Orientador: João Alexandre Ribeiro Gonçalves Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-14T15:40:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_CamilaRamosdos_D.pdf: 7751754 bytes, checksum: 779a2794a6dc213431c4264c43cc0af6 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho realizamos estudos estruturais com duas proteínas, a Q4DV70 de Trypanosoma cruzi e a mesotelina de Homo sapiens. O objetivo foi contribuir para a compreensão da função dessas proteínas, as quais possivelmente são importantes para a doença de Chagas e o câncer, respectivamente. A proteína Q4DV70 estava anotada no genoma de T. cruzi como hipotética conservada. Em nosso estudo, a proteína foi pela primeira vez detectada em amostras do parasita. Essa expressão ocorre na fase epimastigota, mas não na fase tripomastigota metacíclica, indicando que a proteína pode ter uma função importante no ciclo de vida do T. cruzi. A estrutura cristalográfica da Q4DV70 foi resolvida por substituição molecular e refinada com dados até 1,5 Å de resolução. Ela apresenta enovelamento tiorredoxina, formado por uma folha ß de 5 fitas cercada por duas hélices a de cada lado. As proteínas que apresentam maior identidade seqüencial e superposição estrutural com Q4DV70 são as tiorredoxinas e PDIs, oxidorredutases de pontes dissulfeto. Porém, as duas cisteínas do sítio ativo dessas proteínas estão substituídas por serinas em Q4DV70, o que impossibilita a função de formação, redução ou isomerização de pontes dissulfeto. Diversas tiorredoxina-like apresentam atividade chaperona independente da função oxidorredutase. Essa função está relacionada a regiões hidrofóbicas na superfície e/ou depende da presença de outro domínio. Q4DV70 é monomérica, composta apenas pelo domínio tiorredoxinalike, e não apresenta regiões hidrofóbicas em sua superfície. Além disso, não demonstrou capacidade de aumentar o enovelamento da GAPDH de T. cruzi. Esses resultados indicam que Q4DV70 não apresenta atividade chaperona. Mesotelina é uma proteína expressa em mesotélio normal e em diversos tipos de câncer, como mesotelioma, câncer de ovário e de pâncreas e leucemia mielóide aguda. Ela é considerada um marcador diagnóstico para esses cânceres e tem sido alvo para o desenvolvimento de drogas anti-tumor. Além disso, ela interage com MUC16, uma proteína presente na superfície de células de câncer de ovário. Apesar da reconhecida importância e uso da mesotelina, pouco se sabe sobre sua estrutura e função. A proteína foi purificada em condições desnaturantes e submetida ao re-enovelamento por diálise. Experimentos de dicroísmo circular, fluorescência e proteólise limitada comprovaram que a mesotelina foi corretamente re-enovelada. Essa amostra foi submetida a ensaios de cristalização, os quais resultaram em cristais que difrataram a baixa resolução. A estrutura de baixa resolução da mesotelina foi calculada a partir de dados de espalhamento de raios X a baixo ângulo e mostra que sua forma é alongada e curvada. O espectro de dicroísmo circular da mesotelina é típico de proteínas ricas em hélices a. Recentemente foi proposto que a estrutura da mesotelina é formada por uma estrutura em super-hélice, composta por repetições do tipo ARM, as quais apresentam 3 hélices a cada uma. Nossos resultados experimentais indicam que esse modelo teórico está correto. Proteólise limitada com quimotripsina resultou em um domínio estável de 20 kDa na região N-terminal da proteína. Esse domínio contém os 64 resíduos descritos como possível sítio de ligação a MUC16 e deve ser formado pelas 4 primeiras repetições do tipo ARM, de acordo com o modelo publicado. / Abstract: In this work we carried out studies with two proteins, Q4DV70 from Trypanosoma cruzi and mesothelin from Homo sapiens. The aim was to help the understanding of the function of these proteins which possibly are important to Chagas disease and cancer, respectively. Q4DV70 protein was annotated in T. cruzi genome as a conserved hypothetical protein. In our studies, the protein was detected for the first time in parasite samples. Its expression occurs in the epimastigote form but not in the metacyclic trypomastigote form indicating that Q4DV70 is important for the pathogen life cycle. Q4DV70 crystal structure was solved by molecular replacement and refined with data to 1.5 Å maximum resolution. It shows a thioredoxin fold, formed by a five stranded ß-sheet flanked by two a-helixes in each side. The proteins more sequentially identical and better structurally superposed to Q4DV70 are thioredoxins and protein disulfide isomerases, which are disulfide oxidoreductases. However, the cysteine residues from CXXC motif of the active site are replaced by serines in Q4DV70, what prevents the function of formation, reduction and isomerization of disulfide bonds. Different thioredoxin-like proteins show chaperone activity independent of oxidoreductase function. This function is related to hydrophobic regions on the surface and/or is dependent of another domain. Q4DV70 is monomeric, composed only by thioredoxin-like domain and does not show hydrophobic regions on its surface. Moreover the protein does not increase the refolding of GAPDH from T. cruzi. These results indicate that Q4DV70 does not present chaperone activity. Mesothelin is a protein expressed in normal mesothelium and in different types of cancer, such as mesothelioma, ovarian cancer, acute myeloid leukemia and cancer of pancreas. It is considered a diagnostic marker for these cancers and it has been used in the development of antitumor drugs. Besides that, it binds to MUC16, a protein present on the surface of ovarian cancer cells. In spite of its recognized significance and use in cancer, little is known about its structure and function. The protein was purified under denaturing conditions and submitted to refolding by dialysis. Circular dichroism, fluorescence and limited proteolysis experiments confirmed that mesothelin was correctly refolded. This sample was submitted to crystallization trials that resulted in crystals which diffracted at low resolution. The low resolution structure of mesothelin was calculated from small angle X-ray scattering data and it shows an elongated and curved shape. The circular dichroism spectrum for mesothelin is typical of proteins that are rich in a-helixes. Recently it was proposed that mesothelin has a superhelix structure made by ARM repeats which are composed by 3 a-helixes each one. Our experimental results indicate that this theoretical model is correct. Limited proteolysis with chymotrypsin resulted in a stable domain of 20 kDa in the Nterminal region of the protein. This domain has the 64 residues described as the possible binding site for MUC16 and should be composed by the first four ARM repeats according to the model. / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

INTRODUÇÃO: evidências sugerem a participação de fatores genéticos na susceptibilidade para o desenvolvimento das complicações renais em pacientes portadores de diabetes mellitus tipo 1 (DM1). Vários genes relacionados às vias bioquímicas induzidas pela hiperglicemia têm sido investigados e o estresse oxidativo foi reconhecido como o principal mecanismo patogênico responsável pelo dano celular causado pela hiperglicemia no DM. Assim, genes que codificam enzimas que participam de vias antioxidantes endógenas são candidatos a conferirem susceptibilidade, ou proteção, contra as complicações renais. Os sistemas da glutationa, glutarredoxina, tiorredoxina e a enzima transcetolase são importantes mecanismos de defesa celular contra o estresse oxidativo. OBJETIVOS: avaliar a associação entre os seguintes polimorfismos de um único nucleotídeo (SNP) e a doença renal em pacientes diabéticos tipo 1: -2030 T/G (rs34071297) e +718C/T (rs713041) no gene que codifica a glutationa peroxidase 4 (GPX4); -3310 G/C (rs10427424) no gene que codifica a glutationa sintetase (GSS); -247 A/G (rs2978668) no gene que codifica a glutationa redutase (GSR); -2763 A/G (rs6556885) no gene que codifica a glutarredoxina (GLRX); -224 T/A (rs2301242) no gene que codifica a tiorredoxina (TXN); +402 T/C (rs7211) no gene que codifica a proteína de interação com a tiorredoxina (TXNIP); -192 G/A (rs3788319) no gene que codifica a tiorredoxina redutase 2 (TXNRD2) e -3787 T/G (rs7637934) e -1410 T/C (rs11130365) no gene que codifica a transcetolase (TKT). CASUÍSTICA E MÉTODOS: 443 pacientes (192 do sexo masculino e 251 do sexo feminino) com DM1 com mais de 10 anos de diagnóstico foram classificados conforme a presença ou ausência das seguintes complicações: (1) nefropatia diabética franca (ND), definida por macroalbuminúria a proteinúria persistente; (2) nefropatia diabética estabelecida (NDE), definida por macroalbuminúria a proteinúria persistente ou RFGe < 60 mL/min/1,73 m2 ou pacientes em terapia de substituição renal e (3) ritmo de filtração glomerular estimado (RFGe) ou < que 60 mL/min/1,73 m2. O teste de Pearson 2 foi usado para comparar as frequências dos genótipos e a magnitude de associação foi estimada pelo cálculo do odds ratios (OR). A OR ajustada foi estimada por regressão logística para possíveis fatores de confusão (sexo, idade ao diagnóstico, tempo de diabetes, HbA1c, concentrações plasmáticas de colesterol e triglicérides e presença de hipertensão arterial). Pacientes controle não diabéticos também foram incluídos para avaliar se os SNPs não confeririam susceptibilidade para o DM1. RESULTADOS: A presença de pelo menos um alelo T do polimorfismo +718C/T no gene GPX4 conferiu proteção para a presença de ND estabelecida (OR=0,41; IC 95% 0,19-0,83, p= 0,0146) e ND franca (OR=0,37; IC 95% 0,15- 0,85; p= 0,021) na população masculina mesmo após ajuste para os fatores de confusão e a presença de dois alelos polimórficos A no polimorfismo -224 T/A no gene TXN conferiu risco para a presença de ND franca na população feminina após ajuste para os fatores de confusão (OR= 4,06; IC 95% 1,59-10,6, p= 0,0035). O genótipo TT para o SNP +402 T/C do gene da TXNIP foi mais frequente nos pacientes portadores de DM1 em relação aos controles não diabéticos. O genótipo CC do SNP TXNIP +402 T/C conferiu proteção para a presença de ND estabelecida em homens mesmo após ajuste para os fatores de confusão (OR=0,45; IC 95% 0,22-0,91; p= 0,02). CONCLUSÕES: Os SNPs +718C/T (rs713041) no gene GPX4, -224 T/A (rs2301242) no gene TXN e +402 T/C (rs7211) no gene TXNIP, modulam o risco para o comprometimento renal na população de portadores de DM1 estudada / INTRODUCTION: there is evidence suggesting that genetic factors are involved in the susceptibility to the development of renal complications in patients with type 1 diabetes mellitus (DM1). Several genes related to the mechanisms of hyperglycemia-induced cell damage have been investigated. Oxidative stress is recognized as a major pathogenic factor of cellular damage caused by hyperglycemia. Thus, genes that encode enzymes involved in endogenous antioxidant pathways may be candidates for conferring risk or protection against renal complications. The glutathione, glutaredoxin, and thioredoxin systems and transketolase enzyme are important mechanisms of cellular defense against oxidative stress. OBJECTIVES: to evaluate the association between the following single nucleotide polymorphisms (SNPs) and renal disease in type 1 diabetic patients: -2030 T/G (rs34071297) and +718C/T (rs713041) in the gene encoding glutathione peroxidase 4 (GPX4); -3310 G/C (rs10427424) in the gene encoding glutathione synthetase (GSS); -247 A/G (rs2978668) in the gene encoding glutathione reductase (GSR); -2763 A/G (rs6556885) in the gene encoding glutaredoxin (GLRX); -224 T/A (rs2301242) in the gene encoding thioredoxin (TXN); +402 T/C (rs7211) in gene encoding thioredoxin interacting protein (TXNIP); -192 G/A (rs3788319) in the gene encoding thioredoxin reductase 2 (TXNRD2); - 3787 T/G (rs7637934) and -1410 T/C (rs11130365) in the gene encoding transketolase (TKT). MATERIALS AND METHODS: 443 patients (192 males and 251 females) with type 1 diabetes duration > 10 years were grouped according to presence or absence of the following complications: (1) overt diabetic nephropathy (DN) defined by persistent macroalbuminuria to proteinuria; (2) established diabetic nephropathy (EDN), defined by persistent macroalbuminuria or proteinuria or estimated glomerular filtration rate (RFGe) < 60 mL/min/1.73 m2 or patients under renal replacement therapy and (3) RFGe or < 60 mL/min/1.73 m2. Pearsons 2 test was performed to compare the genotype frequencies and magnitude of association was estimated using odds ratios (OR). Adjusted OR was estimated by logistic regression for possible confounders (sex, age at diagnosis, diabetes duration, HbA1C, cholesterol and triglyceride concentrations and the presence of hypertension). Nondiabetic subjects were also included. RESULTS: The presence of at least one T polymorphic allele of the SNP GPX4 +718 C/T was protective against EDN (OR = 0.41, CI 95% 0.19- 0.83, p= 0.0146) and against overt DN (OR=0.37; IC 95% 0.15-0.85; p= 0.021) in the male population even after adjustment for possible confounders. The presence of two polymorphic alleles of the SNP TXN -224 T/A conferred independent risk for the presence of overt DN in the female population after adjustment for possible confounders (OR = 4.06, CI 95% 1.59- 10.6, p= 0.0035). The TT genotype for the SNP TXNIP +402 T/C was more frequent in patients with type 1 diabetes compared to nondiabetic controls. The genotype CC of the SNP TXNIP +402 T/C was protective against EDN in male population even after adjustment for possible confounders (OR=0.45; IC 95% 0.22-0.91; p= 0.02) CONCLUSIONS: The SNPs GPX4 +718C/T (rs713041), TXN -224 T/A (rs2301242) and TXNIP +402T/C (rs7211) modulate the risk for renal disease in the studied population of type 1 diabetes patients

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

Made available in DSpace on 2016-08-17T18:39:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4644.pdf: 10384990 bytes, checksum: c8ab8c109d1671b477c700f556bd68bc (MD5) Previous issue date: 2011-08-26 / Universidade Federal de Minas Gerais / The thioredoxin peroxidase (Tpx) is a group of antioxidant proteins that has been widely studied due to its role in the decomposition of different peroxides such as H2O2, peroxynitrite and organic peroxides. The ability of peroxide decomposition by Tpx is related to the presence of a conserved cysteine called peroxidatic cysteine (CysP). Most Tpx has a second cysteine (resolving cysteine - CysR) which forms a disulfide with CysP after peroxide decomposition. In addition to the peroxidase activity, some Tpx have molecular chaperone activity and are also involved in signaling of cell growth induced by hydroperoxides. It has been demonstrated that the Tpx cytosolic isoform of Schizosaccharomyces pombe is able to interact directly with MAPK (Sty1) via mixed disulfide, which is stabilized when the CysR is replaced by a serine residue. Saccharomyces cerevisiae have a nuclear isoform of Tpx (nTPx) and review of the literature shows the importance of this protein in maintaining the telomere silencing and decomposition of organic peroxides in the nucleus. Scale proteomic studies using mass spectrometry and two-hybrid indicate the nTPx association with MAP kinases. However, despite its location and participation in biological processes of relevance, works related to nTPx are scarce. Scale proteomics studies reported the physical interaction between nTPx and Mec3, Gts1, Pc1 and Dog2. These proteins are related to cell signaling or maintenance of telomeric silencing. However, no specific studies were performed to confirm these interactions and if they are established by mixed disulfides. This study aimed to evaluate the interactions previously described in the literature between nTPx and Mec3, Pcl1, Dog2 and Gts1 through the expression and purification of these proteins and in vitro evaluation of interactions as well as in vivo tests using two-hybrid. Several efforts were made with different approaches, nevertheless it was impossible overexpression of Mec3, Pcl1, Dog2, indicating a toxic effect of these proteins on the strains used. Furthermore, we found great success in overexpression of nTPx and nTpxC112S (8 mg and 10 mg per liter of cell culture) in Eschericchia coli strain BL21 (DE3) C43. This is the first time that these proteins were expressed in native form. It was also possible to overexpress the Gts1 protein in the same strain. These results could lead for new approaches in future studies in order to determine these threedimensional structures, by methods such as X-ray crystallography or nuclear magnetic resonance (NMR). Finally, the results obtainedusing the technique of two-hybrid yeast confirmed the interaction in vivo among nTPx and Mec3, Gts1, Dog2. However, opposing the results described in the literature, no interaction was detected between nTPx and PCL1, emphasizing the necessity of specific experiments in addition to the large-scale ones. / As tiorredoxinas peroxidases (TPx), constituem um grupo de proteínas antioxidantes que vêm sendo bastante estudadas pela sua atuação na decomposição de diversos tipos peróxidos, como o H2O2, peroxinitritos e peróxidos orgânicos. A capacidade de decomposição de peróxidos pelas TPx está relacionada a presença de uma cisteína conservada denominada de cisteína peroxidásica (CysP). A maioria das TPx possuem uma segunda cisteína (cisteína de resolução - CysR) a qual forma um dissulfeto com CysP após a decomposição de um peróxido. Adicionalmente, à atividade peroxidásica, algumas TPx possuem atividade de chaperona molecular e também estão envolvidas em processos de sinalização de crescimento celular induzidos por hidroperóxidos. Já foi demonstrado que a isoforma citosólica de TPx de Schizosaccharomyces pombe é capaz de interagir diretamente com uma MAPK (Sty1) através da formação de um dissulfeto misto entre as proteínas, que é estabilizado quando a CysR é substituída por um resíduo de serina. Entretanto, nenhuma interação deste tipo foi descrita para outros organismos. Em Saccharomyces cerevisiae ocorre uma isoforma de TPx no núcleo (nTPx) e a revisão da literatura demonstra a relevância desta proteína na manutenção do silenciamento dos telômeros e decomposição de peróxidos orgânicos no núcleo. Estudos em escala proteômica utilizando espectrometria de massa e duplo híbrido indicam a associação de nTPx com MAP quinases, entretanto, apesar de sua localização e participação em processos biológicos de relevância, trabalhos relacionados com nTPx são escassos. Estudos em escala proteômica relataram a interação física entre nTPx e as proteínas Mec3, Gts1, Pcl1 e Dog2 relacionadas a sinalização celular ou manutenção do silenciamento telomérico. No entanto, não foram efetuados estudos pontuais visando confirmar estas interações como também averiguar a possibilidade das interações entre nTPx e as proteínas supracitadas serem estabelecidas através de dissulfetos mistos. Este trabalho teve por objetivo a avaliação de interações previamente descritas na literatura entre nTPx e Mec3, Pcl1 e Dog2 por meio da expressão e purificação destas proteínas e avaliação in vitro de interações como também in vivo através de ensaios de duplo híbrido. Diversos esforços com diferentes abordagens foram efetuados, entretanto não foi possível a superexpressão de Mec3, Pcl1, Dog2, indicando um efeito tóxico destas proteínas sobre as linhagens utilizadas. Por outro lado, obtivemos grande sucesso na superexpressão de nTPx e nTpxC112S (8 mg e 10 mg por litro de cultura de células) em linhagens de Eschericchia coli BL21 (DE3) C43, o que representa a primeira vez que estas proteínas foram expressas sem trucamentos. Também foi possível expressar na mesma linhagem a proteína Gts1. Estes resultados abrem a possibilidade de estudos posteriores visando a determinação de suas estruturas tridimensionais, por metodologias como cristalografia de raios-X ou ressonância magnética nuclear (RMN). Por fim, os resultados de interação in vivo utilizando a técnica de duplo híbrido em levedura, confirmaram a interação entre nTPx e Mec3, Gts1 e Dog2. Entretanto ao contrario dos resultados descritos na literatura, não foi detectada interação entre nTPx e Pcl1, reforçando que experimentos pontuais são necessários em adição aos experimentos de larga escala.

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

INTRODUÇÃO: evidências sugerem a participação de fatores genéticos na susceptibilidade para o desenvolvimento das complicações renais em pacientes portadores de diabetes mellitus tipo 1 (DM1). Vários genes relacionados às vias bioquímicas induzidas pela hiperglicemia têm sido investigados e o estresse oxidativo foi reconhecido como o principal mecanismo patogênico responsável pelo dano celular causado pela hiperglicemia no DM. Assim, genes que codificam enzimas que participam de vias antioxidantes endógenas são candidatos a conferirem susceptibilidade, ou proteção, contra as complicações renais. Os sistemas da glutationa, glutarredoxina, tiorredoxina e a enzima transcetolase são importantes mecanismos de defesa celular contra o estresse oxidativo. OBJETIVOS: avaliar a associação entre os seguintes polimorfismos de um único nucleotídeo (SNP) e a doença renal em pacientes diabéticos tipo 1: -2030 T/G (rs34071297) e +718C/T (rs713041) no gene que codifica a glutationa peroxidase 4 (GPX4); -3310 G/C (rs10427424) no gene que codifica a glutationa sintetase (GSS); -247 A/G (rs2978668) no gene que codifica a glutationa redutase (GSR); -2763 A/G (rs6556885) no gene que codifica a glutarredoxina (GLRX); -224 T/A (rs2301242) no gene que codifica a tiorredoxina (TXN); +402 T/C (rs7211) no gene que codifica a proteína de interação com a tiorredoxina (TXNIP); -192 G/A (rs3788319) no gene que codifica a tiorredoxina redutase 2 (TXNRD2) e -3787 T/G (rs7637934) e -1410 T/C (rs11130365) no gene que codifica a transcetolase (TKT). CASUÍSTICA E MÉTODOS: 443 pacientes (192 do sexo masculino e 251 do sexo feminino) com DM1 com mais de 10 anos de diagnóstico foram classificados conforme a presença ou ausência das seguintes complicações: (1) nefropatia diabética franca (ND), definida por macroalbuminúria a proteinúria persistente; (2) nefropatia diabética estabelecida (NDE), definida por macroalbuminúria a proteinúria persistente ou RFGe < 60 mL/min/1,73 m2 ou pacientes em terapia de substituição renal e (3) ritmo de filtração glomerular estimado (RFGe) ou < que 60 mL/min/1,73 m2. O teste de Pearson 2 foi usado para comparar as frequências dos genótipos e a magnitude de associação foi estimada pelo cálculo do odds ratios (OR). A OR ajustada foi estimada por regressão logística para possíveis fatores de confusão (sexo, idade ao diagnóstico, tempo de diabetes, HbA1c, concentrações plasmáticas de colesterol e triglicérides e presença de hipertensão arterial). Pacientes controle não diabéticos também foram incluídos para avaliar se os SNPs não confeririam susceptibilidade para o DM1. RESULTADOS: A presença de pelo menos um alelo T do polimorfismo +718C/T no gene GPX4 conferiu proteção para a presença de ND estabelecida (OR=0,41; IC 95% 0,19-0,83, p= 0,0146) e ND franca (OR=0,37; IC 95% 0,15- 0,85; p= 0,021) na população masculina mesmo após ajuste para os fatores de confusão e a presença de dois alelos polimórficos A no polimorfismo -224 T/A no gene TXN conferiu risco para a presença de ND franca na população feminina após ajuste para os fatores de confusão (OR= 4,06; IC 95% 1,59-10,6, p= 0,0035). O genótipo TT para o SNP +402 T/C do gene da TXNIP foi mais frequente nos pacientes portadores de DM1 em relação aos controles não diabéticos. O genótipo CC do SNP TXNIP +402 T/C conferiu proteção para a presença de ND estabelecida em homens mesmo após ajuste para os fatores de confusão (OR=0,45; IC 95% 0,22-0,91; p= 0,02). CONCLUSÕES: Os SNPs +718C/T (rs713041) no gene GPX4, -224 T/A (rs2301242) no gene TXN e +402 T/C (rs7211) no gene TXNIP, modulam o risco para o comprometimento renal na população de portadores de DM1 estudada / INTRODUCTION: there is evidence suggesting that genetic factors are involved in the susceptibility to the development of renal complications in patients with type 1 diabetes mellitus (DM1). Several genes related to the mechanisms of hyperglycemia-induced cell damage have been investigated. Oxidative stress is recognized as a major pathogenic factor of cellular damage caused by hyperglycemia. Thus, genes that encode enzymes involved in endogenous antioxidant pathways may be candidates for conferring risk or protection against renal complications. The glutathione, glutaredoxin, and thioredoxin systems and transketolase enzyme are important mechanisms of cellular defense against oxidative stress. OBJECTIVES: to evaluate the association between the following single nucleotide polymorphisms (SNPs) and renal disease in type 1 diabetic patients: -2030 T/G (rs34071297) and +718C/T (rs713041) in the gene encoding glutathione peroxidase 4 (GPX4); -3310 G/C (rs10427424) in the gene encoding glutathione synthetase (GSS); -247 A/G (rs2978668) in the gene encoding glutathione reductase (GSR); -2763 A/G (rs6556885) in the gene encoding glutaredoxin (GLRX); -224 T/A (rs2301242) in the gene encoding thioredoxin (TXN); +402 T/C (rs7211) in gene encoding thioredoxin interacting protein (TXNIP); -192 G/A (rs3788319) in the gene encoding thioredoxin reductase 2 (TXNRD2); - 3787 T/G (rs7637934) and -1410 T/C (rs11130365) in the gene encoding transketolase (TKT). MATERIALS AND METHODS: 443 patients (192 males and 251 females) with type 1 diabetes duration > 10 years were grouped according to presence or absence of the following complications: (1) overt diabetic nephropathy (DN) defined by persistent macroalbuminuria to proteinuria; (2) established diabetic nephropathy (EDN), defined by persistent macroalbuminuria or proteinuria or estimated glomerular filtration rate (RFGe) < 60 mL/min/1.73 m2 or patients under renal replacement therapy and (3) RFGe or < 60 mL/min/1.73 m2. Pearsons 2 test was performed to compare the genotype frequencies and magnitude of association was estimated using odds ratios (OR). Adjusted OR was estimated by logistic regression for possible confounders (sex, age at diagnosis, diabetes duration, HbA1C, cholesterol and triglyceride concentrations and the presence of hypertension). Nondiabetic subjects were also included. RESULTS: The presence of at least one T polymorphic allele of the SNP GPX4 +718 C/T was protective against EDN (OR = 0.41, CI 95% 0.19- 0.83, p= 0.0146) and against overt DN (OR=0.37; IC 95% 0.15-0.85; p= 0.021) in the male population even after adjustment for possible confounders. The presence of two polymorphic alleles of the SNP TXN -224 T/A conferred independent risk for the presence of overt DN in the female population after adjustment for possible confounders (OR = 4.06, CI 95% 1.59- 10.6, p= 0.0035). The TT genotype for the SNP TXNIP +402 T/C was more frequent in patients with type 1 diabetes compared to nondiabetic controls. The genotype CC of the SNP TXNIP +402 T/C was protective against EDN in male population even after adjustment for possible confounders (OR=0.45; IC 95% 0.22-0.91; p= 0.02) CONCLUSIONS: The SNPs GPX4 +718C/T (rs713041), TXN -224 T/A (rs2301242) and TXNIP +402T/C (rs7211) modulate the risk for renal disease in the studied population of type 1 diabetes patients