Mutações em genes da biologia dos telômeros, causando o seu encurtamento, são as bases moleculares de um grupo heterogêneo de doenças denominadas telomeropatias. O protótipo das telomeropatias é a disceratose congênita (DC), uma falência de medula óssea, caracterizada por sinais mucocutâneos e anemia aplástica (AA). Além da DC e AA, a fibrose pulmonar (FP) e a cirrose hepática (CH) também fazem parte do espectro das telomeropatias. Como pulmão e fígado são órgãos com baixa taxa proliferativa, suspeita-se que existe outros componentes celulares interagindo com os telômeros para o estabelecimento dessas doenças. Diferentes abordagens vêm estabelecendo uma relação entre e a biologia dos telômeros e as mitocôndrias. No entanto, ainda não se sabia sobre o funcionamento mitocondrial em células primárias de pacientes com telomeropatias. No nosso estudo, utilizamos fibroblastos dermais de indivíduos saudáveis (n=4) e de pacientes (n=6), diagnosticados com diferentes telomeropatias (AA, DC, FP e CH) e telômeros abaixo do 10º percentil (curtos para a idade). Ao avaliarmos parâmetros mitocondriais, observamos um fenótipo senescente, nas células dos pacientes, que refletiu num aumento na massa mitocondrial (85%), no número de copias de DNA mitocondrial, no consumo de oxigênio (71%) e na produção de superóxidos (74%), precursor das espécies reativas de oxigênio (EROs) mitocondriais. O superóxido levou a um aumento na expressão de antioxidantes, como a SOD1 e a UCP1. Dessa maneira, o estresse oxidativo gerado pelas EROs mitocondriais parece ter um papel fundamental na patogênese das telomeropatias. Além disso, sequenciamos amostras de sangue periférico de outros 72 pacientes com falência medular, com telômeros curtos e normais, para compararmos a taxa de variantes somáticas entre os grupos. Observamos que os pacientes com falência medular e telômeros curtos apresentaram maiores frequências de variantes somáticas. Supomos que o aumento da taxa de variantes somáticas possa ser consequência do desequilíbrio redox, observado nas células dos pacientes, causando danos no DNA das células-tronco hematopoéticas.Estudos como esse podem basear discussões sobre o uso de terapias antioxidantes em pacientes com telomeropatias / Mutations in telomere-related genes are the molecular basis of a phenotypically heterogeneous group of disorders that are collectively termed telomeropathies. The prototype of telomeropathies is the dyskeratosis congenita (DC), an inherited bone marrow failure characterized by mucocutaneous stigmata and aplastic anemia (AA). In murine telomerase knockout models, telomere shortening provokes mitochondrial deficiency and increases reactive oxygen species (ROS) production. However, the mitochondrial function in human telomeropathies has not been addressed. We evaluated mitochondrial parameters in fibroblasts from four healthy individuals (controls) and six patients with inherent bone marrow failure (DC and AA), carrying pathogenic variants in TERC, DKC1, RTEL1 and POT1 genes and, consequently, telomere shortening (<10th percentile). Patient fibroblasts displayed an 85% increment in mitochondrial mass, resulting in a 71% increase in oxygen consumption in the state of maximum respiration (ETS) compared to controls. As a consequence, mitochondrial ROS production was 74% higher in patients\' fibroblasts than in controls. Increased ROS level may explain the overexpression of SOD1 and UCP1 observed in patient cells. We further assessed the mitochondrial DNA (mtDNA) copy number in fibroblasts and peripheral blood of patients with telomere shortening. The mtDNA content was significantly higher in patients compared to controls. These findings indicate that mitochondria are affected in human telomere diseases and may play a role in disease development. Furthermore, overproduction of mitochondrial ROS could induce oxidative stress and result in somatic mutations in hematopoietic stem-cells, causing clonal disorders in patients with telomeropathies

Mutações em genes da biologia dos telômeros, causando o seu encurtamento, são as bases moleculares de um grupo heterogêneo de doenças denominadas telomeropatias. O protótipo das telomeropatias é a disceratose congênita (DC), uma falência de medula óssea, caracterizada por sinais mucocutâneos e anemia aplástica (AA). Além da DC e AA, a fibrose pulmonar (FP) e a cirrose hepática (CH) também fazem parte do espectro das telomeropatias. Como pulmão e fígado são órgãos com baixa taxa proliferativa, suspeita-se que existe outros componentes celulares interagindo com os telômeros para o estabelecimento dessas doenças. Diferentes abordagens vêm estabelecendo uma relação entre e a biologia dos telômeros e as mitocôndrias. No entanto, ainda não se sabia sobre o funcionamento mitocondrial em células primárias de pacientes com telomeropatias. No nosso estudo, utilizamos fibroblastos dermais de indivíduos saudáveis (n=4) e de pacientes (n=6), diagnosticados com diferentes telomeropatias (AA, DC, FP e CH) e telômeros abaixo do 10º percentil (curtos para a idade). Ao avaliarmos parâmetros mitocondriais, observamos um fenótipo senescente, nas células dos pacientes, que refletiu num aumento na massa mitocondrial (85%), no número de copias de DNA mitocondrial, no consumo de oxigênio (71%) e na produção de superóxidos (74%), precursor das espécies reativas de oxigênio (EROs) mitocondriais. O superóxido levou a um aumento na expressão de antioxidantes, como a SOD1 e a UCP1. Dessa maneira, o estresse oxidativo gerado pelas EROs mitocondriais parece ter um papel fundamental na patogênese das telomeropatias. Além disso, sequenciamos amostras de sangue periférico de outros 72 pacientes com falência medular, com telômeros curtos e normais, para compararmos a taxa de variantes somáticas entre os grupos. Observamos que os pacientes com falência medular e telômeros curtos apresentaram maiores frequências de variantes somáticas. Supomos que o aumento da taxa de variantes somáticas possa ser consequência do desequilíbrio redox, observado nas células dos pacientes, causando danos no DNA das células-tronco hematopoéticas.Estudos como esse podem basear discussões sobre o uso de terapias antioxidantes em pacientes com telomeropatias / Mutations in telomere-related genes are the molecular basis of a phenotypically heterogeneous group of disorders that are collectively termed telomeropathies. The prototype of telomeropathies is the dyskeratosis congenita (DC), an inherited bone marrow failure characterized by mucocutaneous stigmata and aplastic anemia (AA). In murine telomerase knockout models, telomere shortening provokes mitochondrial deficiency and increases reactive oxygen species (ROS) production. However, the mitochondrial function in human telomeropathies has not been addressed. We evaluated mitochondrial parameters in fibroblasts from four healthy individuals (controls) and six patients with inherent bone marrow failure (DC and AA), carrying pathogenic variants in TERC, DKC1, RTEL1 and POT1 genes and, consequently, telomere shortening (<10th percentile). Patient fibroblasts displayed an 85% increment in mitochondrial mass, resulting in a 71% increase in oxygen consumption in the state of maximum respiration (ETS) compared to controls. As a consequence, mitochondrial ROS production was 74% higher in patients\' fibroblasts than in controls. Increased ROS level may explain the overexpression of SOD1 and UCP1 observed in patient cells. We further assessed the mitochondrial DNA (mtDNA) copy number in fibroblasts and peripheral blood of patients with telomere shortening. The mtDNA content was significantly higher in patients compared to controls. These findings indicate that mitochondria are affected in human telomere diseases and may play a role in disease development. Furthermore, overproduction of mitochondrial ROS could induce oxidative stress and result in somatic mutations in hematopoietic stem-cells, causing clonal disorders in patients with telomeropathies

A vitamina A (retinol) e seus derivados, os retinóides, são importantes reguladores do ciclo celular, exercendo um papel central na proliferação, apoptose e diferenciação de diversos tipos celulares. Atualmente, o papel dos retinóides na proliferação e diferenciação celular tem sido bastante investigado. Nesse contexto, diversos estudos têm demonstrado que formas ativas de retinóides como o ácido retinóico inibem a proliferação em modelos de células tumorais e não-tumorais, caracterizando-os como potenciais agentes quimioterápicos. Entretanto, um crescente número de estudos tem sugerido que os retinóides apresentam propriedades pró-oxidantes em sistemas biológicos, as quais podem induzir dano celular, ativação de proto-oncogenes e, até mesmo, transformação neoplásica. Essas contradições estimularam-nos a investigar as propriedades proliferativas/antiproliferativas e antioxidantes/pró-oxidantes dos principais retinóides presentes no meio intracelular - retinol e ácido retinóico- e os mecanismos envolvidos nesses efeitos em células de Sertoli, um dos principais alvos fisiológicos da vitamina A em mamíferos. A vitamina A (retinol) e seus derivados, os retinóides, são importantes reguladores do ciclo celular, exercendo um papel central na proliferação, apoptose e diferenciação de diversos tipos celulares. Atualmente, o papel dos retinóides na proliferação e diferenciação celular tem sido bastante investigado. Nesse contexto, diversos estudos têm demonstrado que formas ativas de retinóides como o ácido retinóico inibem a proliferação em modelos de células tumorais e não-tumorais, caracterizando-os como potenciais agentes quimioterápicos. Entretanto, um crescente número de estudos tem sugerido que os retinóides apresentam propriedades pró-oxidantes em sistemas biológicos, as quais podem induzir dano celular, ativação de proto-oncogenes e, até mesmo, transformação neoplásica. Essas contradições estimularam-nos a investigar as propriedades proliferativas/antiproliferativas e antioxidantes/pró-oxidantes dos principais retinóides presentes no meio intracelular - retinol e ácido retinóico- e os mecanismos envolvidos nesses efeitos em células de Sertoli, um dos principais alvos fisiológicos da vitamina A em mamíferos. A diminuição na viabilidade foi mediada pela ativação da xantina oxidase, uma vez que concentrações elevadas de retinol induziram ativação desta enzima e aumentaram a produção de espécies reativas, e a inibição da xantina oxidase com alopurinol atenuou tanto a produção de espécies reativas quanto o dano oxidativo a proteínas e a citotoxicidade induzida pelo retinol. Além disso, demonstramos que a incubação da xantina oxidase com retinol promove a produção de superóxido in vitro, e investigamos alguns fatores envolvidos nesse evento. Por outro lado, o principal derivado ativo do retinol, o ácido retinóico, não apresentou qualquer efeito pró-oxidante ou proliferativo, nem ativou MAPKs. Ao contrário do retinol, o ácido retinóico apresentou efeitos antiproliferativos, diminuindo os níveis do inibidor de CDKs p21 e induzindo parada no ciclo celular. Os dados apresentados nesse trabalho podem contribuir para a elucidação dos efeitos pró-oxidantes, proliferativos/antiproliferativos e citotóxicos da vitamina A e seus derivados em sistemas biológicos. / Vitamin A (Retinol) and its derivatives, retinoids, are important regulators of the cell cycle, playing a role on proliferation, apoptosis and differentiation of diverse cell types. In recent years, the influence of retinoids on cell growth and differentiation has been investigated. There is a growing body of in vitro data demonstrating that active retinoids as retinoic acid antagonize cell growth in a variety of normal and tumour cells, characterizing them as potential chemotherapeutic agents. On the other hand, a growing body of evidence has suggested that retinoids present pro-oxidant properties in biological systems, which might induce cell damage, proto-oncogene activation and neoplasic transformation. These discordances stimulated us to investigate the proliferative/antiproliferative properties of two major intracellular retinoids, retinol and retinoic acid, and its mechanisms in a model of Sertoli cells, a major vitamin A physiological target. Our data showed that supra-physiological concentrations of retinol, but not retinoic acid, are able to increase reactive species production in Sertoli cells. These pro-oxidant effects may induce different cellular fates depending on of retinol concentrations. At low pro-oxidant levels (7 μM), retinol induced an oxidant-dependent proliferation, which was mediated by a rapid, nonclassic and redox-sensitive activation of the MAPKs JNK1/2, p38 and ERK1/2. The investigation of potential sites of reactives species production indicated that mitochondria act as a primary source of reactive species involved in retinol redox signaling. Retinol 7 μM induces dysfunction in the mitochondrial electron transfer system leading to increases in superoxide anion production. Inhibition of the mitochondrial-dependent superoxide formation blocked both reactive species production and MAPKs activation, characterizing a new mechanism of nongenomic action of the vitamin A. MAPKs inhibition blocked retinol-induced proliferation. On the other hand, at high concentrations (10 to 20 μM) the pro-oxidant effects of retinol were significantly high to induce extensive oxidative damage and decreases in cell viability. At high concentrations, retinol-induced decreases in cell viability were mediated by stimulation of the xanthine oxidase activity in Sertoli cells, since retinol treatment increased xanthine oxidase activity and reactive species production, and inhibition of the enzyme with allopurinol attenuated retinol-induced reactive species, protein oxidative damage and cytotoxicity. In addition, we showed that incubation of xanthine oxidase with retinol promotes superoxide generation in vitro, and investigated the potential factors involved in this effect. On the other hand, the principal retinol derivative, retinoic acid, induced neither reactive species production or proliferation nor MAPKs activation. In contrast to retinol, retinoic acid presented its well documented antiproliferative effects by decreasing DNA synthesis and increasing the level of the CDK inhibitor p21 leading to cell arrest. Data presented in this work, may contribute to elucidation of the mechanisms involved in pro-oxidants, proliferatives/antiproliferatives and cytotoxic actions of vitamin A and its derivatives in biologycal systems.

A vitamina A (retinol) e seus derivados, os retinóides, são importantes reguladores do ciclo celular, exercendo um papel central na proliferação, apoptose e diferenciação de diversos tipos celulares. Atualmente, o papel dos retinóides na proliferação e diferenciação celular tem sido bastante investigado. Nesse contexto, diversos estudos têm demonstrado que formas ativas de retinóides como o ácido retinóico inibem a proliferação em modelos de células tumorais e não-tumorais, caracterizando-os como potenciais agentes quimioterápicos. Entretanto, um crescente número de estudos tem sugerido que os retinóides apresentam propriedades pró-oxidantes em sistemas biológicos, as quais podem induzir dano celular, ativação de proto-oncogenes e, até mesmo, transformação neoplásica. Essas contradições estimularam-nos a investigar as propriedades proliferativas/antiproliferativas e antioxidantes/pró-oxidantes dos principais retinóides presentes no meio intracelular - retinol e ácido retinóico- e os mecanismos envolvidos nesses efeitos em células de Sertoli, um dos principais alvos fisiológicos da vitamina A em mamíferos. A vitamina A (retinol) e seus derivados, os retinóides, são importantes reguladores do ciclo celular, exercendo um papel central na proliferação, apoptose e diferenciação de diversos tipos celulares. Atualmente, o papel dos retinóides na proliferação e diferenciação celular tem sido bastante investigado. Nesse contexto, diversos estudos têm demonstrado que formas ativas de retinóides como o ácido retinóico inibem a proliferação em modelos de células tumorais e não-tumorais, caracterizando-os como potenciais agentes quimioterápicos. Entretanto, um crescente número de estudos tem sugerido que os retinóides apresentam propriedades pró-oxidantes em sistemas biológicos, as quais podem induzir dano celular, ativação de proto-oncogenes e, até mesmo, transformação neoplásica. Essas contradições estimularam-nos a investigar as propriedades proliferativas/antiproliferativas e antioxidantes/pró-oxidantes dos principais retinóides presentes no meio intracelular - retinol e ácido retinóico- e os mecanismos envolvidos nesses efeitos em células de Sertoli, um dos principais alvos fisiológicos da vitamina A em mamíferos. A diminuição na viabilidade foi mediada pela ativação da xantina oxidase, uma vez que concentrações elevadas de retinol induziram ativação desta enzima e aumentaram a produção de espécies reativas, e a inibição da xantina oxidase com alopurinol atenuou tanto a produção de espécies reativas quanto o dano oxidativo a proteínas e a citotoxicidade induzida pelo retinol. Além disso, demonstramos que a incubação da xantina oxidase com retinol promove a produção de superóxido in vitro, e investigamos alguns fatores envolvidos nesse evento. Por outro lado, o principal derivado ativo do retinol, o ácido retinóico, não apresentou qualquer efeito pró-oxidante ou proliferativo, nem ativou MAPKs. Ao contrário do retinol, o ácido retinóico apresentou efeitos antiproliferativos, diminuindo os níveis do inibidor de CDKs p21 e induzindo parada no ciclo celular. Os dados apresentados nesse trabalho podem contribuir para a elucidação dos efeitos pró-oxidantes, proliferativos/antiproliferativos e citotóxicos da vitamina A e seus derivados em sistemas biológicos. / Vitamin A (Retinol) and its derivatives, retinoids, are important regulators of the cell cycle, playing a role on proliferation, apoptosis and differentiation of diverse cell types. In recent years, the influence of retinoids on cell growth and differentiation has been investigated. There is a growing body of in vitro data demonstrating that active retinoids as retinoic acid antagonize cell growth in a variety of normal and tumour cells, characterizing them as potential chemotherapeutic agents. On the other hand, a growing body of evidence has suggested that retinoids present pro-oxidant properties in biological systems, which might induce cell damage, proto-oncogene activation and neoplasic transformation. These discordances stimulated us to investigate the proliferative/antiproliferative properties of two major intracellular retinoids, retinol and retinoic acid, and its mechanisms in a model of Sertoli cells, a major vitamin A physiological target. Our data showed that supra-physiological concentrations of retinol, but not retinoic acid, are able to increase reactive species production in Sertoli cells. These pro-oxidant effects may induce different cellular fates depending on of retinol concentrations. At low pro-oxidant levels (7 μM), retinol induced an oxidant-dependent proliferation, which was mediated by a rapid, nonclassic and redox-sensitive activation of the MAPKs JNK1/2, p38 and ERK1/2. The investigation of potential sites of reactives species production indicated that mitochondria act as a primary source of reactive species involved in retinol redox signaling. Retinol 7 μM induces dysfunction in the mitochondrial electron transfer system leading to increases in superoxide anion production. Inhibition of the mitochondrial-dependent superoxide formation blocked both reactive species production and MAPKs activation, characterizing a new mechanism of nongenomic action of the vitamin A. MAPKs inhibition blocked retinol-induced proliferation. On the other hand, at high concentrations (10 to 20 μM) the pro-oxidant effects of retinol were significantly high to induce extensive oxidative damage and decreases in cell viability. At high concentrations, retinol-induced decreases in cell viability were mediated by stimulation of the xanthine oxidase activity in Sertoli cells, since retinol treatment increased xanthine oxidase activity and reactive species production, and inhibition of the enzyme with allopurinol attenuated retinol-induced reactive species, protein oxidative damage and cytotoxicity. In addition, we showed that incubation of xanthine oxidase with retinol promotes superoxide generation in vitro, and investigated the potential factors involved in this effect. On the other hand, the principal retinol derivative, retinoic acid, induced neither reactive species production or proliferation nor MAPKs activation. In contrast to retinol, retinoic acid presented its well documented antiproliferative effects by decreasing DNA synthesis and increasing the level of the CDK inhibitor p21 leading to cell arrest. Data presented in this work, may contribute to elucidation of the mechanisms involved in pro-oxidants, proliferatives/antiproliferatives and cytotoxic actions of vitamin A and its derivatives in biologycal systems.

Made available in DSpace on 2015-07-22T20:49:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-12-31 / Recentemente observou-se que a mitocôndria produz óxido nítrico (NO), que além de radical livre, participa de vários processos fisiológicos. O NO, por si só, é relativamente não-reativo, e na mitocôndria possui uma ação inibitória sobre a citocromo c oxidase (COX). Entretanto, o NO pode ser convertido em um grande número de derivados mais reativos, que podem levar a lesões oxidativas em vários componentes mitocondriais, como o DNA mitocondrial (DNAmt), proteínas e membranas mitocondriais. A síntese do NO na mitocôndria sugere que o NO tenha um papel regulador importante na função mitocondrial. O objetivo deste estudo foi avaliar a síntese de NO em linhagens celulares com diferentes defeitos na cadeia respiratória e verificar se existe nitração de proteínas, o que indicaria a presença de lesão oxidativa por radicais de nitrogênio. A síntese de NO foi verificada através da quantificação de nitritos e do uso de um marcador fluorescente para NO, o DAF-FM diacetato. Foram avaliadas linhagens celulares derivadas de osteosarcoma cíbridas para as mutações 3243 A>G, 8344 A>G e deleção do DNAmt, além de fibroblastos de pacientes com suspeita de doença mitocondrial e com doença mitocondrial confirmada. Os controles utilizados foram: a linhagem derivada de osteosarcoma 143B e fibroblastos de um indivíduo normal. Observamos um aumento na produção de nitritos em todas as linhagens cíbridas e uma diminuição nos fibroblastos. A avaliação com o marcador DAF-FM diacetato mostrou marcação intracelular em todas as linhagens, com um aumento da marcação na linhagem com a mutação 8344 A>G e diminuição nos fibroblastos. A análise quantitativa mostrou um aumento significante da fluorescência obtida nas linhagens 8344 A>G e diminuição, também significante, nos fibroblastos. A nitração de proteínas foi verificada através do método de Western blotting utilizando o anticorpo anti-nitrotirosina, e amostras de células cíbridas, fibroblastos e de músculo esquelético. Não foram detectadas proteínas contendo nitrotirosinas, sugerindo que não houve nitração de proteínas nestas amostras. Nossos resultados sugerem que existe uma variação na síntese de NO em determinados defeitos da cadeia respiratória, sem indicações de lesão oxidativa decorrente de radicais de nitrogênio. Esta alteração pode sugerir a participação do NO no processo regulatório da mitocôndria frente ao defeito da cadeia respiratória. O conhecimento dos mecanismos deste processo regulatório pode ter implicações no tratamento das doenças mitocondriais e neurodegenerativas com envolvimento mitocondrial. / A mitochondrial production of nitric oxide (NO) hás been recently identified. Besides being a free radical, NO also participates in several physiological processes. NO itself is relatively non-reactive and exhibits an inhibitory effect on the respiratory chain, specially, cytochrome c oxidase (COX). NO can also be converted into a number of more reactive derivatives, which can lead to oxidative damage of several mitochondrial components, such as mitochondrial DNA (mtDNA), mitochondrial proteins and membranes. The existence of a mitochondrial nitric oxide synthase suggests that NO has an important regulatory role on mitochondrial function. The aim of this study was to evaluate nitric oxide synthesis in cell lines carrying different respiratory chain defects and to verify if there was protein nitration, which would indicate the presence of oxidative damage by nitrogen radicals. NO synthesis was verified through nitrite quantitation and using a fluorescent NO indicator, DAF-FM diacetate. We analyzed cybrid cell lines carrying mtDNA mutations 3243 A>G, 8344 A>G and mtDNA deletion, and fibroblasts from patients with confirmed and suspected mitochondrial disease. Control samples were: the cell line originated from osteosarcoma 143B and fibroblasts from a normal individual. We observed increased nitrite production in all cybrid cell lines and a decrement in all fibroblasts from patients. All cell lines showed intracellular fluorescence with DAF-FM diacetate. The quantitative analysis showed a significantly increase of the fluorescence obtained for the 8344 A>G cell line and a decrease in most of the fibroblasts. Protein nitration was verified through Western blotting method using the anti-nitrotyrosine antibody, in cybrid cells, fibroblasts and skeletal muscle. There was no detection of proteins containing nitrotyrosines, suggesting that these samples were not nitrated. Our results suggest a variation of nitric oxide synthesis in certain respiratory chain defects, without indication of oxidative damage as a consequence of nitrogen radicals. This variation can suggest NO involvement on mitochondrial regulatory process of respiratory chain defects. The knowledge of this regulatory process may have implications on treatment strategies of mitochondrial diseases and neurodegenerative diseases with mitochondrial involvement. / TEDE / BV UNIFESP: Teses e dissertações

MELO, Y. L. Peroxidase de glutationa mitocondrial de arroz é crucial para o crescimento por favorecer a fotossíntese. 2014. 117 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Daniel Eduardo Alencar da Silva (dealencar.silva@gmail.com) on 2015-01-22T17:42:54Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_ylmelo.pdf: 6067582 bytes, checksum: be5b09fa2800bd3873636265849aad8b (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa(jairo@ufc.br) on 2016-01-29T20:38:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_ylmelo.pdf: 6067582 bytes, checksum: be5b09fa2800bd3873636265849aad8b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-29T20:38:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_ylmelo.pdf: 6067582 bytes, checksum: be5b09fa2800bd3873636265849aad8b (MD5) Previous issue date: 2014 / The physiological role of glutathione peroxidases (GPX) in plant mitochondria is little known. Their relations with the photosynthesis are unknown, even more in presence of salt stress. This enzyme have great importance in H2O2 and organic hydroperoxides scavenging, contributing in oxidative protection and redox homeostasis. In this study, silenced rice mutants in OsGPX1 and OsGPX3 genes, coding for the mitochondrial proteins, were used to better understand the physiological mechanisms of the role of this protein in growth and photosynthesis. Additionally, these processes were also studied in salt stress conditions with the plants silenced in OsGPX1. The results show, for the first time, that the lacking of a mitochondrial GPX is capable of restricting plant growth by impairment in photosynthesis. This response might be an indirect consequence of changes in gene and metabolic networks trigged by alterations in H2O2 (raised) and/or reduced glutathione (diminished). It is likely that the altered redox state in mitochondria by GPX effects can improve photosynthesis through cross-talk between this organelle and chloroplasts by yet unknown mechanisms. Furthermore, the OsGPX1 gene showed significant role in stomatal control, which is crucial to the water use efficiency under salt stress conditions. The mitochondrial GPX also seems to be involved with dissipation of excess light energy as heat (NPQ) in photosystem II apparatus and in photorespiratory pathway. In conclusion, the OsGPX1 gene, associated with it protein product and changes in gene and metabolic networks, are essential to rice growth by improvement of photosynthesis, especially at light use efficiency level involving photosystem II activity and CO2 quantum efficiency in normal and growth conditions. Additionally, GPX1 seems to be less important to salt stress tolerance. / O papel fisiológico das peroxidases de glutationa (GPX) da mitocôndria em plantas é muito pouco conhecido. Suas relações com a fotossíntese são desconhecidas, ainda mais na presença de estresse salino. Essa enzima possui grande importância na remoção de H2O2 e hidroperóxidos orgânicos, contribuindo na proteção oxidativa e na homeostase redox. Neste estudo, mutantes de arroz silenciados nos genes OsGPX1 ou OsGPX3, das proteínas mitocondriais, foram utilizados para entender os mecanismos fisiológicos do papel dessa enzima no crescimento e fotossíntese. Adicionalmente, estes processos foram estudados também em condições de estresse salino para as plantas silenciadas em OsGPX1. Os resultados mostram, pela primeira vez, que a deficiência de uma GPX mitocondrial é capaz de restringir o crescimento vegetal por deficiência na fotossíntese. Este efeito deve ser causado indiretamente por mudanças nas redes genéticas e metabólicas desencadeadas por alterações nos níveis de H2O2 (aumentado) e/ou glutationa reduzida (diminuída). É provável que o estado redox alterado em mitocôndrias pelo efeito da GPX possa aumentar a fotossíntese através da comunicação entre esta organela e cloroplastos por mecanismos ainda não estabelecidos. Além disso, o gene OsGPX1 mostrou ter papel significativo no controle do movimento estomático, que é crucial para a eficiência do uso da água sob condição de estresse salino. As GPX mitocondriais também parecem estar envolvidas com a dissipação do excesso de energia luminosa na forma de calor (NPQ) no aparato do fotossistema II e na rota da fotorrespiração. Em conclusão, o gene OsGPX1, associado com seu produto proteico e mudanças desencadeadas nas redes metabólicas e gênicas, são essenciais para o crescimento de arroz pelo aumento da fotossíntese, especialmente a nível de eficiência de uso da luz envolvendo atividade do fotossistema II e eficiência quântica do CO2 em condições normais de crescimento. Adicionalmente, a GPX1 aparenta mostrar uma importância menor para a resistência ao estresse salino.

A vitamina A (retinol) e seus derivados, os retinóides, são importantes reguladores do ciclo celular, exercendo um papel central na proliferação, apoptose e diferenciação de diversos tipos celulares. Atualmente, o papel dos retinóides na proliferação e diferenciação celular tem sido bastante investigado. Nesse contexto, diversos estudos têm demonstrado que formas ativas de retinóides como o ácido retinóico inibem a proliferação em modelos de células tumorais e não-tumorais, caracterizando-os como potenciais agentes quimioterápicos. Entretanto, um crescente número de estudos tem sugerido que os retinóides apresentam propriedades pró-oxidantes em sistemas biológicos, as quais podem induzir dano celular, ativação de proto-oncogenes e, até mesmo, transformação neoplásica. Essas contradições estimularam-nos a investigar as propriedades proliferativas/antiproliferativas e antioxidantes/pró-oxidantes dos principais retinóides presentes no meio intracelular - retinol e ácido retinóico- e os mecanismos envolvidos nesses efeitos em células de Sertoli, um dos principais alvos fisiológicos da vitamina A em mamíferos. A vitamina A (retinol) e seus derivados, os retinóides, são importantes reguladores do ciclo celular, exercendo um papel central na proliferação, apoptose e diferenciação de diversos tipos celulares. Atualmente, o papel dos retinóides na proliferação e diferenciação celular tem sido bastante investigado. Nesse contexto, diversos estudos têm demonstrado que formas ativas de retinóides como o ácido retinóico inibem a proliferação em modelos de células tumorais e não-tumorais, caracterizando-os como potenciais agentes quimioterápicos. Entretanto, um crescente número de estudos tem sugerido que os retinóides apresentam propriedades pró-oxidantes em sistemas biológicos, as quais podem induzir dano celular, ativação de proto-oncogenes e, até mesmo, transformação neoplásica. Essas contradições estimularam-nos a investigar as propriedades proliferativas/antiproliferativas e antioxidantes/pró-oxidantes dos principais retinóides presentes no meio intracelular - retinol e ácido retinóico- e os mecanismos envolvidos nesses efeitos em células de Sertoli, um dos principais alvos fisiológicos da vitamina A em mamíferos. A diminuição na viabilidade foi mediada pela ativação da xantina oxidase, uma vez que concentrações elevadas de retinol induziram ativação desta enzima e aumentaram a produção de espécies reativas, e a inibição da xantina oxidase com alopurinol atenuou tanto a produção de espécies reativas quanto o dano oxidativo a proteínas e a citotoxicidade induzida pelo retinol. Além disso, demonstramos que a incubação da xantina oxidase com retinol promove a produção de superóxido in vitro, e investigamos alguns fatores envolvidos nesse evento. Por outro lado, o principal derivado ativo do retinol, o ácido retinóico, não apresentou qualquer efeito pró-oxidante ou proliferativo, nem ativou MAPKs. Ao contrário do retinol, o ácido retinóico apresentou efeitos antiproliferativos, diminuindo os níveis do inibidor de CDKs p21 e induzindo parada no ciclo celular. Os dados apresentados nesse trabalho podem contribuir para a elucidação dos efeitos pró-oxidantes, proliferativos/antiproliferativos e citotóxicos da vitamina A e seus derivados em sistemas biológicos. / Vitamin A (Retinol) and its derivatives, retinoids, are important regulators of the cell cycle, playing a role on proliferation, apoptosis and differentiation of diverse cell types. In recent years, the influence of retinoids on cell growth and differentiation has been investigated. There is a growing body of in vitro data demonstrating that active retinoids as retinoic acid antagonize cell growth in a variety of normal and tumour cells, characterizing them as potential chemotherapeutic agents. On the other hand, a growing body of evidence has suggested that retinoids present pro-oxidant properties in biological systems, which might induce cell damage, proto-oncogene activation and neoplasic transformation. These discordances stimulated us to investigate the proliferative/antiproliferative properties of two major intracellular retinoids, retinol and retinoic acid, and its mechanisms in a model of Sertoli cells, a major vitamin A physiological target. Our data showed that supra-physiological concentrations of retinol, but not retinoic acid, are able to increase reactive species production in Sertoli cells. These pro-oxidant effects may induce different cellular fates depending on of retinol concentrations. At low pro-oxidant levels (7 μM), retinol induced an oxidant-dependent proliferation, which was mediated by a rapid, nonclassic and redox-sensitive activation of the MAPKs JNK1/2, p38 and ERK1/2. The investigation of potential sites of reactives species production indicated that mitochondria act as a primary source of reactive species involved in retinol redox signaling. Retinol 7 μM induces dysfunction in the mitochondrial electron transfer system leading to increases in superoxide anion production. Inhibition of the mitochondrial-dependent superoxide formation blocked both reactive species production and MAPKs activation, characterizing a new mechanism of nongenomic action of the vitamin A. MAPKs inhibition blocked retinol-induced proliferation. On the other hand, at high concentrations (10 to 20 μM) the pro-oxidant effects of retinol were significantly high to induce extensive oxidative damage and decreases in cell viability. At high concentrations, retinol-induced decreases in cell viability were mediated by stimulation of the xanthine oxidase activity in Sertoli cells, since retinol treatment increased xanthine oxidase activity and reactive species production, and inhibition of the enzyme with allopurinol attenuated retinol-induced reactive species, protein oxidative damage and cytotoxicity. In addition, we showed that incubation of xanthine oxidase with retinol promotes superoxide generation in vitro, and investigated the potential factors involved in this effect. On the other hand, the principal retinol derivative, retinoic acid, induced neither reactive species production or proliferation nor MAPKs activation. In contrast to retinol, retinoic acid presented its well documented antiproliferative effects by decreasing DNA synthesis and increasing the level of the CDK inhibitor p21 leading to cell arrest. Data presented in this work, may contribute to elucidation of the mechanisms involved in pro-oxidants, proliferatives/antiproliferatives and cytotoxic actions of vitamin A and its derivatives in biologycal systems.

Orientador: Anibal Eugenio Vercesi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-11T13:52:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paim_BrunoAlves_D.pdf: 3170914 bytes, checksum: d4f5cbbb9bfc262aef0879eaf9d377d6 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Neste trabalho, o estresse oxidativo em mitocôndrias isoladas de fígados de camundongos knockout para o receptor de LDL (LDLr-/-) foi caracterizado por apresentar um menor conteúdo de isocitrato mitocondrial, uma reduçãoda razão GSH/GSSG e um maior conteúdo de proteínas oxidadas quando comparados a camundongos controles. A maior produção de EROs pelas mitocôndrias de camundongos LDLr-/- foi prevenida quando as mesmas foram incubadas na presença de isocitrato exógeno, o qual é capaz de manter NADPH completamente reduzido. Resultados semelhantes foram obtidos quando os animais foram tratados com solução de citrato solução de citrato de sódio 55 mM/ ácido cítrico 67 mM durante duas semanas, onde houve uma redução na produção de EROs pelas mitocôndrias isoladas de fígado assim como uma recuperação parcial no consumo de oxigênio mantido por substratos endógenos bem como no perfil de oxidação dos nucleotídeos de piridina. Os linfócitos de camundongos LDLr-/- também apresentaram elevação na produção de EROs, celular e mitocondrial bem como uma elevação nos níveis de Ca2+, citosólico e mitocondrial, quando comparados a camundongos controles. Uma vez que [Ca2+] intracelular tem demonstrado participar na modulação da resposta Th1 e Th2 e no processo de ativação linfocitária, decidimos estudar algumas citocinas em camundongos LDLr-/-. As citocinas Th1 (IL-2 e TNF- a) e Th2 (IL-4 e IL-10) se mostraram elevadas quando comparadas a camundongos controles. A elevação das citocinas Th1 e Th2, a geração de EROs e as elevações das concentrações de Ca2+ foram parcialmente inibidas após tratamento dos camundongos com verapamil, um antagonista de canal de cálcio tipo L. Os resultados nos levam a concluir que o estresse oxidativo observado em mitocôndrias isoladas de fígados de camundongos LDLr-/- ocorre em resposta a uma redução no conteúdo de substratos endógenos redutores de NADPH e que pode, ao menos em parte, ser corrigido após suplementação oral com solução de citrato. Além do mais, foi demonstrado que o Ca2+, em linfócitos isolados de baços de camundongos LDLr-/-, possui papel fundamental modulando a geração de EROs e a produção de citocinas. Estas alterações são provavelmente relacionadas com o processo de ativação linfocitária, em razão das lesões ateroscleróticas observadas no arco aórtico dos camundongos LDLr-/-, formadas espontaneamente / Abstract: In this work, oxidative stress in liver mitochondria isolated from LDLr-/- mice was further characterized by showing a lower mitochondrial isocitrate content, lower matochondrial GSH/GSSG ratio and a higher liver content of protein carbonyls as compared to control mice. The higher rate of ROS production in LDLr -/- mitochondria was also prevented by the presence of exogenous isocitrate which maintains NADP+ fully reduced. Similar results were obtained when the annimals were treated with drinking water containing 55 mM sodium citrate/67 mM citric acid during two weeks, when was observed lower levels of ROS production, an improve in the rate of oxygen consumption supported by NADP-linked substrates as well as a higher capacity to sustain reduced NAD(P)H in liver mitochondria. The spleen lymphocytes isolated from k/o mice also showed higher ROS generation by lymphocyte mitochondria and whole cell, and higher levels of cytosolic and mitochondrial Ca2+ compared to control mice. As intracellular Ca2+ has been shown to affect Th1 and Th2 priming and lymphocyte activation we evaluated some cytokines in LDL receptor k/o mice compared to controls. Th1 cytokines (interleukin-2 and TNF-a), as well as Th2 cytokines (interleukin-10 and interleukin-4) were higher in k/o mice than in control. The increase of Th1 and Th2 cytokines, ROS generation, and Ca2+ concentration were partially inhibited by treatment of the k/o mice with verapamil, an L-type Ca2+ channel antagonist. In conclusion, the data demonstrate that the liver mitochondrial oxidative stress in hypercholesterolemic LDL receptor knockout mice is the result of a low content of mitochondrial NADPH-linked substrates in the intact animal that can be, at least in part, replenished by oral administration of citrate. Also, we demonstrate that Ca2+ presents a central role in spleen mononuclear cell from hypercholesterolemic LDL receptor knockout mice modulating ROS generation and cytokines production. These alterations are probably related to lymphocyte activation due the expontaneous atherosclerotic lesion observed in aortic arch of k/o mice / Doutorado / Medicina Experimental / Doutor em Fisiopatologia Medica

Orientador : Anibal Eugenio Vercesi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-07-14T19:14:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferraz_ValmirLauro_M.pdf: 4120238 bytes, checksum: d75b94495b9b93bd90a2e5e978d7dba5 (MD5) Previous issue date: 1988 / Resumo: Mitocôndrias de fígado de rato desenergizadas sofrem inchamento quando incubadas na presença de cálcio e um oxidante de nucleotídeos de piridina mitocondriais. Este inchamento é estimulado por fosfato e aumento da temperatura de incubação, e inibido por vermelho de rutênio, ATP+Mg2+ e dibucaína. O grau de inibição pela dibucaína varia inversamente com a concentração de cálcio. A inibição causada por vermelho de rutênio é eliminada completamente pela adição do ionóforo de cálcio ionomicina, indicando que o efeito do cátion é mediado por sítios internos de ligação. Visto que as mitocôndrias foram desenergizadas, os resultados indicam não há necessidade de movimento cíclico de cálcio através que da membrana neste mecanismo. Além disso, os resultados mostram que mitocôndrias de cérebro de rato, cuja fosfolipase A2 dependente de cálcio,é menor que 20% da de mitocôndrias de fígado, são bastante sensíveis aos efeitos deletérios do cálcio + fosfato ou oxidantes de NAD(P)H, sugerindo que a remoção de fosfolípideos da membrana, por esta enzima, não representa o fator mais significativo no mecanismo do inchamento. Um ponto de transição da temperatura em torno de 26 graus deve indicar ainda uma subordinação do mecanismo do inchamento à fluidez da membrana / Abstract: Deenergized rat liver mitochondria undergo extensive swelling when incubated in the presence of calcium plus an oxidant of mitochondrial pyridine nucleotide. This swelling is stimulated by phosphate and increasing incubation temperature, and is inhibited by ruthenium red, ATP plus Mg2+ and dibucaine. The degree of inhibition by dibucaine varies inversely with the calcium concentration. The inhibition caused by ruthenium red is completely eliminated by the addition of the calcium ionophore ionomycin indicating that the effect of the cation is mediated by internal binding sites. Since the mitochondria were deenergized the data definitely rule out the requirement for calcium cycling across the membrane in this mechanism. Furthermore, rat brain mitochondria whose Ca2+ dependent phospholipase A2 activity is less than 20% of that from liver, are very sensitive to the deleterious effects of calcium plus phosphate or NAD(P)H oxidants suggesting that the withdrawal of membrane phospho-lipids by this enzyme may not be the major factor in the swelling mechanism. A temperature transition value of 26 degress may still indicate a swelling mechanism-dependence membrane fluidity / Mestrado / Fisiologia e Biofisica / Mestre em Ciências Biológicas

Orientador: Lucia Pereira da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:20:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Molnar_AgnesMargarethe_D.pdf: 1768684 bytes, checksum: 1a2bd930dfbfe16abbddc4f60dbd22d9 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Nosso trabalho consistiu em avaliar as alterações no funcionamento e estrutura de mitocôndrias de músculo de ratos (consumo de oxigênio, produção de H2O2 e composição lipídica) em diferentes situações de exercício físico (treinamento intermitente excêntrico ou concêntrico e/ou exercício agudo excêntrico) e após uma suplementação em ácidos graxos Ômega-3. Foram também analisadas as atividades de diferentes enzimas antioxidantes (catalase - CAT, glutationa peroxidase - GPx e superóxido dismutase dependente de manganês ¿ Mn-SOD) e o conteúdo em HSP72 muscular nestas mesmas situações. O treinamento físico excêntrico e concêntrico induziu aumento da atividade de enzimas oxidativas (citrato sintase - CS ou citocromo c oxidase - CCOX) o que também foi observado no consumo de oxigênio por mitocôndrias. Já a produção de H2O2 diminuiu ou tendeu a diminuir dependendo do tipo do treinamento e do substrato utilizado. A atividade das enzimas antioxidantes não foi alterada após os dois tipos de treinamento. Após o exercício agudo excêntrico observou-se também a diminuição na produção de H2O2 de mitocôndrias, porém sem alteração do consumo de oxigênio e com diminuição paralela da atividade da Mn-SOD. Após suplementação em Ômega-3 o funcionamento das mitocôndrias não foi alterado, apenas sua composição lipídica apresentou modificações. Quando a suplementação em Ômega-3 foi associada ao treinamento físico, apenas durante 15 dias, a concentração em proteínas das mitocôndrias apresentou-se 50% menor que nos demais grupos e os parâmetros respiratórios e de produção de H2O2 estavam diminuídos. Concluindo o mecanismo pelo qual a produção de H2O2 foi diminuída parecendo ser diferente após treinamento ou exercício agudo excêntricos. O primeiro parece estar relacionado com o desacoplamento das mitocôndrias e o segundo com a diminuição da atividade da Mn-SOD. A suplementação sozinha não produziu efeitos prejudiciais para o músculo, porém sua associação com uma situação onde a produção de EROS poderia estar elevada, o exercício físico, causou prejuízos / Abstract: Dans ce travail nous avons étudié les altérations du fonctionnement des mitochondries de muscles de rats (consommation d¿oxygène, production d¿H2O2 et composition lipidique) dans différentes situations d¿exercice (entraînement et/ou exercice aigu), ainsi qu¿après une supplémentation en acides gras Omega-3. L¿activité des enzymes antioxydants (catalase - CAT, glutathion peroxydase - GPx et superoxyde dismutase mitochondriale ¿ Mn-SOD) et le contenu en HSP72 musculaires étaient aussi évalués. L¿entraînement physique excentrique ou concentrique a induit une augmentation de la capacité oxydative à travers l¿elevation de l¿activité des enzymes oxydantes (citrate synthase - CS et cytochrome c oxydase - CCOX) parallèle à une augmentation de la consommation d¿oxygène. La production d¿H2O2 est diminuée ou tend à diminuer selon l¿entraînement réalisé et le substrat utilisé. L¿activité des enzymes antioxydants n¿était pas changée après les deux entraînements. Après l¿exercice aigu excentrique nous avons aussi observé une diminution de la production d¿H2O2 parallèle à la diminution de l¿activité de la Mn-SOD, cependant sans modification de la consommation d¿oxygène. Dans une autre étude la supplémentation en acides gras Omega- 3 n¿a pas modifié le fonctionnement des mitochondries, seulement leur composition lipidique était modifiée. Après l¿association de la supplémentation en Omega-3 avec l¿entraînement physique, pendant 15 jours, la concentration en protéines était diminuée en 50% par rapport les autres groupes et les paramètres respiratoires et de production d¿H2O2 étaient aussi diminués. En conclusion, le mécanisme par lequel la production d¿H2O2 était diminuée après l¿entraînement et l¿exercice aigu semblerait être différent dans les deux cas. Le premier semble être lié à un léger découplage des mitochondries et le deuxième à la diminution de l¿activité de la Mn-SOD. Dans la deuxième étude, la supplémentation toute seule n¿a pas produit des effets délétères sur le muscle, tandis que son association avec l¿exercice (entraînement), situation ou la production de ROS peut être augmenté, était préjudicielle / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular