea. A administração do extrato(2mg/ml) foi feita por 24 horas e, nas moscas, causou um aumento massivo na mortalidade (aumento de 7,6 vezes em relação ao controle). Também foi observado um aumento significativo na atividade locomotora, indicando uma ação neurotóxica do extrato. A atividade AChE, os níveis de glutationa e formação de hidroperóxido manteve-se inalterada. A atividade da glutationa S-transferase aumentou significativamente após a administração de PcE, já a atividade da catalase diminuiu significativamente em moscas que receberam o extrato. No modelo de coração semi-isolado de barata, foi observado uma diminuição da freqüência cardíaca. A incubação do extrato com DTNB, um forte agente oxidante, bloqueou significativamente o efeito cardiotóxico do extrato, sugerindo que compostos redutores podem ser responsáveis pelo efeito observado. Desta forma, este estudo demonstrou os efeitos tóxicos de PcE, em dois modelos de inseto, sugerindo seu potencial como bioinseticida. Os mecanismos precisos relacionados a este efeito ainda necessitam de esclarecimentos, entretanto, alterações em sistemas antioxidantes vitais podem estar envolvidos. / Methylmercury (MeHg) is a toxic agent that causes severe damage to human health and the environment. These effects are related to its ability to induce oxidative stress. The precise mechanisms by which MeHg leads to oxidative stress are not well understood. Data from literature point to the involvement of selenoproteins such as glutathione peroxidase and thioredoxin reductase in this process. In this study, we sought to investigate the role of isoforms of glutathione peroxidase (GPx4 and GPx1) and thioredoxin reductase (TrxR1) in MeHg-induced neurotoxicity in mice, focusing on activity and expression of these proteins. Our results showed that treatment of adult male mice Swiss with MeHg (40 mg / L in drinking water) for 21 days causes a significant decrease in GPx and TrxR enzyme activity in the cerebral cortex and cerebellum of treated animals when compared to controls. We also observed a significant reduction in the expression of GPx1, GPx4 and TrxR1 in the cerebellum of the treated animals, whereas in the cortex only GPx4 and TrxR1 are affected..In parallel, we observed a significant increase in antioxidant enzymes SOD, CAT, GR and GST in the cerebellum and CAT in cortex. HSP70 expression was significantly increased in the cerebellum of the treated animals. These results show a clear antioxidant cell response against the toxic effects of MeHg in our model, reinforcing the literature data indicating oxidative stress as an important mechanism in the neurotoxicity induced by this organometal. Furthermore, our results point to isoforms of glutathione peroxidase and thioredoxin reductase as important molecular targets of MeHg and, at least, to our knowledge, this is the first study demonstrating the role of GPx4 in the neurotoxicity induced by this toxic environmental agent. Another objective of this study was to investigate the biological effects of the extract of the alga Prasiola crispa (PcE), from the Antarctic continent, in the insect models Drosophila melanogaster and Nauphoeta cinerea. Organisms adapted to extreme environments such as Antarctica tend to present a unique composition in terms of secondary metabolites. Thus, studies aimed at elucidating the biological effects of organisms from these areas tend to be relevant in a biotechnological point of view. Our data demonstrates a potential biocide PcE effect in the fruit fly (Drosophila melanogaster) and lobster cockroach (Nauphoeta cinerea), since the administration of the extract induced toxicity in both models. Toxicity in D. melanogaster was assessed as percentage of mortality, locomotor activity (negative geotaxis) and biochemical measurements including acetylcholinesterase (AChE) and markers of oxidative stress. We also investigated the cardiotoxic action of the extract in a cockroach semi-isolated heart model. The administration of the extract (2 mg / ml) for 24 hours toflies, caused a massive increase in mortality (7.6-fold increase compared to control). We also observed a significant increase in locomotor activity, indicating a neurotoxic action of the extract. AChE activity, glutathione levels and the formation of hydroperoxide remained unchanged. The activity of glutathione S-transferase significantly increased after administration of PcE while catalase activity was significantly decreased in flies that received the extract. A significant decrease in heart rate in the cockroach semi-isolated heart model was observed after PcE administration. The incubation of the extract with DTNB, a strong oxidizing agent, significantly blocked the cardiotoxic effect of the extract, suggesting that reducing compounds may be responsible for the observed effect. Thus, this study demonstrated, for the first time, the toxic effects of PcE, in two insect models, suggesting its potential as a bioinsecticide. The precise mechanisms related to this effect still need clarification, however, changes in vital antioxidant systems may be involved.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A incidência de infecções fúngicas invasivas vem aumentando nos últimos anos. Estas infecções, em geral, apresentam altas taxas de mortalidade. A profilaxia com antifúngicos ainda é a estratégia mais comum na contenção da mortalidade e prevenção contra infecções fúngicas invasivas, porém, apresenta baixa eficiência, e relatos de resistência às drogas. Além disso, a terapia antifúngica é limitada a um pequeno grupo de drogas, como os polienos, azóis e equinocandinas. Desta forma, a busca de novos alvos de drogas é fundamental para o desenvolvimento de novos antifúngicos. Estudos in silico indicaram quatro genes como potenciais alvo de drogas em fungos patogênicos. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi verificar a expressão das proteínas codificadas por dois destes possíveis genes alvo, a proteína erg6, na fração microssomal, e trr1, na fração citosólica, em hifas de A. fumigatus. Visando alcançar este objetivo, foram primeiramente padronizadas todas as etapas de fracionamento celular visando isolar estas duas subfrações celulares de A. fumigatus. Posteriormente, foi otimizado o protocolo de extração e reidratação de proteínas microssomais bem como reidratação de proteínas citosólicas. Estes extratos foram submetidos a diferentes protocolos de fracionamento proteico em um sistema de eletroforese OFFGEL (OGE). Os resultados de Western immunoblot mostraram que estas duas proteínas, erg6 e trr1, são de fato expressas na fase filamentosa de A. fumigatus. O extrato proteico da fração microssomal submetido ao OGE em doze subfrações apresentou três subunidades da proteína erg6, reconhecidas pelo anticorpo monoclonal, com massas moleculares e pI distintos: uma subunidade de aproximadamente 79 kDa com pI entre 5,91 e 6,49, e outras duas subunidades de aproximadamente 35 kDa e 32 kDa, ambas com pI entre 6,49 e 7,08. A enzima erg6 foi descrita como um homotetrâmero em outros fungos. Porém, nossos resultados sugerem que, em A. fumigatus, a erg6 possui uma estrutura heterotetramérica. Quanto à proteína trr1, tanto no extrato total quanto nas frações resultantes do fracionamento em OGE, uma banda única de aproximadamente 40 kDa, com pI na faixa de 4,79 e 5,33, foi reconhecida pelo anticorpo policlonal. Desta forma, esta proteína parece ter uma estrutura homodimérica, assim como descrito em outros micro-organismos. / The invasive fungal infections incidence has increased in recent years. These infections usually presents high mortality rates. Antifungal prophylaxis remains the most common clinical strategy to decrease mortality and prevent invasive fungal infections, however, it has low efficiency and drug resistance reports. Furthermore, antifungal therapy is limited to a small group of drugs such as polyenes, azoles, and echinocandins. Thus, the search for new drug targets is imperative for the new antifungal agents development. In silico studies have indicated four genes as potential drug target in pathogenic fungi. In this context, our aim was to investigate the expression of two proteins encoded by two putative target genes, erg6 in the microsomal fraction, and trr1 in the cytosolic fraction of A. fumigatus hyphae. To achieve this goal, we first standardized all steps of cell fractionation to isolate these two fractions of A. fumigatus hyphae. Subsequently, was optimized the protein extraction and rehidratation protocols of these two subfractions, such as cytosolic proteins rehidratation. These extracts were submitted to different protocols for protein fractionation in an OFFGEL electrophoresis system (OGE). The Western immunoblot results showed that these two proteins, erg6 and trr1, are expressed in filamentous phase of A. fumigatus. The microsomal protein extract submitted to the OGE in twelve fractions, showed three erg6 protein subunits recognized by monoclonal antibody, with distincts molecular weight and pI: a subunit with approximately 79 kDa, with pI in the range of 5,91 and 6,49, and others two subunits with 35 kDa and 32 kDa, both with pI between 6,49 and 7,08. The enzyme erg6 was described as a homotetramer in other fungi, however, our results suggest that in A. fumigatus the erg6 has a heterotetrameric structure. Regarding trr1 protein, in both, total and fractionated (OGE) extracts, a single band of approximately 40 kDa, with pI in the range of 4.79 and 5.33, was recognized by the polyclonal antibody, suggesting that this protein appears to have a homodimeric structure, as described in other microorganisms.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Lead is a heavy metal that accumulates primarily in kidney, where exerts its nephrotoxic effects. Several studies suggest that the oxidative stress is an important molecular mechanism for the toxic effects of lead in kidney and in other organs. Cytosolic thioredoxin reductase (TrxR1) is a selenoflavoprotein involved in many processes modulating intracellular reactive oxygen species levels. The aims of this study were to evaluate the effects of acute and chronic exposure to lead acetate on renal TrxR1 activity and on other oxidative stress parameters (d-aminolevulinic acid dehydratase activity, glutathione Stransferase, non-protein thiol groups, lipid peroxidation, and antioxidant enzymes in kidneys), as well as on plasmatic indicators of renal function (creatinine, uric acid and phosphate) in rats. In acute exposure, rats received a single intraperitoneal injection of 25 or 50 mg/kg lead acetate and were killed 6, 24 or 48 h later. In chronic exposure, rats received a daily intraperitoneal injection of lead acetate (5 or 25 mg/kg) during 30 days and were killed at 31st day. In our study, acute exposure to 25 mg/kg lead acetate increased superoxide dismutase (SOD) and TrxR-1 activity (after 6, 24, and 48 h), while exposure to 50 mg/kg lead acetate increased catalase (CAT) activity (after 48h) and inhibited d-aminolevulinic acid dehydratase (δ-ALA-D) activity (after 6, 24, and 48 hs) in kidneys (P < 0.05). Chronic exposure to 5 mg/kg lead acetate inhibited δ-ALA-D and increased glutathione S-transferase (GST), non protein sulfhydryl groups (NPSH), CAT, TrxR-1, and uric acid plasma levels, while exposure to 25 mg/kg lead acetate reduced body weight and δ -ALA-D, but increased GST, NPSH, and uric acid plasma levels (P < 0.05). No changes were observed in thiobarbituric acid reactive substances, glutathione peroxidase, creatinine or inorganic phosphate levels after either acute or chronic exposure. In conclusion, lead exposure caused a marked increase in the TrxR1 activity in the kidney of rats and this change may be an early indicator of acute exposure to low lead doses. However, further studies are needed to clarify the biological meaning of this induction as well as the mechanism involved in such effect. / O chumbo é um metal pesado que acumula-se preferencialmente nos rins, onde exerce seus efeitos nefrotóxicos. Muitos estudos sugerem que o estresse oxidativo seja um importante mecanismo molecular para os efeitos tóxicos do chumbo no rim e em outros órgãos. A tioredoxina redutase citosólica (TrxR1) é uma selenoflavoproteína envolvida em muitos processos reguladores dos níveis intracelulares de espécies reativas de oxigênio. Os objetivos deste estudo foram avaliar os efeitos da exposição aguda e crônica ao acetato de chumbo sobre a atividade da TrxR1 renal e sobre outros parâmetros de estresse oxidativo (atividade da δ-aminolevulinato desidratase, glutationa S-transferase, grupos tiólicos nãoprotéicos, peroxidação lipídica e enzimas antioxidantes nos rins), bem como sobre os indicadores plasmáticos da função renal (creatinina, ácido úrico e fosfato) em ratos. Na exposição aguda, os ratos receberam uma única injeção intraperitoneal de 25 ou 50 mg/kg de acetato de chumbo e foram mortos 6, 24 ou 48 horas mais tarde. Na exposição crônica, os ratos receberam uma injeção intraperitoneal diária de acetato de chumbo (5 ou 25 mg/kg) durante 30 dias e foram mortos no 31° dia. Em nosso estudo, a exposição aguda a 25 mg/kg de acetato de chumbo aumentou a atividade da superóxido dismutase (SOD) e da TrxR1 (após 6, 24 e 48 h), enquanto que a exposição a 50 mg/kg de acetato de chumbo aumentou a atividade da catalase (CAT) (após 48 h) e inibiu a atividade da δ-aminolevulinato desidratase (δ-ALA-D) (após 6, 24, 48 h) nos rins (p<0,05). A exposição crônica a 5 mg/kg de acetato de chumbo inibiu a δ-ALA-D e aumentou a glutationa S-transferase (GST), níveis de grupos tiólicos não-protéicos (SHNP), CAT, TrxR1 e níveis plasmáticos de ácido úrico (p<0,05), enquanto que a exposição a 25 mg/kg de acetato de chumbo reduziu o peso corporal e a δ-ALA-D, mas aumentou a GST, SHNP e os níveis plasmáticos de ácido de ácido úrico (p<0,05). Não houve alterações nos níveis de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), na atividade da glutationa peroxidase (GPx) e nos níveis plasmáticos de creatinina e fosfato inorgânico tanto após a exposição aguda como após a exposição crônica. Conclui-se que a exposição ao chumbo causou um aumento significativo na atividade da TrxR1 renal de ratos e esta alteração pode ser um indicador primário da exposição aguda a baixas doses de chumbo. Entretanto, será necessária a realização de mais estudos para elucidar o significado biológico desta indução, bem como o mecanismo envolvido em tal efeito.