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O uso de antioxidantes de origem natural apresenta uma perspectiva promissora na prevenção dos efeitos adversos causados pela radiação ultravioleta, incluindo o fotoenvelhecimento e a fotocarcinogênese. As atividades antioxidante, fotoprotetora e antienvelhecimento cutâneo foram demonstradas para o extrato de Pothomorphe umbellata. No entanto, seu potencial protetor da fotocarcinogênese ainda não foi estabelecido. O objetivo deste estudo é avaliar os efeitos da aplicação tópica do gel de extrato de raiz de P. umbelallta nas alterações promovidas pelas exposições aguda (dose única - 0,20 KJ/m2) e crônica (4 semanas, dose total de 8,6 KJ/m2, 5 semanas, 13,17KJ/m2, 15 semanas, 55,51 KJ/m2) à radiação ultravioleta B na pele de camundongos sem pelo. Para avaliação dos antioxidantes não enzimáticos, ácido ascórbico e α-tocoferol, foram utilizados métodos de cromatografia líquida de alta eficiência e para avaliação dos enzimáticos, catalase, superóxido dismutase, glutationa peroxidase e glutationa redutase, métodos espectrofotométricos. As modulações das proteínas p53 e PCNA foram avaliadas por imunohistoquímica. Os resultados demonstram que o tratamento com gel de extrato de raiz de P. umbellata é capaz de modular o sistema antioxidante na pele de camundongos sem pêlo, proporcionando maior proteção frente à exposição à radiação UVB. Além disso, os resultados sugerem que a aplicação tópica de extrato de P. umbellata protege contra os danos causados pela radiação modulando vias de reparo e/ou morte celular. Estes resultados contribuem para elucidação do mecanismo de ação do extrato de P.umbellata na pele exposta à radiação UVB, indicando sua capacidade em preservar a pele sadia após a irradiação. / Topical application of botanical antioxidants has been appreciated as a viable approach to reduce the occurrence of deleterious damage cased by sunlight exposure, such as photoaging and photocarcinogenesis. The plant Pothomorphe umbellata has been shown to exert a potent antioxidant activity on the skin and to delay the onset and reduce the incidence of UVB-induced skin damage and photoaging. The purpose of this study was to evaluate the effects of topical P. umbellata treatment on acute (single dose 0.20 KJ/m2) and chronic (4 weeks, total dose 8.6 KJ/m2, 5 weeks, 13.17KJ/m2, 15 weeks, 55.51 KJ/m2) UVB-induced damage hairless mouse epidermis. Nonenzymic antioxidants, ascorbic acid and α-tocopherol, were assayed by high performance liquid chromatography and enzymic antioxidants, catalase, superoxide dismutase, glutathione peroxidase and glutathione reductase, spectrophotometrically. UVB-induced p53 and PCNA were deteted by immunohistochemical technique. The data collected here suggest that topical application of P. umbellata extract affords strong protection against UVB-induced damages in skin epidermis by either preventing DNA damage or enhancing repair and inhibiting UVB-caused apoptosis and sunburn cell formation. Moreover, the results also suggest that P. umbellata extract modulates the cutaneous antioxidant network resulting in reduced susceptibility to UVB-induced oxidative damage. Together these results contribute for the elucidation of the mechanism of action of P.umbellata on UVB exposed skin and indicate the capacity of this extract to preserve skin health after irradiation.

Conídios são estruturas especializadas, produzidas assexuadamente pelo micélio de muitas espécies de ascomicetos. A produção dos conídios requer o controle espacial e temporal da expressão gênica e a formação de estruturas específicas durante o desenvolvimento. Os conídios estão envolvidos na reprodução, dispersão e persistência ambiental dos fungos. Em espécies patogênicas como Aspergillus fumigatus e Metarhizium anisopliae, os conídios também são responsáveis pela infecção do hospedeiro. Um dos principais fatores ambientais capazes de matar e / ou danificar os conídios é a radiação solar. Os dímeros de pirimidina ciclobutano (CPDs) são os principais fotoprodutos do DNA induzidos pela radiação UVB. Os principais objetivos deste trabalho foram: (1) estimar as frequências de CPDs em conídios expostos a doses subletais de radiação UVB, (2) correlacionar a frequência de CPDs com a cinética de germinação dos conídios, (3) comparar a frequência de CPDs em conídios selvagens com a frequência em conídios mutantes para a pigmentação, (4) identificar genes diferencialmente expressos durante as fases da conidiogênese de A. fumigatus e (5) identificar genes modulados pela radiação UVB em micélio jovem de A. fumigatus. Conídios de M. anisopliae, A. nidulans e A. fumigatus foram expostos à irradiância de 1000 mW m-2 de UVB por 15, 30, 60 e 90 min. As doses totais ao final das exposições foram 0,9, 1,8, 3,6 e 5,4 kJ m-2. O aumento na frequência de CPDs foi linear e diretamente proporcional à dose, com 0,215, 0,455, 0,803 e 1,628 CPDs 10 kb-1 induzidos pelas doses de 0,9, 1,8, 3,6 e 5,4 kJ m-2 em A. fumigatus, 0,037, 0,077, 0,142 e 0,202 CPDs 10 kb-1 em A. nidulans e 0,041, 0,085, 0,155 e 0,255 CPDs 10 kb-1 em M. anisopliae. A frequência de CPDs no mutante albino de M. anisopliae (0,552 10 kb-1) foi aproximadamente dez vezes maior do que na linhagem selvagem (0.057 10 kb-1) após exposição à dose de 1,8 kJ m-2. Esta é a primeira evidência direta de que a pigmentação dos conídios protege o DNA contra os danos induzidos pela radiação UVB. Microarranjos genômicos de DNA foram utilizados para comparar os transcriptomas de micélios com 20 h (início da conidiogênese), 24 h (fase intermediária) e 25 h (fase final) com o transcriptoma de micélio jovem. Foram identificados 34 genes diferencialmente expressos (7 com aumento e 27 com diminuição) com 20 h de desenvolvimento, 101 genes (12 com aumento e 89 com diminuição) com 24 h e 76 genes (oito com aumento e 68 com diminuição) com 25 h. Alguns genes que apresentaram aumento na expressão (stuA e o gene da scytalone dehydratase) já haviam sido associados com fases específicas da conidiogênese, entretanto a maioria dos genes que apresentou aumento na expressão não tem função conhecida. A análise de transcriptomas com microarranjos de DNA também foi utilizada para identificar genes com expressão modulada por exposições à radiação UVB (1,8 kJ m-2) em micélio jovem de A. fumigatus. Foram identificados 101 genes diferencialmente expressos ao final da exposição à radiação UVB (51 genes com aumento e 50 com redução). O gene radc apresentou o maior aumento na expressão (aproximadamente 16 ×). A maioria dos genes com aumento na expressão não possui função conhecida. Foram identificados 418 genes diferencialmente expressos 30 min após o termino da exposição (51 genes com aumento e 367 com redução na expressão). / Conidia are specialized structures produced asexually during mycelia growth of many ascomycete species. The process of conidiation involves temporal and spatial regulation of gene expression, cell specialization, intercellular communication, and formation of specific structures during fungal growth. Conidia are responsible for the reproduction, dispersal and environmental persistence of many fungal species. In pathogenic species like Aspergillus fumigatus and Metarhizium anisopliae, conidia are also responsible for host infection. One of the main environmental factors that can kill and/or damage conidia is solar UV radiation. Cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs) are the major DNA photoproducts induced by UVB. The principal goals of the present study were to: (1) estimate the frequency of CPDs induced by sublethal doses of UVB radiation in conidial DNA of three selected ascomycetes, (2) examine correlation of CPD frequencies with germination speed, and (3) estimate the protective effect of the wild-type green conidial pigmentation on DNA in M. anisopliae var. anisopliae, (4) identify differentially expressed genes during the different phases of A. fumigatus conidiogenesis and (5) identify genes regulated by UVB radiation in A. fumigatus young mycelia. A. fumigatus, A. nidulans, and M. anisopliae conidia were exposed to 1000 mW m-2 UV irradiance for 15, 30, 60 and 90 min. Total Quaite-weighted doses were 0.9, 1.8, 3.6 and 5.4 kJ m-2, respectively. The frequencies of dimers were linear and directly proportional to the doses, with 0.215, 0.455, 0.803 and 1.628 CPDs 10 kb-1 detected at the doses of 0.9, 1.8, 3.6 and 5.4 kJ m-2 in A. fumigatus, 0.037, 0.077, 0.142 and 0.202 CPDs 10 kb-1 in A. nidulans, and 0.041, 0.085, 0.155 and 0.255 CPDs 10 kb-1 in M. anisopliae. The frequency of dimers in the M. anisopliae albino mutant DWR 180 (0.552 10 kb-1) was approximately ten times higher than of the wild-type ARSEF 23 strain (0.057 10 kb-1) after exposure to doses of 1.8 kJ m-2. DNA microarrays carrying sequence of 11,000 genes of A. fumigatus were used to compare transcriptomes of 20 h-old mycelia (initial phase of the conidiogenesis), 24 h (intermediate phase) e 25 h (final phase) with young mycelia transcriptome. Thirty-four genes displayed a statistically significant difference in expression (7 with increase and 27 with decrease mRNA expression) in 20 h-old mycelia, 101 genes (12 with increase and 89 with decrease) in 24 h-old mycelia and 76 genes (8 with increase and 68 with decrease) in 25 h-old mycelia. Some overexpressed genes (stuA ad the scytalone dehydratase gene) were previously related to specific phases of conidiogenesis but the function of most of them is unknown. Transcriptome analysis using microarrays was also used to identify genes modulated by exposures to UVB radiation (1,8 kJ m-2) in A. fumigatus young mycelia. One hundred and one differentially expressed genes were identified at the end of the exposure to UVB radiation (51 genes with increase and 50 with decrease). The radc gene displayed the higher increase in expression (approximately 16 ×). The function of most of the overexpressed genes is unknown. Four hundred and eighteen differentially expressed genes were identified 30 min after the end of exposure (51 genes with increase and 367 with decrease in expression).

O uso de antioxidantes de origem natural apresenta uma perspectiva promissora na prevenção dos efeitos adversos causados pela radiação ultravioleta, incluindo o fotoenvelhecimento e a fotocarcinogênese. As atividades antioxidante, fotoprotetora e antienvelhecimento cutâneo foram demonstradas para o extrato de Pothomorphe umbellata. No entanto, seu potencial protetor da fotocarcinogênese ainda não foi estabelecido. O objetivo deste estudo é avaliar os efeitos da aplicação tópica do gel de extrato de raiz de P. umbelallta nas alterações promovidas pelas exposições aguda (dose única - 0,20 KJ/m2) e crônica (4 semanas, dose total de 8,6 KJ/m2, 5 semanas, 13,17KJ/m2, 15 semanas, 55,51 KJ/m2) à radiação ultravioleta B na pele de camundongos sem pelo. Para avaliação dos antioxidantes não enzimáticos, ácido ascórbico e α-tocoferol, foram utilizados métodos de cromatografia líquida de alta eficiência e para avaliação dos enzimáticos, catalase, superóxido dismutase, glutationa peroxidase e glutationa redutase, métodos espectrofotométricos. As modulações das proteínas p53 e PCNA foram avaliadas por imunohistoquímica. Os resultados demonstram que o tratamento com gel de extrato de raiz de P. umbellata é capaz de modular o sistema antioxidante na pele de camundongos sem pêlo, proporcionando maior proteção frente à exposição à radiação UVB. Além disso, os resultados sugerem que a aplicação tópica de extrato de P. umbellata protege contra os danos causados pela radiação modulando vias de reparo e/ou morte celular. Estes resultados contribuem para elucidação do mecanismo de ação do extrato de P.umbellata na pele exposta à radiação UVB, indicando sua capacidade em preservar a pele sadia após a irradiação. / Topical application of botanical antioxidants has been appreciated as a viable approach to reduce the occurrence of deleterious damage cased by sunlight exposure, such as photoaging and photocarcinogenesis. The plant Pothomorphe umbellata has been shown to exert a potent antioxidant activity on the skin and to delay the onset and reduce the incidence of UVB-induced skin damage and photoaging. The purpose of this study was to evaluate the effects of topical P. umbellata treatment on acute (single dose 0.20 KJ/m2) and chronic (4 weeks, total dose 8.6 KJ/m2, 5 weeks, 13.17KJ/m2, 15 weeks, 55.51 KJ/m2) UVB-induced damage hairless mouse epidermis. Nonenzymic antioxidants, ascorbic acid and α-tocopherol, were assayed by high performance liquid chromatography and enzymic antioxidants, catalase, superoxide dismutase, glutathione peroxidase and glutathione reductase, spectrophotometrically. UVB-induced p53 and PCNA were deteted by immunohistochemical technique. The data collected here suggest that topical application of P. umbellata extract affords strong protection against UVB-induced damages in skin epidermis by either preventing DNA damage or enhancing repair and inhibiting UVB-caused apoptosis and sunburn cell formation. Moreover, the results also suggest that P. umbellata extract modulates the cutaneous antioxidant network resulting in reduced susceptibility to UVB-induced oxidative damage. Together these results contribute for the elucidation of the mechanism of action of P.umbellata on UVB exposed skin and indicate the capacity of this extract to preserve skin health after irradiation.

Conídios são estruturas especializadas, produzidas assexuadamente pelo micélio de muitas espécies de ascomicetos. A produção dos conídios requer o controle espacial e temporal da expressão gênica e a formação de estruturas específicas durante o desenvolvimento. Os conídios estão envolvidos na reprodução, dispersão e persistência ambiental dos fungos. Em espécies patogênicas como Aspergillus fumigatus e Metarhizium anisopliae, os conídios também são responsáveis pela infecção do hospedeiro. Um dos principais fatores ambientais capazes de matar e / ou danificar os conídios é a radiação solar. Os dímeros de pirimidina ciclobutano (CPDs) são os principais fotoprodutos do DNA induzidos pela radiação UVB. Os principais objetivos deste trabalho foram: (1) estimar as frequências de CPDs em conídios expostos a doses subletais de radiação UVB, (2) correlacionar a frequência de CPDs com a cinética de germinação dos conídios, (3) comparar a frequência de CPDs em conídios selvagens com a frequência em conídios mutantes para a pigmentação, (4) identificar genes diferencialmente expressos durante as fases da conidiogênese de A. fumigatus e (5) identificar genes modulados pela radiação UVB em micélio jovem de A. fumigatus. Conídios de M. anisopliae, A. nidulans e A. fumigatus foram expostos à irradiância de 1000 mW m-2 de UVB por 15, 30, 60 e 90 min. As doses totais ao final das exposições foram 0,9, 1,8, 3,6 e 5,4 kJ m-2. O aumento na frequência de CPDs foi linear e diretamente proporcional à dose, com 0,215, 0,455, 0,803 e 1,628 CPDs 10 kb-1 induzidos pelas doses de 0,9, 1,8, 3,6 e 5,4 kJ m-2 em A. fumigatus, 0,037, 0,077, 0,142 e 0,202 CPDs 10 kb-1 em A. nidulans e 0,041, 0,085, 0,155 e 0,255 CPDs 10 kb-1 em M. anisopliae. A frequência de CPDs no mutante albino de M. anisopliae (0,552 10 kb-1) foi aproximadamente dez vezes maior do que na linhagem selvagem (0.057 10 kb-1) após exposição à dose de 1,8 kJ m-2. Esta é a primeira evidência direta de que a pigmentação dos conídios protege o DNA contra os danos induzidos pela radiação UVB. Microarranjos genômicos de DNA foram utilizados para comparar os transcriptomas de micélios com 20 h (início da conidiogênese), 24 h (fase intermediária) e 25 h (fase final) com o transcriptoma de micélio jovem. Foram identificados 34 genes diferencialmente expressos (7 com aumento e 27 com diminuição) com 20 h de desenvolvimento, 101 genes (12 com aumento e 89 com diminuição) com 24 h e 76 genes (oito com aumento e 68 com diminuição) com 25 h. Alguns genes que apresentaram aumento na expressão (stuA e o gene da scytalone dehydratase) já haviam sido associados com fases específicas da conidiogênese, entretanto a maioria dos genes que apresentou aumento na expressão não tem função conhecida. A análise de transcriptomas com microarranjos de DNA também foi utilizada para identificar genes com expressão modulada por exposições à radiação UVB (1,8 kJ m-2) em micélio jovem de A. fumigatus. Foram identificados 101 genes diferencialmente expressos ao final da exposição à radiação UVB (51 genes com aumento e 50 com redução). O gene radc apresentou o maior aumento na expressão (aproximadamente 16 ×). A maioria dos genes com aumento na expressão não possui função conhecida. Foram identificados 418 genes diferencialmente expressos 30 min após o termino da exposição (51 genes com aumento e 367 com redução na expressão). / Conidia are specialized structures produced asexually during mycelia growth of many ascomycete species. The process of conidiation involves temporal and spatial regulation of gene expression, cell specialization, intercellular communication, and formation of specific structures during fungal growth. Conidia are responsible for the reproduction, dispersal and environmental persistence of many fungal species. In pathogenic species like Aspergillus fumigatus and Metarhizium anisopliae, conidia are also responsible for host infection. One of the main environmental factors that can kill and/or damage conidia is solar UV radiation. Cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs) are the major DNA photoproducts induced by UVB. The principal goals of the present study were to: (1) estimate the frequency of CPDs induced by sublethal doses of UVB radiation in conidial DNA of three selected ascomycetes, (2) examine correlation of CPD frequencies with germination speed, and (3) estimate the protective effect of the wild-type green conidial pigmentation on DNA in M. anisopliae var. anisopliae, (4) identify differentially expressed genes during the different phases of A. fumigatus conidiogenesis and (5) identify genes regulated by UVB radiation in A. fumigatus young mycelia. A. fumigatus, A. nidulans, and M. anisopliae conidia were exposed to 1000 mW m-2 UV irradiance for 15, 30, 60 and 90 min. Total Quaite-weighted doses were 0.9, 1.8, 3.6 and 5.4 kJ m-2, respectively. The frequencies of dimers were linear and directly proportional to the doses, with 0.215, 0.455, 0.803 and 1.628 CPDs 10 kb-1 detected at the doses of 0.9, 1.8, 3.6 and 5.4 kJ m-2 in A. fumigatus, 0.037, 0.077, 0.142 and 0.202 CPDs 10 kb-1 in A. nidulans, and 0.041, 0.085, 0.155 and 0.255 CPDs 10 kb-1 in M. anisopliae. The frequency of dimers in the M. anisopliae albino mutant DWR 180 (0.552 10 kb-1) was approximately ten times higher than of the wild-type ARSEF 23 strain (0.057 10 kb-1) after exposure to doses of 1.8 kJ m-2. DNA microarrays carrying sequence of 11,000 genes of A. fumigatus were used to compare transcriptomes of 20 h-old mycelia (initial phase of the conidiogenesis), 24 h (intermediate phase) e 25 h (final phase) with young mycelia transcriptome. Thirty-four genes displayed a statistically significant difference in expression (7 with increase and 27 with decrease mRNA expression) in 20 h-old mycelia, 101 genes (12 with increase and 89 with decrease) in 24 h-old mycelia and 76 genes (8 with increase and 68 with decrease) in 25 h-old mycelia. Some overexpressed genes (stuA ad the scytalone dehydratase gene) were previously related to specific phases of conidiogenesis but the function of most of them is unknown. Transcriptome analysis using microarrays was also used to identify genes modulated by exposures to UVB radiation (1,8 kJ m-2) in A. fumigatus young mycelia. One hundred and one differentially expressed genes were identified at the end of the exposure to UVB radiation (51 genes with increase and 50 with decrease). The radc gene displayed the higher increase in expression (approximately 16 ×). The function of most of the overexpressed genes is unknown. Four hundred and eighteen differentially expressed genes were identified 30 min after the end of exposure (51 genes with increase and 367 with decrease in expression).

Acute demyelination in children may be a monophasic illness or the sentinel attack of multiple sclerosis (MS) – a chronic inflammatory neurodegenerative demyelinating disease. MS risk is largely determined during childhood and vitamin D may protect against MS. The primary objective of this thesis was to evaluate vitamin D status in children presenting with acute demyelinating syndromes (ADS) as a potential contributor to MS outcome. The LIAISON “25 OH Vitamin D TOTAL” assay was validated to assess the biomarker of vitamin D status – serum 25-hydroxyvitamin D (25(OH)D) concentrations. Consecutive patients (<16 y) were enrolled at presentation with ADS and prospectively evaluated at 23 Canadian centres. MS was defined by a second clinical demyelinating event or by MRI evidence of new lesions over time. Cox proportional hazards regression models assessed risk of MS outcome as a function of serum 25(OH)D tertiles, accounting for factors associated with either MS risk or vitamin D status – age, sex, season, and HLA-DRB1*15 status. Of 211 children with 25(OH)D measured in sera obtained a median of 9 days from onset (interquartile range, 5 – 17 d; maximum 36 days), 20% (n = 41) were diagnosed with MS after 3.7 mos. (3.1 – 7.3 mos.). Risk of MS was lower in children with 25(OH)D levels in the highest tertile (≥ 74 nmol/L) at ADS versus those in the lowest tertile (<50 nmol/L) (HR 0.41; 95% CI 0.18 to 0.97, adjusted model). Children with higher circulating 25(OH)D concentrations at ADS have a lower risk of MS. Further evidence for a role of vitamin D insufficiency during childhood and adolescence contributing to MS risk comes from three MS patients with suboptimally managed pseudo-vitamin D deficiency rickets. Finally, a sun exposure questionnaire was validated in the latter part of this thesis for use in future research into determinants of vitamin D status and their association with risk of MS.

Acute demyelination in children may be a monophasic illness or the sentinel attack of multiple sclerosis (MS) – a chronic inflammatory neurodegenerative demyelinating disease. MS risk is largely determined during childhood and vitamin D may protect against MS. The primary objective of this thesis was to evaluate vitamin D status in children presenting with acute demyelinating syndromes (ADS) as a potential contributor to MS outcome. The LIAISON “25 OH Vitamin D TOTAL” assay was validated to assess the biomarker of vitamin D status – serum 25-hydroxyvitamin D (25(OH)D) concentrations. Consecutive patients (<16 y) were enrolled at presentation with ADS and prospectively evaluated at 23 Canadian centres. MS was defined by a second clinical demyelinating event or by MRI evidence of new lesions over time. Cox proportional hazards regression models assessed risk of MS outcome as a function of serum 25(OH)D tertiles, accounting for factors associated with either MS risk or vitamin D status – age, sex, season, and HLA-DRB1*15 status. Of 211 children with 25(OH)D measured in sera obtained a median of 9 days from onset (interquartile range, 5 – 17 d; maximum 36 days), 20% (n = 41) were diagnosed with MS after 3.7 mos. (3.1 – 7.3 mos.). Risk of MS was lower in children with 25(OH)D levels in the highest tertile (≥ 74 nmol/L) at ADS versus those in the lowest tertile (<50 nmol/L) (HR 0.41; 95% CI 0.18 to 0.97, adjusted model). Children with higher circulating 25(OH)D concentrations at ADS have a lower risk of MS. Further evidence for a role of vitamin D insufficiency during childhood and adolescence contributing to MS risk comes from three MS patients with suboptimally managed pseudo-vitamin D deficiency rickets. Finally, a sun exposure questionnaire was validated in the latter part of this thesis for use in future research into determinants of vitamin D status and their association with risk of MS.

Calcitriol [1α,25(OH)2D3], the hormonally active form of vitamin D3 (D3) is produced in both renal and extrarenal tissues. Our findings demonstrate that physiological doses of UVB radiation at 300 nm induce the conversion of 7-dehydrocholesterol (7-DHC) via preD3 and D3 into calcitriol in the pmol range in epidermal keratinocytes. The hydroxylation of photosynthesized D3 to calcitriol is strongly suppressed by ketoconazole, a known inhibitor of cytochrome P450 mixed function oxidases. The UVB-induced formation of calcitriol in human skin is demonstrable in vivo by the microdialysis technique. These results suggest that human skin is an autonomous source of hormonally active calcitriol. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

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