The entire dissertation/thesis text is included in the research.pdf file; the official abstract appears in the short.pdf file (which also appears in the research.pdf); a non-technical general description, or public abstract, appears in the public.pdf file. Title from PDF of title page (University of Missouri--Columbia, viewed on April 6, 2010). Vita. Thesis advisor: Shivendra D. Shukla. "August 2008" Includes bibliographical references

abstract: The effects of specific histone deacetylase inhibitors (HDACi) on transgene expression in combination with a novel polymer as a delivery vehicle are investigated in this research. Polymer vectors, although safer than viruses, are notorious for low levels of gene expression. In this investigation, the use of an emerging chemotherapeutic anti-cancer drug molecule, HDACi, was used to enhance the polymer-mediated gene expression. HDACi are capable of inhibiting deacetylation activities of histones and other non-histone proteins in the cytoplasm and nucleus, as well as increase transcriptional activities necessary for gene expression. In a prior study, a parallel synthesis and screening of polymers yielded a lead cationic polymer with high DNA-binding properties, and even more attractive, high transgene expressions. Previous studies showed the use of this polymer in conjunction with cytoplasmic HDACi significantly enhanced gene expression in PC3-PSMA prostate cancer cells. This led to the basis for the investigation presented in this thesis, but to use nuclear HDACi to potentially achieve similar results. The HDACi, HDACi_A, was a previously discovered lead drug that had potential to significantly enhance luciferase expression in PC3-PSMA cells. The results of this study found that the 20:1 polymer:plasmid DNA weight ratio was effective with 1 uM and 2 uM HDACI_A concentrations, showing up to a 9-fold enhancement. This enhancement suggested that HDACi_A was effectively aiding transfection. While not an astounding enhancement, it is still interesting enough to investigate further. Cell viabilities need to be determined to supplement the results. / Dissertation/Thesis / M.S. Bioengineering 2012

Com o aumento da expectativa de vida, estima-se um aumento na incidência de doenças neurodegenerativas, como a Doença de Alzheimer (DA). Vários processos fisiopatológicos interligados estão envolvidos tanto no processo do envelhecimento, quanto na etiologia das desordens neurodegenerativas, como por exemplo, o estresse oxidativo e a neuroinflamação. Têm sido descrito que mecanismos epigenéticos podem estar relacionados com o processo de envelhecimento, ocasionando modificações na expressão gênica em diferentes regiões do cérebro, como por exemplo, a acetilação de histonas que é responsável em parte, pela transcrição gênica, sendo esse processo controlado por duas enzimas, a histona acetiltransferase (HAT) e a histona desacetilase (HDAC). A HAT é responsável por ocasionar um relaxamento da cromatina e com isso uma maior acessibilidade para o processo de transcrição gênica enquanto que a HDAC causa uma maior compactação da cromatina, resultando uma supressão na transcrição gênica. Considerando o papel da acetilação de histonas no processo de envelhecimento, em especial em doenças neurodegenerativas, tem sido sugerido o uso de estratégias que aumentem a acetilação com finalidade neuroprotetora como, por exemplo, o uso de inibidores de HDAC. Diversos estudos demonstram que os inibidores da HDAC são capazes de melhorar as funções cognitivas e a formação de memória. Nesse contexto, a curcumina, um composto polifenólico encontrado no açafrão (Curcuma longa) tem demonstrado ser capaz de atuar sobre os mecanismos epigenéticos, sendo sugerido como um potente inibidor da HDAC. Assim, o objetivo desse trabalho foi investigar o tratamento agudo com extrato etanólico de Curcuma longa sobre a atividade da enzima histona desacetilase em estruturas cerebrais, hipocampo e córtex frontal, de ratos Wistar. Ratos Wistar machos adultos (3 e 20 meses de idade) foram aleatoriamente distribuídos nos seguintes grupos: salina, veículo (DMSO), extrato etanólico de Curcuma longa 10mg/Kg e 50mg/Kg. A atividade da histona desacetilase (HDAC) foi mensurada após 2 e 18 horas da administração, utilizando kit de ELISA específico. A ANOVA de três vias indicou um efeito do tempo (F(1,71)=4.238,p=0.044) após a administração do extrato etanólico de Curcuma longa e um efeito da idade em hipocampos (F(1,71) =10.430, p=0.002), ou seja, animais com 20 meses apresentaram atividade maior da HDAC quando comparados com os animais de 3 meses de idade. Em córtex frontal, a ANOVA de três vias indicou um efeito da idade (F(1,75)=4.438,p=0.039) e uma interação entre idade e tempo (F(1,75)=1.765,p=0.001). Em ambas as estruturas analisadas, não houve efeito da administração com extrato de Curcuma longa. Nossos resultados demonstram que a atividade da histona desacetilase foi aumentada em ambas as estruturas testadas de ratos com 20 meses de idade, sugerindo que no processo de envelhecimento cerebral ocorra uma redução na acetilação de histonas, o que pode reduzir a transcrição gênica. Além disso, a atividade da HDAC parece ser influenciada pelo ritmo circadiano, uma vez que houve um efeito do tempo nos níveis da atividade da HDAC em ambas as estruturas analisadas. A atividade da HDAC foi maior no tempo de 18 horas (correspondendo ao período da manhã) quando comparado ao tempo de 2 horas, que corresponde ao turno da tarde, este dado pode estar relacionado à cronobiologia, onde a organização circadiana permite que o organismo mantenha a homeostase em resposta a variações diárias decorrentes do ambiente externo e do próprio organismo. Cabe descrever que os ratos Wistar são notívagos, onde o período da manhã é o início do período de sono; assim poderíamos sugerir uma redução da acetilação e consequentemente uma redução na expressão gênica nesse período. / With the increase of life expectancy, an increase in the incidence of neurodegenerative diseases, for example, the Alzheimer‟s disease (AD),is estimated. Several interconnected pathophysiological processes are involved both in the aging process and neurodegenerative diseases, oxidative stress and neuroinflammation. It has been described that epigenetic alterations may be related to the aging process, causing changes in gene expression in different regions of the brain, such as, histone acetylation (HAT), and histones deacetylases (HDAT). The HAT is responsible for causing a relaxation of chromatin and, thus, a better accessibility to the process of gene transcription, while HDAC causes further compactation of chromatin, resulting in gene transcription suppression. Considering the role of histone acetylation in the aging process, especially in neurodegenerative diseases, it has been suggested the use of strategies to increase the acetylation with neuroprotective purposes, such as, for example, the use of HDAC inhibitors. Several studies have shown that HDAC inhibitors are capable of improving the cognitive functions and memory formation. In this context, curcumin, a polyphenolic compound found in turmeric (Curcuma longa) has been shown to be capable of acting on epigenetic mechanisms, being suggested as potent inhibitor of HDAC. The aim of this work was to investigate the effect of acute treatment with ethanol extract of Curcuma longa on the activity of histone deacetylases enzymes in brain structures, hippocampus and frontal cortex of Wistar rats. Male Wistar rats (3 and 20 months old) were randomly distributed into four groups: saline, vehicle (DMSO), Curcuma longa ethanol extract (10mg/kg and 50mg/Kg.) The histone deacetylase (HDAC) activity was measured 2 and 18 hours after administration, using specific ELISA kit. The three-way ANOVA showed a time effect (F(1,71)=4.238,p=0.044) after the administration of Curcuma longa ethanol extract and an age effect in hippocampus (F(1,71)=10.430,p=0.002), that is, 20-months Wistar rats presented a higher HDAC activity when compared to 3-months Wistar rats. In frontal cortex, the three-way ANOVA showed an age effect (F(1,75)=4.438,p=0.039) and an interaction between age and time (F(1,75)=1.765,p=0.001). In both structures, there was no effect of Curcuma longa extract administration. Our results show that the activity of histone deacetylase was increased in both structures of 20-months Wistar rats, suggesting that in the brain aging process it occurs a reduction in histone acetylation, which can reduce gene transcription. Furthermore, as there was a time effect on the levels of HDAC activity in both analyzed structures, the HDAC activity may be influenced by the circadian rhythm. The HDAC activity was higher in 18 – hour period (corresponding to the morning period) as compared to 2 - hour period (corresponding to the afternoon period). This finding may be related to chronobiology, in which the circadian organization allows the body to maintain homeostasis in response to daily changes arising from the external environment and the body itself. It is important to highlight that Wistar rats are nocturnal creatures, having the morning as the beginning of the sleep period. So, they can present a reduction in acetylation and a consequent reduction in gene expression during this period.

O objetivo do presente estudo foi analisar o efeito do treinamento aeróbico periodizado realizado em ambientes aquático ou terrestre sobre parâmetros de estado oxidativo, inflamatórios e epigenéticos em sangue periférico de sujeitos adultos com diabetes mellitus tipo 2 (DMT2). Pacientes com DMT2 sedentários (55-64 anos de idade) randomizados foram alocados em dois grupos, um grupo realizou treinamento aeróbico aquático e outro grupo realizou treinamento aeróbico terrestre. Os programas de treinamento aeróbico intervalado foram realizados três vezes por semana com duração de 45 minutos cada sessão por 12 semanas, que consistiu em caminhada e/ou corrida em piscina funda realizada pelos indivíduos do grupo de exercícios aquáticos ou caminhada e/ou corrida em pista atlética realizada pelos indivíduos do grupo de treinamento terrestre. Os treinamentos em ambos os meios apresentaram uma periodização similar; as intensidades foram determinadas a partir do segundo limiar ventilatório (LV2) de cada indivíduo. O protocolo consistiu de quatro mesociclos com três semanas cada um, durante três meses. O sangue periférico foi coletado antes e imediatamente depois da primeira e da última sessão de exercício, assim foram avaliados os efeitos agudo da primeira sessão, agudo em indivíduos treinados, além do treinamento crônico. Foram avaliados parâmetros de estado oxidativo, por meio do conteúdo de espécies reativas, do dano aos lipídeos através do nível de 8-isoprostanos e formação de substâncias fluorescentes, assim como danos às proteínas a partir do conteúdo dos resíduos de triptofano e tirosina. Além disso, a capacidade antioxidante total (TRAP) foi avaliada, assim como a atividade de enzimas antioxidantes superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e a glutationa peroxidase (GPX). Ainda, foram avaliados parâmetros inflamatórios através dos níveis das interleucinas 6 (IL6), interleucina 1β (IL1β e interleucina 10 (IL10). Foi avaliada a atividade global da enzima histona desacetilase (HDAC). Houve uma diminuição do conteúdo das espécies reativas e do nível de isoprostanos após a primeira sessão de exercício, assim como após a última sessão de exercício, indicando um efeito agudo do exercício mesmo nos indivíduos treinados. Em relação à atividade das enzimas antioxidantes, ocorreu uma redução da atividade da GPX após as 12 semanas de treinamento e as atividades da SOD e da CAT diminuíram após a primeira sessão de exercício e após as 12 semanas de treinamento, sem nenhum efeito sobre o conteúdo das espécies reativas. Não houve diferença significativa entre os grupos água ou terra. Após 12 semanas de treinamento em ambos os ambientes, foi observado um aumento da IL-10, uma citocina anti-inflamatória. A atividade global da enzima HDAC aumentou agudamente após a primeira e última sessão de exercício, e ocorreu uma diminuição após as 12 semanas de treinamento tanto no grupo água como no grupo terra. Em relação aos outros parâmetros avaliados, não foram observadas diferenças significativas. A partir dos resultados obtidos, podemos sugerir que o treinamento periodizado, que respeita as características individuais, tanto em meio aquático como em terrestre, é capaz de alterar parâmetros de estado oxidativo, epigenéticos e inflamatórios em sangue periférico de pacientes com DMT2. / The aim of this study was to analyze the effects of aerobic training periodization performed in aquatic or dry land environment on oxidative stress, inflammatory and epigenetic parameters in blood of subjects with type 2 diabetes mellitus (T2DM). Sedentary patients (55-64 years) diagnosed with T2DM with no regular physical activity were allocated in a water group or a dry land group through a blinded randomization. The exercise programs consisted in aerobic interval training sessions three times a week during 12 weeks involving deep-water walking or running in swimming pool with a life vest (water group) or walking or running on a track (land group). The intensities were determined by individual second ventilatory threshold, obtained through maximal effort test, performed in their specific training environment. Our protocol consists of a periodised training with four mesocycles of three weeks each during 3 months. The effects of first and last sessions, as well as, of 12 weeks training (without any effect of acute exercise) were investigated. Firstly, we evaluated several oxidative state parameters, specifically the reactive species content, the lipid peroxidation through the 8-isoprostane levels and the fluorescent substances formation, the protein damage by the content of tryptophan and tyrosine residues. Moreover, the total antioxidant capacity (TRAP) was evaluated, as well as the antioxidant enzyme activities, namely glutathione peroxidase (GPX), superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT). There were decreases in the reactive species and isoprostane levels after the first and the last exercise session, indicating an acute effect of exercise even in trained subjects. The exercise reduced antioxidant enzyme activities without any effect on TRAP values. Interestingly, there were no significant differences between land group and water groups. Yet, it was studied the effect of our exercise protocol on blood global HDAC activity and cytokines, interleukin 6 (IL6), interleukin 1β (IL1β) and interleukin 10 (IL10), levels in type 2 diabetes patients. After 12 weeks of training in both environments, we observed an increase in IL-10, an anti-inflammatory cytokine. Interestingly, the HDAC enzyme global activity increased acutely after first and last exercise session and there was a decrease after 12 weeks of training in both water and land groups. The results suggest that the periodization exercise performed in water and dry land environments is able to improve oxidative status, inflammatory and epigenetic parameters in subjects with type 2 diabetes.

Com o aumento da expectativa de vida, estima-se um aumento na incidência de doenças neurodegenerativas, como a Doença de Alzheimer (DA). Vários processos fisiopatológicos interligados estão envolvidos tanto no processo do envelhecimento, quanto na etiologia das desordens neurodegenerativas, como por exemplo, o estresse oxidativo e a neuroinflamação. Têm sido descrito que mecanismos epigenéticos podem estar relacionados com o processo de envelhecimento, ocasionando modificações na expressão gênica em diferentes regiões do cérebro, como por exemplo, a acetilação de histonas que é responsável em parte, pela transcrição gênica, sendo esse processo controlado por duas enzimas, a histona acetiltransferase (HAT) e a histona desacetilase (HDAC). A HAT é responsável por ocasionar um relaxamento da cromatina e com isso uma maior acessibilidade para o processo de transcrição gênica enquanto que a HDAC causa uma maior compactação da cromatina, resultando uma supressão na transcrição gênica. Considerando o papel da acetilação de histonas no processo de envelhecimento, em especial em doenças neurodegenerativas, tem sido sugerido o uso de estratégias que aumentem a acetilação com finalidade neuroprotetora como, por exemplo, o uso de inibidores de HDAC. Diversos estudos demonstram que os inibidores da HDAC são capazes de melhorar as funções cognitivas e a formação de memória. Nesse contexto, a curcumina, um composto polifenólico encontrado no açafrão (Curcuma longa) tem demonstrado ser capaz de atuar sobre os mecanismos epigenéticos, sendo sugerido como um potente inibidor da HDAC. Assim, o objetivo desse trabalho foi investigar o tratamento agudo com extrato etanólico de Curcuma longa sobre a atividade da enzima histona desacetilase em estruturas cerebrais, hipocampo e córtex frontal, de ratos Wistar. Ratos Wistar machos adultos (3 e 20 meses de idade) foram aleatoriamente distribuídos nos seguintes grupos: salina, veículo (DMSO), extrato etanólico de Curcuma longa 10mg/Kg e 50mg/Kg. A atividade da histona desacetilase (HDAC) foi mensurada após 2 e 18 horas da administração, utilizando kit de ELISA específico. A ANOVA de três vias indicou um efeito do tempo (F(1,71)=4.238,p=0.044) após a administração do extrato etanólico de Curcuma longa e um efeito da idade em hipocampos (F(1,71) =10.430, p=0.002), ou seja, animais com 20 meses apresentaram atividade maior da HDAC quando comparados com os animais de 3 meses de idade. Em córtex frontal, a ANOVA de três vias indicou um efeito da idade (F(1,75)=4.438,p=0.039) e uma interação entre idade e tempo (F(1,75)=1.765,p=0.001). Em ambas as estruturas analisadas, não houve efeito da administração com extrato de Curcuma longa. Nossos resultados demonstram que a atividade da histona desacetilase foi aumentada em ambas as estruturas testadas de ratos com 20 meses de idade, sugerindo que no processo de envelhecimento cerebral ocorra uma redução na acetilação de histonas, o que pode reduzir a transcrição gênica. Além disso, a atividade da HDAC parece ser influenciada pelo ritmo circadiano, uma vez que houve um efeito do tempo nos níveis da atividade da HDAC em ambas as estruturas analisadas. A atividade da HDAC foi maior no tempo de 18 horas (correspondendo ao período da manhã) quando comparado ao tempo de 2 horas, que corresponde ao turno da tarde, este dado pode estar relacionado à cronobiologia, onde a organização circadiana permite que o organismo mantenha a homeostase em resposta a variações diárias decorrentes do ambiente externo e do próprio organismo. Cabe descrever que os ratos Wistar são notívagos, onde o período da manhã é o início do período de sono; assim poderíamos sugerir uma redução da acetilação e consequentemente uma redução na expressão gênica nesse período. / With the increase of life expectancy, an increase in the incidence of neurodegenerative diseases, for example, the Alzheimer‟s disease (AD),is estimated. Several interconnected pathophysiological processes are involved both in the aging process and neurodegenerative diseases, oxidative stress and neuroinflammation. It has been described that epigenetic alterations may be related to the aging process, causing changes in gene expression in different regions of the brain, such as, histone acetylation (HAT), and histones deacetylases (HDAT). The HAT is responsible for causing a relaxation of chromatin and, thus, a better accessibility to the process of gene transcription, while HDAC causes further compactation of chromatin, resulting in gene transcription suppression. Considering the role of histone acetylation in the aging process, especially in neurodegenerative diseases, it has been suggested the use of strategies to increase the acetylation with neuroprotective purposes, such as, for example, the use of HDAC inhibitors. Several studies have shown that HDAC inhibitors are capable of improving the cognitive functions and memory formation. In this context, curcumin, a polyphenolic compound found in turmeric (Curcuma longa) has been shown to be capable of acting on epigenetic mechanisms, being suggested as potent inhibitor of HDAC. The aim of this work was to investigate the effect of acute treatment with ethanol extract of Curcuma longa on the activity of histone deacetylases enzymes in brain structures, hippocampus and frontal cortex of Wistar rats. Male Wistar rats (3 and 20 months old) were randomly distributed into four groups: saline, vehicle (DMSO), Curcuma longa ethanol extract (10mg/kg and 50mg/Kg.) The histone deacetylase (HDAC) activity was measured 2 and 18 hours after administration, using specific ELISA kit. The three-way ANOVA showed a time effect (F(1,71)=4.238,p=0.044) after the administration of Curcuma longa ethanol extract and an age effect in hippocampus (F(1,71)=10.430,p=0.002), that is, 20-months Wistar rats presented a higher HDAC activity when compared to 3-months Wistar rats. In frontal cortex, the three-way ANOVA showed an age effect (F(1,75)=4.438,p=0.039) and an interaction between age and time (F(1,75)=1.765,p=0.001). In both structures, there was no effect of Curcuma longa extract administration. Our results show that the activity of histone deacetylase was increased in both structures of 20-months Wistar rats, suggesting that in the brain aging process it occurs a reduction in histone acetylation, which can reduce gene transcription. Furthermore, as there was a time effect on the levels of HDAC activity in both analyzed structures, the HDAC activity may be influenced by the circadian rhythm. The HDAC activity was higher in 18 – hour period (corresponding to the morning period) as compared to 2 - hour period (corresponding to the afternoon period). This finding may be related to chronobiology, in which the circadian organization allows the body to maintain homeostasis in response to daily changes arising from the external environment and the body itself. It is important to highlight that Wistar rats are nocturnal creatures, having the morning as the beginning of the sleep period. So, they can present a reduction in acetylation and a consequent reduction in gene expression during this period.

O objetivo do presente estudo foi analisar o efeito do treinamento aeróbico periodizado realizado em ambientes aquático ou terrestre sobre parâmetros de estado oxidativo, inflamatórios e epigenéticos em sangue periférico de sujeitos adultos com diabetes mellitus tipo 2 (DMT2). Pacientes com DMT2 sedentários (55-64 anos de idade) randomizados foram alocados em dois grupos, um grupo realizou treinamento aeróbico aquático e outro grupo realizou treinamento aeróbico terrestre. Os programas de treinamento aeróbico intervalado foram realizados três vezes por semana com duração de 45 minutos cada sessão por 12 semanas, que consistiu em caminhada e/ou corrida em piscina funda realizada pelos indivíduos do grupo de exercícios aquáticos ou caminhada e/ou corrida em pista atlética realizada pelos indivíduos do grupo de treinamento terrestre. Os treinamentos em ambos os meios apresentaram uma periodização similar; as intensidades foram determinadas a partir do segundo limiar ventilatório (LV2) de cada indivíduo. O protocolo consistiu de quatro mesociclos com três semanas cada um, durante três meses. O sangue periférico foi coletado antes e imediatamente depois da primeira e da última sessão de exercício, assim foram avaliados os efeitos agudo da primeira sessão, agudo em indivíduos treinados, além do treinamento crônico. Foram avaliados parâmetros de estado oxidativo, por meio do conteúdo de espécies reativas, do dano aos lipídeos através do nível de 8-isoprostanos e formação de substâncias fluorescentes, assim como danos às proteínas a partir do conteúdo dos resíduos de triptofano e tirosina. Além disso, a capacidade antioxidante total (TRAP) foi avaliada, assim como a atividade de enzimas antioxidantes superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e a glutationa peroxidase (GPX). Ainda, foram avaliados parâmetros inflamatórios através dos níveis das interleucinas 6 (IL6), interleucina 1β (IL1β e interleucina 10 (IL10). Foi avaliada a atividade global da enzima histona desacetilase (HDAC). Houve uma diminuição do conteúdo das espécies reativas e do nível de isoprostanos após a primeira sessão de exercício, assim como após a última sessão de exercício, indicando um efeito agudo do exercício mesmo nos indivíduos treinados. Em relação à atividade das enzimas antioxidantes, ocorreu uma redução da atividade da GPX após as 12 semanas de treinamento e as atividades da SOD e da CAT diminuíram após a primeira sessão de exercício e após as 12 semanas de treinamento, sem nenhum efeito sobre o conteúdo das espécies reativas. Não houve diferença significativa entre os grupos água ou terra. Após 12 semanas de treinamento em ambos os ambientes, foi observado um aumento da IL-10, uma citocina anti-inflamatória. A atividade global da enzima HDAC aumentou agudamente após a primeira e última sessão de exercício, e ocorreu uma diminuição após as 12 semanas de treinamento tanto no grupo água como no grupo terra. Em relação aos outros parâmetros avaliados, não foram observadas diferenças significativas. A partir dos resultados obtidos, podemos sugerir que o treinamento periodizado, que respeita as características individuais, tanto em meio aquático como em terrestre, é capaz de alterar parâmetros de estado oxidativo, epigenéticos e inflamatórios em sangue periférico de pacientes com DMT2. / The aim of this study was to analyze the effects of aerobic training periodization performed in aquatic or dry land environment on oxidative stress, inflammatory and epigenetic parameters in blood of subjects with type 2 diabetes mellitus (T2DM). Sedentary patients (55-64 years) diagnosed with T2DM with no regular physical activity were allocated in a water group or a dry land group through a blinded randomization. The exercise programs consisted in aerobic interval training sessions three times a week during 12 weeks involving deep-water walking or running in swimming pool with a life vest (water group) or walking or running on a track (land group). The intensities were determined by individual second ventilatory threshold, obtained through maximal effort test, performed in their specific training environment. Our protocol consists of a periodised training with four mesocycles of three weeks each during 3 months. The effects of first and last sessions, as well as, of 12 weeks training (without any effect of acute exercise) were investigated. Firstly, we evaluated several oxidative state parameters, specifically the reactive species content, the lipid peroxidation through the 8-isoprostane levels and the fluorescent substances formation, the protein damage by the content of tryptophan and tyrosine residues. Moreover, the total antioxidant capacity (TRAP) was evaluated, as well as the antioxidant enzyme activities, namely glutathione peroxidase (GPX), superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT). There were decreases in the reactive species and isoprostane levels after the first and the last exercise session, indicating an acute effect of exercise even in trained subjects. The exercise reduced antioxidant enzyme activities without any effect on TRAP values. Interestingly, there were no significant differences between land group and water groups. Yet, it was studied the effect of our exercise protocol on blood global HDAC activity and cytokines, interleukin 6 (IL6), interleukin 1β (IL1β) and interleukin 10 (IL10), levels in type 2 diabetes patients. After 12 weeks of training in both environments, we observed an increase in IL-10, an anti-inflammatory cytokine. Interestingly, the HDAC enzyme global activity increased acutely after first and last exercise session and there was a decrease after 12 weeks of training in both water and land groups. The results suggest that the periodization exercise performed in water and dry land environments is able to improve oxidative status, inflammatory and epigenetic parameters in subjects with type 2 diabetes.

Com o aumento da expectativa de vida, estima-se um aumento na incidência de doenças neurodegenerativas, como a Doença de Alzheimer (DA). Vários processos fisiopatológicos interligados estão envolvidos tanto no processo do envelhecimento, quanto na etiologia das desordens neurodegenerativas, como por exemplo, o estresse oxidativo e a neuroinflamação. Têm sido descrito que mecanismos epigenéticos podem estar relacionados com o processo de envelhecimento, ocasionando modificações na expressão gênica em diferentes regiões do cérebro, como por exemplo, a acetilação de histonas que é responsável em parte, pela transcrição gênica, sendo esse processo controlado por duas enzimas, a histona acetiltransferase (HAT) e a histona desacetilase (HDAC). A HAT é responsável por ocasionar um relaxamento da cromatina e com isso uma maior acessibilidade para o processo de transcrição gênica enquanto que a HDAC causa uma maior compactação da cromatina, resultando uma supressão na transcrição gênica. Considerando o papel da acetilação de histonas no processo de envelhecimento, em especial em doenças neurodegenerativas, tem sido sugerido o uso de estratégias que aumentem a acetilação com finalidade neuroprotetora como, por exemplo, o uso de inibidores de HDAC. Diversos estudos demonstram que os inibidores da HDAC são capazes de melhorar as funções cognitivas e a formação de memória. Nesse contexto, a curcumina, um composto polifenólico encontrado no açafrão (Curcuma longa) tem demonstrado ser capaz de atuar sobre os mecanismos epigenéticos, sendo sugerido como um potente inibidor da HDAC. Assim, o objetivo desse trabalho foi investigar o tratamento agudo com extrato etanólico de Curcuma longa sobre a atividade da enzima histona desacetilase em estruturas cerebrais, hipocampo e córtex frontal, de ratos Wistar. Ratos Wistar machos adultos (3 e 20 meses de idade) foram aleatoriamente distribuídos nos seguintes grupos: salina, veículo (DMSO), extrato etanólico de Curcuma longa 10mg/Kg e 50mg/Kg. A atividade da histona desacetilase (HDAC) foi mensurada após 2 e 18 horas da administração, utilizando kit de ELISA específico. A ANOVA de três vias indicou um efeito do tempo (F(1,71)=4.238,p=0.044) após a administração do extrato etanólico de Curcuma longa e um efeito da idade em hipocampos (F(1,71) =10.430, p=0.002), ou seja, animais com 20 meses apresentaram atividade maior da HDAC quando comparados com os animais de 3 meses de idade. Em córtex frontal, a ANOVA de três vias indicou um efeito da idade (F(1,75)=4.438,p=0.039) e uma interação entre idade e tempo (F(1,75)=1.765,p=0.001). Em ambas as estruturas analisadas, não houve efeito da administração com extrato de Curcuma longa. Nossos resultados demonstram que a atividade da histona desacetilase foi aumentada em ambas as estruturas testadas de ratos com 20 meses de idade, sugerindo que no processo de envelhecimento cerebral ocorra uma redução na acetilação de histonas, o que pode reduzir a transcrição gênica. Além disso, a atividade da HDAC parece ser influenciada pelo ritmo circadiano, uma vez que houve um efeito do tempo nos níveis da atividade da HDAC em ambas as estruturas analisadas. A atividade da HDAC foi maior no tempo de 18 horas (correspondendo ao período da manhã) quando comparado ao tempo de 2 horas, que corresponde ao turno da tarde, este dado pode estar relacionado à cronobiologia, onde a organização circadiana permite que o organismo mantenha a homeostase em resposta a variações diárias decorrentes do ambiente externo e do próprio organismo. Cabe descrever que os ratos Wistar são notívagos, onde o período da manhã é o início do período de sono; assim poderíamos sugerir uma redução da acetilação e consequentemente uma redução na expressão gênica nesse período. / With the increase of life expectancy, an increase in the incidence of neurodegenerative diseases, for example, the Alzheimer‟s disease (AD),is estimated. Several interconnected pathophysiological processes are involved both in the aging process and neurodegenerative diseases, oxidative stress and neuroinflammation. It has been described that epigenetic alterations may be related to the aging process, causing changes in gene expression in different regions of the brain, such as, histone acetylation (HAT), and histones deacetylases (HDAT). The HAT is responsible for causing a relaxation of chromatin and, thus, a better accessibility to the process of gene transcription, while HDAC causes further compactation of chromatin, resulting in gene transcription suppression. Considering the role of histone acetylation in the aging process, especially in neurodegenerative diseases, it has been suggested the use of strategies to increase the acetylation with neuroprotective purposes, such as, for example, the use of HDAC inhibitors. Several studies have shown that HDAC inhibitors are capable of improving the cognitive functions and memory formation. In this context, curcumin, a polyphenolic compound found in turmeric (Curcuma longa) has been shown to be capable of acting on epigenetic mechanisms, being suggested as potent inhibitor of HDAC. The aim of this work was to investigate the effect of acute treatment with ethanol extract of Curcuma longa on the activity of histone deacetylases enzymes in brain structures, hippocampus and frontal cortex of Wistar rats. Male Wistar rats (3 and 20 months old) were randomly distributed into four groups: saline, vehicle (DMSO), Curcuma longa ethanol extract (10mg/kg and 50mg/Kg.) The histone deacetylase (HDAC) activity was measured 2 and 18 hours after administration, using specific ELISA kit. The three-way ANOVA showed a time effect (F(1,71)=4.238,p=0.044) after the administration of Curcuma longa ethanol extract and an age effect in hippocampus (F(1,71)=10.430,p=0.002), that is, 20-months Wistar rats presented a higher HDAC activity when compared to 3-months Wistar rats. In frontal cortex, the three-way ANOVA showed an age effect (F(1,75)=4.438,p=0.039) and an interaction between age and time (F(1,75)=1.765,p=0.001). In both structures, there was no effect of Curcuma longa extract administration. Our results show that the activity of histone deacetylase was increased in both structures of 20-months Wistar rats, suggesting that in the brain aging process it occurs a reduction in histone acetylation, which can reduce gene transcription. Furthermore, as there was a time effect on the levels of HDAC activity in both analyzed structures, the HDAC activity may be influenced by the circadian rhythm. The HDAC activity was higher in 18 – hour period (corresponding to the morning period) as compared to 2 - hour period (corresponding to the afternoon period). This finding may be related to chronobiology, in which the circadian organization allows the body to maintain homeostasis in response to daily changes arising from the external environment and the body itself. It is important to highlight that Wistar rats are nocturnal creatures, having the morning as the beginning of the sleep period. So, they can present a reduction in acetylation and a consequent reduction in gene expression during this period.

O objetivo do presente estudo foi analisar o efeito do treinamento aeróbico periodizado realizado em ambientes aquático ou terrestre sobre parâmetros de estado oxidativo, inflamatórios e epigenéticos em sangue periférico de sujeitos adultos com diabetes mellitus tipo 2 (DMT2). Pacientes com DMT2 sedentários (55-64 anos de idade) randomizados foram alocados em dois grupos, um grupo realizou treinamento aeróbico aquático e outro grupo realizou treinamento aeróbico terrestre. Os programas de treinamento aeróbico intervalado foram realizados três vezes por semana com duração de 45 minutos cada sessão por 12 semanas, que consistiu em caminhada e/ou corrida em piscina funda realizada pelos indivíduos do grupo de exercícios aquáticos ou caminhada e/ou corrida em pista atlética realizada pelos indivíduos do grupo de treinamento terrestre. Os treinamentos em ambos os meios apresentaram uma periodização similar; as intensidades foram determinadas a partir do segundo limiar ventilatório (LV2) de cada indivíduo. O protocolo consistiu de quatro mesociclos com três semanas cada um, durante três meses. O sangue periférico foi coletado antes e imediatamente depois da primeira e da última sessão de exercício, assim foram avaliados os efeitos agudo da primeira sessão, agudo em indivíduos treinados, além do treinamento crônico. Foram avaliados parâmetros de estado oxidativo, por meio do conteúdo de espécies reativas, do dano aos lipídeos através do nível de 8-isoprostanos e formação de substâncias fluorescentes, assim como danos às proteínas a partir do conteúdo dos resíduos de triptofano e tirosina. Além disso, a capacidade antioxidante total (TRAP) foi avaliada, assim como a atividade de enzimas antioxidantes superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e a glutationa peroxidase (GPX). Ainda, foram avaliados parâmetros inflamatórios através dos níveis das interleucinas 6 (IL6), interleucina 1β (IL1β e interleucina 10 (IL10). Foi avaliada a atividade global da enzima histona desacetilase (HDAC). Houve uma diminuição do conteúdo das espécies reativas e do nível de isoprostanos após a primeira sessão de exercício, assim como após a última sessão de exercício, indicando um efeito agudo do exercício mesmo nos indivíduos treinados. Em relação à atividade das enzimas antioxidantes, ocorreu uma redução da atividade da GPX após as 12 semanas de treinamento e as atividades da SOD e da CAT diminuíram após a primeira sessão de exercício e após as 12 semanas de treinamento, sem nenhum efeito sobre o conteúdo das espécies reativas. Não houve diferença significativa entre os grupos água ou terra. Após 12 semanas de treinamento em ambos os ambientes, foi observado um aumento da IL-10, uma citocina anti-inflamatória. A atividade global da enzima HDAC aumentou agudamente após a primeira e última sessão de exercício, e ocorreu uma diminuição após as 12 semanas de treinamento tanto no grupo água como no grupo terra. Em relação aos outros parâmetros avaliados, não foram observadas diferenças significativas. A partir dos resultados obtidos, podemos sugerir que o treinamento periodizado, que respeita as características individuais, tanto em meio aquático como em terrestre, é capaz de alterar parâmetros de estado oxidativo, epigenéticos e inflamatórios em sangue periférico de pacientes com DMT2. / The aim of this study was to analyze the effects of aerobic training periodization performed in aquatic or dry land environment on oxidative stress, inflammatory and epigenetic parameters in blood of subjects with type 2 diabetes mellitus (T2DM). Sedentary patients (55-64 years) diagnosed with T2DM with no regular physical activity were allocated in a water group or a dry land group through a blinded randomization. The exercise programs consisted in aerobic interval training sessions three times a week during 12 weeks involving deep-water walking or running in swimming pool with a life vest (water group) or walking or running on a track (land group). The intensities were determined by individual second ventilatory threshold, obtained through maximal effort test, performed in their specific training environment. Our protocol consists of a periodised training with four mesocycles of three weeks each during 3 months. The effects of first and last sessions, as well as, of 12 weeks training (without any effect of acute exercise) were investigated. Firstly, we evaluated several oxidative state parameters, specifically the reactive species content, the lipid peroxidation through the 8-isoprostane levels and the fluorescent substances formation, the protein damage by the content of tryptophan and tyrosine residues. Moreover, the total antioxidant capacity (TRAP) was evaluated, as well as the antioxidant enzyme activities, namely glutathione peroxidase (GPX), superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT). There were decreases in the reactive species and isoprostane levels after the first and the last exercise session, indicating an acute effect of exercise even in trained subjects. The exercise reduced antioxidant enzyme activities without any effect on TRAP values. Interestingly, there were no significant differences between land group and water groups. Yet, it was studied the effect of our exercise protocol on blood global HDAC activity and cytokines, interleukin 6 (IL6), interleukin 1β (IL1β) and interleukin 10 (IL10), levels in type 2 diabetes patients. After 12 weeks of training in both environments, we observed an increase in IL-10, an anti-inflammatory cytokine. Interestingly, the HDAC enzyme global activity increased acutely after first and last exercise session and there was a decrease after 12 weeks of training in both water and land groups. The results suggest that the periodization exercise performed in water and dry land environments is able to improve oxidative status, inflammatory and epigenetic parameters in subjects with type 2 diabetes.

A N-acetilglicosamina 6-fosfato desacetilase (EC 3.5.1.25), uma enzima envolvida na via catabólica de açucares aminados da Escherichia coli, foi cristalizada pela técnica de difusão de vapor utilizando-se fosfato como agente precipitante. Experimentos de difração de raios-X mostraram que os cristais pertencem ao sistema cristalino ortorrômbico com grupo espacial P21212. Os parâmetros de cela são a=82,09(2) Å, b=114,50(1) Å e c=80,17(1) Å. Os cristais difrataram a uma resolução máxima de 1,8 Å e um conjunto de dados foi coletado até 2.0 Å. O conteúdo da unidade assimétrica provavelmente é um dímero, produzindo um coeficiente de Matthews de 2,30 Å3 Da-1 / N-acetylglucosamine 6-phosphate deacetylase (EC 3.5.1.25), an enzyme involved in amino sugar catabolismo from Escherichia coli has been crystallized by the vapor diffusion technique using phosphate as precipitant. X-ray diffraction experiments show the crystals to belong to the orthorhombic crystals system with space group P21212. The unit cell parameters are a=82,09(2) Å, b=114,50(1) Å e c=80,17(1) Å. The crystals diffract to a maximum resolution of 1.8 Å and a initial dataset was collected to 2.0 Å. The asymmetric unit content is likely to be a dimer, yielding a Matthews coefficient of 2.30 Å3 Da-1

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