Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-09-28T22:06:58Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Diorginis José Soares Ferreira.pdf: 7430851 bytes, checksum: b0071e6c1a08fccd23f19cd285907b7d (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-11-22T21:27:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Diorginis José Soares Ferreira.pdf: 7430851 bytes, checksum: b0071e6c1a08fccd23f19cd285907b7d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-22T21:27:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Diorginis José Soares Ferreira.pdf: 7430851 bytes, checksum: b0071e6c1a08fccd23f19cd285907b7d (MD5) Previous issue date: 2017-07-25 / CAPES / Extensivos estudos vêm mostrando a influência de estímulos ambientais durante as fases críticas de desenvolvimento do sistema nervoso central no surgimento/progressão de doenças na vida adulta, incluindo as cardiovasculares. Uma das hipóteses está relacionada a modificação de padrões moleculares e celulares na tentativa de preparar o indivíduo ao ambiente que será exposto posteriormente (resposta adaptativa preditiva). Nesse contexto, nosso laboratório tem voltado seus esforços em entender como a restrição proteica materna modula o equilíbrio oxidativo da prole em diferentes fases da vida. No sistema nervoso central, o tronco encefálico tem se destacado devido sua importância na regulação do controle central cardiovascular, onde o estresse oxidativo está intimamente relacionado à hipertensão neurogênica através da desregulação da resposta autonômica. O estresse oxidativo é um estado celular caracterizado pelo desequilíbrio entre produção e remoção de elementos oxidantes (espécies reativas), sendo a mitocôndria uma das principais fontes produtoras dessas espécies reativas. Diante disso, o presente estudo foi desenvolvido para avaliar os efeitos da restrição proteica nos períodos críticos do desenvolvimento (gestação e lactação) sobre a função mitocondrial e o equilíbrio oxidativo do tronco encefálico de forma imediata e tardia. Ratas gestantes da linhagem Wistar foram alimentadas ad libitum com dieta normoproteica (NP; caseína 17%) ou hipoproteica (LP; caseína 8%) durante toda gestação e lactação. Ao desmame e aos 128 dias depois, os filhotes machos foram eutanaziados e o tronco encefálico rapidamente removido para as análises da bioenergética mitocondrial, produção de espécies reativas, potencial elétrico de membrana mitocondrial (ΔΨm), biomarcadores de estresse oxidativo e defesa antioxidante. Ao desmame, a restrição proteica materna induziu uma disfunção na bioenergética mitocondrial. Animais que sofreram o insulto nutricional apresentaram menor capacidade de consumo de oxigênio e produção de ATP. A esses, associam-se a menor oferta de cofatores reduzidos à cadeia transportadora de elétrons e a diminuição do ΔΨm. Quanto ao equilíbrio oxidativo, a restrição proteica desencadeou um aumento na produção de espécies reativas e redução na capacidade antioxidante não enzimática e estado redox, fato que culminou na oxidação apenas de proteínas. Aos 150 dias, os animais que sofreram a restrição proteica materna ainda apresentavam disfunção na bioenergética mitocondrial. Entretanto, a menor capacidade fosforilativa não fora associada a menor oferta de cofatores reduzidos, mas ao desacoplamento mitocondrial desencadeado pela proteína desacopladora 2 (UCP2), o que gradualmente reduz o ΔΨm e compromete a conservação de energia. A produção de espécies reativas mitocondriais manteve-se aumentada e, agora, somada ao aumento na produção de oxido nítrico e redução da dismutação do superóxido desencadearem grande oxidação a lipídeos. Em resumo, nossos resultados indicam que a disfunção mitocondrial se inicia imediatamente após o insulto nutricional e pode comprometer gradualmente a condução de prótons, conservação de energia, integridade de lipídios e levar à disfunção no tronco encefálico durante o envelhecimento. / Several studies have been demonstrating the relationship between enviromental stimulus during critical development periods of central nervous system on the rise and progression of diseases later in life, including the cardiovascular. One of the hypotheses is related to molecular and cellular changes in the attempt to prepare the organism to the following enviroment (predictive adaptive response). In this context, ou laboratory has focused on understand how the maternal protein restriction modulates the offspring oxidative balace in different life periods. In the central nervous system, the brainstem has standed out due its role in the regulation of the central cardiovascular control, wherein the oxidative stress is close related to the autonomic dysregulation-induced neurogenic hypertension. The oxidative stress is a cellular condition characterized by the imbalance between production and removal of oxidant elements (reactive species), being the mitochondria one of the major producers of those species. Thereby, the current study was performed to evaluate the immediate and extended effects of the protein restriction during critical development periods (gestation and lactation) upon the immediate and late consequences in the mitochondrial bioenergetics and the oxidative balance in the brainstem. Pregnant Wistar rats were fed ad libitum with normoprotein (NP; 17% protein-casein) or low-protein (LP; 8% protein-casein) diet throughout pregnancy and lactation periods. At weaning and 128 days later, the male offsprings were euthanized and the brainstem was quickly removed to assess the mitochondria bioenergetics, reactive species (RS) production, mitochondrial electric membrane potential (ΔΨm), oxidative stress biomarkers and antioxidant defense. At weaning, maternal protein restriction induced a mitochondrial dysfunction. Animals that suffered the nutritional insult presented lower oxygen consumption capacity and ATP production. These results were associated to the reduction in the reduced cofactors supply to electrical transporter chain and to the ΔΨm reduction. Regarding oxidative balance, the protein restriction triggered an increase in the reactive species production and a decrease in the non-enzymatic antioxidant capacity and redox status, which together, culminated in the oxidative damage only to protein. At 150 days of life, the animals that suffered the maternal protein restriction still showed a dysfunction in the mitochondrial bioenergetics. At this age, the lower phosphorylation capacity was not associated to the reduced cofactors supply, but for the mitochondrial uncoupling by uncoupling protein 2 (UCP2) which gradually reduces the ΔΨm and compromises the energy conservation. The mitochondrial reactive species production was keept augmented, which added to the increase in the nitric oxide production and to the superoxide dismutation reduction triggered a cogent lipid oxidation. In summary, our results indicate that the mitochondrial dysfunction begins immediatly after nutritional insult and may gradually compromise the proton conduction, energy conservation, lipid integrity, leading to brainstem dysfunction during ageing.

A cisplatina ainda é um dos agentes quimioterápicos mais efetivos. No entanto, em elevadas doses pode ocorrer hepatotoxicidade. Alguns antioxidantes têm sido mostrado amenizar a hepatotoxicidade induzida pela cisplatina mas o mecanismo molecular envolvido não está bem esclarecido.No presente estudo nós investigamos moleculares subjacente ao efeito protetor da dimetiltiuouréia (DMTU), um conhecido eqüestrador de radical hidroxil, contra a lesão oxidativamitocondrial hepática induzida pela cisplatina em ratos. Ratos Wistar machos adultos ( 200 a 220g) foram divididos entre 4 grupos de 8 animais cada. O grupo controle foi tratado apenas com uma injeção intraperitoneal (i.p.) de solução salina (1 ml/ 100g de peso). Ao grupo DMTU foi administrado apenas DMTU (500 mg/kg de peso, i.p., seguido de 125 mg/kg, i.p., duas vezes ao dia até o sacrifício). Ao grupo cisplatina foi administrado uma injeção única de cisplatina (10 mg/kg de peso, i.p.). Ao grupo DMTU + cisplatina foi administrado DMTU (500mg/kg de peso, i.p.), pouco antes da injeção da cisplatina (10 mg/kg de peso, i.p.), seguido por injeções de DMTU (125 mg/kg de peso, i.p.) duas vezes ao dia até o sacrifício ( 72 horas após o tratamento). A hepatotoxicidade foi evidenciada no grupo cisplatina pelo aumento dos níveis séricos de alanina (ALT) e aspartato (AST)aminotransferases. O mecanismo de hepatotoxicidade induzido pela cisplatina mostrou-se envolvido na rigidez de membrana; na redução da razão glutationa reduzida em relação a glutationa oxidada (GSH/GSSG); na redução dos níveis de ATP, GSH e NADPH; na lipoperoxidação; na lesão oxidativa da cardiolipina e de proteínas com grupos fidrílicos. Mais ainda, a morte celular por apoptose foi também demonstrada e os achados fortemente sugerem a participação do xi mecanismo sinalizador mitocondrial neste processo; o DMTU não apresentou nenhum efeito direto sobre a mitocôndria e inibiu substancialmente a lesão mitocondrial induzida pela cisplatina, prevenindo a hepatotoxicidade. Todos os seguintes efeitos induzidos pela cisplatina foram previnidos pelo DMTU: (a) elevação dos níveis séricos de AST e ALT; (b) redução dos níveis de ATP hepático;(c)peroxidação lipídica;(d)oxidação da cardiolipina; (e)oxidação de proteínas sulfidrílicas; (f) rigidez da membrana mitocondrial; (g) oxidação de GSH; (h)oxidação de NADPH e (i) morte celular por apoptose. Os resultados mostraram o papel principal da mitocôndria e dos radicais hidroxilas na proteção do fígado saudável contra a lesão hepática induzida pela cisplatina, delineando um número de etapas que podem ser consideradas no desenvolvimento de futuros agentes citoprotetores / Cisplatin is still one of the most effective chemotherapeutic agents. However, at higher doses hepatotoxicity may occur. Some antioxidants have been shown to ameliorate cisplatin-induced hepatotoxicity but the involved molecular mechanism has not been clarified. In the present study we investigated the molecular mechanism underlying the protective effect of dimethylthiourea (DMTU), a known hydroxyl radical scavenger, against liver mitochondrial oxidative damage induced by cisplatin in rats.Adult male Wistar rats (200 to 220g) were divided into 4 groups of 8 animals each. The control group was treated only with an intraperitoneal (i.p.) injection of saline solution (1ml/100g body weight). The DMTU group was given only DMTU (500 mg/kg body weight, i.p, followed by 125 mg/Kg, i.p., twice a day until sacrifice). The cisplatin group was given a single injection of cisplatin (10 mg/kg body weight, i.p.). The DMTU+cisplatin group was given DMTU (500 mg/kg body weight, i.p.), just before the cisplatin injection (10 mg/kg body weight, i.p.), followed by injections of DMTU (125 mg/kg body weight, i.p.) twice a day until sacrifice (72 hours after the treatment). epatotoxicity was evidenced in the cisplatin group by the increased serum levels of alanine (ALT) and aspartate (AST) aminotransferases. The mechanism of cisplatininduced hepatotoxicity was found to involve membrane rigidification; decreased GSH/GSSG ratio, ATP, GSH and NADPH levels; lipid peroxidation; oxidative damage of cardiolipin and protein sulfhydryl groups. Moreover, cell death by apoptosis was also demonstrated and the findings strongly suggest the participation of the mitochondrial signaling pathway in this process; DMTU did not present any direct effect on mitochondria and substantially inhibited cisplatin-induced mitochondrial injury, therefore preventing the hepatotoxicity. All the following cisplatin-induced xiv effects were prevented by DMTU: (a) elevation of AST and ALT serum levels; (b) decreased hepatic ATP levels; (c) lipid peroxidation; (d)cardiolipin oxidation; (e) sulfhydryl protein oxidation; (f) mitochondrial membrane rigidification; (g) GSH oxidation; (h) NADPH oxidation and (h) apoptotic cell death. Results show the central role of mitochondria and hydroxyl radicals in the protection of healthy liver against cisplatin-induced injury, highlighting a number of steps that might be considered in the development of novel cytoprotective agents.

As mitocôndrias são os principais locais de geração de espécies reativas de oxigênio (ERO), que são produzidos como subprodutos da cadeia de transporte de elétrons. O ferro livre e as ERO podem se envolver em processos potencialmente nocivos, sendo que a desregulação do metabolismo do ferro nessa organela tem sido associada a várias doenças, como a Ataxia de Friedreich (FA). O transporte seletivo de quelantes de ferro a esta organela é proposto como um meio de melhorar sintomas de FA. A desferrioxamina (DFO) é um sideróforo bacteriano com grande afinidade ao ferro, mas baixa penetração celular. Já os peptídeos altamente catiônicos TAT49-57 (Arg-Lys-Lys-Arg-Arg-Gln-Arg-Arg-Arg), 1A (Fx-Arg-Fx-Lys-Fx-Arg-Fx -Lys), SS02 (Dmt-(D)-Arg-Phe-Lys) e SS20 (Phe-(D)-Arg-Phe-Lys) são conhecidos por permear as membranas citossólicas e mitocondriais. Nós preparamos conjugados de DFO com peptídeos que penetram as mitocôndrias e estudamos suas características de ligação ao ferro in vitro. Eles foram preparados e conjugados em fase sólida com DFO (produzindo quatro mtDFO), que em seguida foram purificados e caracterizados por meio de LC/MS e análise de aminoácidos. Os mtDFO de alta pureza exibiram capacidade de ligação de ferro idêntica à do quelante livre DFO. Os mtDFO também foram capazes de suprimir a oxidação catalisada pelo sistema ferro-ascorbato. A fim de avaliar a localização intracelular dos mtDFO, estes foram marcados com TAMRA (mtDFO-TAMRA). Frente a uma linhagem de carcinoma de ovario, os mtDFO foram em geral pouco tóxicos e altamente localizados nas mitocôndrias. Não foram observados níveis expressivos de danos a DNA, indução de apoptose, geração de ERO na mitocôndria, arraste de ciclo celular ou de apoptose. Resultados preliminares da aplicação dos mtDFO a cardiomiócitos murínicos com baixo nível de frataxina (modelo de FA) indicam um restabelecimento de aproximadamente 60% na morfologia mitocondrial, o que pode ser interpretado como uma melhora nas funções dessa organela. Estes resultados indicam que os mtDFO produzidos podem ser uma parte importante no arsenal terapêutico para FA. / Mitochondria are the main site for the generation of reactive oxygen species (ROS) as sub products of electron transport chain. Free iron and ROS may interact to generate potentially harmful species, and iron homeostasis in this organelle has been linked to several diseases, such as Friedreich Ataxia (FA). Selective targeting of iron chelators to mitochondria has been proposed as a means of alleviating FA symptoms. Desferrioxamine (DFO) is a bacterial siderophore with high affinity for iron, however low cell penetration. Highly charged peptides TAT49-57 Arg-Lys-Lys-Arg-Arg-Gln-Arg-Arg-Arg), 1A (Fx-Arg-Fx-Lys-Fx-Arg-Fx -Lys), SS02 (Dmt-(D)-Arg-Phe-Lys) and SS20 (Phe-(D)-Arg-Phe-Lys) are known as both cell- and mitochondria-permeant. We prepared conjugates of DFO with mitochondria-penetrating peptides and studied their iron binding characteristics in vitro. They were prepared in solid phase and conjugated to DFO (generating four mtDFO), which were then purified and characterized by LC/MS and Amino acid analysis. MtDFO exhibited iron binding ability identical to free DFO. The mtDFO of high purity were also able to quench the oxidation catalyzed by the iron-ascorbate system. Cell localization studies were performed by tagging mtDFO with TAMRA. In A2780 cells, mtDFO displayed in general low toxicity and high levels of mitochondrial location. No expressive levels of DNA damage, apoptosis, mitochondrial ERO generation or cell cycle arresting were observed. Preliminary results of the application of mtDFO on mouse cardiomiocytes with low levels of frataxin (animal model of FA) indicate a recovery of ca. 60% of mitochondrial morphology. This is interpreted as an improvement of the functions of the organelle. These results indicate that mtDFO may be important allies in the therapy of FA.

O fator de transcrição A mitocondrial (TFAM) é um membro da subfamília HMGB que se liga a promotores do DNA mitocondrial (mtDNA). É um gene importante para a manutenção do mtDNA, pois regula o número de cópias e é essencial para inicialização da replicação e transcrição do mtDNA. Recentemente técnicas de edição gênica vêm sendo utilizada como uma ferramenta bastante eficaz na manipulação genômica. A nova tecnologia chamada de CRISPR/ Cas9 (Regulary interspaced clustered short palindromic repeats) utiliza um RNA guia (gRNA) curto que contém 20 nucleotídeos complementares a sequência de DNA. Quando o RNA guia se liga ao local alvo, a proteína Cas9 é recrutada para se ligar no local alvo e induzir a dupla quebra na cadeia de DNA. Neste contexto, este estudo propôs editar o gene TFAM pela tecnologia CRISPR Cas9, com o objetivo de gerar células Rho zero através do knock-out em fibroblastos bovinos. Os fibroblastos bovinos utilizados neste estudo foram derivados de uma biopsia de pele coletada de animais adultos. A sequência do gene foi obtida a partir do banco de dados GenBank (www.ncbi.nlm.nih.gov) e esta foi inserida no site CRISPR direct (crispr.dbcls.jp) e no site rgenome (rgenome.net) a fim de desenhar o gRNA. O gRNA foi desenhado no exon 1 do gene TFAM bovino. Os fibroblastos foram cultivados e após as células atingirem 80% de confluência, estas foram eletrotransfectadas com Cas9 (Addgene 48668), gRNA, GFP e plasmídeo controle. Foi utilizado o kit Primary Mammalian Fibroblasts (VPI-1002) e a transfecção foi realizada no equipamento AMAXA Nucleofector 2B. Após a transfecção foi realizada a citometria de fluxo para avaliar a taxa de transfecção, e as células pós transfectadas foram plaqueadas em placas de 96 poços, pela técnica de sorting. O sorting separarou uma célula por poço de 96. Após 20 dias em cultura essas células foram tripsinizadas em placas de 6 poços e o DNA genômico foi extraído, utilizando o kit Qiamp DNA microkit-Qiagen. Para avaliar a frequência de mutações, foi realizada a digestão com a enzima T7 endonuclease, e após confirmado mutações, os clones foram enviados para analise de sequenciamento. Observamos uma taxa de transfecção eficiente de 51,3%. Obtivemos 40 clones com DNA extraído para analise, no qual 7 destes possuiam mutações no local de inserção da CRISPR Cas 9. Com isso, concluimos uma heterozigose mostrando que o desenho da CRISPR foi eficiente, gerando uma deleção do gene TFAM. / The mitochondrial transcription factor A (TFAM) is a member of HMGB subfamily that binds to promoters of mtDNA. It is a very important gene that maintains mtDNA, regulates the number of copies and is essential for the initiation of transcription mtDNA. Recently, gene edition techniques have been used as a very effective tool in genomic manipulation. The new technology called CRISPR/Cas9 (Regulary interspaced clustered short palindromic repeats) uses a short gRNA containing 20 nucleotides complementary to the DNA sequence. When gRNA binds to the target site, the Cas9 protein is recruited to bind in the chosen location and induce double strands breaks in DNA. In this context, this study proposed to edit the TFAM gene by CRISPR Cas9 technology aiming to generate Rho zero cell through the knock-out in bovine fibroblasts. Bovine fibroblasts used in this study were derived from a skin biopsy collected from an adult. The sequence obtained from the database GenBank (www.ncbi.nlm.nih.gov) was inserted in the CRISPR direct site (crispr.dbcls.jp) and in the rgenome site (rgenome.net) to design the RNA guide. The gRNA was designed in the CRISPR direct site (crispr.dbcls.jp) for the Exon 1 of the gene TFAM bovine and after was performed the CRISPR cloning. The fibroblast were cultured and after reaching 80% of confluence, were electro-transfected with Cas9 (Addgene 48668) and control plasmids using the Nucleofector TM Kit for Primary Mammalian Fibroblasts (VPI-1002) and transfected with Cas 9 (Addgene 48668), GFP and control plasmid. Were used the Primary Mammalian Fibroblasts (VPI-1002) and the transfection was performed on the AMAXA Nucleofector 2B. Post transfected cells were analyzed by flow cytometry to evaluate the rate of transfection. The cells post transfected were further split into 1 cell/well (96- well plates for cell cloning). After days in culture these cells were trypsinized in 6-well plates and the genomic DNA was extracted using the Qiamp DNA microkit- Qiagen. To assess the mutation frequency, T7 endonuclease assay were performed and after confirmed the mutations, the clones were sent for sequencing analysis. We observed that the cells were efficiently transfected since they have a rate of 51,3% transfection. We obtained 40 clones with extracted for analysis, in which 7 of these had mutations at the insertion site of CRISPR/Cas 9. We concluded that until this moment the CRISPR design was efficient and that we obtained a deletion of the TFAM gene.

Os contaminantes emergentes compreendem uma classe de substâncias que apresentam carência de dados toxicológicos, principalmente em relação aos seus efeitos danosos e aos biomarcadores de exposição, além de potencial dano ao ambiente, sendo esta uma preocupação recente da comunidade científica. Dentro dessa classe enquadram-se os praguicidas, mais especificamente os herbicidas, os quais são largamente utilizados na agricultura para prevenir o aparecimento de ervas daninhas, que interferem no rendimento e qualidade da colheita. Esses compostos apresentam potencial contaminação de solo e águas, podendo atingir, dessa forma, organismos não-alvo. Pelo fato da mitocôndria ser reconhecida como a principal organela produtora de energia celular, além de exercer papel fundamental na manutenção de inúmeras funções celulares, ela foi utilizada como modelo experimental para avaliar os efeitos dos herbicidas trifluralina e tebutiurom na faixa de concentração de 1 ?mol/L a 100 ?mol/L. Os resultados obtidos mostram que o tebutiurom não afeta a bioquímica mitocondrial em nenhuma concentração testada. Já a trifluralina, principalmente na concentração mais alta (100 ?mol/L), é capaz de interagir com a membrana mitocondrial, induzir inchamento mitocondrial, dissipar o potencial de membrana, desregular a homeostase cálcica, afetar a respiração celular e alterar os níveis de ATP. Entretanto, não é capaz de induzir estresse oxidativo na mitocôndria. Os resultados indicam possíveis mecanismos de toxicidade do herbicida em organismos não-alvo. / The emerging contaminants comprise a class of substances that exhibit a lack of toxicology data, especially regarding to their harmful effects and biomarkers of exposure, besides the potential damage to the environment, which is a recent concern of the scientific community. Within this class there are the pesticides, more specifically the herbicides, which are widely used in crop production to prevent the appearance of weeds, that can damage the yield and quality of the harvest. These compounds are potential contaminants of soil and water, and may achieve non-target organisms. Because mitochondria are recognized as the main energy-producing cell organelles, and play a vital role in the maintenance of many cellular functions, they were used as an experimental model to evaluate the effects of the herbicides trifluralin and tebuthiuron in concentrations ranging from 1 ?mol/L to 100 ?mol/L. The results show that tebuthiuron does not affect the mitochondrial biochemistry in any concentration tested. Trifluralin, especially at the highest concentration (100 ?mol/L), is capable of interacting with mitochondrial membrane, inducing swelling, dissipating the membrane potential, dysregulating calcium homeostasis, impairing mitochondrial respiration and altering ATP levels. However, it isn\'t able to induce oxidative stress in mitochondria. These events might be involved in the mechanisms of the toxicity of trifluralin in non-target organisms

A Hsp70 mitocondrial humana (mtHsp70 ou mortalina) está envolvida em diversos processos celulares: na matriz mitocondrial atua na importação de proteínas produzidas no citoplasma; no citoplasma, pode atuar sequestrando a p53, estando assim envolvida na proliferação de alguns tipos de câncer. A literatura ainda aponta que a mortalina participa na manutenção de várias doenças causadas pelo envelhecimento, como mal de Parkinson e de Alzheimer. Desse modo, o estudo estrutural e a investigação das principais funções da mortalina in vivo e in vitro, além de sua interação com outras chaperonas e co-chaperonas é de grande relevância científica, podendo proporcionar um maior entendimento de seu papel celular e da maquinaria bioquímica nas doenças onde ela está inserida. Apesar de ser conhecida há bastante tempo, as tentativas de expressão heteróloga da mortalina recombinante resultam na sua produção na forma insolúvel, inviabilizando estudos estruturais e funcionas in vitro. Assim, as informações estruturais e funcionais desta proteína permaneceram limitadas até então. Em 2005, foi descrita uma co-chaperona da mortalina que atua auxiliando o seu enovelamento correto e em sua manutenção na fração solúvel, esta proteína mitocondrial foi denominada de hHep1 (Hsp70-escort protein 1) e por meio de sua co-expressão com a mortalina foi possível obter esta última na sua forma monomérica, solúvel e estável. Isso possibilitou realizar ensaios de caracterização estrutural e funcional da mortalina, sendo o foco principal deste trabalho de doutorado. Os resultados obtidos sugerem que a mortalina se apresenta como um monômero ligeiramente alongado em solução, sendo formada por 2 domínios com estabilidades distintas. Os ensaios funcionais revelaram uma constante de dissociação (KD) para interação com nucleotídeos adenosina da ordem de 1 µM. A mortalina apresenta atividade ATPásica com valores de Vmáx e KM da ordem de 0,21 pmol de ATP por min e 190 ± 20 µM, respectivamente. Este trabalho é pioneiro na caracterização estruturale funcional da mortalina humana e espera-se que estudos posteriores, elucidem mais detalhedamente os mecanismos de interação da mortalina com proteínas clientes nos diversos compartimentos celulares onde ela atua. / The human mitochondrial Hsp70 (mtHsp70 or mortalina) is involved in many cellular processes: in the mitochondrion matrix, mortalin acts in the process of protein importation from cytoplasm; in the cytoplasm may act by sequestering p53, protein involved in the proliferation of some kinds of cancer. The literature also shows that mortalin participates in the maintenance of various diseases caused by aging, such as Parkinson\'s and Alzheimer\'s. Thus, the structural study and research of the main functions of mortalin in vivo and in vitro, and its interaction with other chaperones and co-chaperones is of great scientific importance and may provide a greater understanding of their role and cellular biochemical machinery in diseases where it is inserted. Despite being known for a long time, the expression of heterologous mortalin resulted in an insoluble form of the protein, which precludes its in vitro structural and functional studies. Thus, structural and functional information of this protein, along with its interaction with chaperones, co-chaperones and client proteins, remained unknown. By 2005, it was described co-chaperone that acts on mortalin helping its correct folding and its maintenance in the soluble fraction, this mitochondrial protein was called hHep1 (Hsp70-escort protein 1) and through its co-expression with mortalin it was possible to obtain the recombinant mortalin in its monomeric, soluble and stable. With this protein, it was possible to perform tests of structural and functional characterization of recombinant mortalin, the main focus of this doctoral work. The results suggest that mortalin behaves as a slightly elongated monomer in solution, formed by two domains with different stabilities. Functional assays showed that the dissociation constant for interaction with adenosine nucleotide of the order of 1 µM. Mortalin has ATPase activity with Vmax and KM values of 0.21 pmol ATP per min and 190 ± 20 µM, respectively. It is expected that these results provide information for further studies, such as for elucidating the mechanisms that mortalin interacts with client proteins in various cellular compartments in which it operates.

Lipofuscin is an autofluorescent pigment progressively accumulated during cellular aging, in several tissues, such as heart, muscle and retina, especially in the postmitotic period. That phenomenon may result from oxidative stress, when biomolecules and organelles (mainly mitochondria) are damaged, generating non-degradable products inside lysosomes. Lipofuscin can be photosensitized, promoting photoxidative processes in cellular components. Many studies on lipofuscin were made using the human retinal pigment epithelial cells, but very little is known about lipofuscin from human skin. In this work we investigated the photoinduced formation (UVA and visible light) of lipofuscin and the consequence of its photosensitization by visible light. We also established an efficient protocol for the induction of lipofuscinogenesis, through specific damage in mitochondria and lysosomes. Cells that accumulated lipofuscin, after exposure to UVA and blue light, became sensitive to visible light (400-750 nm). We characterized the absorption and fluorescence emission of lipofuscin, as well as its fluorescence lifetime through the time resolved fluorescence microscopy (FLIM). We observed that lipofuscin in keratinocytes has absorption maximum in the blue region of light spectrum (420-450 nm), and maximum emission in the red. When photosensitized at 466 nm, lipofuscinloaded HaCaT cells had reduced cell viability, which was related with singlet oxygen generation, accumulated 8-oxo-dG premutagenic lesions and breaks in the DNA strand. Besides, we investigated the efficiency of different wavelengthsin visible light spectrum (408, 466, 522 and 650 nm) to promote lipofuscin formation due to damages in both mitochondria and lysosomes. Blue (408 and 466 nm) and green light (522 nm), but not red light (650 nm), promoted damage in mitochondria (membrane and DNA integrity) and lysosomes (membrane integrity and autophagic activity), effectively inducing lipofuscinogenesis. Thus, in addition to UVA, visible spectrum itself increases the sensitivity of keratinocytes to the visible light, through the generation of lipofuscin. Finally, we tested the carcinogenic potential of high-energy blue light (408 nm), by chronically irradiating HaCaT cells. For the first time in the literature, the formation of pyrimidine cyclobutane (CPD) dimers in the nuclear DNA of HaCaT cells was observed immediately or after several cycles of irradiation at 408 nm. We identified four major changes involved with the process of malignant transformation: genomic instability, decrease in the expression of tumor suppressor protein p16INK4a, increase in the proliferation rate and resistance to UVA-induced apoptosis / A lipofuscina é um pigmento autofluorescente acumulado progressivamente durante o envelhecimento celular em diversos tecidos, como o músculo cardíaco e retina, principalmente no período pós-mitótico. Esse fenômeno pode ocorrer em decorrência do estresse oxidativo, quando biomoléculas e organelas (principalmente mitocôndrias) sofrem danos, gerando produtos não degradáveis no interior dos lisossomos. A lipofuscina pode ser fotossensibilizada promovendo processos fotoxidativos nos componentes celulares. Muitos estudos de lipofuscina foram feitos em células do epitélio pigmentar da retina de olho humano, mas conhece-se muito pouco sobre a lipofuscina de pele humana. Neste trabalho nós investigamos a formação fotoinduzida (UVA e luz visível) de lipofuscina e as consequências da sua fotossensibilização pela luz visível. Nós também estabelecemos protocolos eficazes na indução de lipofuscinogênese, por meio de dano específico em mitocôndrias e lisossomos. Células que acumularam lipofuscina, após exposição à UVA ou luz azul, tornaram-se sensíveis à luz visível (400-750 nm). Caracterizamos as propriedades de absorção e de emissão da lipofuscina e seu tempo de vida de fluorescência, utilizando a microscopia de fluorescência resolvida no tempo (FLIM). Observamos que lipofuscina em queratinócitos tem máximo de absorção na região do azul (420-450 nm), com emissão máxima de fluorescência no vermelho. As células HaCaT carregadas com lipofuscina efotossensibilizadas no visível, tiveram redução da viabilidade celular, que foi relacionada com a geração de oxigênio singlete, bem como acumularam lesões pré-mutagênicas 8-oxo-dG e quebras na fita de DNA. Também, investigamos a eficiência de diferentes comprimentos de onda da luz visível (408, 466, 522 e 650 nm) em promover a formação de lipofuscina em consequência de lesões em mitocôndrias e lisossomos. Tanto a luz azul (408 e 466 nm) quanto a luz verde (522 nm), mas não vermelha (650 nm) promoveram dano em mitocôndrias (integridade de membrana e DNA) e lisossomos (integridade de membrana e atividade autofágica), induzindo eficientemente lipofuscinogênese. Logo, além de UVA, o próprio espectro do visível aumenta a sensibilidade de queratinócitos à luz visível, através da geração de lipofuscina. Por fim, testamos o potencial carcinogênico da luz azul de alta energia (408 nm), irradiando células HaCaT cronicamente. Identificamos quatro mudanças principais envolvidas com o processo de transformação maligna: instabilidade genômica, redução da expressão de proteína supressora de tumor p16INK4a, aumento da taxa de proliferação, e resistência à apoptose. Além disso, a formação de dímeros de pirimidina ciclobutano (CPD) no DNA nuclear de células HaCaT logo após ou depois de vários ciclos de irradiação com 408 nm foi observada pela primeira vez na literatura.

As peroxirredoxinas (Prxs) são peroxidases dependentes de tiol que catalisam a redução de uma ampla variedade de hidroperóxidos. A atividade catalítica das Prxs é suportada por um resíduo de cisteína catalítico altamente conservado, cuja oxidação pelo hidroperóxido gera o ácido sulfênico (Cys-SOH). Prx1 de Saccharomyces cerevsiae é uma enzima mitocondrial que catalisa a redução do H2O2 gerado no interior da mitocôndria. O mecanismo de redução do ácido sulfênico de Prx1 é uma questão de debate, com a glutarredoxina 2 (Grx2), tiorredoxina 3 (Trx3), tiorredoxina redutase 2 (Trr2) e ascorbato sendo propostos como possíveis redutores. Para avaliar a importância fisiológica de Prx1 na manutenção da homeostase redox mitocondrial, nós investigamos os mecanismos de importação e processamento mitocondrial de Prx1 assim como os de seus possíveis redutores Trr2 e Trx3. Os ensaios de solubilidade e subfracionamento mitocondrial demonstram que Prx1, Trr2 e Trx3 co-localizam na matriz mitocondrial, associadas fracamente com a membrana mitocondrial interna. Além disso, Prx1 apresenta dupla localização, estando presente também no espaço intermembrana mitocondrial possivelmenete na forma solúvel. O mecanismo de importação de Prx1 para o espaço intermembrana envolve a liberação da proteína precursora no interior da bicamada lipídica da membrana interna em decorrência de uma pequena região hidrofóbica localizada imediatamente após a pressequência. Em seguida, a subunidade Imp2 do complexo proteico IMP catalisa a clivagem da região hidrofóbica liberando Prx1 no espaço intermembrana. Durante a importação de Prx1 para a matriz mitocondrial, a enzima é clivada sequencialmente pelas proteases peptidase de processamento mitocondrial (MPP) e octapeptidil aminopeptidase 1 (Oct1). Oct1 catalisa a remoção de oito resíduos de aminoácidos da região N-terminal de Prx1. Esse processamento aumenta a estabilidade de Prx1 no interior da mitocôndria, mas não interfere na sua atividade peroxidásica in vitro. Apesar das enzimas Trr2 e Trx3 não serem clivadas por Oct1, a ausência de Oct1 causa eleavada instabilidade dessas proteínas. O processamento das Prxs por Oct1 parece ser um processo conservado visto que Oct1 de levedura é capaz de clivar a peroxirredoxina mitocondrial humana Prx3 expressa em S. cerevisiae. Estes resultados indicam o envolvimento de Oct1 no processamento das peroxirredoxinas, representando um sistema de controle de qualidade proteico que regula a homeostase das Prxs e, possivelmente, processos redox mitocondriais / Peroxiredoxins (Prxs) are thiol-dependent peroxidases that catalyze the reduction of a wide variety of hydroperoxides. The Prxs catalytic activity is provided by the presence of a highly conserved catalytic cysteine residue whose oxidation by hydroperoxide generates sulfenic acid (Cys-SOH). Saccharomyces cerevsiae Prx1 is a mitochondrial enzyme that catalyzes the reduction of the H2O2 generated endogenously by mitochondria. The mechanism of reduction of Prx harboring Cys-SOH is a matter of debate, with glutaredoxin 2 (GRX2), thioredoxin 3 (Trx3), thioredoxin reductase 2 (Trr2), and ascorbate being proposed as possible reducers. To assess the functional role of Prx1 in maintaining the mitochondrial redox homeostasis, we investigated its mechanisms of import and processing, as well as those ones involved with its possible reducers, Trr2 and Trx3. Assays of solubility and mitochondrial sub-fractionation show that Prx1, Trr2 and Trx3 co-localize in the mitochondrial matrix compartment, being marginally associated with the inner mitochondrial membrane. In addition, Prx1 show dual localization, being also present in the mitochondrial intermembrane space, possibly in their soluble form. The import mechanism of Prx1 to the intermembrane space involves the release of protein\'s precursor within the lipid bilayer of the inner membrane due to a small, hydrophobic region located downstream the presequence. Imp2 subunit of the IMP protein complex then catalyzes the cleavage of the hydrophobic region of Prx1, releasing it to the mitochondrial intermembrane space. During its import into the matrix, Prx1 is sequentially cleaved by the mitochondrial processing-peptidase protease (MPP) and by octapeptidil aminopeptidase 1 (Oct1). Oct1 catalyzes the cleavage of eight amino acid residues from the N-terminal region of Prx1. This process increases stability of Prx1 inside the mitochondria, but does not interfere in its peroxidase activity in vitro. Interestingly, absence of Oct1 causes high instability of Trr2 and Trx3, although these proteins are not cleaved by this protease. Remarkably, the processing of Prxs by Oct1 seems to be a conserved process since yeast Oct1 is able to cleave the human mitochondrial peroxiredoxin Prx3 expressed in S. cerevisiae. Altogether, these results indicate the involvement of Oct1 in the processing of peroxiredoxins, representing a protein quality control system that regulates the homeostasis of Prxs and, possibly, mitochondrial redox processes

A Hsp70 mitocondrial humana (mtHsp70 ou mortalina) está envolvida em diversos processos celulares: na matriz mitocondrial atua na importação de proteínas produzidas no citoplasma; no citoplasma, pode atuar sequestrando a p53, estando assim envolvida na proliferação de alguns tipos de câncer. A literatura ainda aponta que a mortalina participa na manutenção de várias doenças causadas pelo envelhecimento, como mal de Parkinson e de Alzheimer. Desse modo, o estudo estrutural e a investigação das principais funções da mortalina in vivo e in vitro, além de sua interação com outras chaperonas e co-chaperonas é de grande relevância científica, podendo proporcionar um maior entendimento de seu papel celular e da maquinaria bioquímica nas doenças onde ela está inserida. Apesar de ser conhecida há bastante tempo, as tentativas de expressão heteróloga da mortalina recombinante resultam na sua produção na forma insolúvel, inviabilizando estudos estruturais e funcionas in vitro. Assim, as informações estruturais e funcionais desta proteína permaneceram limitadas até então. Em 2005, foi descrita uma co-chaperona da mortalina que atua auxiliando o seu enovelamento correto e em sua manutenção na fração solúvel, esta proteína mitocondrial foi denominada de hHep1 (Hsp70-escort protein 1) e por meio de sua co-expressão com a mortalina foi possível obter esta última na sua forma monomérica, solúvel e estável. Isso possibilitou realizar ensaios de caracterização estrutural e funcional da mortalina, sendo o foco principal deste trabalho de doutorado. Os resultados obtidos sugerem que a mortalina se apresenta como um monômero ligeiramente alongado em solução, sendo formada por 2 domínios com estabilidades distintas. Os ensaios funcionais revelaram uma constante de dissociação (KD) para interação com nucleotídeos adenosina da ordem de 1 µM. A mortalina apresenta atividade ATPásica com valores de Vmáx e KM da ordem de 0,21 pmol de ATP por min e 190 ± 20 µM, respectivamente. Este trabalho é pioneiro na caracterização estruturale funcional da mortalina humana e espera-se que estudos posteriores, elucidem mais detalhedamente os mecanismos de interação da mortalina com proteínas clientes nos diversos compartimentos celulares onde ela atua. / The human mitochondrial Hsp70 (mtHsp70 or mortalina) is involved in many cellular processes: in the mitochondrion matrix, mortalin acts in the process of protein importation from cytoplasm; in the cytoplasm may act by sequestering p53, protein involved in the proliferation of some kinds of cancer. The literature also shows that mortalin participates in the maintenance of various diseases caused by aging, such as Parkinson\'s and Alzheimer\'s. Thus, the structural study and research of the main functions of mortalin in vivo and in vitro, and its interaction with other chaperones and co-chaperones is of great scientific importance and may provide a greater understanding of their role and cellular biochemical machinery in diseases where it is inserted. Despite being known for a long time, the expression of heterologous mortalin resulted in an insoluble form of the protein, which precludes its in vitro structural and functional studies. Thus, structural and functional information of this protein, along with its interaction with chaperones, co-chaperones and client proteins, remained unknown. By 2005, it was described co-chaperone that acts on mortalin helping its correct folding and its maintenance in the soluble fraction, this mitochondrial protein was called hHep1 (Hsp70-escort protein 1) and through its co-expression with mortalin it was possible to obtain the recombinant mortalin in its monomeric, soluble and stable. With this protein, it was possible to perform tests of structural and functional characterization of recombinant mortalin, the main focus of this doctoral work. The results suggest that mortalin behaves as a slightly elongated monomer in solution, formed by two domains with different stabilities. Functional assays showed that the dissociation constant for interaction with adenosine nucleotide of the order of 1 µM. Mortalin has ATPase activity with Vmax and KM values of 0.21 pmol ATP per min and 190 ± 20 µM, respectively. It is expected that these results provide information for further studies, such as for elucidating the mechanisms that mortalin interacts with client proteins in various cellular compartments in which it operates.

A. fumigatus é um patógeno oportunista que causa infecções invasivas em hospedeiros imunocomprometidos. Estudos de respiração mitocondrial sugeriram a presença de componentes alternativos em sua cadeia respiratória envolvidos com processos de adaptação a ambientes adversos, como a proteína desacopladora (UCP). UCPs são proteínas mitocondriais cuja atividade dissipa o potencial de membrana gerado durante o transporte de elétrons. Um gene contendo características das três assinaturas moleculares das Proteínas Transferidoras de Energia foi clonado e sequenciado. O alinhamento das sequências genômica e de cDNA mostrou a presença de dois íntrons que, após o splicing, codifica uma proteína contendo 341 aminoácidos, com uma massa molecular de 37 kDa e um pI de 10,02. A fim de se avaliar as propriedades bioenergéticas da UCP-like, essa sequência foi clonada no vetor pYES2 e leveduras S. cerevisiae foram transformadas. Esferoplastos foram preparados e o potencial elétrico transmembrana mitocondrial foi estimado. Os resultados mostraram que o potencial de membrana de esferoplastos de leveduras expressando a proteína UCP-like foi ligeiramente menor e que o decréscimo momentâneo do potencial associado com a fosforilação do ADP foi mais lento quando comparado com o controle, indicando desacoplamento da respiração. Além disso, esse comportamento dos esferoplastos recombinantes foi similar ao controle quando GDP foi adicionado ao meio de reação, sugerindo uma inibição da proteína por esse composto. Para sua caracterização funcional em sistemas reconstituídos, a sequência foi clonada no vetor pET SUMO. A expressão foi realizada em E. coli e a proteína recombinante, purificada por cromatografia em resina de níquel, foi analisada por Western blot com anticorpos anti-(His)6-tag e anti-UCP2 e por espectrometria de massas. A formação dos lipossomos foi confirmada através de medidas de distribuição de partícula por espalhamento de luz dinâmico, as quais sugeriram a formação de vesículas estáveis. Em adição, foi investigada a participação da UCP-like na proteção do A. fumigatus contra danos oxidativos. O nível de mRNA foi determinado por PCR em tempo real na presença de paraquat e menadiona. Em A. fumigatus, a presença dessas drogas pró-oxidantes resultou em um aumento no nível de mRNA desse gene, sugerindo que essa proteína possa também fazer parte de um sistema de defesa antioxidante do fungo. / A. fumigatus is an opportunistic pathogen that causes invasive infections in immunocompromised hosts. Mitochondrial respiration studies suggested the presence of alternative components on its respiration chain, which are involved with the adaptation to hostile environments, such as the uncoupling protein (UCP). UCPs are mitochondrial proteins whose activity dissipates the membrane potential generated during electron transport. A gene containing features of three molecular signatures of Energy Carrier Protein was cloned and sequenced. The alignment between the cDNA and genomic DNA sequences revealed the existence of two introns which after splicing encodes a 341 amino acids protein with a molecular mass of 37 kDa and a pI of 10.02. In order to study bioenergetics properties of UCP-like, the cDNA sequence was cloned into pYES2 vector and transformed in S. cerevisiae. Spheroplasts were prepared and the mitochondrial electrical transmembrane potential was estimated. The results showed that, compared with control cells, mitochondrial electrical transmembrane potential of transformant spheroplasts was slightly smaller and the transient potential decrease associated with ADP phosphorylation was longer, indicating uncoupling of respiration. Moreover, this behavior of recombinant spheroplasts was similar to control cells when GDP was added to the reaction medium, suggesting the inhibition of uncoupling protein. For its functional characterization in reconstituted systems, the cDNA sequence was cloned into pET SUMO vector. The expression was carried out in E. coli and the recombinant protein, purified by chromatography on a nickel-chelating resin, was analyzed by Western blot using anti- (His)6-tag or UCP2 antibodies and by mass spectrometry. Liposome formation was confirmed by light scattering, suggesting the formation of stable vesicles. In addition, the participation of UCP-like in A. fumigatus protection against oxidative damage was investigated. mRNA level was determined by real time PCR in the presence of paraquat and menadione. In A. fumigatus, the presence of these pro-oxidants drugs resulted in increased mRNA level of this gene, suggesting that this protein might also be part of an antioxidant defense system of this fungus.