Estudamos a homeostase energética no cérebro (córtex cerebral, estriado e hipocampo) e tecidos periféricos (coração e músculo esquelético) de camundongos selvagens (WT) e nocaute para a enzima glutaril-CoA desidrogenase (Gcdh-/-), modelo animal genético para estudo da acidemia glutárica tipo I (AG I), com 15 e 30 dias de vida. Esses animais também foram submetidos a uma sobrecarga de lisina através de uma injeção intraperitoneal (8 μmol/g) desse aminoácido ou de uma dieta rica em lisina (4,7 %) por 60 horas. Os parâmetros da homeostase energética analisados foram as atividades dos complexos I-III, II, II-III e IV da cadeia respiratória, das enzimas do ciclo do ácido cítrico (CAC) citrato sintase (CS), aconitase, isocitrato desidrogenase (IDH), α- cetoglutarato desidrogenase, sucinato desidrogenase e malato desidrogenase, da creatina quinase (CK) e da Na+, K+ - ATPase, bem como a liberação de lactato, os parâmetros respiratórios mitocondriais estados 3 e 4, razão de controle respiratório e o estado desacoplado, além do potencial de membrana mitocondrial na presença ou ausência de Ca2+. Estudos histológicos também foram conduzidos no córtex cerebral e estriado dos camundongos WT e Gcdh-/- de 30, 60 e 90 dias de vida submetidos por um pequeno (60 horas) ou longo (30 dias) período com dieta com alta concentração de lisina (4,7 %). Verificamos leves alterações nas atividades dos complexos da cadeia respiratória no cérebro, coração e músculo esquelético dos animais Gcdh-/- quando comparados aos WT com 15 e 30 dias de vida. Além disso, demonstramos uma diminuição significativa das atividades da CS e IDH em preparações mitocondriais de estriado de camundongos Gcdh-/- submetidos a uma sobrecarga de lisina associada a um pequeno aumento na liberação de lactato. No entanto, não encontramos alterações nos parâmetros respiratórios e no potencial de membrana em mitocôndrias de estriado dos camundongos Gcdh-/-quando comparados aos WT. Por outro lado, as atividades da Na+, K+-ATPase (cérebro) e CK (cérebro e músculo esquelético) foram significativamente menores em camundongos Gcdh-/- com 15 dias de vida quando submetidos a uma injeção intraperitoneal de lisina. Além disso, encontramos uma redução na atividade da Na+, K+-ATPase associada com uma diminuição da sua expressão em córtex cerebral, mas não em estriado e hipocampo, de camundongos Gcdh-/- com 30 dias de vida submetidos ou não a uma dieta rica em lisina. Finalmente, a análise histológica revelou a presença de vacúolos no córtex cerebral dos camundongos Gcdh-/- com 60 e 90 dias de vida, bem como no estriado dos animais Gcdh-/- com 90 dias de vida que foram alimentados com uma dieta rica em lisina por 30 dias. Concluindo, presumimos que uma redução das atividades da Na+, K+-ATPase e CK possa contribuir para o dano neurológico encontrado nos camundongos Gcdh-/- e possivelmente nos pacientes com AG I. / We studied energy homeostasis in the brain (cerebral cortex, striatum and hippocampus) and peripheral tissues (heart and skeletal muscle) from 15 and 30- day-old wild type (WT) and glutaryl-CoA dehydrogenase deficient (Gcdh-/-) mice, which is a genetic animal model to study glutaric academia type I (GA I). These animals were also submitted to lysine overload through an intraperitoneal injection (8 μmol/g) of this amino acid or supplementing the mice with a high lysine (4.7 %) diet for 60 hours. The energy homeostasis parameters evaluated were the activities of the respiratory chain complexes I-III, II, II-III and IV, of the citric acid cycle (CAC) enzymes citrate synthase (CS), aconitase, isocitrate dehydrogenase (IDH), α-ketoglutarate dehydrogenase, succinate dehydrogenase and malate dehydrogenase, creatine kinase (CK) and Na+, K+ - ATPase, as well as the lactate release, the mitochondrial respiratory parameters states 3 and 4, respiratory control ratio and uncoupled state, besides the mitochondrial membrane potential in the presence or absence of Ca2+. Histological studies were also conducted in the cerebral cortex and striatum from 30, 60 and 90-day-old WT and Gcdh-/- mice submitted for a short (60 hours) or long (30 days) period to a high lysine (4.7 %) diet. We verified mild alterations in the respiratory chain activity in the brain, heart and skeletal muscle from Gcdh-/- animals when compared to 15 and 30-day-old WT mice. Furthermore, we demonstrated a reduction in the activities of CS and IDH in striatum mitochondrial preparations from Gcdh-/- mice submitted to a lysine overload associated with a mild increase of lactate release. However, we did not find alterations in the respiratory parameters and membrane potential in striatum mitochondria from Gcdh-/- mice when compared to WT. On the other hand, the activities of Na+, K+-ATPase (brain) and CK (brain and skeletal muscle) were significantly reduced in 15-day-old Gcdh-/- mice when received an intraperitoneal injection of lysine. Moreover, a reduction in the Na+, K+-ATPase activity associated with a diminution of its expression was observed in the cerebral cortex, but not in striatum and hippocampus, from 30-day-old Gcdh-/- mice submitted or not to a high lysine diet. Finally, the histological analyses revealed the presence of vacuoles in the cerebral cortex from 60 and 90-day-old Gcdh-/- mice, as well as in the striatum from 90-day-old Gcdh-/- animals that were fed a high Lys chow for 30 days. In conclusion, we presume that a reduction in the activities of Na+, K+- ATPase and CK may contribute to the brain damage found in Gcdh-/- mice and possibly in GA I patients.

Submitted by Eduardo Barros de Almeida Silva (eduardo.philippe@ufpe.br) on 2015-04-17T13:01:25Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese Priscila Passos.pdf: 7509470 bytes, checksum: 1253d67d14461c7836cc76a2a0b36066 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-17T13:01:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese Priscila Passos.pdf: 7509470 bytes, checksum: 1253d67d14461c7836cc76a2a0b36066 (MD5) Previous issue date: 2013 / CNPq; CAPES; FACEPE / Anemia Falciforme (AF) é uma doença monogênica grave e reflete a expressão clínica da homozigose do gene da hemoglobina falciforme (HbS), promovendo deformabilidadade na membrana do eritrócito, deixando-a em forma de foice. Estas alterações físicas da membrana podem estar relacionadas a modificações na sua composição lipídica. Pacientes com AF podem divergir quanto à sintomatologia e evolução da doença, caracterizando dois subfenótipos na expressão da doença falciforme: vaso-oclusivo (VO) e anemia hemolítica (AH). O objetivo deste estudo foi investigar alterações do metabolismo lipídico em pacientes com anemia falciforme relacionadas aos subfenótipos clínicos. Foram coletadas amostras de sangue de 13 indivíduos saudáveis e 51 pacientes com anemia falciforme, 23 com AH, 15 com VO e 13 com sobreposição (SP) de fenótipos. Foram determinados eletrólitos, glicose de jejum, perfil lipídico, funções renal e hepática. Colesterol de membrana eritrocitária foi avaliado por método enzimático. Fosfolipídios de plasma e de eritrócitos foram avaliados conforme Bartllet (1956), após terem sido isolados por cromatografia em camada delgada. LDL oxidada foi determinada através de ELISA e alelos da Apolipoproteína E (Apo E) foram detectados por PCR/RFLP. Tempo de hemólise foi avaliado conforme o teste de permeabilidade ao glicerol. Elasticidade do eritrócito e fragilidade osmótica também foram investigadas. O grupo com VO apresentou menores valores de colesterol e de lisofosfatidilcolina na membrana e menores níveis de fosfolipídios totais no plasma. Somente os indivíduos AH estiveram relacionados com diminuições das concentrações de fosfatidiletanolamina em eritrócitos. AF demonstrou promover um maior aumento no tempo de hemólise (SP > AH > VO), correlacionandose positivamente com os níveis de colesterol da membrana. Pacientes com AF apresentaram menor elasticidade quando comparado aos controles, entretanto não foram observadas diferenças significativas entre os subfenótipos da AF. Pacientes com AF e portadores de alelo ε4 da Apo E apresentaram uma maior redução nos níveis de colesterol plasmático associada a uma elevação de suas concentrações na membrana eritrocitária. Alelo ε4 também esteve relacionado a menores valores plasmáticos das apolipoproteínas A-I e B, com aumento de LDL oxidada. Lisofosfatidilcolina, esfingomielina e fosfatidilserina tiveram suas concentrações elevadas em pacientes com AF na presença do alelo ε4. Fosfatidilserina correlacionou-se negativamente com os valores plasmáticos da Desidrogenase Láctica, em pacientes com alelo ε4, demonstrando uma maior participação deste fosfolipídio na influência sobre as propriedades físico-químicas desta enzima na presença do alelo ε4. Os resultados indicam que nesta população de pacientes estudados, a expressão de AF em seus subfenótipos está intrinsecamente relacionada a alterações divergentes no metabolismo lipídico, além de sofrer influência do polimorfismo da Apo E. Este é o primeiro estudo a demonstrar e investigar o subfenótipo sobreposição, assim como as alterações no metabolismo lipídico na anemia falciforme em pacientes portadores de subfenótipos VO ou AH, contribuindo para a caracterização detalhada da fisiopatologia dessa doença hematológica e das alterações metabólicas que as acompanham. O estudo permitiu conhecer maiores detalhes do metabolismo lipídico da AF, decifrando dados bioquímicos até então pouco explorados, que podem esclarecer alterações laboratoriais específicas com claras repercussões clínicas nos indivíduos acometidos.

Sickle cell anemia is a disorder of genetic hemoglobin more common around the world, characterized by the presence of abnormal hemoglobin S. The phenomena of vaso-occlusion and anemia characteristics cause tissue damage leading to organ damage, including the kidneys. The various types of renal abnormalities occur primarily in the renal medulla. Clinical manifestations of sickle cell nephropathy start early, often before one year of age with glomerular hyperfiltration, hyposthenuria, renal tubular acidosis distal and, over time, increase in albuminuria. The lactate dehydrogenase (LDH) is considered a useful marker of hemolysis and its levels are very high in the presence of intravascular hemolysis, as indicated by some authors as associated with various complications related to hemolysis, including renal complications. In order to identify laboratory variables associated with renal injury in patients with sickle cell anemia, a cross-sectional study was conducted in children, teenagers and young adults treated in the hematology ward of the HU-UFS, from October 2010 to June 2011. Laboratory tests were performed in 124 patients with sickle cell anemia, mean age 13.3 + 6.4 years (2 - 32 years), 56.5 % were male. There was a frequency of microalbuminuria and proteinuria 19.4 % and 18.5% respectively. The frequency of glomerular hyperfiltration was 63.7 %. Elevation of LDH occurred in 95 % of patients and correlated positively with microalbuminuria, with percentages of reticulocytes and inversely with average rates of hemoglobin. Although univariate analysis revealed a significant positive correlation between the levels of LDH and microalbuminuria, these values were not significantly different between patients with or without microalbuminuria, suggesting that the association with renal injury is not specific, since it was also associated with markers of hemolysis. It is concluded that, levels of LDH present variability independently of microalbuminuria, because LDH levels were not able to distinguish patients with and without microalbuminuria. / A Anemia Falciforme é uma desordem da hemoglobina de caráter genético, mais comum em todo o mundo, caracterizada pela presença da hemoglobina anormal S. Os fenômenos de vaso-oclusão e anemia característicos da doença causam danos aos tecidos levando à lesão de órgãos, entre eles os rins. Os vários tipos de anormalidades renais ocorrem principalmente na medula renal. Manifestações clínicas de nefropatia falciforme começam cedo, muitas vezes antes de um ano de idade com hiperfiltração glomerular, hipostenúria, acidose tubular renal distal e, ao longo do tempo, aumento de albuminúria. A desidrogenase láctica (DHL) é considerada um marcador útil de hemólise e seus níveis encontram-se bastante elevados na presença de hemólise intravascular, sendo apontada por alguns autores como associadas a várias complicações relacionadas à hemólise, inclusive complicações renais. Com o objetivo de identificar variáveis laboratoriais associadas à lesão renal em portadores de anemia falciforme, foi realizado um estudo transversal em crianças, adolescentes e jovens adultos, atendidos no ambulatório de hematologia do HU-UFS, no período de outubro de 2010 a junho de 2011. Exames laboratoriais foram realizados em 124 pacientes com anemia falciforme, idade média de 13,3 + 6,4 anos (2 a 32 anos), 56,5 % do sexo masculino. Observou-se uma frequência de microalbuminúria e proteinúria de 19,4 % e 18,5 % respectivamente. A frequência de hiperfiltração glomerular foi de 63,7 %. Elevação de DHL ocorreu em 95 % dos pacientes e correlacionou-se positivamente com a microalbuminúria, com a contagem de reticulócitos e inversamente com taxas médias de hemoglobina. Apesar de a análise univariada revelar uma correlação positiva significativa entre os níveis de DHL e microalbuminúria, estes valores não foram significativamente diferentes entre os pacientes com ou sem de microalbuminúria, sugerindo que a associação com lesão renal não é específica, uma vez que houve também associação com marcadores de hemólise. Conclui-se que, níveis de DHL apresentam variabilidade de forma independente da microalbuminúria, pois níveis de DHL não foram capazes de discriminar pacientes com ou sem microalbuminúria.

Para a bioeletrocatálise de oxidação de etanol, a alteração da superfície eletródica e a otimização do processo de imobilização enzimática se fazem necessárias. Neste cenário, as fibras flexíveis de carbono (FFC) merecem destaque, pois além de sua superfície ser facilmente modificada devido à presença de carbono sp2, as mesmas possuem alta resistência mecânica e elasticidade, combinadas com a alta condutividade elétrica e térmica. Nesta tese de doutorado, apresenta-se como obter bioeletrodos de FFC modificadas com a enzima álcool desidrogenase (ADH) NAD-dependente, visando também aprimorar a oxidação da coenzima NADH (dinucleotídeo de nicotinamida e adenina). Os resultados mostram que quando as FCF são previamente submetidas a um tratamento oxidativo em meio ácido (KMnO4/H2SO4), obtém-se bioeletrodos estáveis, robustos e com alta área superficial. Além disso, observou-se que esses eletrodos possuem grupos funcionais contendo oxigênio que auxiliam na bioeletrocatálise de oxidação do etanol. Presume-se que presença de grupos quinonas seja responsável por facilitar a regeneração da coenzima, ou seja, estes grupos atuam decisivamente na oxidação do NADH. A alta qualidade dos bioeletrodos possibilitou manter a atividade catalítica da ADH por longo prazo, propriedade essa crucial para o estudo da oxidação do etanol acoplada à espectrometria de massas (DEMS). Devido a este estudo, foi possível observar concomitantemente a regeneração da coenzima (NADH -> NAD+) e a geração de acetaldeído como produto de bioeletroxidação do etanol, ambos em estado estacionário. Em suma, o estudo aqui apresentado introduz uma abordagem que combina não só o desenvolvimento de fibras de carbono tratadas quimicamente para aplicação em bioeletrocatálise, mas também um foco inédito no acoplamento entre a espectrometria de massas e a bioeletroquímica para a resolução de mecanismos enzimáticos. / Regarding the bioelectrocatalysis of the ethanol oxidation, the electrodic surface modification and the optimization of enzymatic immobilization are necessary. In this scenario, the flexible carbon fibers (FCF) are noteworthy, because besides their surface can be modified in an easy way due the presence of carbon sp2, they have high mechanical resistance and elasticity, combined with high electrical and thermal conductivity. In this doctoral thesis, it is presented how to obtain bioelectrodes of FFC modified with the enzyme alcohol dehydrogenase (ADH) NAD-dependent, as well as to improve the oxidation of the coenzyme NADH (nicotinamide adenine dinucleotide). The results show that when FCF is previously submitted to an oxidative treatment in acidic medium (KMnO4/H2SO4), stable, robust and high surface area bioelectrodes are obtained. In addition, it was observed that these electrodes have oxygen-containing functional groups that improve the bioelectrocatalysis of ethanol oxidation. There is proposed that the presence of quinone groups is responsible for facilitating the regeneration of the coenzyme, i. e., these groups act decisively in the oxidation of NADH. The high quality of the bioelectrodes allowed it to maintain the catalytic activity of the ADH for long term, property crucial for the study of the oxidation of ethanol coupled to mass spectrometry (DEMS). By using DEMS, there were possible to observe coenzyme regeneration and the generation of acetaldehyde as a bioelectrooxidation product of ethanol, both at steady state, which were simultaneously observed. In summary, the present study introduces an to an approach that combines not only the development of chemically treated carbon fibers for application in bioelectrocatalysis, but also an unprecedented focus on the coupling between mass spectrometry and bioelectrochemistry for the resolution of enzymatic mechanisms.

O protozoário flagelado Giardia duodenalis é um parasito intestinal que pode infectar uma ampla variedade de mamíferos, incluindo os humanos e os animais domésticos e selvagens. Devido à carência de informações a respeito da caracterização molecular de amostras de Giardia spp. no Brasil, o presente estudo teve como objetivo analisar 113 amostras de fezes positivas para Giardia spp. de origem humana e animal. Um segmento do gene que codifica a enzima glutamato desidrogenase (gdh) dos isolados provenientes de 37 humanos, 31 cães, 20 gatos, 12 bugios, cinco bezerros, três chinchilas, duas avestruzes, dois cachorros-do-mato e uma onça-pintada foi amplificado e seqüenciado. A análise da seqüência de nucleotídeos do gene gdh mostrou que estes isolados foram divididos em seis linhagens genéticas principais (Assemblages A, B, C, D, E, F). O genótipo AII foi identificado apenas nas amostras de humanos, enquanto o genótipo AI foi detectado nos isolados de origem animal (gato, bezerro, onça-pintada). Os isolados de Giardia spp. provenientes dos humanos, bugios, chinchilas e avestruzes foram caracterizados como pertencente ao genótipo BIV. Entretanto, os demais Assemblages foram identificados apenas em um grupo específico de hospedeiros. Assemblage C e D foram encontrados nas amostras de cães e cachorros-do-mato, Assemblage F nas amostras de gatos e Assemblage E nas amostras de bezerros. A caracterização molecular das amostras de Giardia spp. gera uma importante contribuição para o conhecimento da especificidade de hospedeiro dos diferentes genótipos. / The flagellated protozoan Giardia duodenalis is an intestinal parasite that can infect a broad variety of mammalian hosts, including humans and domestic and wild animals. Due the lack of information about the molecular characterization of Giardia spp. in Brazil, this study aimed to analyse 113 stool samples from human and animals, all positive to Giardia spp. A segment of the glutamate dehydrogenase gene (gdh) of isolates from 37 humans, 31 dogs, 20 cats, five calves, 12 wild monkeys, three chinchilas, two ostrichs, two crab-eating-foxes and one jaguar was amplified and sequenced. Nucleotide sequences analysis of gdh gene showed that these isolates could be divided into six main genetic lineage (Assemblages A, B, C, D, E, F). The genotype AII was identified only in human isolates, whereas genotype AI was detected in a variety of animals (cat, calf, jaguar). In adition, Giardia spp. isolates recovered from human, wild monkeys, chinchila and ostrichs were characterized as genotype BIV. However the other Assemblages identified were confined to restrict host species. Assemblages C and D were found in isolates from dogs and crab-eating-foxes, Assemblage F from cats and Assemblage E from calves. The molecular characterisation of Giardia spp. isolates has made a major contribution to our understanding of the host specificity of different genotypes.

As atividades enzimáticas e isoenzimáticas da CK e da LD foram determinadas nos tecidos gástricos neoplásico e da margem de ressecção e no soro de indivíduos com adenocarcinoma de estômago, submetidos à gastrectomia. O tecido gástrico neoplásico aapresentou índices CKBB/Cktotal e LD5/LD1, bem como atividade da LD5, superiores aos da margem de ressecção correspondente. No pré-operatório, os indivíduos estudados apresentaram elevação da atividade sérica da CK BB (100%) e da CK MB (69%). Este fato, possivelmente, resultou da liberação dessas isoenzimas pelo próprio neoplasma ou, também pelo tecido normal adjacente. As atividades séricas das isoenzimas da LD apresentaram-se dentro dos valores de referência, nesse período. Após a gastrectomia, houve aumento significativo das atividades isoenzimáticas séricas da CK e da LD relação àquelas do pré-operatório, notadamente, no 1º período pós-operatório. Tais alterações foram atribuídas à liberação dessas isoenzimas pelos tecidos lesados durante o ato cirúrgico. / Abstract not available

Orientador: Artur Torres Cordeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T07:11:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ranzani_AmericoTavares_M.pdf: 3887425 bytes, checksum: 3ae590890f0f321ec227cb9c0967c6de (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Tripanossomíases são enfermidades associadas à infecção por protozoários do gênero Trypanosoma. Estas doenças são normalmente tratadas com medicamentos de alta toxicidade e baixa eficiência. A pesquisa de novos compostos que atuem de maneira específica contra alvos metabólicos pré-estabelecidos pode levar ao desenvolvimento de fármacos mais eficientes no tratamento destas enfermidades. A enzima glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PD) é um alvo metabólico validado experimentalmente em Trypanosoma brucei. A G6PD catalisa o primeiro passo da via de síntese de pentoses que supre a célula com ribose-5-fosfato para síntese de bases nitrogenadas e NADPH para biosíntese de lípideos, colesterol e neutralização de espécies reativas de oxigênio. O esteróide desidroepiandrosterona (DHEA) e seus análogos são conhecidos inibidores incompetitivos da enzima humana e recentemente foram caracterizados também como potentes inibidores da G6PD de T. brucei e T. cruzi. Estes esteróides também apresentam efeito citotóxico à forma sanguínea de T. brucei e à forma epimastigota de T. cruzi. Em conjunto, estes resultados sugerem que esteróides análogos do DHEA devam ser explorados como uma nova classe de fármacos antiparasitários. Apesar de já haver estruturas da enzima, o sítio de ligação destes esteróides não é conhecido, informação que ajudaria no desenho racional de novos inibidores. Assim, este projeto teve como objetivo principal a identificação do sítio de inibição por cristalografia. Conseguiu-se estabelecer um protocolo de expressão, purificação e cristalização para a G6PD humana. Testou-se a co-cristalização, seeding e soaking com os esteróides DHEA, epiandrosterona (EA) e 16-bromo-epiandrosterona (16BrEA) com os substratos da enzima, além de outros complexos com frutose-6-fosfato, glucosamina-6-fosfato e NADPH. Na tentativa de diminuir a atividade da enzima para facilitar a cristalização com os substratos e os esteróides, fez-se o mutante D200N, que além de ser menos ativo, também apresentou uma menor inibição pelos esteróides. A enzima humana se apresenta como um equilíbrio de dímero e tetrâmero, não se sabendo a influência destes estados na atividade da enzima. Assim, para favorecer somente um estado oligomérico, foram avaliadas mutações na interface do tetrâmero. A mutação A277C permite a formação de uma ponte dissulfeto com a C294, estabilizando o tetrâmero. A mutação E347A é capaz de desestabilizar o tetrâmero, favorecendo a forma dimérica. Embora não tenha sido possível obter a estrutura da enzima com os esteróides, conseguiu-se pela primeira vez apontar para um resíduo importante para a inibição, o que abre oportunidade para investigações futuras que podem levar à descrição do sítio de inibição / Abstract: Trypanosomiases are infectious diseases caused by protozoan parasites from genus Trypanosoma. Such diseases are currently treated with low effective and highly toxic drugs. The research of novel compounds which inhibits validated metabolic targets might lead to the development of more efficient drugs to such neglected diseases. The enzyme glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) was experimentally validated as a metabolic target in T. brucei bloodstream form. G6PD catalyzes the first step of the pentose phosphate pathway (PPP), which supplies the cell with ribose-5-phosphate for synthesis of nucleotides and NADPH for biosynthesis of lipids, cholesterol and detoxification of reactive oxygen species. The steroid Dehydroepiandrosterone (DHEA) and analogues are known uncompetitive inhibitors of the human G6PD and recently they were also characterized as potent inhibitors of T. brucei and T. cruzi G6PD. It was also demonstrated that these steroids are toxic to cultured T. brucei bloodstream form and T. cruzi epimastigote form. Together these results suggest that DHEA derivatives must be explored as a novel anti-parasite drug class. Although the structure of the enzyme is solved, the binding site of these steroids is unknown, information that would help in the rational design of new inhibitors. So, the main goal of this project was the identification of the inhibition site by crystallography. It was established an expression, purification and crystallization protocol for the human G6PD. It was tried the co-crystallization, seeding and soaking of the steroids DHEA, epiandrosterone (EA) and 16-bromo-epiandrosterone (16BrEA) with the substrates of the enzyme, beyond other complexes with fructose-6-phosphate, glucosamine-6-phosphate and NADPH. Attempting to diminish the enzyme activity to facilitate the crystallization with the substrates and the steroids, it was made the mutant D200N, which not only is less active, but it's also less inhibited by the steroids. The human enzyme is in equilibrium between dimer and tetramer, being unknown the effect of these states to the enzyme activity. This way, to favor one oligomer state, it was assessed mutations at the tetramer interface. The mutation A277C allows the formation of a disulfide bond with the C294, stabilizing the tetramer. The mutation E347A is able to destabilize the tetramer, favoring the dimer. Although it was not possible to determine the structure of the enzyme with the steroids, for the first time it was shown the involvement of a residue in the steroid inhibition, which makes possible future investigations that can lead to the inhibition site description / Mestrado / Fármacos, Medicamentos e Insumos para Saúde / Mestre em Biociências e Tecnologia de Produtos Bioativos

A incidência do câncer de cabeça e pescoço (CCP) vem crescendo substancialmente nos últimos anos, inclusive no Brasil. Esse aumento está em parte relacionado com o consumo de álcool e tabaco, mas a susceptibilidade genética individual também deve ser considerada. O objetivo desse trabalho foi avaliar a freqüência de polimorfismos em genes que codificam as enzimas de metabolização do álcool em pacientes com câncer de cabeça e pescoço do Hospital Heliópolis da cidade de São Paulo, comparados com um grupo de pacientes do mesmo hospital, sem diagnóstico de câncer. Foram investigados polimorfismos genéticos das enzimas álcool desidrogenase (ADH1B Arg48His, ADH1B Arg370Cys, ADH1C Ile350Val) e do citocromo P450 (CYP2E1 PstI), pela técnica PCR-RFLP, em 451 indivíduos, sendo 207 pacientes com CCP (confirmados histopatologicamente, 184 homens e 23 mulheres, idade média 54,3 ± 7,8 anos) e 244 controles (225 homens e 19 mulheres, idade média 53,6 ± 9,3 anos). O hábito de fumar foi relatado por 80% dos pacientes com CCP e 50% dos controles o que aumentou mais de dez vezes o risco de câncer (OR=11,1; 95% IC; 4,89-25,19). Apenas 7% dos pacientes com CCP relataram nunca haver consumido álcool em comparação com 22,5% dos controles hábito que aumentou mais de quatro vezes o risco de CCP (OR=4,39 95% IC; 2,35-8,22). Verificou-se que o consumo diário acima de 30,655g/L/dia de álcool (72,5% dos pacientes com CCP e 35,2% dos controles) estava associado ao maior risco de CCP (Curva de ROC). A análise dos polimorfismos genéticos revelou que o genótipo mutado ADH1B Arg48His em homozigose ou heterozigose foi mais freqüente nos controles (12,7%) do que nos pacientes com CCP (5,8%) conferindo proteção à doença (OR=0,42; 95% IC; 0,21-0,85). Resultados similares foram observados para os indivíduos com os haplótipos ADH1B*2 (OR=0,41; 95% IC; 0,20-0,82) ou ADH1B*2/ADH1C*1 (OR=0,32; 95% IC; 0,13-0,79). Análise de regressão múltipla escalonada revelou que os indivíduos com o genótipo mutante ADH1B Arg48His que consomem quantidades de álcool inferiores a 30g/L/dia mantém o risco diminuído de CCP (OR=0,12; 95% IC; 0,03-0,52). Entretanto, quando o consumo diário de bebidas alcoólicas supera 30,655g/L/dia o risco de CCP é aumentado independente da presença (OR=4,42; 95% IC; 1,21-16,11).ou não do genótipo ADH1B Arg48His com o alelo mutado (OR= 3,01; 95% CI, 1,90-4,78). Conclusão: Os genótipos de metabolização rápida do álcool podem proteger contra o CCP quando a quantidade de álcool ingerida for menor que 30,655 g/l/dia. / Garcia, S.M.N. Alcohol metabolizing genes and the risk of head and neck cancer. 2009. Dissertação (Mestrado)- Faculdade de Medicina, Universidade de São Paulo, São Paulo. The incidence of head and neck cancer (HNC) has increased substantially in the last years, including in Brazil. This increase is associated to alcohol and tobacco consumption, but genetic susceptibility also should be considered. The aim of this study was to evaluate the frequency of the polymorphism in genes of alcohol metabolizing enzymes in patients with head and neck cancer (HNC) of the Heliópolis Hospital in São Paulo, compared with a group from the same hospital, without the diagnosis of cancer. The genetic polymorphisms of the alcohol desydrogenase enzyme (ADH1C Ile350Val, ADH1B Arg48His, ADH1B Arg370Cys) and of the P450 citochrome enzyme (CYP2E1 PstI) was investigated by PCR-RFLP, in 451 individuals, being 207 histopathologically confirmed HNC patients (184 male and 23 female, mean age 54,3 ± 7,8 years) and 244 controls (225 male and 19 female, mean age 53,6 ± 9,3 years) selected in the same hospital. The smoking habit was revealed by 80% of the patients with HNC and 50% of the controls, the difference between the groups increased the HNC risk more than ten times (OR=11.1; 95% IC; 4.89-25.19). Just 7% of the patients reported never alcohol use against 22.5% of the controls, increasing more than four times the risk of HNC (OR=4.39 95% IC; 2.35-8.22). The daily consumption of alcohol above 30.655g/L/day (72.5% of the patients with HNC and 35.2% of the controls) was associated with increased risk of the HNC. The analysis of the genetic polymorphisms revealed that the mutate genotype ADH1B Arg48His was more frequent in the controls (12.7%) than in the patients with HNC (5.8%) conferring protection to the disease (OR=0.42; 95% IC; 0.21-0.85). Similar results were observed for individuals with ADH1B*2 (OR=0.41; 95% CI; 0.20-0.82) or ADH1B*2/ADH1C*1 (OR=0.32; 95% CI; 0.13-0.79) haplotypes. Multiple regression analyses showed that the mutant genotype ADH1B Arg48His was associated to HNC protection for those that consumed alcohol lower than 30 g/l/day (OR=0.12; 95% IC; 0.03- 0.52).However, when the daily alcohol consumption exceeded 30.655g/L/day the HNC risk was higher in the presence (OR=4.42; 95% IC; 1.21-16.11) or not of the genotype ADH1B Arg48His with the mutate allele (OR= 3.01; 95% CI, 1.90-4.78).The fast alcohol metabolizing genotypes seams to prevent HNC when the amount of alcohol intake is lower than 30.655 g/L/day.

A Doença de Chagas, causada pelo parasito tripanossomatídeo Trypanosoma cruzi, é endêmica e se distribuí por toda América Latina. É uma das parasitoses mais negligenciadas pela indústria farmacêutica e os únicos fármacos disponíveis para seu tratamento foram introduzidos há décadas. Infelizmente, eles são ineficientes e apresentam sérios efeitos colaterais. Esse panorama mostra a necessidade do desenvolvimento de novos fármacos para a quimioterapia contra a doença de Chagas. As enzimas pertencentes a vias metabólicas essenciais para a sobrevivência do parasito tais como a via glicolítica e a de síntese de novo de nucleotídeos de pirimidinas, têm sido propostas como alvos interessantes no planejamento novos fármacos para o tratamento da doença de Chagas. Neste trabalho, as enzimas Gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (TcGAPDH) e a Diidroorotato desidrogenase (TcDHODH) de Trypanosoma cruzi foram estudadas como alvos para o planejamento de inibidores enzimáticos com propriedades físico-químicas e características estruturais similares à de compostos-líderes. Para isso, foram utilizados métodos e ferramentas de Quiminformática tanto baseadas nas estruturas dos ligantes (LBVS) quanto dos receptores (SBVS). Para a identificação e seleção de potenciais inibidores da enzima GAPDH, uma coleção virtual obtida do banco de dados ZINC, contendo aproximadamente 2,5 milhões de compostos, foi avaliada através de vários filtros de seleção com o objetivo de priorizar aqueles compostos mais interessantes do ponto de vista estrutural, de propriedades físico-químicas e farmacocinéticas. A aplicação desses filtros originou uma subcoleção de aproximadamente 450 mil estruturas que foram avaliadas segundo a complementaridade de interações com a estrutura da enzima através de métodos de docagem molecular. Com base nestes resultados, doze compostos que se mostraram promissores foram selecionados e adquiridos comercialmente para serem testadas in vitro contra a enzima TcGAPDH. Dos doze compostos testados, três exibiram afinidade (Ki) pela enzima em concentrações inferiores a 80 μM, Além disso, esses compostos também são caracterizados pelo baixo peso molecular (274 a 330 g mol-1) e no máximo 24 átomos diferentes do hidrogênio e, como consequência, apresentam eficiências do ligante entre 0,24 e 0,34 Kcal mol-1 átomo-1, o que os tornam ótimos candidatos à otimização molecular visando aumento da afinidade pelo alvo. Para a busca de inibidores da enzima TcDHODH, primeiramente foi realizada uma busca por cavidades na estrutura 3D do alvo para a identificação de regiões distintas do sítio catalítico e passíveis de serem exploradas no planejamento de ligantes. Através desta análise foi possível o estabelecimento de quatro novas regiões com forma, volume e localizações adequadas para acomodar pequenas moléculas capazes de modular a atividade da TcDHODH. Uma destas regiões, chamada S2, localizada sob a alça β4-αA e no canal de acesso dos substratos ao sítio ativo, foi escolhida para o planejamento baseado na estrutura do alvo. As estruturas de aproximadamente cem compostos derivados de pirimidinas, substituídos em posições estrategicamente definidas e selecionados através de buscas por subestruturas, foram docadas no sítio de interesse e nove compostos adquiridos e testados in vitro contra a enzima com o objetivo de validar as hipóteses estabelecidas inicialmente. Destes, cinco compostos mostraram potências (IC50) superiores à do produto de reação (inferior a 150 μM), Os resultados encontrados validaram as hipóteses geradas na primeira etapa e foram usados para direcionar a seleção de outras quinze novas moléculas através de um protocolo de docagem molecular com ajuste induzido. A avaliação in vitro desses compostos contra a enzima TcDHODH resultou na identificação de outros 11 compostos ativos, dos quais o mais potente exibiu afinidade pela enzima em concentração igual a 124 nM. Este composto possui eficiência do ligante igual a 0,56 Kcal mol-1 átomo-1 e pode ser considerado um fragmento molecular com excelentes características do ponto de vista do potencial para futuro desenvolvimento como agente terapêutico. Os resultados encontrados também evidenciaram a importância de determinadas características estruturais impressas nos inibidores da TcDHODH para a complementaridade com o novo sítio de interação identificado. Assim, novos compostos foram propostos para otimização molecular com o objetivo de melhorar afinidade e aumentar a diversidade de classes e, deste modo, ampliar o espectro de perfis farmacocinéticos para posteriores ensaios celulares e in vivo, Através da realização deste trabalho foi possível validar as estratégias adotadas na utilização dos métodos computacionais e também as hipóteses construídas a partir da aplicação dos mesmos. A taxa de acerto (TA) alcançada foi superior a 30% no planejamento de inibidores para ambos os alvos, ou seja, muito superiores às encontradas em experimentos de ensaio em massa. Deste modo, este estudo contribuiu com a proposição de novos esqueletos moleculares que podem ser usados como compostos-líderes no desenvolvimento de novos agentes tripanocidas focando nas enzimas TcGAPDH e TcDHODH como alvos. / Chagas\' disease, an endemic illness widely distributed throughout Latin America, is caused by the protozoa parasite Trypanosoma cruzi. It is one of the tropical diseases that are among the most neglected by the pharmaceutical industry, for which available treatments were launched more than 30 years ago. In addition, these drugs are ineffective and cause severe side effects to patients. This panorama shows the need for the development of new and more effective chemotherapeutic agents for the treatment of the disease. Enzymes belonging to metabolic pathways that are essential for the parasite survival such as the glycolysis and pyrimidine nucleotide biosynthesis have been proposed as attractive targets for the design of new drugs for the treatment of Chagas disease. In this work, the enzymes Gyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (TcGAPDH) and the Dihydroorotate dehydrogenase (TcDHODH) from Trypanosoma cruzi were studied as targets for the design of inhibitors with physicochemical properties and structural characteristics similar to lead-compounds. Methods in Cheminformatics within the Ligand- and Structure-based Virtual Screening (LBVS and SBVS, respectively) approaches were thoroughly employed as tools to identify new hits. For the selection and identification of potential inhibitors of the GAPDH enzyme, a compound database containing nearly 2.5 million of small molecules retrievable from ZINC was evaluated through several molecular filters aiming at prioritizing those compounds more interesting from the point of view of their structures, physicochemical and predicted ADME/Tox properties. The application of Filter originated a subcollection of approximately 450 thousand structures that were then scored according to their complementary interactions with the 3D structure of the enzyme through molecular docking. Based on docking results, twelve compounds that showed to be promising ligands were selected and commercially acquired for in vitro assays against the TcGAPDH. Of the twelve compounds evaluated in vitro, three exhibited affinity constants (Ki) at concentrations lower than 80 μM. Furthermore, the selected compounds are also characterized by the low molecular weight (274 to 330 g mol-1) and a maximum of non-hydrogen atom count of 24, as a result, they have Ligand Efficiencies between 0,24 and 0,34 Kcal mol-1 átomo-1, what grant them great potential as candidates for molecular optimization and potency improvement. For the search of TcDHODH inhibitors, cavities in the 3D structure of the target for the identification of areas apart from catalytic site but likely to be explored in the design of ligands were selected a priori. This resulted in four new regions with appropriate shape, volume and locations to accommodate small molecules capable of modulating the activity of TcDHODH. One of the areas, called S2 site, is located under the α4 - βA loop and in the access channel of the substrate to the active site and was chosen to be explored in the SBDD studies. Approximately one hundred of pyrimidine derivatives containing strategically defined posítions for molecular substitution were retrieved from commercially available compounds database through substructure searching and docked into the previously defined site. Based on the docking results nine compounds were selected, purchased and assayed in vitro against the enzyme with the objective of validating the hypothesis. Of these, five compounds showed potencies (IC50) better than that exhibited by the product of the reaction (values lower than 150 μM). Thus, the results found validated the hypotheses generated in the first stage of the designing and they were used to drive the selection of other fifteen new molecules through induced fit molecular docking protocol. The in vitro evaluation of those compounds against the TcDHODH enzyme resulted in the identification of other eleven ligands, of which the most potent exhibited affinity for enzyme at the concentration of 124 nM. This molecule has a Ligand Efficiency of 0.56 Kcal mol-1 atom-1 and can be considered a fragment-like compound with excellent characteristics from the point of view of its potential for future development as therapeutic agent. The results found also evidenced the importance of certain structural characteristics in the inhibitor of TcDHODH for the complementarily with the new identified site of interaction. Thus, new compounds were proposed for potency and class diversity improvement. By doing so we hope to enlarge ADME profile spectrum for further cellular and in vivo assays. Through the success of this work, it was possible to validate the strategies adopted in the use of computational methods and also the hypotheses built from the application of that. The success rate (TA) obtained was higher than 30% in the design of ligands for both studied targets, which is much better than that usually found along High Throughput Screening assays. Thus, this study contributed with the proposítion of new molecular scaffolds that can be used as lead compounds in the development of new tripanocidal agents having as targets the enzymes TcGAPDH or TcDHODH.

A Doença de Chagas, causada pelo parasito tripanossomatídeo Trypanosoma cruzi, é endêmica e se distribuí por toda América Latina. É uma das parasitoses mais negligenciadas pela indústria farmacêutica e os únicos fármacos disponíveis para seu tratamento foram introduzidos há décadas. Infelizmente, eles são ineficientes e apresentam sérios efeitos colaterais. Esse panorama mostra a necessidade do desenvolvimento de novos fármacos para a quimioterapia contra a doença de Chagas. As enzimas pertencentes a vias metabólicas essenciais para a sobrevivência do parasito tais como a via glicolítica e a de síntese de novo de nucleotídeos de pirimidinas, têm sido propostas como alvos interessantes no planejamento novos fármacos para o tratamento da doença de Chagas. Neste trabalho, as enzimas Gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (TcGAPDH) e a Diidroorotato desidrogenase (TcDHODH) de Trypanosoma cruzi foram estudadas como alvos para o planejamento de inibidores enzimáticos com propriedades físico-químicas e características estruturais similares à de compostos-líderes. Para isso, foram utilizados métodos e ferramentas de Quiminformática tanto baseadas nas estruturas dos ligantes (LBVS) quanto dos receptores (SBVS). Para a identificação e seleção de potenciais inibidores da enzima GAPDH, uma coleção virtual obtida do banco de dados ZINC, contendo aproximadamente 2,5 milhões de compostos, foi avaliada através de vários filtros de seleção com o objetivo de priorizar aqueles compostos mais interessantes do ponto de vista estrutural, de propriedades físico-químicas e farmacocinéticas. A aplicação desses filtros originou uma subcoleção de aproximadamente 450 mil estruturas que foram avaliadas segundo a complementaridade de interações com a estrutura da enzima através de métodos de docagem molecular. Com base nestes resultados, doze compostos que se mostraram promissores foram selecionados e adquiridos comercialmente para serem testadas in vitro contra a enzima TcGAPDH. Dos doze compostos testados, três exibiram afinidade (Ki) pela enzima em concentrações inferiores a 80 μM, Além disso, esses compostos também são caracterizados pelo baixo peso molecular (274 a 330 g mol-1) e no máximo 24 átomos diferentes do hidrogênio e, como consequência, apresentam eficiências do ligante entre 0,24 e 0,34 Kcal mol-1 átomo-1, o que os tornam ótimos candidatos à otimização molecular visando aumento da afinidade pelo alvo. Para a busca de inibidores da enzima TcDHODH, primeiramente foi realizada uma busca por cavidades na estrutura 3D do alvo para a identificação de regiões distintas do sítio catalítico e passíveis de serem exploradas no planejamento de ligantes. Através desta análise foi possível o estabelecimento de quatro novas regiões com forma, volume e localizações adequadas para acomodar pequenas moléculas capazes de modular a atividade da TcDHODH. Uma destas regiões, chamada S2, localizada sob a alça β4-αA e no canal de acesso dos substratos ao sítio ativo, foi escolhida para o planejamento baseado na estrutura do alvo. As estruturas de aproximadamente cem compostos derivados de pirimidinas, substituídos em posições estrategicamente definidas e selecionados através de buscas por subestruturas, foram docadas no sítio de interesse e nove compostos adquiridos e testados in vitro contra a enzima com o objetivo de validar as hipóteses estabelecidas inicialmente. Destes, cinco compostos mostraram potências (IC50) superiores à do produto de reação (inferior a 150 μM), Os resultados encontrados validaram as hipóteses geradas na primeira etapa e foram usados para direcionar a seleção de outras quinze novas moléculas através de um protocolo de docagem molecular com ajuste induzido. A avaliação in vitro desses compostos contra a enzima TcDHODH resultou na identificação de outros 11 compostos ativos, dos quais o mais potente exibiu afinidade pela enzima em concentração igual a 124 nM. Este composto possui eficiência do ligante igual a 0,56 Kcal mol-1 átomo-1 e pode ser considerado um fragmento molecular com excelentes características do ponto de vista do potencial para futuro desenvolvimento como agente terapêutico. Os resultados encontrados também evidenciaram a importância de determinadas características estruturais impressas nos inibidores da TcDHODH para a complementaridade com o novo sítio de interação identificado. Assim, novos compostos foram propostos para otimização molecular com o objetivo de melhorar afinidade e aumentar a diversidade de classes e, deste modo, ampliar o espectro de perfis farmacocinéticos para posteriores ensaios celulares e in vivo, Através da realização deste trabalho foi possível validar as estratégias adotadas na utilização dos métodos computacionais e também as hipóteses construídas a partir da aplicação dos mesmos. A taxa de acerto (TA) alcançada foi superior a 30% no planejamento de inibidores para ambos os alvos, ou seja, muito superiores às encontradas em experimentos de ensaio em massa. Deste modo, este estudo contribuiu com a proposição de novos esqueletos moleculares que podem ser usados como compostos-líderes no desenvolvimento de novos agentes tripanocidas focando nas enzimas TcGAPDH e TcDHODH como alvos. / Chagas\' disease, an endemic illness widely distributed throughout Latin America, is caused by the protozoa parasite Trypanosoma cruzi. It is one of the tropical diseases that are among the most neglected by the pharmaceutical industry, for which available treatments were launched more than 30 years ago. In addition, these drugs are ineffective and cause severe side effects to patients. This panorama shows the need for the development of new and more effective chemotherapeutic agents for the treatment of the disease. Enzymes belonging to metabolic pathways that are essential for the parasite survival such as the glycolysis and pyrimidine nucleotide biosynthesis have been proposed as attractive targets for the design of new drugs for the treatment of Chagas disease. In this work, the enzymes Gyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (TcGAPDH) and the Dihydroorotate dehydrogenase (TcDHODH) from Trypanosoma cruzi were studied as targets for the design of inhibitors with physicochemical properties and structural characteristics similar to lead-compounds. Methods in Cheminformatics within the Ligand- and Structure-based Virtual Screening (LBVS and SBVS, respectively) approaches were thoroughly employed as tools to identify new hits. For the selection and identification of potential inhibitors of the GAPDH enzyme, a compound database containing nearly 2.5 million of small molecules retrievable from ZINC was evaluated through several molecular filters aiming at prioritizing those compounds more interesting from the point of view of their structures, physicochemical and predicted ADME/Tox properties. The application of Filter originated a subcollection of approximately 450 thousand structures that were then scored according to their complementary interactions with the 3D structure of the enzyme through molecular docking. Based on docking results, twelve compounds that showed to be promising ligands were selected and commercially acquired for in vitro assays against the TcGAPDH. Of the twelve compounds evaluated in vitro, three exhibited affinity constants (Ki) at concentrations lower than 80 μM. Furthermore, the selected compounds are also characterized by the low molecular weight (274 to 330 g mol-1) and a maximum of non-hydrogen atom count of 24, as a result, they have Ligand Efficiencies between 0,24 and 0,34 Kcal mol-1 átomo-1, what grant them great potential as candidates for molecular optimization and potency improvement. For the search of TcDHODH inhibitors, cavities in the 3D structure of the target for the identification of areas apart from catalytic site but likely to be explored in the design of ligands were selected a priori. This resulted in four new regions with appropriate shape, volume and locations to accommodate small molecules capable of modulating the activity of TcDHODH. One of the areas, called S2 site, is located under the α4 - βA loop and in the access channel of the substrate to the active site and was chosen to be explored in the SBDD studies. Approximately one hundred of pyrimidine derivatives containing strategically defined posítions for molecular substitution were retrieved from commercially available compounds database through substructure searching and docked into the previously defined site. Based on the docking results nine compounds were selected, purchased and assayed in vitro against the enzyme with the objective of validating the hypothesis. Of these, five compounds showed potencies (IC50) better than that exhibited by the product of the reaction (values lower than 150 μM). Thus, the results found validated the hypotheses generated in the first stage of the designing and they were used to drive the selection of other fifteen new molecules through induced fit molecular docking protocol. The in vitro evaluation of those compounds against the TcDHODH enzyme resulted in the identification of other eleven ligands, of which the most potent exhibited affinity for enzyme at the concentration of 124 nM. This molecule has a Ligand Efficiency of 0.56 Kcal mol-1 atom-1 and can be considered a fragment-like compound with excellent characteristics from the point of view of its potential for future development as therapeutic agent. The results found also evidenced the importance of certain structural characteristics in the inhibitor of TcDHODH for the complementarily with the new identified site of interaction. Thus, new compounds were proposed for potency and class diversity improvement. By doing so we hope to enlarge ADME profile spectrum for further cellular and in vivo assays. Through the success of this work, it was possible to validate the strategies adopted in the use of computational methods and also the hypotheses built from the application of that. The success rate (TA) obtained was higher than 30% in the design of ligands for both studied targets, which is much better than that usually found along High Throughput Screening assays. Thus, this study contributed with the proposítion of new molecular scaffolds that can be used as lead compounds in the development of new tripanocidal agents having as targets the enzymes TcGAPDH or TcDHODH.