A hipóxia-isquemia (HI) encefálica é uma das causas mais frequentes de lesões graves com comprometimento crônico das capacidades neurológicas e também de óbito neonatal do mundo. A HI cerebral resulta em alterações hemodinâmicas, bioquímicas e neurofisiológicas como uma consequência direta da falta de oxigênio e glicose. Esses processos podem levar a um dano cerebral por meio da ativação de mecanismos citotóxicos e apoptóticos, que causam prejuízo e morte à célula. Recentemente, alguns estudos mostraram que os danos gerados pela HI neonatal apresentam dimorfismo sexual. Na presente tese, foram avaliados os efeitos da HI neonatal sobre parâmetros de estresse oxidativo e de dano celular após a lesão encefálica em machos e fêmeas a fim de se detectar a contribuição do dimorfismo sexual para a lesão. Foi observado que a HI aumentou a produção de radicais livres causando peroxidação lipídica, e também aumentou a atividade da enzima antioxidante superóxido dismutase (1h e 2h após a HI). Além disso, a HI inibiu a atividade da enzima Na+, K+-ATPase imediatamente após a lesão. Estes dados demonstram que a HI foi capaz de induzir o estresse oxidativo e levar à perda de homeostase celular através da alteração no controle da bomba de Na+ e K+ no encéfalo dos neonatos após a lesão. Tendo em vista que a mitocôndria é a principal fonte de espécies reativas de oxigênio (EROs) na célula nós investigamos os efeitos da HI sobre a função mitocondrial. Machos e fêmeas expostos à HI apresentaram diminuição na atividade do complexo II da cadeia respiratória em hipocampo, além de diminuição da massa e do potencial de membrana (Δψ) mitocondrial tanto no córtex quanto no hipocampo, 2h após o insulto. Por outro lado, em 18h, a atividade dos complexos (I-III, II e IV) da cadeia respiratória mostrou uma inibição severa que foi acompanhada de diminuição de massa e Δψ mitocondrial em ambos os sexos, exceto pelo fato dos machos não apresentarem diminuição na massa mitocondrial. Esses dados mostram que a formação de espécies reativas bem como a peroxidação lipídica ocorre provavelmente devido à inibição da atividade dos complexos da cadeia respiratória. Tão importante quanto a disfunção mitocondrial induzida pela HI, os resultados apontam a presença de dimorfismo sexual neste parâmetro avaliado, uma vez que as fêmeas, além de apresentarem uma atividade dos complexos da cadeia respiratória per se maior quando comparadas aos machos, elas mostraram-se mais vulneráveis ao dano da HI. Com a finalidade de identificar a possível contribuição da autofagia para as diferentes alterações mitocondriais encontradas em machos e fêmeas, a atividade autofágica foi mensurada nos neonatos 18h após a lesão. Nós constatamos que as alterações encontradas – estresse oxidativo e disfunção mitocondrial – foram capazes de induzir a atividade autofágica. Entretanto esta se manifestou de forma distinta em córtex e hipocampo e também de maneira diferente em machos e fêmeas. No córtex, as fêmeas submetidas à HI tiveram aumento no número de autofagossomos (ativação da autofagia), porém diminuição dos autolisossomos, demonstrando uma possível inibição de algum passo final do processo. Já no hipocampo, os machos submetidos à HI tiveram indução da autofagia e as fêmeas apresentaram um aumento per se da atividade autofágica tanto nos animais controle quanto nos HI. É possível que o aumento das EROs pela cadeia respiratória e a perda de Δψ mitocondrial tenham induzido a autofagia após a lesão causada pela HI no encéfalo dos neonatos. Essas diferenças sexo-específicas são importantes não somente para entendermos o mecanismo de dano causado pelo insulto, mas também para direcionarmos os estudos sobre as estratégias terapêuticas de acordo com o sexo do indivíduo afetado. / Brain hypoxia-ischemia (HI) is one of the most common causes of severe chronic impairment of neurological abilities and also neonatal death in the world. Brain HI results in hemodynamic, biochemical and neurophysiological changes as a direct consequence of oxygen and glucose absence. These processes can lead to brain damage through activation of cytotoxic and apoptotic mechanisms, which cause injury and death to the cell. Recently, some studies have shown that the damage caused by neonatal HI presents sexual dimorphism. In this thesis, it was evaluated the effects of neonatal HI on oxidative stress parameters and cell damage after brain lesion in males and females to verify sexual dimorphism contribution to the lesion. It was observed that HI increased free radicals production leading to lipid peroxidation and also increased superoxide dismutase activity (1h and 2h after HI). Besides, HI inhibited Na+, K+-ATPase activity immediately after injury. These data demonstrated that HI was able to induce oxidative stress and lead to cell homeostase loss through modifications on Na+ and K+ pump control in neonatal brain after injury. Considering that mitochondria are the main source of reactive oxygen species (ROS) in cell we investigated the effects of HI on mitochondrial function. Males and females exposed to HI showed a decrease in complex II activity of hippocampal respiratory chain in addition to diminished mass and mitochondrial membrane potential (Δψ) in both cortex and hippocampus, 2h after insult. On the other hand, at 18h activity of respiratory chain complexes (I-III, II e IV) showed a severe inhibition that was accompanied by a decrease of mitochondrial mass and Δψ in both sexes, except that males do not show decrease in mitochondrial mass. These data demonstrated that reactive species formation and lipid peroxidation probably occur due to inhibition of respiratory chain complexes activities. Just as important as mitochondrial dysfunction induced by HI, results indicate the presence of sexual dimorphism on this parameter, since females, besides having a higher per se activity of respiratory chain complexes compared to males, they were more vulnerable to HI damage. In order to identify the possible contribution of autophagy to the distinct mitochondrial alterations found in males and females, autophagic activity was measured in neonates 18h after injury. We verify that changes found – namely oxidative stress and mitochondrial dysfunction - were able to induce autophagic activity. However, it manifested differently in cortex and hippocampus and also in males and females. In the cortex, females subjected to HI had an increase in autophagosomes (activation of autophagy), but decreased autolysosomes, showing a possible inhibition of a final step of the process. On hippocampus, males subjected to HI had autophagy induction and females showed a per se increase in autophagic activity in both control and HI animals. It is possible that ROS increased in respiratory chain and loss of mitochondrial Δψ had induced autophagy after lesion caused by HI in the neonatal brain. These sex-specific differences are important not only to understand the mechanism of damage caused by HI insult, but also to direct studies on the therapeutic strategies according to the sex of the affected subject.

A hipóxia-isquemia (HI) encefálica é uma das causas mais frequentes de lesões graves com comprometimento crônico das capacidades neurológicas e também de óbito neonatal do mundo. A HI cerebral resulta em alterações hemodinâmicas, bioquímicas e neurofisiológicas como uma consequência direta da falta de oxigênio e glicose. Esses processos podem levar a um dano cerebral por meio da ativação de mecanismos citotóxicos e apoptóticos, que causam prejuízo e morte à célula. Recentemente, alguns estudos mostraram que os danos gerados pela HI neonatal apresentam dimorfismo sexual. Na presente tese, foram avaliados os efeitos da HI neonatal sobre parâmetros de estresse oxidativo e de dano celular após a lesão encefálica em machos e fêmeas a fim de se detectar a contribuição do dimorfismo sexual para a lesão. Foi observado que a HI aumentou a produção de radicais livres causando peroxidação lipídica, e também aumentou a atividade da enzima antioxidante superóxido dismutase (1h e 2h após a HI). Além disso, a HI inibiu a atividade da enzima Na+, K+-ATPase imediatamente após a lesão. Estes dados demonstram que a HI foi capaz de induzir o estresse oxidativo e levar à perda de homeostase celular através da alteração no controle da bomba de Na+ e K+ no encéfalo dos neonatos após a lesão. Tendo em vista que a mitocôndria é a principal fonte de espécies reativas de oxigênio (EROs) na célula nós investigamos os efeitos da HI sobre a função mitocondrial. Machos e fêmeas expostos à HI apresentaram diminuição na atividade do complexo II da cadeia respiratória em hipocampo, além de diminuição da massa e do potencial de membrana (Δψ) mitocondrial tanto no córtex quanto no hipocampo, 2h após o insulto. Por outro lado, em 18h, a atividade dos complexos (I-III, II e IV) da cadeia respiratória mostrou uma inibição severa que foi acompanhada de diminuição de massa e Δψ mitocondrial em ambos os sexos, exceto pelo fato dos machos não apresentarem diminuição na massa mitocondrial. Esses dados mostram que a formação de espécies reativas bem como a peroxidação lipídica ocorre provavelmente devido à inibição da atividade dos complexos da cadeia respiratória. Tão importante quanto a disfunção mitocondrial induzida pela HI, os resultados apontam a presença de dimorfismo sexual neste parâmetro avaliado, uma vez que as fêmeas, além de apresentarem uma atividade dos complexos da cadeia respiratória per se maior quando comparadas aos machos, elas mostraram-se mais vulneráveis ao dano da HI. Com a finalidade de identificar a possível contribuição da autofagia para as diferentes alterações mitocondriais encontradas em machos e fêmeas, a atividade autofágica foi mensurada nos neonatos 18h após a lesão. Nós constatamos que as alterações encontradas – estresse oxidativo e disfunção mitocondrial – foram capazes de induzir a atividade autofágica. Entretanto esta se manifestou de forma distinta em córtex e hipocampo e também de maneira diferente em machos e fêmeas. No córtex, as fêmeas submetidas à HI tiveram aumento no número de autofagossomos (ativação da autofagia), porém diminuição dos autolisossomos, demonstrando uma possível inibição de algum passo final do processo. Já no hipocampo, os machos submetidos à HI tiveram indução da autofagia e as fêmeas apresentaram um aumento per se da atividade autofágica tanto nos animais controle quanto nos HI. É possível que o aumento das EROs pela cadeia respiratória e a perda de Δψ mitocondrial tenham induzido a autofagia após a lesão causada pela HI no encéfalo dos neonatos. Essas diferenças sexo-específicas são importantes não somente para entendermos o mecanismo de dano causado pelo insulto, mas também para direcionarmos os estudos sobre as estratégias terapêuticas de acordo com o sexo do indivíduo afetado. / Brain hypoxia-ischemia (HI) is one of the most common causes of severe chronic impairment of neurological abilities and also neonatal death in the world. Brain HI results in hemodynamic, biochemical and neurophysiological changes as a direct consequence of oxygen and glucose absence. These processes can lead to brain damage through activation of cytotoxic and apoptotic mechanisms, which cause injury and death to the cell. Recently, some studies have shown that the damage caused by neonatal HI presents sexual dimorphism. In this thesis, it was evaluated the effects of neonatal HI on oxidative stress parameters and cell damage after brain lesion in males and females to verify sexual dimorphism contribution to the lesion. It was observed that HI increased free radicals production leading to lipid peroxidation and also increased superoxide dismutase activity (1h and 2h after HI). Besides, HI inhibited Na+, K+-ATPase activity immediately after injury. These data demonstrated that HI was able to induce oxidative stress and lead to cell homeostase loss through modifications on Na+ and K+ pump control in neonatal brain after injury. Considering that mitochondria are the main source of reactive oxygen species (ROS) in cell we investigated the effects of HI on mitochondrial function. Males and females exposed to HI showed a decrease in complex II activity of hippocampal respiratory chain in addition to diminished mass and mitochondrial membrane potential (Δψ) in both cortex and hippocampus, 2h after insult. On the other hand, at 18h activity of respiratory chain complexes (I-III, II e IV) showed a severe inhibition that was accompanied by a decrease of mitochondrial mass and Δψ in both sexes, except that males do not show decrease in mitochondrial mass. These data demonstrated that reactive species formation and lipid peroxidation probably occur due to inhibition of respiratory chain complexes activities. Just as important as mitochondrial dysfunction induced by HI, results indicate the presence of sexual dimorphism on this parameter, since females, besides having a higher per se activity of respiratory chain complexes compared to males, they were more vulnerable to HI damage. In order to identify the possible contribution of autophagy to the distinct mitochondrial alterations found in males and females, autophagic activity was measured in neonates 18h after injury. We verify that changes found – namely oxidative stress and mitochondrial dysfunction - were able to induce autophagic activity. However, it manifested differently in cortex and hippocampus and also in males and females. In the cortex, females subjected to HI had an increase in autophagosomes (activation of autophagy), but decreased autolysosomes, showing a possible inhibition of a final step of the process. On hippocampus, males subjected to HI had autophagy induction and females showed a per se increase in autophagic activity in both control and HI animals. It is possible that ROS increased in respiratory chain and loss of mitochondrial Δψ had induced autophagy after lesion caused by HI in the neonatal brain. These sex-specific differences are important not only to understand the mechanism of damage caused by HI insult, but also to direct studies on the therapeutic strategies according to the sex of the affected subject.

Os éteres de bifenilas polibromados (PBDEs) são largamente usados como retardadores de chama e têm sido detectados no sangue humano, tecido adiposo e leite materno devido às suas propriedades físico-químicas e bioacumuladoras e à sua elevada persistência no meio ambiente. Muitos estudos têm relatado toxicidade hepática relacionada à exposição aos PBDEs. Como efeitos citotóxicos são frequentemente associados à disfunção mitocondrial,no presente estudo, investigamos a toxicidade do BDE-47 em mitocôndrias isoladas de fígado de rato. Nos seguintes parâmetros: potencial de membrana mitocondrial, consumo de oxigênio, interação com a membrana mitocondrial, liberação de cálcio, inchamento mitocondrial e os níveis de ATP da suspensão mitocondrial com a finalidade de observar a capacidade do composto em interferir com a bioenergética da organela. Avaliou-se ainda a formação de espécies reativas de oxigênio (ROS), dos níveis de GSH/GSSG, níveis mitocondriais de grupos sulfidrila de proteínas e níveis mitocondriais de NAD(P)H com o intuito de analisar o estado redox mitocondrial. Os congêneres BDE-47 e BDE-99 foram avaliados em concentrações que variaram entre 0,1 e 50 ?mol/L. Os dois congêneres de PBDEsapresentaram toxicidade mitocondrial afetando todos os parâmetros que avaliam a bioenergética mitocondrial culminandoum uma depleção do ATP. Por outro lado, nos ensaios de avaliação do estresse oxidativo os PBDEs estudados não demonstraram qualquer efeito, no entanto, afetaram a cadeia respiratória mitocondrial, o que normalmente reflete em um acúmulo de espécies reativas de oxigênio. Estes resultados são explicados pelo mecanismo de ação destes compostos como retardante de chama, pois durante a combustão os retardantes de chama bromados realizam a neutralização de radicais livres (OHo e Ho). Conclui-se assim que os PBDEs podem levar à disfunção bioenergética e assim induzir a morte celular pela diminuição do ATP. Observou-se ainda que BDE-47 apresentou maior toxicidade do que o BDE-99 sobre os parâmetros estudados. / Polybrominated biphenyls ethers (PBDE) , widely used as flame retardants, have been detected in human blood, adipose tissue and breast milk due to their physicochemical and high bioaccumulative properties and environmental persistence. Many studies have reported liver toxicity related to exposure to PBDEs. As cytotoxic effects are often associated with mitochondrial dysfunction,in the present study, we investigated the toxicity of the BDE-47 and BDE-99 on isolated rat liver mitochondria. Assessing mitochondrial membrane potential, oxygen consumption, interaction with the mitochondrial membrane, calcium release, mitochondrial swelling and ATP levels of the mitochondrial suspension in order to observe the ability of the compounds to interfere with the bioenergetic organelle, and the formation of reactive oxygen species (ROS), GSH/GSSG levels, mitochondrial sulfhydryl groups and levels of mitochondrial NAD(P)H in order to analyze mitochondrial redox state. The congeners BDE-47 and BDE -99 were evaluated at concentrations ranging between 0.1 and 50 ?mol/L. Both PBDEs congeners showed mitochondrial toxicity affecting all parameters that assess mitochondrial bioenergetics and culminating with ATP depletion. On the other hand, no effect was observed in tests assessing oxidative stress, although they were able to inhibit the mitochondrial respiratory chain, which is usually reflected in an accumulation of reactive oxygen species. These results are explained by the mechanism of action of this compounds as flame retardants, because during the combustion brominated flame retardants perform the neutralization of free radicals (OHo and Ho). It follows that PBDEs can lead to mitochondrial dysfunction and thus induce bioenergetic cell death. It was also observed that The BDE-47 showed higher toxicity than BDE-99 in the studied model

O processo de morte por apoptose pode ser dividido em duas vias: intrínseca e extrínseca. A sinalização via FAS (extrínseca) pode ocorrer independente (células Tipo I) ou dependente da mitocôndria (células Tipo II). É importante considerar que: 1) Resultados prévios mostraram que doses subletais de CHX foram capazes de sensibilizar células Tipo I e Tipo II à apoptose e de converter células Tipo II em Tipo I; 2) Um dos mecanismos envolvidos pode ser o recrutamento de FAS para as \"balsas lipídicas\"; 3) A PGE2 ativa PKA pelo aumento de cAMP via EP2 e EP4, que fosforila ezrina, envolvida nesse processo; 4) A PGE2 pode induzir apoptose em linhagens celulares e sensibilizá-las a esse processo. Assim, formulamos a hipótese de que a PGE2 poderia, assim como a CHX, sensibilizar certas células à apoptose e converter células Tipo II em Tipo I. Esse efeito não foi observado em células DO11.10 nas quais a apoptose foi induzida por CD95L solúvel e em células Tipo I e Tipo II, nas quais a apoptose foi induzida pelo anticorpo agonista anti-FAS. / The death process by apoptosis can be divided into two pathways: intrinsic and extrinsic. The signaling by FAS (extrinsic) may occur in a mitochondrial independent (Type I cells) or dependent (Type II cells) manner. It is important to consider that: 1) Previous results demonstrated that sub-lethal doses of CHX were able to sensitize type I and type II cells to apoptosis and to convert type II cells into type I; 2) One of the mechanisms involved can be FAS recruitment to \"lipid rafts\"; 3) PGE2 activates PKA by increasing cAMP via EP2 and EP4, which phosphorylates of Ezrin, involved in this process; 4) PGE2 can induces apoptosis in cell lines and can to sensitize them to this process. So, we hypothesized that PGE2 could, similarly to CHX, sensitize certain cells to apoptosis and convert type II cells into type I. This effect was not observed in DO11.10 cells in which apoptosis was induced by soluble CD95L and in type I and type II cells, in which apoptosis was induced by agonist anti-FAS antibody.

O oxigênio atua como substrato ou cofator numa série de reações bioquímicas do metabolismo primário e secundário das plantas. Várias estratégias têm sido utilizadas no sentido de interferir neste metabolismo aeróbico, visando, entre outras possibilidades, reduzir a formação de espécies reativas de oxigênio (ROS). A fim de alterar a disponibilidade de oxigênio no interior da organela, foram produzidas plantas de fumo (Nicotiana tabacum) expressando a leghemoglobina de soja no interior das mitocôndrias. Para tanto, as plantas foram transformadas, via Agrobacterium tumefaciens, com uma construção quimérica, onde o gene da Lba de soja foi fusionado a uma seqüência de direcionamento mitocondrial. A expressão do gene quimérico foi assegurada pela presença do promotor constitutivo 35S, do vírus do mosaico da couve-flor. A proteína foi corretamente importada e processada no interior das mitocôndrias. Entretanto, não foi possível detectar alterações significativas na função mitocondrial. Numa segunda etapa do presente trabalho, plantas transgênicas de batata (Solanum tuberosum cv Bintje) expressando a leghemoglobina de soja no interior dos cloroplastos, foram caracterizadas do ponto de vista molecular e fenotípico. Observou-se que as plantas apresentaram um fenótipo semelhante àquelas deficientes na biossíntese de giberelina / not available

A doença de Parkinson é uma doença neurodegenerativa, cujo aparecimento pode estar ligado a mutações ou alterações na expressão do gene SNCA, o qual codifica a proteína a-sinucleína. A expressão do gene em Saccharomyces cerevisiae produz fenótipos típicos de células parkinsonianas, como a formação de corpos de Lewy, que levam a um aumento na produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) na mitocôndria. Assim, a produção de melatonina, um antioxidante natural, poderia ser um possível tratamento para a expressão do de SNCA. Aqui, mostramos que a produção de a-sinucleína é prejudicial ao crescimento e à respiração de leveduras, fenótipo semelhante ao desafio com o agente oxidante menadiona. A produção ou suplementação farmacológica de melatonina possui efeito protetor, conferindo vantagem em meio seletivo para atividade respiratória, melhorando a função mitocondrial de leveduras parkinsonianas. Nossos resultados apontam para um papel promissor da melatonina na proteção das células contra danos oxidativos da produção de a-sinucleína em leveduras. / Parkinson\'s disease is a progressive neurodegenerative disorder often linked to mutation or expression alteration of the SNCA gene that encodes the a-synuclein (a-syn) protein. SNCA expression in Saccharomyces cerevisiae leads to deposition Lewy bodies that increase mitochondrial reactive oxygen species (ROS) production, one of the hallmarks of the disease. Hence, a possible treatment would be ROS neutralization through natural antioxidants, such as melatonin. Here we show that a-syn production is detrimental to yeast growth and respiration, similar to the phenotype observed during menadione oxidative challenge. Melatonin production or pharmacological supplementation confers antioxidant protection against oxidative agents, improving mitochondrial respiratory parameters from parkinsonian yeast grown with melatonin. Our studies point out to a promising role of melatonin in protecting yeast against a-syn and other species oxidative damage.

As doenças neurodegenerativas (DN), incluindo doença de Alzheimer e doença de Parkinson, estão entre as principais causas de mortalidade e morbidade nos países ocidentais. Não há ainda um tratamento definitivo para estas neuropatias, mas os estudos têm apontado para mecanismos comuns de toxicidade, que incluem disfunção mitocondrial, estresse oxidativo e apoptose. Assim, as mitocôndrias constituem alvos importantes para futuras estratégias de neuroproteção visando tratar, prevenir ou retardar a neurodegeneração. A biodiversidade da fauna brasileira representa uma fonte promissora e ainda pouco explorada de novas moléculas com (i) atividade neuroprotetora e, portanto, potencial para originar novos fármacos para o tratamento destas doenças; ou ainda com (ii) atividade neurotóxica, podendo ser utilizadas como ferramentas de estudo de mecanismos de neurotoxicidade. O presente estudo teve por objetivo investigar o possível potencial neuroprotetor e/ou neurotóxico de peptídeos de baixo peso molecular, obtidos a partir do veneno de diferentes espécies de serpentes do gênero Bothrops por meio da investigação dos efeitos destes compostos na função mitocondrial de cérebro de rato. Duas das frações estudadas (obtidas a partir do veneno da B. atrox e da B. jararaca) apresentaram um interessante potencial protetor contra o intumescimento osmótico mitocondrial e a produção de espécies reativas de oxigênio (ERO), eventos associados à transição de permeabilidade mitocondrial e à morte celular. Por outro lado, outra fração, obtida a partir do veneno da B. pirajai, apresentou potencial neurotóxico. Estes achados podem ser úteis para estudos mecanísticos e também no estabelecimento de futuras estratégias de tratamento das doenças neurodegenerativas, tendo as mitocôndrias como alvos terapêuticos (terapia alvo). / The neurodegenerative diseases, including Alzheimer\'s and Parkinson\'s diseases, are among the main causes of morbidity and mortality in Western countries. A definitive treatment for these neuropathies has not yet been found, but studies have indicated common mechanisms of toxicity, including mitochondrial dysfunction, oxidative stress and apoptosis. Therefore, mitochondria represent important targets for the future neuroprotective strategies aimed to treat, prevent or delay the neurodegeneration. The Brazilian fauna biodiversity represents a promising and under explored source of new molecules with (i) neuroprotective activity and potential to originate new drugs for the treatment of these diseases; or yet, with (ii) neurotoxic activity, representing tools to study neurotoxicity mechanisms. The present study aimed to investigate the possible neuroprotective and/or neurotoxic potential of low-molecular-mass peptides extracted from the venom of different species of Bothrops genus snakes by investigating their effects on rat brain mitochondrial function. Two of the studied fractions (from B. atrox and B. jararaca venoms) presented an interesting protective potential against both the mitochondrial swelling and reactive oxygen species (ROS) production, events associated with mitochondrial permeability transition and cell death. On the other hand, other fraction (from B. pirajai venom) presented a neurotoxic potential. These findings might be useful for mechanistic studies and also for the establishment of future strategies of neurodegenerative diseases treatment, using mitochondria as therapeutic targets (targeted therapy).

As doenças neurodegenerativas (DN) estão entre as principais causas de mortalidade e morbidade nos países ocidentais. Não há ainda um tratamento definitivo para estas neuropatias, mas os estudos têm indicado mecanismos comuns de toxicidade que incluem disfunção mitocondrial, estresse oxidativo e apoptose. Assim, as mitocôndrias constituem alvos importantes para futuras estratégias de neuroproteção a fim de tratar, prevenir ou até mesmo retardar a neurodegeneração. Neste contexto, o canabidiol (CBD), um constituinte não psicoativo da Cannabis sativa e cuja propriedade neuroprotetora tem sido sugerida por diferentes estudos, surge como uma alternativa bastante promissora. Diferentes mecanismos moleculares podem estar envolvidos na neuroproteção exercida pelo CBD. Embora o potencial efeito benéfico do canabidiol com relação às doenças neurodegenerativas já tenha sido sugerido, não há ainda estudos que abordem precisamente os mecanismos de proteção contra a toxicidade mitocondrial cerebral, evento chave no processo neurodegenerativo. O presente estudo teve como objetivo investigar os efeitos do CBD em mitocôndrias cerebrais de rato, bem como possíveis mecanismos de neuroproteção. Foram avaliados os seguintes parâmetros: função mitocondrial, estresse oxidativo mitocondrial e transição de permeabilidade de membrana mitocondrial (TPMM). Os resultados obtidos sugerem que o canabidiol é capaz de proteger as mitocôndrias cerebrais contra o intumescimento osmótico induzido por cálcio/fosfato, contra a produção de H2O2 induzida por terc-butil hidroperóxido e contra a peroxidação lipídica induzida por Fe2+ e citrato. A captação mitocondrial de cálcio e a capacidade fosforilativa não foram afetadas. / Neurodegenerative diseases (ND) are among the leading causes of mortality and morbidity in Western countries. There is not a definitive treatment for these neuropathies, but studies have indicated mechanisms of toxicity which include mitochondrial dysfunction, oxidative stress and apoptosis. Therefore, mitochondria are important targets for future neuroprotective strategies to treat, prevent or even slow the neurodegeneration. In this context, cannabidiol (CBD), a constituent of non-psychoactive Cannabis sativa and whose neuroprotective property has been suggested by different studies, emerges as a promising alternative. Different molecular mechanisms may be involved in the neuroprotection exerted by CBD. Although the potential beneficial effects of cannabidiol in relation to neurodegenerative diseases has already been suggested, there are no studies addressing specifically the mechanisms of protection against mitochondrial toxicity brain, a key event in the neurodegenerative process. This study aimed to investigate the effects of CBD on rat brain mitochondria, as well as the mechanisms of neuroprotection. The following parameters were evaluated: mitochondrial function, mitochondrial oxidative stress and permeability transition of the mitochondrial membrane (MPT). The results suggest that cannabidiol can protect brain mitochondria against: the osmotic swelling induced by calcium/phosphate, the production of H2O2 induced by tert-butyl hydroperoxide and the lipid peroxidation induced by Fe2+ and citrate. The mitochondrial calcium uptake and phosphorylative capacity were not affected.

A prolina é convertida em glutamato através de dois passos de oxidorredução. Primeiro, prolina é oxidada em D1-pirrolina-5-carboxilato (P5C) que é convertido em glutamato pela TcP5CDH. Neste trabalho demonstrou-se que a enzima TcP5CDH catalisa a oxidação irreversível de gGSA formando glutamato e NADH/NADPH. A TcP5CDH forma um hexâmero que interage com a membrana interna mitocondrial. Os elétrons a partir de NADH abastecem a cadeia transportadora de elétrons para a síntese de ATP. Além disso vimos que a TcP5CDH é regulada positivamente nos estágios infectivos do parasita e, quando esta é induzida pela inserção de uma cópia ectópica, os mutantes apresentam mudanças morfológicas e alterações na expressão da TcGP82. O DSF, reportado como inibidor de aldeído desidrogenasses, interfere na atividade da TcP5CDH, bem como exibiu um efeito tripanocida. Ensaios de RNAi para a TbP5CDH e a análise da expressão desta enzima nas formas do parasita presentes na mosca tsé-tsé também foram discutidos. Os nossos dados reforçam a relevância bioquímica da via prolina-glutamato em T. cruzi, e constituem as primeiras evidências sobre a ocorrência do metabolismo de P5C nessas espécies de tripanossomatídeos. / Proline is converted into glutamate through two oxidorreduction steps. First, prolina is oxidized into D1-pyrroline-5-carboxylate (P5C), which is further converted in glutamate by TcP5CDH. In this work we demonstrate that TcP5CDH catalyzes irreversibly the oxidation of gGSA rendering glutamate and NADH/NADPH. The TcP5CDH undergoes a hexameric conformation interacting with inner mitochondrial membranes. Electrons from NADH fed electron respiratory chain for ATP synthesis. Moreover, we show that TcP5CDH is up regulated in infective stages (M e T). When an additional copy of TcP5CDH was ectopically introduced into parasites, mutant cells exhibited morphological changes and alterations in TcGP82. O DSF, reported as inhibitor of aldehyde dehydrogenases, interferes with TcP5CDH, as well as exhibited a trypanocidal effect. RNAi silencing assays for TbP5CDH and developmental expression of this enzyme throughout main insect stages within tsetse fly were also addressed. Our data support biochemical relevance of proline-glutamate pathway in T. cruzi, and constitute first evidences regarding occurrence of P5C metabolism over these trypanosomatid species.

Na célula eucariota, os processos metabólicos estão compartimentalizados em organelas e proteínas sintetizadas no citosol são endereçadas para elas por meio de sistema celular específico. Devido a sobreposições funcionais entre organelas, uma dada proteína pode ser requerida em mais de um compartimento. É o caso de proteínas com duplo direcionamento, em que um gene nuclear é capaz de gerar produtos protéicos direcionados para mais de uma organela. Cerca de 60 proteínas de plantas já tiveram seu duplo direcionamento demonstrado, a maioria para mitocôndrias e cloroplastos, portanto um fenômeno não tão raro como imaginado. Estudos recentes procuram esclarecer os mecanismos que permitem esse duplo direcionamento, mesmo existindo fatores celulares que garantem a especificidade do transporte para cada organela. O presente trabalho está dividido em três partes. Na primeira, foram investigados aspectos evolutivos do duplo direcionamento. Na análise comparativa de famílias gênicas com membros cujos produtos protéicos apresentam duplo direcionamento, em Arabidopsis thaliana e Oryza sativa, foi demonstrada a conservação do duplo direcionamento de monodeidroascorbato redutase, metionina aminopeptidase e, provavelmente, de THI1 (enzima da biossíntese de tiazol), entre as duas espécies. Os dados sugeriram um mesmo padrão de evolução em famílias incluindo membros com duplo direcionamento. Na segunda parte, o foco foi a seqüência de duplo direcionamento. Documentado o duplo direcionamento, para mitocôndrias e cloroplastos, de proteínas de ligação ao RNA, RBP1a, RBP1b e RPS19, mutações sítiodirigidas foram introduzidas na seqüência de direcionamento de RBP1b. A importância de aminoácidos positivos para o direcionamento de proteínas para mitocôndrias foi confirmada. Demonstrou-se que a mutação da alanina na posição 2, conservada em seqüências de direcionamento ambíguas para mitocôdrias e cloroplastos, não afeta o duplo direcionamento de RBP1b. A informação para o duplo direcionamento foi localizada entre os 17 primeiros aminoácidos da região amino-terminal. Os sinais de direcionamento para cloroplastos se distribuíram ao longo da seqüência. Enquanto a metade amino-terminal da seqüência foi suficiente para determinar o duplo direcionamento, a seqüência compreendendo os 13 aminoácidos seguintes afetaram a eficiência do transporte. Nessas análises, mostrou-se a adequação de método quantitativo na medida dos sinais de fluorescência da GFP, para ser aplicado em estudos quantitativos do direcionamento de proteínas para mitocôndrias e cloroplastos, in vivo. Na terceira parte, o foco foi o mecanismo traducional do duplo direcionamento de THI1, em A. thaliana. Entretanto, não foi possível testar a hipótese da presença de um sítio interno de entrada do ribossomo (IRES) no mRNA de thi1, pois não se encontrou um sistema de expressão transiente capaz de reproduzir dados da literatura que mostraram o duplo direcionamento de THI1. Nos sistemas testados, a proteína foi encontrada somente em cloroplastos, o que inviabilizou o prosseguimento da investigação. / Compartimentalization of the metabolic processes in organelles, each one having a characteristic protein pool and distinct functions, is a property of eukaryote cells. A highly specific cellular system directs proteins, which are synthesized in the cytosol, to the proper organelles. However, due to functional overlaps between organelles, a given protein may be needed in different compartments. This is the case of dual-targeted proteins, which are the product of single nuclear genes, but are somehow directed to different organelles. About 60 plant proteins have had their dual targeting demonstrated, most of them to mitochondria and cloroplasts, the phenomenon being not so rare as previously supposed. Investigations have focused on the mechanisms, which enable protein dual targeting, even in the presence of other cell mechanisms that guarantee the specific protein transport to each organelle. The present work on the subject can be divided in three parts. In the first part, evolutionary aspects of dual targeting were investigated. A comparative analysis of gene families that included members encoding dual-targeted proteins in Arabidopsis thaliana and Oryza sativa demonstrated that the dual targeting of monodehidro-ascorbate reductase, methyonine aminopeptidase and, problably, of the thiazole biosynthetic enzyme THI1 was evolutionary conserved between the two species. In addition, the data suggested the same pattern of evolution for families with members presenting dual targeting. The focus of the second part was the ambiguous sequence for dual targeting. After showing that the RNA-binding proteins RBP1a, RBP1b and RPS19 were dual-targeted to mitochondria and cloroplasts, sitedirected mutations were introduced in the targeting sequence of RBP1b. The importance of positive-charged amino acids for directing the protein to mitochondria was confirmed. Mutation of alanine at position 2, which is conserved in ambiguous sequences, was shown not to affect RBP1b dual targeting. Information for dual targeting was localized among the 17 first amino acids in the amino-terminal region. The signals for directing the protein to cloroplasts appeared distributed along the targeting sequence. While the amino-terminal half of the sequence was sufficient for RBP1b dual targeting, the sequence comprising the next 13 amino acids appeared to affect the efficiency of the transport. In these analyses, a quantitative method to measure the intensity of fluorescent signals of GFP had its efficacy demonstrated to be adopted for in vivo quantitative analysis of dual targeting to mitochondria and cloroplasts. In the third part, the focus was the translational mechanism enabling THI1 dual targeting to mitochondria and cloroplasts, in A. thaliana. It was hypothesized that an internal ribosomal entry site (IRES) was present in thi1 mRNA. However, a transient expression system could not be found that reproduced the literature data demonstrating THI1 dual targeting. In the tested systems the protein was addressed solely to cloroplasts, thus preventing the objective to be pursued.