Sem resumo / Sem abstract

Chan Chi Chung. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2000. / Includes bibliographical references (leaves 100-109). / Abstracts in English and Chinese. / Acknowledgements --- p.i / Abstract --- p.ii / List of Abbreviations --- p.v / List of Tables --- p.vi / List of Figures --- p.vii / Chapter 1 --- Introduction --- p.1 / Chapter 1.1 --- "Free radicals, oxidative stress and antioxidants" --- p.2 / Chapter 1.1.1 --- Free radical and ROS --- p.2 / Chapter 1.1.2 --- Oxidative stress --- p.6 / Chapter 1.1.3 --- Antioxidants --- p.8 / Chapter 1.2 --- Plant as a source of antioxidants --- p.13 / Chapter 1.2.1 --- Common food sources of antioxidants --- p.13 / Chapter 1.2.2 --- Legume seeds as antioxidant sources --- p.15 / Chapter 1.3 --- Methods used to evaluate the antioxidant activity --- p.16 / Chapter 1.3.1 --- β-carotene bleaching method --- p.17 / Chapter 1.3.2 --- DPPH. scavenging method --- p.17 / Chapter 1.3.3 --- High-performance liquid chromatograph (HPLC) --- p.18 / Chapter 1.3.4 --- Single cell gel electrophoresis (SCGE) --- p.20 / Chapter 1.4 --- Objectives of the study --- p.22 / Chapter 2 --- Materials and Methods --- p.23 / Chapter 2.1 --- Plant materials and chemicals --- p.23 / Chapter 2.2 --- Sample preparation --- p.23 / Chapter 2.3 --- Determination of antioxidant activity using β-carotene bleaching method --- p.24 / Chapter 2.4 --- Evaluation of free radical scavenging ability --- p.26 / Chapter 2.5 --- HPLC separation of seed extract --- p.27 / Chapter 2.6 --- Evaluation of protective effects of legumes on the DNA damage using the comet assay --- p.28 / Chapter 2.6.1 --- Preparation of reagents --- p.28 / Chapter 2.6.2 --- Blood sample --- p.29 / Chapter 2.6.3 --- Hydrogen peroxide (H2O2) treatment --- p.29 / Chapter 2.6.4 --- Ethidium bromide-acridine orange (Et-Ac) viability determination --- p.31 / Chapter 2.6.5 --- Slide preparation --- p.31 / Chapter 2.6.6 --- Alkaline comet assay --- p.31 / Chapter 2.6.7 --- Quantification of DNA damage --- p.33 / Chapter 2.6.8 --- Statistical analysis --- p.33 / Chapter 3 --- Results --- p.40 / Chapter 3.1 --- General description of 24 selected legume seeds --- p.40 / Chapter 3.1 --- Determination of antioxidant activity using β-carotene bleaching method --- p.40 / Chapter 3.2 --- Evaluation of free radical scavenging ability --- p.43 / Chapter 3.3 --- Evaluation of protective effects of legumes on the DNA damage using the comet assay --- p.45 / Chapter 3.3.1 --- Optimal assay conditions --- p.46 / Chapter 3.3.2 --- Protective effects of seed extract and vitamin C --- p.47 / Chapter 3.3.3 --- Effects of heat treatment on the protective effect --- p.48 / Chapter 4 --- Discussion --- p.84 / Chapter 4.1 --- Methanolic extraction --- p.84 / Chapter 4.2 --- Antioxidant activities determined with β-carotene bleaching method and DPPH' scavenging method --- p.84 / Chapter 4.3 --- Evaluation of protective effects of legumes on the DNA damage using the comet assay --- p.93 / Chapter 4.3.1 --- H202-mediated DNA damage --- p.93 / Chapter 4.3.2 --- Protective effects of seed extracts and vitamin C --- p.94 / Chapter 5 --- Conclusion --- p.98 / References --- p.100

O colesterol é um importante componente das membranas celulares em eucariotos superiores, desempenhando papéis estruturais e funcionais. O colesterol possui uma insaturação em sua estrutura sendo, portanto, alvo de oxidação mediada por espécies reativas de oxigênio e/ou nitrogênio. A oxidação não enzimática do colesterol gera, como produtos primários, os hidroperóxidos de colesterol. Tais moléculas, por sua vez, são altamente reativas e podem reagir com metais livres e/ou metaloproteínas, trazendo consequências à celula. Neste sentido, o primeiro capítulo deste trabalho tem como objetivo estudar a reação dos hidroperóxidos de colesterol (ChOOH) com o citocromo c (citc), uma heme proteína envolvida no transporte de elétrons na mitocôndria. Análises de espectroscopia no UV-Vis mostraram que o ChOOH promove o bleaching da banda Soret do citc de uma maneira dose-dependente. Mais ainda, esta reação leva à formação de radicais centrados em carbono tanto na proteína como no lipídeo, sugerindo uma redução homolítica do ChOOH. Como consequências, pode-se observar a oligomerização do citc, um processo que pode influenciar no transporte de elétrons bem como na sinalização para a apoptose. A partir da reação do citc com ChOOH podem surgir, direta ou indiretamente, outras espécies reativas, como aldeídos, cetonas e epóxidos. Dentre estas, destacam-se os aldeídos de colesterol, em particular o colesterol secoaldeído (CSec) e o carboxialdeído (ChAld), uma vez que foram encontrados elevados em placas ateroscleróticas e em tecidos cerebrais de pacientes com doenças neurodegenerativas. Tais espécies podem reagir com resíduos de aminoácidos provocando alterações estruturais e funcionais em proteínas. Neste sentido, o segundo capítulo deste trabalho tem como objetivo estudar a reação do ChAld com citc. Usando modelos mimétivos de membrana e espectrometria de massas, foi mostrado que o ChAld modifica covalentemente o citc por um mecanismo consistente com a formação de bases de Schiff. Tal modificação ocorre preferencialmente em resíduos de lisina que interagem com a membrana. Estas modificações influenciam na afinidade do citc pela membrana, aumentando sua aderência, o que pode ter influência no transporte de elétrons e sinalização para a apoptose. No terceiro e último capítulo deste trabalho nós buscamos uma ferramente analítica que permitisse analisar modificação de proteínas promovidas por produtos de oxidação de colesterol e outros esteróis. Em um estudo realizado em colaboração com o grupo do professor Porter na Universidade de Vanderbilt, utilizamos ensaios baseados em click chemistry para buscar proteínas modificadas. Para isso, foram sintetizados derivados de colesterol e 7-deidrocolesterol (7-DHC, precursor imediato do colesterol) contendo um grupo alquinil na sua cadeia lateral. Este grupo pode ser ligado a um grupo azida por meio de uma reação de cicloadição, em um processo conhecido como click chemistry. Após a síntese e caracterização dos derivados lipídicos contendo o grupo alquinil na cadeia lateral, células Neuro2a foram tratadas com o alquinil-7-DHC e o alquinil-colesterol para averiguar seu metabolismo. Análises por HPLC-MS/MS mostraram que ambos derivados contendo o grupo alquinil foram metabolisados e convertdos nos respectivos ésteres. Usando um modelo celular para a doença conhecida como Sindrome de Smith-Lemli-Opitz (SLOS), doença caracterizada pela deficiência na enzima 7-deidrocolesterol redutase, foi mostrado que o acúmulo característico de 7-DHC nos pacientes pode levar a uma maior modificação de proteínas promovidas por seus derivados, o que pode contribuir para o desenvolvimento da doença. / Cholesterol is an important component of eukaryotic cellular membranes, where it has an influence in the fluidity and stability. Due to the presence of a double bond in its structure, cholesterol can be oxidized by reactive oxygen and nitrogen species. This non-enzymatic oxidation generates, as primary products, cholesterol hydroperoxides. Such molecules, in turn, are highly reactive and can react with free metal ions and/or metalloproteins, affecting cell metabolism. Therefore, the first chapter of the present study aims to investigate the reaction of cholesterol hydroperoxides (ChOOH) with cytochrome c (cytc), a heme protein involved in the mitochondrial electron transport. Spectroscopic analyses in the UV-Vis region showed that ChOOH induces a dose-dependent bleaching of cytc\'s Soret band. In addition, this reaction leads to the formation of carbon-centered radicals on both protein and lipid, suggesting a homolytic reduction of ChOOH. As consequences, cytc undergoes oligomerization, a process that can influence electron transport and apoptosis signaling. The reaction of cytc and ChOOH can produce, directly or indirectly, reactive species such as epoxides, aldehydes and ketones. Among them, cholesterol aldehydes, such as cholesterol secoaldehyde (CSec) and cholesterol carboxyaldehyde (ChAld), are of particular interest, since they were previously found elevated in atherosclerotic plaques and brain tissue of patients bearing neurodegenerative diseases. These species can also react with amino acid residues leading to protein denaturation and malfunction. With that in mind, the second chapter of this study aims to investigate the reaction of ChAld and cytc. Using mimetic membrane models and mass spectrometry analyses, we showed that ChAld covalently modifies cytc through a mechanism consistent with the formation of Schiff base adducts. Such modification occurs mostly at lysine residues that are known to interact with the membrane. The modifications have an influence in the affinity of cytc to the membrane, where they increase its binding to the membrane, a process that could affect the electron transport and apoptosis signaling. In the last and third chapter of this study we wanted an analytical tool that allowed the investigation of protein adduction promoted by cholesterol and other sterols-derived oxidation products. In a study performed in collaboration with the Porter group from Vanderbilt University, we used analyses based on click chemistry to search for protein adduction. To address that, we first synthesized derivatives of cholesterol and 7-dehydrocholesterol (7-DHC, the immediate precursor of cholesterol) containing an alkynyl group in the side chain. The alkynyl group can be ligated to an azide group through a cycloaddition reaction, in a process known as click chemistry. After the synthesis and characterization of alkynyl derivatives, Neuro2a cells were treated with alkynyl-7-DHC and alkynyl-cholesterol to check their metabolism. HPLC-MS/MS analyses showed that both alkynyl derivatives are metabolized and converted into their respective esters. In addition, using a cell model for Smith-Lemli-Optiz Syndrome (SLOS), a disease characterized by the deficiency in the dehydrocholesterol reductase 7, we showed that the characteristic accumulation of 7-DHC in SLOS patients might be associated with protein adduction promoted by its oxidation products, which might contribute to the development of the disease.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-12-05Bitstream added on 2014-06-13T19:27:31Z : No. of bitstreams: 1 vellosa_jcr_me_arafcf.pdf: 1352402 bytes, checksum: 1fb4f8a94f0db92c39104b3590886eff (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / A relevância da pesquisa de produtos naturais proporciona a descoberta de novos fármacos e o estudo de plantas que apresentem substâncias que possam agir sobre as diferentes espécies oxidantes geradas em nosso organismo torna-se de grande importância. No estudo da avaliação do potencial antioxidante das amostras deve-se considerar que: i) um composto deve ser testado em concentrações disponíveis in vivo e ii) ao avaliar os antioxidantes, deve-se utilizar pelo menos uma espécie relevante biologicamente. Deve-se perguntar como age o antioxidante, se ele age diretamente sobre a ERO ou ele inibe a sua geração e ainda, se ele age indiretamente regulando defesas antioxidantes endógenas. Foram avaliados extratos ou moléculas dos vegetais: Pterogyne nitens, Maytenus ilicifolia, Maytenus aquifolium, Salacia campestris, Piper gaudichaudianum, Piper crassinervium e Piper aduncum. A proposta deste trabalho é: i) avaliar a possibilidade de ação direta destas amostras sobre diferentes espécies reativas modelo e geradas em nosso organismo e ii) avaliar a inibição da mieloperoxidase, enzima envolvida em diferentes patologias. Observamos um grande potencial das plantas estudadas como fonte de compostos com ação antioxidante. Destacam-se as frações hidroalcoólicas e hexano-acetato da M. ilicifolia e M. aquifolium sobre o ânion superóxido. Além disso, identificou-se a existência de possíveis inibidores da MPO nos diferentes vegetais estudados, destacando-se quercetina (IC50=1,35mg/mL), 3-HexAcOEt (IC50=1,5mg/mL), 2-Hid (IC50=2,2mg/mL), 3-Hid (IC50=3,1mg/mL), S-3 (IC50=3,1mg/mL), 2-HexAcOEt (IC50=4,4mg/mL), 1C-BuOH (IC50=6,4mg/mL) e 4EtOH (IC50=8,9mg/mL). Por fim, caracterizou-se o tipo de inibição promovida pela S-3 (1,4-diidroxi-2-(3',7'-dimetil-1'-oxo-2'-E-6'-octadienil) benzeno) e pela quercetina como sendo do tipo mista. / Phagocytes, mainly polimorphonuclear neutrophils leucocytes, yield superoxide radical (O2 -), expending NADPH. By this process, many reactive species, such as HOCl, HO, ONOO -, are generated. These oxidants are made to fight microorganisms, but they are involved in many pathologies. Reactive species and free radicals generation are equilibrated by antioxidants. The search of new medicines turns natural products research an important option for discovering molecules with different biological activities. Natural products research is relevant for discovering new medicines and molecules able to fight oxidant species. In evaluating the antioxidant potential of substances, it is important considerate: i) a compound should be tested at concentrations achievable in vivo and ii) in assaying putative antioxidants, one should use biologically relevant ROS. It is important to ask if it works directly over the oxidant or it works by regulating endogenous antioxidants defenses. In this work, Pterogyne nitens, Maytenus ilicifolia, Maytenus aquifolium, Salacia campestris, Piper gaudichaudianum, Piper crassinervium and Piper aduncum were studied. The purpose of this work is: i) evaluate direct action of samples over different reactive species and ii) evaluate myeloperoxidase inhibition, an important enzyme involved in different pathologies. We observed that different evaluated plants are efficient sources of antioxidants. Moreover, different samples were able to inhibit myeloperoxidase, detaching quercetin (IC50=1,35mg/mL), 3-HexAcOEt (IC50=1,5mg/mL), 2-Hid (IC50=2,2mg/mL), 3-Hid (IC50=3,1mg/mL), S-3 (IC50=3,1mg/mL), 2-HexAcOEt (IC50=4,4mg/mL), 1C-BuOH (IC50=6,4mg/mL) and 4EtOH (IC50=8,9mg/mL). Besides, quercetin and S-3 (1,4-dihydroxi-2-(3',7'-dimethyl- 1'-oxo-2'-E,6'-octadienyl) benzene) were characterized as mixed MPO inhibitors.

Amostras espermáticas provenientes do epidídimo podem ser utilizadas com diversas finalidades tais como: modelo experimental para pesquisa com sêmen, aproveitamento do sêmen de animais de alto valor genético que vierem a óbito e possibilidade da coleta e aproveitamento do sêmen de animais em perigo de extinção. No entanto, para a utilização desta técnica é necessário o estudo de diversos fatores que poderiam influenciar sua eficiência, como por exemplo, as formas de armazenamento dos testículos, efeitos da criopreservação, diluidores utilizados, entre outros. O presente estudo teve como objetivos: 1- determinar a temperatura mais adequada para o armazenamento do testículo após o abate do animal (4 ou 34ºC) levando-se em consideração testes funcionais e fecundação in vitro; 2- avaliar o efeito desta temperatura de armazenamento no sêmen epididimário fresco e criopreservado e; 3- verificar a eficiência do tratamento com ácido decosaexanóico (DHA) e antioxidantes adicionados ao diluidor. Para isso, amostras espermáticas foram coletadas da cauda do epidídimo de touros provenientes de abatedouros. Para testar o efeito da temperatura de acondicionamento dos testículos, os mesmos foram armazenados entre 2 e 4 horas após o abate, à temperatura de 4 ou 34º C. O sêmen foi então coletado da cauda do epidídimo, submetido ou não à criopreservação e avaliado quanto a análise computadorizada da motilidade espermática (CASA), integridade de membrana e potencial mitocondrial (iodeto de propídeo, SYBR e JC1), fertilização in vitro e susceptibilidade ao estresse oxidativo (TBARS). Visto que os resultados deste experimento indicaram que a temperatura de 4ºC era a mais indicada, a mesma foi utilizada para a avaliação do efeito da suplementação com DHA e antioxidantes adicionados ao diluidor. Nesta fase, o sêmen foi avaliado quanto à integridade de membrana e acrossomo (eosina/nigrosina e fast green/rosa bengala, respectivamente), atividade mitocondrial (diaminobenzidina), integridade do DNA (ensaio da estrutura da cromatina espermática SCSA) e susceptibilidade ao estresse oxidativo (TBARS). Os resultados do presente estudo indicam que o tratamento com o DHA tornou os espermatozóides mais susceptíveis aos danos causados pelo estresse oxidativo. Por outro lado, resultados diversos foram encontrados com a associação entre DHA e antioxidantes. A associação entre DHA e superóxido dismutase (SOD) e DHA e glutationa reduzida (GSH) apresentaram os melhores resultados em relação à motilidade espermática e à integridade de membrana, respectivamente. No entanto, o DHA, quando associado à Vitamina E, apresentou resultados negativos para a atividade mitocondrial. Os resultados do presente estudo indicam que o tratamento com DHA e SOD ou DHA e GSH em amostras espermáticas coletadas de epidídimos armazenados a 4ºC por até 4 horas, pode melhorar a qualidade espermática pós criopreservação. / Sperm recovery from the cauda epididymis can be very advantageous, for example: in case of the unexpected death of a genetically highly valuable animal, as an experimental model for research on semen and for the use in endangered species. However, the efficiency of this technique demands the study of several issues such as the storage conditions of the testicles prior semen collection, the effects of cryopreservation and semen extenders, among others. The objective of the present study was: 1- to evaluate the ideal temperature for testicles storage after slaughter (4 or 34ºC) based on functional tests and on in vitro fertility; 2- to evaluate the effect of storage temperature on fresh and cryopreserved semen samples, and; 3- to test the addition of decosaexanoic acid (DHA) and antioxidants to the semen extender. Sperm samples were collected from the caudae epididymides of testicles collected from abattoirs. To test the effect of temperature of storage, testicles were kept under 4 or 34ºC, between two to four hours after slaughter. Semen was then collected from the caudae epididymides and cryopreserved or not. Samples were then evaluated for computer assisted sperm analysis (CASA), membrane integrity and mitochondrial potential (propidium iodide, SYBR and JC1), in vitro fertilization outcomes, and susceptibility to the oxidative stress (TBARS). Results of this study indicated that, with no doubt, storage of testicles under 4ºC is the most appropriate in order to improve post-thaw sperm quality and in vitro fertility. Therefore, this temperature was used in the rest of the study to test the effect of DHA and antioxidant treatments to the semen extender. In this part of the study, semen was evaluated for membrane and acrosome integrities (eosin/nigrosin and fast green/bengal rose stain, respectively), mitochondrial activity (diaminobenzidine stain), DNA integrity (sperm chromatin structure assay SCSA) and, sperm susceptibility to the oxidative stress (TBARS). Results of the present study indicate that due to the treatment with DHA, epididymal sperm became more susceptible to the oxidative stress. On the other hand, different results were found regarding the association between DHA and antioxidant. The association between DHA and superoxide dismutase (SOD) and between DHA and reduced glutathione (GSH) showed better results on sperm motility and membrane integrity, respectively. On the other hand, when associated to the Vitamin E, the DHA showed poor results on mitochondrial activity. Results of the present study indicate that the treatment with DHA and SOD or GSH to epididymal sperm samples collected from testicles stored at 4ºC for up to 4 hours, may improve post-thaw sperm quality.

Submitted by Sandro Camargo (sandro.camargo@unipampa.edu.br) on 2015-05-08T02:37:18Z No. of bitstreams: 1 127110041.pdf: 1450512 bytes, checksum: bbda08f02d9cddbd1397c133ddee4bbe (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-08T02:37:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 127110041.pdf: 1450512 bytes, checksum: bbda08f02d9cddbd1397c133ddee4bbe (MD5) Previous issue date: 2014 / A utilização de produtos naturais na medicina popular como recurso terapêutico é uma tendência generalizada pela população brasileira. Esta tendência tem contribuído significativamente para o consumo não só de produtos naturais, como também de medicamentos fitoterápicos. Neste contexto, o Manjericão (Ocimum basilicum L.) surge como um destes recursos terapêuticos, sendo amplamente utilizado como planta ornamental e como condimento. Originário da Ásia tropical, hoje é cultivado no mundo todo. Entre os usos populares do O. basilicum L., está o emprego como antioxidante, anti-inflamatório, anti-cancerígeno, antimicrobiano, agente cardiovascular, fatores associados ao envelhecimento, dentre outros. Diversos metabólitos secundários com atividade antioxidante e anti-inflamatória já foram identificados nesta espécie e trabalhos relatam que o Ácido Rosmarínico é o composto biologicamente mais ativo. Sabendo da importância econômica e da enorme difusão mundial de seus usos, tanto na culinária, quanto na medicina popular, torna-se importante a comprovação dos efeitos do Manjericão, visando garantir sua eficácia e sua segurança, já que estudos de toxicidade para esta espécie são raros e usualmente não abordam aspectos genéticos. Este trabalho, portanto, teve como objetivo a avaliação da atividade antioxidante pelo teste da peroxidação lipídica, conteúdo de proteína carbonilada, vitamina C; atividade das enzimas Superóxido dismutase (SOD) e Catalase (CAT); análise dos parâmetros inflamatórios pela da avaliação de citocinas anti- inflamatórias e pró-inflamatórias, e a toxicidade genética do extrato hidroalcoólico frente a leucócitos humanos em cultura celular, através da viabilidade e proliferação celular, ensaio cometa, teste de micronúcleo e instabilidade cromossômica. Observou-se que o extrato etanólico de O. basilicum agiu como agente antioxidante reduzindo/revertendo os efeitos causados pelo peróxido de hidrogênio, ações essas que podem ser explicadas pela composição rica em polifenois e flavonoides do extrato, além de seu conteúdo de ácido rosmarínico, um importante antioxidante com atividade comprovada e descrita na literatura. Em relação aos parâmetros genotoxicológicos, para todos os testes, os resultados foram dose-dependentes. Enquanto que para os parâmetros inflamatórios, o extrato apresentou capacidade anti-inflamatória, onde o possível mecanismo envolvido ocorre pela interação de inibição das citocinas mediadoras pró- inflamatórias e o estímulo de citocinas mediadoras anti-inflamatórias. / The use of natural products in folk medicine as a treatment method is a genereal ternd for the Brazilian population. This trend has contributed significantly to the consumption not only of natural products, as well as herbal medicines. In this context, Basil (Ocimum basilicum L.) arises as one of these therapeutical resources. Basil is widely used as an ornamental plant and as a condiment. Original in tropical Asia, is now grown worldwide. Among the popular uses of Ocimum basilicum L., its employment as an antioxidant, anti-inflammatory, anti-carcinogenic, anti-microbial, cardiovascular agent, factors associated with aging, between others. Several secondary metabolites with antioxidant and anti-inflammatory activity have been identified in this species and several studies have reported that rosmarinic acid is the most biologically active compound. Knowing the economic importance and worldwide dissemination of their uses, both in cooking, as in folk medicine, it is important to prove the effects of Basil, to ensure its efficacy and safety, as toxicicty studies for this species are rare and usually do not approach genetic aspects. This study evaluated the antioxidant activity by testing lipid peroxidation, protein carbonyl content, vitamin C; activity of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT); analysis of inflammatory parameters for the evaluation of anti-inflammatory and pro-inflammatory cytokines, and genetic toxicity of the hydroalcoholic extract in human white blood cells (WBC) using cell culture, through the analysis of cell viability and cellular proliferation, chromosome instability, comet assay and micronucleus test. With our results it is possible to verify that O. basilicum extract acts as an antioxidant and effectively reverts or subjugates the effects of a high oxidizing agent as hydrogen peroxide and, these actions are explained because its composition, which is rich in polyphenols and flavonoids besides several compound as Rosmarinic Acid, who have a well-known antioxidant activity. In toxicological tests, all results were dose-dependent. In the anti-inflammatory aspect, we show that our extract actually presents these properties and the mechanism involved in these particular actions are a composed interaction between the inhibition of pro-inflammatory mediator and the stimulation of anti-inflammatory cytokines.

As porfirias, síndromes associadas a deficiências de atividade enzimática da biossíntese do grupo heme, presente em quase todas células do organismo, com maior atividade no fígado e medula óssea, agrupam-se em formas hereditárias ou primárias e secundárias ou químicas. No caso das primárias ocorre déficit da expressão de enzimas ou inibição da atividade de outras. A variação dos metabólitos acumulados é o que tange o polimorfismo clínico. Dentre as secundárias, destacam-se o saturnismo (intoxicação por chumbo) e a tirosinemia subaguda ou crônica (onde o acúmulo de succinilacetona, intermediário da degradação de tirosina, inibe a ALA desidratase, enzima biossintética do grupo heme). Nestas últimas e na porfiria aguda intermitente (PAI), de herança autossômica dominante do cromossomo 11q, além de outros intermediários menores, ocorre o acúmulo do ácido 5-aminolevulínico (ALA) no sangue e outros tecidos. O ALA é uma α-aminocetona passível de rápida enolização em pH fisiológico. Foi demonstrado que o enol formado sofre oxidação subsequente catalisada por complexos de ferro em pH fisiológico com formação de espécies reativas de oxigênio e ALA enoil radical. Este comportamento causa dano oxidativo em mitocôndria, lipossomos, DNA e proteínas. A formação do ânion superóxido (O2•-) no meio promove liberação de ferro do retículo endoplasmático e de ferritina e in vivo aumenta significantemente a concentração de ferro não-hemínico em fígado de rato. Vários estudos se seguiram para demonstrar que ALA acumulado nos distúrbios porfirínicos sofreria oxidação a partir do enol, tendo como produto final o ácido 4,5-dioxovalérico (DOVA), e este comportamento seria o responsável pelas alterações neurobioquímicas encontradas: aumento da captação de cálcio em sinaptosomas, elevação de ferro total cortical e estriatal seguido por elevação secundária de ferritina, aumento da atividade CuZnSOD (cobre-zinco superóxido dismutase), bem como proteínas oxidadas e produtos de lipoperóxidos nos homogenatos totais de córtex de rato. In vitro, estes efeitos foram todos inibidos por agentes antioxidantes, químicos ou enzimáticos. As evidências neuroquímicas clássicas para as manifestações neuropsiquiátricas supostamente promovidas pelo ALA apoiavam-se na similaridade estrutural ALA/GABA, proposta por Brennan e Cantrill em 1979. Nosso estudo modelo, utilizando membranas sinápticas, evidenciou através de ensaios de radioligação com 3H-muscimol na presença de 10 mM de ALA ou após tratamento crônico com 40 mg/kg em ratos, alteração do Kd (constante de dissociação do complexo receptor-ligante), mas sem mudança no \"pool\" total de receptores. Outro aspecto não esclarecido era se o DOVA afetaria o sistema GABAérgico, não pelo mecanismo oxidativo, mas através de um antagonismo farmacológico (similaridade estrutural com o GABA) ou através de sua reatividade ao formar adutos cíclicos com proteínas similar ao que acontece nos AGEs (\"Advanced Glication End Products\"). Nesta dissertação estudamos o mecanismo de captação de cálcio por sinaptosomas influenciada por ALA e DOVA. São discutidos os resultados dos ensaios de radioligação com 3H-muscimol na verificação do efeito de DOVA nos sítios GABAérgicos também em sinaptosomas corticais de ratos. Os estudos usando cultura de células transformadas de linhagem neuronal WERI (derivadas de retinoblastoma humano com mutação no gene rb) foram conduzidos para avaliar a citotoxicidade ao ALA e DOVA, bem como extender a análise da via GABAérgica, envolvida na fisiopatologia dos efeitos citados. Nossos resultados demonstram o efeito de ALA, metabolito intermediário acumulado nas porfirias, em particular na PAI e saturnismo, como espécie pro-oxidante nociva ao sistema sinaptosomal. Seu efeito é mediado pela quebra na homeostade do cálcio desencadeando colapso energético mitocondrial, cujo efeito tem reversão parcial com o uso de antioxidantes e bloqueadores de canal de cálcio. Já o DOVA tem demonstrado seu efeito principalmente comprometendo a vitalidade celular não relacionada à homeostase do cálcio, mas com envolvimento do sistema GABAérgico de receptores ligados ao canal de cloreto. Tal efeito parece estar relacionado com a alteração do \"pool\" total de receptores celulares e sua citolocalização. / Abstract not available.

Os compostos carbonílicos no estado triplete (CCT) são considerados espécies reativas de oxigênio uma vez que possuem comportamento químico semelhante ao de radicais alcoxil. Quando formadas em sistemas biológicos, estas espécies podem estar envolvidas tanto em processos benéficos quanto deletérios ao organismo, como é o caso da lipoperoxidação, onde CCT não só são gerados como também iniciam ou amplificam o processo. Visando estudar a capacidade de dienos conjugados de suprimir a energia triplete de tais compostos, de forma a diminuir seus efeitos deletérios, determinou-se as constantes de supressão, para quatro diferentes dienos, de acetona triplete gerada pela da termólise do tetrametil-1 ,2- dioxetano e pelo sistema enzimático isobutanal/ \"horseradish peroxidase\"/O2 Todos os dienos apresentaram constantes de supressão de ordem difusional. Foi analisada também a forma pela qual os dienos suprimem a acetona triplete e concluiu-se que tanto dienos com hidrogênios alílicos (2,4-hexadienoato e seu éster etílico), potencialmente abstraíveis, quanto dienos sem estes hidrogênios (2 ,4-pentadienoato e seu éster metílico), suprimem a acetona por um processo físico de transferência de energia, que leva à sua fotoisomerização cis,trans. A reatividade destes dienos frente a espécies reativas de oxigênio comumente formadas em sistemas de lipoperoxidação, como o oxigênio singlete, radicais hidroxil, peroxil e superóxido, foi também testada, mostrando que nenhum dos dienos apresenta atividade sequestradora destas espécies. Experimentos preliminares de lipoperoxidação em sistemas biomiméticos (mitocôndrias e microssomos isolados de fígado de rato), mostraram que o trans, trans-2,4-hexadienoato de etila é capaz de inibir o inchamento mitocondrial induzido por benzofenona triplete e de suprimir a quimiluminescência de microssomos induzida por Fe2+/ ascorbato. Concluiu-se assim que dienos conjugados, contendo ou não hidrogênios alílicos, podem ser usados como supressores específicos de compostos carbonílicos triplete em sistemas biológicos e contribuir para o esclarecimento dos mecanismos de reação destes processos. / Triplet carbonyls can be named reactive oxygen species once they behave chemically as alkyloxyl radicals and therefore can potentially drive beneficial and deleterious processes in biological systems. In the case of lipid peroxidation, these species have been found not only to be reaction products but also to amplify the radical chain by hydrogen abstraction of polyunsatured lipid molecules. With the aim of finding efficient and reliable chemical probes for triplet carbonyls, we studied here the quenching properties of conjugated dienes, namely 2,4-hexadienoate and 2,4- pentadienoate anions and corresponding alkyl esters, upon triplet acetone generated either chemically (thermolysis of tetramethyl-1 ,2-dioxetane) or enzymically (aerobic oxidation of isobutanal/horseradish peroxidase). As expected, the quenching rate constants were found to be diffusion controlled, although those for the pentadienoate derivatives were 3-fold lower than those measured for the hexadienoates. Therefore, independently of the presence of allylic hydrogens in the diene probe, the triplet acetone quenching occurred by a physical process followed by cis,trans-isomerization, without hydrogen abstraction from the quencher. The reactivity of the studied dienes towards oxygen reactive species known to be formed during lipid peroxidation, such as singlet oxygen, and peroxyl, hydroxyl and superoxide radicals, was also investigated to assure they would not interfere with the radical lipoperoxidation chain. Indeed, none of the dienes showed antioxidant activity on classical model systems. Preliminary experiments with model systems widely used to study lipid peroxidation showed that the trans, trans-ethyl sorbate can inhibit the mitochondrial swelling induced by enzymically formed triplet benzophenone and to quench the chemiluminescence of microsome preparations challenged with iron/ascorbate. This is in agreement with reported work showing that the lipid peroxidation chain associated with mitochondria permeabilization and polyunsaturated fatty acid peroxidation is amplified by intermediate triplet carbonyl products. Altogether our data indicate that conjugated dienes can be used as specific quenchers of triplet carbonyls formed in biological systems without reacting with other reactive intermediates.

The SOD2 gene encodes the mitochondrial antioxidant enzyme manganese superoxide dismutase (MnSOD), which converts superoxide (O2●-) to hydrogen peroxide (H2O2). Down-regulation of SOD2 has been reported in many cancer cells of diverse tissue origins, and forced over expression of this enzyme in carcinoma cells decreases their tumorigenicity. These findings suggest that SOD2 functions as an intiation or promotion tumor suppressor; however, it remains to be determined whether loss of SOD2 expression is sufficient for tumor formation since homozygous SOD2 knock-out mice die within weeks after birth. Additionally, due to the shortened lifespan of the constitutive SOD2 knock-out mouse limited studies have been performed in assessing the role of SOD2 in tissue-specific development in vivo. Using Cre-loxP genetics, we now have the capability to generate mice in which SOD2 may be knocked out in a cell type-specific manner and these mice can be used to query the effect of loss of SOD2 expression in tissue development, function, and oncogenesis. We primarily focused our studies on the hematopoietic system, but expanded our research to solid organs such as the liver and mammary gland as well. Our findings demonstrate that SOD2 does not act as a tumor suppressing enzyme in any of these unchallenged systems, and in fact the loss of SOD2 may act to delay tumor formation. T-cell specific SOD2 knock-out demonstrated significant immunodeficiency as illustrated by a decreased immune response to influenza challenge secondary to decreased T-cell populations. Furthermore, hematopoietic stem cell specific SOD2 knock-out showed a severe anemia in the red blood cell population due to increased mitochondrial superoxide. Additional analysis revealed the anemia to be a result of a porphyria due to the inactivation of the heme synthesis enzyme ferrochelatase. The observed phenotypes in all conditional hematological SOD2 knock-out models were rescued by the addition of mitochondrially targeted anti-oxidants. In conclusion, the tissue specific loss of SOD2 in various hematological organs appeared to demonstrate significant developmental and functional aberrations, but the role in tumor initiation appears to be limited if any. The data presented here also suggest the potential for novel anti-oxidant therapy in a variety of hematological diseases.

Mitochondrial superoxide production during the early and late radiation response is increasingly recognized as a critical driver of oxidative damage and injury processes in mammalian cells. The role of Sirtuin 3, a key mitochondrial regulatory deacetylase, in preventing mitochondrial superoxide generation in conditions of nutrient and oxidative stress may be critical during the radiation response in mammalian liver. Because several tumor types express lower than normal levels of Sirtuin 3, the involvement of Sirtuin 3 in the radiation response may also provide clues to improving cancer radiation therapy and understanding the process of carcinogenesis. Studies of how the SIRT3 loss impacts the hepatic radiation response may also provide insight into the role of superoxide in normal liver physiology as well as in conditions of pathology. Increased superoxide production has largely been associated with disease, but oftentimes without clear demonstration of mechanism or even clear descriptions of pathogenesis. Here we identify a target of Sirtuin 3, the mitochondrial antioxidant enzyme manganese superoxide dismutase, and delineate the role that Sirtuin 3-mediated increases in manganese superoxide dismutase may be playing in the prevention of injury following biologically relevant doses of low linear energy transfer and high linear energy transfer radiation types including Cs-137 and Fe and Si particle radiation. Loss of Sirtuin 3 appears to correlate with decreases in hepatocellular carcinoma 16 months after 0.1 and 1 Gy doses of particle radiation known to increase hepatocellular carcinoma rates. These results indicate that Sirtuin 3 is a critical regulator of superoxide metabolism in the liver following whole body irradiation.