As deficiências da 3-hidroxiacil-CoA desidrogenase de cadeia longa (LCHAD) e da proteína trifuncional mitocondrial (MTP) são defeitos hereditários na oxidação de ácidos graxos. Os pacientes apresentam acúmulo de ácidos graxos hidroxilados de cadeia longa (LCHFA), especialmente os ácidos 3- hidroxitetradecanoico (3HTA) e 3-hidroxipalmítico (3HPA), no sangue e outros tecidos. A sintomatologia é bastante variada, incluindo cardiomiopatia severa e sintomas musculares como fraqueza, dor e episódios recorrentes de rabdomiólise, assim como hepatopatia, retinopatia, hipotonia, neuropatia periférica, atraso no desenvolvimento e na fala, podendo levar a morte ainda na infância. Considerando que os mecanismos patogênicos do dano aos tecidos musculares cardíaco e esquelético apresentados por esses pacientes ainda não estão esclarecidos, o presente trabalho teve como objetivo investigar os efeitos in vitro do 3HTA e 3HPA sobre importantes parâmetros da bioenergética mitocondrial, tais como os parâmetros respiratórios estado 3, estado 4, razão de controle respiratório (RCR) e estado desacoplado, bem como o potencial de membrana (ΔΨm), o inchamento, a liberação de citocromo c, a capacidade de retenção de Ca2+ e o conteúdo do NAD(P)H em mitocôndrias isoladas de músculo cardíaco e esquelético de ratos jovens. Inicialmente, observamos que o 3HTA e 3HPA em baixas concentrações (10-30 UM) aumentaram o estado 4 e diminuíram o RCR em mitocôndrias de músculo esquelético, indicando um efeito desacoplador. Quando em concentrações mais elevadas (50-100 UM), esses ácidos graxos diminuíram o estado 4, o estado 3 e o estado desacoplado da respiração mitocondrial, característicos de inibidores metabólicos. Ainda observamos que o 3HPA foi capaz de produzir efeitos semelhantes sobre a respiração mitocondrial em fibras musculares permeabilizadas, validando os resultados obtidos em mitocôndrias isoladas. Além disso, demonstramos que o 3HPA e o 3HTA (30 UM) diminuíram marcadamente o ΔΨm, o conteúdo de NAD(P)H, a capacidade de retenção de Ca2+ e a produção de ATP, além de induzirem inchamento, em mitocôndrias obtidas de ambos os tecidos e suplementadas com Ca2+. Esses efeitos foram prevenidos por ciclosporina A e ADP, assim como pelo rutênio vermelho, indicando o envolvimento do PTP e do Ca2+, respectivamente. O fato de termos verificado que o 3HPA aumentou marcadamente a fluidez das membranas mitocondriais em músculo esquelético indica que esse mecanismo pode estar envolvido no prejuízo da homeostase mitocondrial causado por esses compostos. Finalmente, verificamos que o análogo dicarboxílico do 3HTA, o ácido 3-hidroxitetradecanodioico, que também se acumula nos pacientes, não alterou os parâmetros avaliados, indicando uma ação seletiva para os ácidos monocarboxílicos. Analisando nossos resultados em conjunto, demonstramos que os principais LCHFA acumulados nas deficiências da LCHAD e MTP prejudicam a homeostase mitocondrial em músculo cardíaco e esquelético. Presumimos que esse mecanismo possa explicar, pelo menos em parte, a cardiomiopatia severa, os sintomas e alterações musculares que acometem os pacientes afetados. / Long-chain 3-hydroxy-acyl-CoA dehydrogenase (LCHAD) and mitochondrial trifunctional protein (MTP) deficiencies are inborn errors of fatty acid oxidation. Affected patients present accumulation of long-chain hydroxylated fatty acids (LCHFA), particularly 3-hydroxytetradecanoic (3HTA) and 3-hydroxypalmitic (3HPA) acids, in blood and other tissues. The symptomatology is varied, including severe cardiomyopathy and muscular symptoms such as weakness, muscle pain and recurrent episodes of rhabdomyolysis, as well as hepatopathy, retinopathy, hypotonia, peripheral neuropathy, speech and development delay, leading to premature death. Considering that the pathogenesis of cardiac and skeletal muscle damage presented by the patients are still not established, the aim of the present work was to investigate the in vitro effects of 3HTA and 3HPA on important parameters of mitochondrial bioenergetics, namely the respiratory parameters state 3, state 4, respiratory control ratio (RCR) and uncoupled respiration, as well as mitochondrial membrane potential (ΔΨm), swelling, Ca2+ retention capacity and NAD(P)H redox state in cardiac and skeletal muscle mitochondria isolated from young rats. Initially, we observed that 3HTA and 3HPA at lower concentrations (10-30 UM) increased state 4 and decreased RCR in skeletal muscle mitochondria, indicating an uncoupling effect. At higher concentrations (50-100 UM), these fatty acids decreased state 4, state 3 and uncoupled respiration, suggesting metabolic inhibition. Furthermore, we observed that 3HPA was capable to provoke similar effects on mitochondrial respiration in permeabilized skeletal muscle fibers, validating the results obtained in isolated mitochondria. We also demonstrated that 3HPA and 3HTA (30 UM) strongly decreased the ΔΨm, NAD(P)H content, Ca2+ retention capacity and ATP production, besides inducing swelling, in mitochondria obtained from both tissues and supplemented with Ca2+. These effects were prevented by cyclosporin A and ADP, as well as by ruthenium red, indicating the involvement of mitochondrial permeability transition and Ca2+, respectively. The fact that 3HPA strongly increased the mitochondrial membrane fluidity in skeletal muscle indicates that this mechanism may be involved in the mitochondrial bioenergetics impairment caused by these compounds. Finally we verified that the 3HTA dicarboxylic analogue, 3-hydroxytetradecanodioic acid, which also accumulates in the affected patients, did not alter the tested parameters, indicating a selective action of the monocarboxylic acids. Taken together, we demonstrated that the major LCHFA accumulated in LCHAD and MTP deficiencies impair mitochondrial homeostasis in cardiac and skeletal muscle. We presume that these mechanisms may explain, at least in part, the severe cardiomyopathy, symptomatology and muscle alterations characteristics of the patients affected by these disorders.

Dietas hiperlipídicas e a esteatose hepática são condições extremamente prevalentes. Trabalhos anteriores mostraram que a esteatose está associada a um aumento na geração de espécies reativas de oxigênio (ERO), e que isso pode mediar danos no fígado. Neste trabalho nós investigamos os possíveis mecanismos que desencadeiam os aumentos nas taxas de geração de ERO por meio da administração de dietas hiperlipídicas. Nós descobrimos que mitocôndrias de animais sujeitos a dietas hiperlipídicas não apresentaram diferenças significativas quanto a capacidade respiratória máxima e acoplamento, mas eram capazes de gerar mais ERO especificamente quando usados substratos do metabolismo de ácidos graxos. Além disso, foi observado que muitas isoformas de acil-CoA desidrogenases estavam mais expressas nos fígados de animais alimentados pela dieta hiperlipídica. No entanto, quando realizados ensaios de atividade enzimática apenas a acil CoA desidrogenase de cadeia longa (VLCAD) foi mais ativa. Estudos conduzidos com mitocôndrias permeabilizadas e expostas a grupos acil-CoA de diferentes tamanhos sugerem que a VLCAD pode ser uma fonte da produção aumentada de ERO em animais submetidos a dietas hiperlipídicas. Esta produção foi estimulada pela ausência de NAD+. Concluindo, nossos estudos descobriram uma nova fonte importante na geração de ERO estimulada por dietas hiperlipídicas, a VLCAD / High fat diets and accompanying hepatic steatosis are highly prevalent conditions. Previous work has shown that steatosis occurs concomitantly with enhanced reactive oxygen species (ROS) generation, which may mediate further liver damage. Here we investigated mechanisms leading to enhanced ROS generation following high fat diets (HFD). We found that mitochondria from HFD livers present no differences in maximal respiratory rates and coupling, but generate more ROS specifically when fatty acids are used as substrates. Indeed, many acyl-CoA dehydrogenase isoforms were found to be more highly expressed in HFD livers, although only the very long chain acyl-CoA dehydrogenase (VLCAD) was more functionally active. Studies conducted with permeabilized mitochondria and different chain length acyl-CoA derivatives suggest that VLCAD is a source of enhanced ROS production in mitochondria from HFD animals. This production is stimulated by the lack of NAD+. Overall, our studies uncover VLCAD as a novel, diet-sensitive, source of mitochondrial ROS

Epilepsia é uma desordem neurológica que afeta o sistema nervoso central, predispondo o paciente a crises recorrentes, as quais apresentam uma alta demanda energética cerebral, e que culminam na depleção dos níveis de glicose cerebrais conforme a crise epiléptica progride de aguda (até 5 min) à prolongada (de 5 min até algumas horas). A presente tese mapeou os diferentes modelos de crises e síndromes epilépticas com enfoque em peixe-zebra, no intuito de selecionar o melhor modelo em nosso universo experimental para investigar quais outros substratos energéticos poderiam ser utilizados pelo cérebro frente ao hipometabolismo da glicose em crises epilépticas prolongadas induzidas por pentilenotetrazol. Hipotetizou-se um ambiente produtor de peróxido de hidrogênio como agente modulatório do metabolismo energético neste tipo de crise epiléptica. Para tanto se caracterizou o protocolo de respirometria de alta resolução em dissociado cerebral de peixe-zebra adulto. Os peixes foram expostos a pentilenotetrazol por diferentes tempos. Detectou-se um desacoplamento entre o metabolismo da glicose e o consumo de O2 para produção de ATP em crises epilépticas prolongadas de 20 min. Neste momento, testou-se o impacto dos seguintes substratos energéticos sobre o consumo de O2 para produção de ATP: L-glutamato, L-glutamina, L-lactato, e β-hidroxibutirato. Também foi avaliado o sistema pró/antioxidante em amostras de cérebro de peixe-zebra adulto submetido a crises epilépticas prolongadas por 20 min (CEUA – 28043). Os resultados indicam o uso do L-glutamato e da L-glutamina como substratos energéticos para a manutenção de crises epilépticas prolongadas, e um ambiente favorável à produção de peróxido de hidrogênio, pela redução da atividade do Complexo I mitocondrial, pelo aumento da atividade das enzimas superóxido dismutase e glutationa peroxidase, e pelo aumento da oxidação de diclorofluoresceína. A literatura aponta para uma inibição da glicerol-3-fosfato-desidrogenase e piruvato-cinase, e uma ativação da glicose-6-fosfato-desidrogenase por aumento de peróxido de hidrogênio, o que culmina na diminuição da utilização da glicose como substrato energético. A completa oxidação do glutamato na presença de baixos níveis de piruvato ocorre via saída do malato da matriz mitocondrial e sua conversão a piruvato pela enzima málica. Ambas as enzimas produtoras de Fosfato de dinucleótido de nicotinamida e adenina reduzida citadas acimas apresentam atividade aumentada no modelo de convulsão abordado. Portanto, o metabolismo glutamatérgico é fundamental para a manutenção energética, e para a atividade de defesas antioxidantes em momentos de crises epilépticas prolongadas induzidas por pentilenotetrazol em peixe zebra adulto. / Epilepsy is a brain disorder, which promotes the predisposition to events of high energy expenditure known as epileptic seizure. As epileptic seizure progress form acute (until 5 min of duration) to prolonged (above 5 min of duration), lower is the concentration of glucose in the brain. This thesis mapped all models of zebrafish epileptic seizure and epileptic syndrome to choose the best model in our experimental conditions to evaluate the impact of other substrates under glucose brain hypometabolism related to prolonged epileptic seizure induced by pentylenetetrazole. It was hypothesized that an environment with high concentrations of hydrogen peroxide could be connecting with the fast metabolic modulation in this model. To do so, the highresolution respirometry protocol for zebrafish brain dissociated was characterized. Fish were exposed to pentylenetetrazole by different duration. There was a decoupling between glucose brain metabolism and O2 consumption to ATP synthesis after 20 min of exposure to pentylenetetrazole. At this moment, the impact of the following substrates were measured under O2 consume to ATP synthesis: L-glutamate, L-glutamine, L-lactate, and β-hydroxybutyrate. The redox balanced was evaluated as well (CEUA – 28043). Data indicate L-glutamate and L-glutamine as the main energy substrate to maintain prolonged epileptic seizure. There was an environment prone to hydrogen peroxide, because mitochondrial complex I activity was impered, and the enzymes superoxide dismutase and glutamine peroxidase were activity, as well as the oxidation of diclorofluoresceine was increased. Hydrogen peroxide activates glucose-6-phosphate-dehydrogenase, and inhibits glycerol-3-phosphatedehydroganase as well as piruvate kinase. Therefore the glucose metabolism would be modulated to antioxidant defense instead of glycolysis. In low pyruvate concentrations, malate from glutamate is transported to the cytosol and converted to pyruvate and Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate. The activity of glucose-6- phosphate-dehydrogenase and citosolic malic enzyme were increased. Therefore, glutamate metabolismo is imperative to energy maintain prolonged epileptic seizure and to antioxidante defense to avoid further damage.

O fator de transcrição mitocondrial A (TFAM) pertence ao grupo das proteínas de alta mobilidade, apresentando um importante papel para a replicação, transcrição e estrutura/organização do DNA mitocondrial (DNAmt). O DNAmt está organizado em um complexo nucleoprotéico, chamado de nucleóide, do qual TFAM é o principal componente protéico, empacotando o DNAmt de forma análoga às histonas no DNA nuclear. Em analogia ao DNA nuclear, foi sugerido que esse empacotamento pode proteger o DNAmt do ataque de espécies oxidantes, enquanto que, por outro lado, poderia também impedir o acesso das enzimas de reparo. Este trabalho visou esclarecer qual o papel de TFAM na proteção do DNAmt e entender como TFAM influencia o reparo do DNAmt. Nossos resultados indicaram que o empacotamento do DNAmt por TFAM pode proteger o DNA da formação de lesões em condições de estresse oxidativo. Células com redução na expressão de TFAM apresentaram taxas alteradas de proliferação e uma menor viabilidade celular após o tratamento com o fotossensibilizador azul de metileno, indicando que TFAM pode contribuir para a manutenção da integridade funcional da mitocondria. A velocidade do reparo do DNAmt, em células Kd-TFAM, foi aparentemente maior, o que indicou a importância da modulação da interação de TFAM com o DNAmt para um reparo rápido e eficiente das lesões oxidadas. Portanto, TFAM desempenha um papel importante para a estabilidade genômica mitocondrial, protegendo o DNAmt dos efeitos deletérios das lesões oxidadas no estresse oxidativo, e também modulando a velocidade do reparo do DNAmt, provavelmente através de modificações/interações que permitam que as enzimas de reparo acessem as lesões no DNAmt. / The mitochondrial transcription factor A (TFAM) belongs to the high mobility group box proteins, and is essencial for replication, transcription and structure/organization of the mitochondrial DNA (mtDNA).The mtDNA is organized in a nucleoproteic complex called the nucleoid, where TFAMis the main protein component,packaging mtDNA in a manner similar to histones in the nuclear DNA. In analogy to the histone role in nuclear DNA, it was suggested that mtDNA packaging by TFAM could protect the mtDNA against oxidized lesions. On the other hand, it could also prevent the access of repair enzymes. This study aimed to understand whether TFAM plays a role in mtDNA stability through these opposing effects of protecting from damage and preventing repair. Our results indicated that TFAM protects the mtDNA against lesion formation upon oxidative stress. Cells with reduced expression of TFAM showed altered proliferation and lower cellular viability after treatment with the photoactivated dye methylene blue, indicating an important role for TFAM in maintaining mitochondrial function and cell survival. MtDNA repair rate was apparently higherin Kd-TFAM cells, which indicated the importance of modulating the interaction of TFAM with mtDNA for a quick and efficient repair of oxidized lesions. Therefore, TFAM plays an important role in maintaining mitochondrial genomic stability by protecting the mtDNA of the deleterious effects of oxidized lesions in oxidative stress, also modulating mtDNA repair, likely through modifications/interactions that modulate its DNA binding activity and access to lesions in mtDNA by DNA repair enzymes.

O fator de transcrição mitocondrial A (TFAM) pertence ao grupo das proteínas de alta mobilidade, apresentando um importante papel para a replicação, transcrição e estrutura/organização do DNA mitocondrial (DNAmt). O DNAmt está organizado em um complexo nucleoprotéico, chamado de nucleóide, do qual TFAM é o principal componente protéico, empacotando o DNAmt de forma análoga às histonas no DNA nuclear. Em analogia ao DNA nuclear, foi sugerido que esse empacotamento pode proteger o DNAmt do ataque de espécies oxidantes, enquanto que, por outro lado, poderia também impedir o acesso das enzimas de reparo. Este trabalho visou esclarecer qual o papel de TFAM na proteção do DNAmt e entender como TFAM influencia o reparo do DNAmt. Nossos resultados indicaram que o empacotamento do DNAmt por TFAM pode proteger o DNA da formação de lesões em condições de estresse oxidativo. Células com redução na expressão de TFAM apresentaram taxas alteradas de proliferação e uma menor viabilidade celular após o tratamento com o fotossensibilizador azul de metileno, indicando que TFAM pode contribuir para a manutenção da integridade funcional da mitocondria. A velocidade do reparo do DNAmt, em células Kd-TFAM, foi aparentemente maior, o que indicou a importância da modulação da interação de TFAM com o DNAmt para um reparo rápido e eficiente das lesões oxidadas. Portanto, TFAM desempenha um papel importante para a estabilidade genômica mitocondrial, protegendo o DNAmt dos efeitos deletérios das lesões oxidadas no estresse oxidativo, e também modulando a velocidade do reparo do DNAmt, provavelmente através de modificações/interações que permitam que as enzimas de reparo acessem as lesões no DNAmt. / The mitochondrial transcription factor A (TFAM) belongs to the high mobility group box proteins, and is essencial for replication, transcription and structure/organization of the mitochondrial DNA (mtDNA).The mtDNA is organized in a nucleoproteic complex called the nucleoid, where TFAMis the main protein component,packaging mtDNA in a manner similar to histones in the nuclear DNA. In analogy to the histone role in nuclear DNA, it was suggested that mtDNA packaging by TFAM could protect the mtDNA against oxidized lesions. On the other hand, it could also prevent the access of repair enzymes. This study aimed to understand whether TFAM plays a role in mtDNA stability through these opposing effects of protecting from damage and preventing repair. Our results indicated that TFAM protects the mtDNA against lesion formation upon oxidative stress. Cells with reduced expression of TFAM showed altered proliferation and lower cellular viability after treatment with the photoactivated dye methylene blue, indicating an important role for TFAM in maintaining mitochondrial function and cell survival. MtDNA repair rate was apparently higherin Kd-TFAM cells, which indicated the importance of modulating the interaction of TFAM with mtDNA for a quick and efficient repair of oxidized lesions. Therefore, TFAM plays an important role in maintaining mitochondrial genomic stability by protecting the mtDNA of the deleterious effects of oxidized lesions in oxidative stress, also modulating mtDNA repair, likely through modifications/interactions that modulate its DNA binding activity and access to lesions in mtDNA by DNA repair enzymes.

Nessa dissertação foi realizada uma scoping review com objetivo de buscar na literatura o que existe, até o presente momento, para explicar a relação entre o metabolismo mitocondrial com a síndrome da fadiga crônica (SFC). A SFC se apresenta de forma diferente para cada indivíduo, o que torna complexo seu entendimento, uma vez que não foram identificados biomarcadores específicos para auxiliar em um diagnóstico definitivo que favoreça uma intervenção adequada e tratamentos mais eficazes. Diferentes mecanismos biológicos são estudados, sendo que alterações no metabolismo mitocondrial têm sido foco de pesquisas recentes. Tais alterações podem ser a causa de fadiga severa e estudos sobre SFC mostraram que entre os principais indicadores da disfunção mitocondrial, envolvidos com a menor produção de ATP, está o comprometimento das vias de fosforilação oxidativa. O método utilizado nessa revisão, scoping review, é utilizado para investigar conceitos-chave subjacentes a uma nova área de pesquisa, bem como esclarecer definições de trabalhos, analisando o título e resumo de artigos para seleciona-los. Como critérios de inclusão ficaram determinados: (1) estudos clínicos que registram pacientes adultos (>= 18 anos de idade); (2) mostram uma relação entre questões do metabolismo e bioenergética mitocondrial com síndrome da fadiga crônica; (3) são escritos em português, inglês ou espanhol; (4) artigos publicados nos últimos 10 anos. E de exclusão: (1) utilizaram modelos animai; (2) relatos de casos, editoriais, cartas, revisões de literatura, resumos e dissertações de reuniões; (3) literatura cinzenta. Entre os descritores comuns, utilizados para realizar a busca nas bases de dados estão: mitochondria OR mitochondrial, fatigue, bioenergy OR bioenergetic OR energy metabolism. O estudo foi guiado pela seguinte questão: \"\"Alterações no metabolismo energético mitocondrial estão relacionados com a origem e prevalência da síndrome da fadiga crônica?\". Após utilizar a estratégia de busca, específica para cada uma das quatro bases de dados (PubMed, EMBASE, SCOPUS e Web of Science), foram encontrados 228 artigos, os quais foram exportados para o software Rayyan QCRI e removidos aqueles que se encontravam em duplicata. Este software permitiu que dois revisores executassem, de forma independente, a leitura dos títulos e resumos de 150 artigos e 27 foram selecionados para a leitura na íntegra, por atenderem aos critérios supracitados. Dentre esses últimos, apenas 10 relatavam alterações no metabolismo mitocondrial relacionadas à SFC. As alterações compreendem modificações nas vias de transporte mitocondrial e na cadeia respiratória; mutações no DNA mitocondrial e, até mesmo, disfunções energéticas em células do sistema imune, como as natural-killer. Foram encontrados dados de pesquisas em diversas áreas clínicas, tais como: cardiologia, oncologia e distúrbios musculares, os quais podem colaborar para trazer luz às causas biológicas dessa síndrome. Desta forma, tornou-se ainda mais evidente a conexão entre distúrbios na bioenergética mitocondrial, como uma menor capacidade de transporte de oxigênio por meio das vias de transporte, ou até mesmo, a insuficiência mitocondrial para produção de ATP, com a SFC. De acordo com os estudos que compuseram a amostra final desta revisão (n=10), o metabolismo mitocondrial e suas principais atividades, como a produção e transporte de ATP, são um alvo potencial para auxiliar na compreensão de incógnitas existentes sobre a SFC. Esses resultados são promissores para a enfermagem, sobretudo na área da ciência dos sintomas, com impacto na qualidade de vida e no manejo personalizado de sintomas em diferentes condições crônicas, especialmente na SFC / In this dissertation a scoping review was carried out with the objective of searching in the literature what exists to date to explain the relationship between mitochondrial metabolism and chronic fatigue syndrome (CFS). SFC presents itself differently for each individual, which makes complex their understanding, since no specific biomarkers were identified to aid in a definitive diagnosis that favors an appropriate intervention and more effective treatments. Different biological mechanisms are studied, and changes in mitochondrial metabolism have been the focus of recent research. Such alterations may be the cause of severe fatigue and studies on CFS have shown that among the main indicators of mitochondrial dysfunction, involved in the lower production of ATP, is the involvement of oxidative phosphorylation pathways. The method used in this review, scoping review, is used to investigate key concepts underlying a new research area, as well as clarifying definitions of papers, analyzing the title and abstract articles to select them. As inclusion criteria were determined: (1) clinical studies that register adult patients (>= 18 years of age); (2) show a relationship between metabolism and bioenergetic mitochondrial issues with chronic fatigue syndrome; (3) written in Portuguese, English or Spanish; (4) articles published in the last 10 years. The exclusion criteria: (1) used animal models; (2) case reports, editorials, letters, literature reviews, abstracts and dissertations; (3) gray literature. Among the common descriptors used to perform the search in the databases are: mitochondria OR mitochondrial, fatigue, bioenergy OR bioenergetic OR energy metabolism. The study was guided by the following question: \"\" Changes in mitochondrial energy metabolism are related to the origin and prevalence of chronic fatigue syndrome? \". After using the search strategy, specific to each of the four databases (PubMed, EMBASE, SCOPUS and Web of Science), 228 articles were found, which were exported to the Rayyan QCRI software and removed from those that were in duplicate. This software allowed two reviewers to independently perform the reading of the titles and abstracts of 150 articles and 27 were selected for reading in full, because they meet the aforementioned criteria. Among the latter, only 10 reported changes in mitochondrial metabolism related to CFS. The changes comprise modifications in mitochondrial transport pathways and respiratory chain; mutations in mitochondrial DNA, and even energy dysfunctions in cells of the immune system, such as natural killer. Research data have been found in several clinical areas, such as: cardiology, oncology and muscular disorders, which can collaborate to bring light to the biological causes of this syndrome. Thus, the connection between disturbances in mitochondrial bioenergetics, such as reduced oxygen transport capacity, or even mitochondrial insufficiency for ATP production, with CFS became even more evident. According to the studies that compose the final sample of this review (n = 10), mitochondrial metabolism and its main activities, such as the production and transport of ATP, are a potential target to aid in the understanding of existing unknowns about CFS. These results are promising for nursing, especially in the area of symptom science, with an impact on quality of life and personalized management of symptoms in different chronic conditions, especially CFS

Made available in DSpace on 2015-12-06T23:46:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / funcionais nos espermatozoides e o nivel seminal de peroxidacao lipidica. Metodo: Um estudo transversal foi realizado incluindo 156 pacientes normozoospermicos. Apos a coleta do semen por masturbacao, uma aliquota foi utilizada para a analise seminal e outra para a avaliacao da atividade mitocondrial, da integridade do acrossoma e da integridade do DNA dos espermatozoides. O volume remanescente de semen foi centrifugado e o plasma seminal sobrenadante foi utilizado para a avaliacao do nivel seminal de peroxidacao lipidica e para a analise proteomica. Posteriormente, os pacientes foram divididos em percentis (15%) para formacao dos grupos experimentais de cada estudo: Estudo 1 - alta (grupo controle) e baixa (grupo alterado) atividade mitocondrial dos espermatozoides, Estudo 2 - alta (grupo controle) e baixa (grupo alterado) integridade do acrossoma dos espermatozoides, Estudo 3 - baixa (grupo controle) e alta (grupo alterado) fragmentacao do DNA dos espermatozoides e Estudo 4 - baixo (grupo controle) e alto (grupo alterado) niveis seminais de peroxidacao lipidica. A analise proteomica foi realizada utilizando LCMS/MS. Os grupos foram comparados por meio de analise univariada (teste t de Student) e analise multivariada (PLS-DA e analise discriminante). As proteinas significantes foram posteriormente submetidas a analise de enriquecimento funcional. Resultados: Nos estudos 1, 2, 3 e 4 foram observadas 506, 493, 474 e 629 proteinas, respectivamente. As funcoes enriquecidas no estudo 1 foram detoxificacao de EROs e ligacao a NADP (controle) e atividade de oxidoredutase intramolecular, catabolismo de aminoglicanos, inibicao de endopeptidases, lisossomos e resposta imune de fase aguda (alterado). As principais funcoes enriquecidas no estudo 2 foram resposta imune (controle) e inibicao de fosfolipase, metabolismo do acido araquidonico, exocitose, resposta inflamatoria aguda, resposta ao peroxido de hidrogenio e transporte lisossomal (alterado). As principais funcoes enriquecidas no estudo 3 foram metabolismo de carboidratos, regulacao de lipoproteinas, regulacao negativa da apoptose, metabolismo de hormonios, atividade de metalopeptidases, ligacao ao NAD e lisossomos (controle) e biossintese de prostaglandinas e ligacao a acidos graxos (alterado). As principais funcoes enriquecidas no estudo 4 foram biossintese de acidos graxos insaturados, atividade de oxidantes e antioxidantes e resposta celular ao estresse termico (alterados). Nos estudos 1, 2, 3 e 4 foram sugeridos 8, 6, 8 e 7 biomarcadores seminais de atividade mitocondrial, integridade acrossoma, fragmentacao de DNA e peroxidacao lipidica, respectivamente. Conclusoes: O perfil proteomico do plasma seminal reflete alteracoes funcionais dos espermatozoides e o nivelseminal de peroxidacao lipidica e diversas funcoes pos-genomicas estao relacionadas as alteracoes estudadas. Proteinas relacionadas as alteracoes funcionais dos espermatozoides e ao nivel seminal de peroxidacao lipidica constituem potenciais biomarcadores seminais para cada alteracao / Objective: To verify if the seminal plasma proteomic profile reflects sperm functional alteration and semen lipid peroxidation levels. Method: A cross-sectional study was performed including 156 normozoospermic patients. After semen retrieval by masturbation, an aliquot was utilized for semen analysis and another for evaluation of sperm mitochondrial activity, acrosome integrity and DNA fragmentation. The remaining semen volume was centrifuged and the supernatant seminal plasma was utilized for semen lipid peroxidation levels evaluation, and proteomic analysis. Patients were divided into percentiles (15%) to form the experimental groups: Study 1 – high (control group) and low (altered group) sperm mitochondrial activity; Study 2 – high (control group) and low (altered group) sperm acrosome integrity; Study 3 – low (control group) and high (altered group) sperm DNA fragmentation; Study 4 – low (control group) and high (altered group) semen lipid peroxidation levels. Proteomic analysis was performed by a LC-MS/MS approach. Groups were compared using univariate (Student’s t test) and multivariate (PLS-DA and discrimant analysis) analyses. Differentially expressed proteins were then utilized for functional enrichment analysis. Results: 506, 493, 474, and 629 proteins were observed in studies 1, 2, 3, and 4, respectively. Enriched functions in study 1 were reactive oxygens species detoxification, and NADP binding (control group), and intramolecular oxidoreductase activity, aminoglycans catabolism, endopeptidases inhibition, lysosomes, and acute-phase response (altered group). In study 2, main enriched functions were acute-phase response (control group), and phospholipase inhibition, arachidonic acid metabolism, exocytosis, regulation of acute inflammatory response, response to hydrogen peroxide and lysosomal transport (altered group). In study 3, main enriched functions were carbohydrates metabolism, lipoprotein regulation, negative regulation of apoptosis, hormone metabolism, metalopeptidases activity, NAD binding, and lysosomes (control group), and prostaglandin biosynthesis, and fatty acid binding (altered group). In study 4, enriched functions were unsaturated fatty acid biosynthesis, oxidants and antioxidants activity, and cellular response to heat stress (altered group). In total, 8, 6, 8, and 7 seminal biomarkers were proposed for studies 1 (mitochondrial activity), 2 (acrosome integrity), 3 (DNA fragmentation), and 4 (lipid per oxidation), respectively. Conclusions: The seminal plasma proteomic profile reflects sperm functional alterations and semen lipid perodixation levels, and several post-genomic functions are related to the studied alterations. Proteins related to sperm functional alterations, and semen lipid peroxidation levels constitute potential seminal biomarkers for each alteration. / BV UNIFESP: Teses e dissertações

Made available in DSpace on 2015-07-22T20:49:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-27 / Objetivos:Avaliar o efeito da varicocele na integridade do DNA nuclear,na atividade mitocondrial,na peroxidação lipídica e na integridade acrossômica dos espermatozóides.Métodos:as amostras foram obtidas e analisadas de acordo com os parâmetros da OMS(1999) e morfologia segundo critério estrito de Kruger.O grupo de estudo incluiu 30 homens com varicocele grauII ou III e o grupo controle incluiu 32 homens sem varicocele.A integridade do DNA nuclear dos espermatozóides foi avaliada pelo ensaio Cometa alcalino, e as células foram classificadas de acordo com a intensidade de dano no DNA:grau I(alta integridade do DNA),grau II(DNA ainda íntegro ou em início de fragmentação),grau III(DNA moderadamente fragmentado)e grau IV(DNA altamente fragmentado).A atividade mitocondrial foi avaliada pelo método colorimétrico proposto por Hrudka(1987),e as células foram classificadas em:classe I(mitocôndrias todas ativas),classe II (mais de 50 por cento de mitocôndrias ativas),classe III(menos de 50 por cento de mitocôndrias ativas)e classe IV(mitocôndrias todas inativas).A peroxidação lipídica foi determinada usando-se o método descrito por Ohkawa(1979),que se baseia na determinação de MDA devido à sua reação com o TBA, e o nível de peroxidação lipídica foi descrito em nanogramas de TBARS/mL de sêmen.A integridade do acrossoma foi avaliada através da sonda fluorescente PNA(Peannut Agglutinin)-FITC (Fluorescein isothiocyanite)conjugada, e o resultado foi expresso em porcentagem de espermatozóides com acrossoma íntegro.Resultados: quanto à integridade do DNA,o grupo de homens com varicocele apresentou uma menor porcentagem de espermatozóides com DNA nuclear íntegro(grau II, p=0,040).Não houve diferença na porcentagem de células grau I,III e IV.Quanto à atividade mitocondrial, o grupo de homens com varicocele apresentou uma porcentagem maior de espermatozóides com mitocôndrias inativas(classe III, p=0,020)e uma porcentagem menor de espermatozóides com mitocôndrias ativas(classe I, p=0,005).Não houve diferença na porcentagem de células classe II e IV.Quanto à integridade acrossômica, o grupo de homens com varicocele apresentou uma menor porcentagem de espermatozóides com acrossoma íntegro(p=0,0002).Por fim, com relação ao nível de peroxidação lipídica,não foi encontrada nenhuma diferença estatisticamente significante entre os grupos com e sem varicocele.Conclusões: Neste estudo, homens com varicocele apresentaram um aumento nas taxas de fragmentação de DNA e uma redução na atividade mitocondrial e na integridade acrossômica dos espermatozóides.Todavia, nenhuma diferença entre os níveis seminais de MDA foi encontrada, o que sugere que talvez as alterações funcionais encontradas não estejam associadas diretamente com o estresse oxidativo, ou que o estresse oxidativo leve a alterações no DNA, mitocôndrias e acrossoma durante a espermatogênese, e não após a ejaculação / Objectives: to assess the effect of varicocele on sperm nuclear DNA integrity, mitochondrial activity, lipid peroxidation and acrosome integrity. Methods: semen samples were obtained and analyzed according to the World Health Organization guidelines (1999) and sperm morphology was evaluated by Kruger’s strict criteria (1986). The study group included 30 men with varicocele grades II or III and the control group included 32 men without varicocele. Sperm nuclear DNA integrity was assessed by the alkaline Comet assay, and cells were graded according to the intensity of DNA damage: class I (high DNA integrity), class II (DNA still intact or initiating fragmentation), class III (DNA fairly fragmented) and class IV (DNA extremely fragmented). Mitochondrial activity was evaluated by the colorimetric method proposed by Hrudka (1987). Cells were classified according to the proportion of active mitochondria: class I (100% of active mitochondria), class II (more than 50% of active mitochondria), class III (less than 50% of active mitochondria) and class IV (100% of inactive mitochondria). Lipid peroxidation was determinated by Ohkawa’s method, which is based on the measurement of malondialdehyde (MDA) due to its reaction with thiobarbituric acid (TBA), and the levels of lipid peroxidation were described as nanograms of TBARS/mL. Acrosome integrity was assessed by use of the conjugated fluorescent probe PNA-FITC and the results were expressed in percentages of intact acrosomes (fluorescence was observed over the entire acrosomal region of the sperm head). Results: Concerning DNA integrity, the varicocele group showed less spermatozoa with intact nuclear DNA (grade II, p=0,040). There was no significant difference in classes I, III and IV between the two groups. Regarding mitochondrial activity the varicocele group showed more cells with inactive mitochondria (class III, p=0,001) and less cells with active mitochondria (class I, p=0,005). There was no difference in classes II and IV. Also, the varicocele group showed less spermatozoa with intact acrosomes (p=0,0002), when compared to the controls. Finally, no significant differences were observed in lipid peroxidation levels. Conclusions: This study was able to demonstrate that varicocele in adults is associated with increased DNA fragmentation, reduced mitochondrial activity and decreased acrosome integrity even when semen quality does not differ from men without varicocele. However, levels of seminal products of lipid degradation (MDA) are not increased in these patients, suggesting that perhaps the functional changes found are not directly associated with oxidative stress, or that oxidative stress leads to changes in DNA, acrosomes and mitochondria during spermatogenesis, and not after ejaculation. / TEDE / BV UNIFESP: Teses e dissertações

As deficiências da 3-hidroxiacil-CoA desidrogenase de cadeia longa (LCHAD) e da proteína trifuncional mitocondrial (MTP) são defeitos hereditários na oxidação de ácidos graxos. Os pacientes apresentam acúmulo de ácidos graxos hidroxilados de cadeia longa (LCHFA), especialmente os ácidos 3- hidroxitetradecanoico (3HTA) e 3-hidroxipalmítico (3HPA), no sangue e outros tecidos. A sintomatologia é bastante variada, incluindo cardiomiopatia severa e sintomas musculares como fraqueza, dor e episódios recorrentes de rabdomiólise, assim como hepatopatia, retinopatia, hipotonia, neuropatia periférica, atraso no desenvolvimento e na fala, podendo levar a morte ainda na infância. Considerando que os mecanismos patogênicos do dano aos tecidos musculares cardíaco e esquelético apresentados por esses pacientes ainda não estão esclarecidos, o presente trabalho teve como objetivo investigar os efeitos in vitro do 3HTA e 3HPA sobre importantes parâmetros da bioenergética mitocondrial, tais como os parâmetros respiratórios estado 3, estado 4, razão de controle respiratório (RCR) e estado desacoplado, bem como o potencial de membrana (ΔΨm), o inchamento, a liberação de citocromo c, a capacidade de retenção de Ca2+ e o conteúdo do NAD(P)H em mitocôndrias isoladas de músculo cardíaco e esquelético de ratos jovens. Inicialmente, observamos que o 3HTA e 3HPA em baixas concentrações (10-30 UM) aumentaram o estado 4 e diminuíram o RCR em mitocôndrias de músculo esquelético, indicando um efeito desacoplador. Quando em concentrações mais elevadas (50-100 UM), esses ácidos graxos diminuíram o estado 4, o estado 3 e o estado desacoplado da respiração mitocondrial, característicos de inibidores metabólicos. Ainda observamos que o 3HPA foi capaz de produzir efeitos semelhantes sobre a respiração mitocondrial em fibras musculares permeabilizadas, validando os resultados obtidos em mitocôndrias isoladas. Além disso, demonstramos que o 3HPA e o 3HTA (30 UM) diminuíram marcadamente o ΔΨm, o conteúdo de NAD(P)H, a capacidade de retenção de Ca2+ e a produção de ATP, além de induzirem inchamento, em mitocôndrias obtidas de ambos os tecidos e suplementadas com Ca2+. Esses efeitos foram prevenidos por ciclosporina A e ADP, assim como pelo rutênio vermelho, indicando o envolvimento do PTP e do Ca2+, respectivamente. O fato de termos verificado que o 3HPA aumentou marcadamente a fluidez das membranas mitocondriais em músculo esquelético indica que esse mecanismo pode estar envolvido no prejuízo da homeostase mitocondrial causado por esses compostos. Finalmente, verificamos que o análogo dicarboxílico do 3HTA, o ácido 3-hidroxitetradecanodioico, que também se acumula nos pacientes, não alterou os parâmetros avaliados, indicando uma ação seletiva para os ácidos monocarboxílicos. Analisando nossos resultados em conjunto, demonstramos que os principais LCHFA acumulados nas deficiências da LCHAD e MTP prejudicam a homeostase mitocondrial em músculo cardíaco e esquelético. Presumimos que esse mecanismo possa explicar, pelo menos em parte, a cardiomiopatia severa, os sintomas e alterações musculares que acometem os pacientes afetados. / Long-chain 3-hydroxy-acyl-CoA dehydrogenase (LCHAD) and mitochondrial trifunctional protein (MTP) deficiencies are inborn errors of fatty acid oxidation. Affected patients present accumulation of long-chain hydroxylated fatty acids (LCHFA), particularly 3-hydroxytetradecanoic (3HTA) and 3-hydroxypalmitic (3HPA) acids, in blood and other tissues. The symptomatology is varied, including severe cardiomyopathy and muscular symptoms such as weakness, muscle pain and recurrent episodes of rhabdomyolysis, as well as hepatopathy, retinopathy, hypotonia, peripheral neuropathy, speech and development delay, leading to premature death. Considering that the pathogenesis of cardiac and skeletal muscle damage presented by the patients are still not established, the aim of the present work was to investigate the in vitro effects of 3HTA and 3HPA on important parameters of mitochondrial bioenergetics, namely the respiratory parameters state 3, state 4, respiratory control ratio (RCR) and uncoupled respiration, as well as mitochondrial membrane potential (ΔΨm), swelling, Ca2+ retention capacity and NAD(P)H redox state in cardiac and skeletal muscle mitochondria isolated from young rats. Initially, we observed that 3HTA and 3HPA at lower concentrations (10-30 UM) increased state 4 and decreased RCR in skeletal muscle mitochondria, indicating an uncoupling effect. At higher concentrations (50-100 UM), these fatty acids decreased state 4, state 3 and uncoupled respiration, suggesting metabolic inhibition. Furthermore, we observed that 3HPA was capable to provoke similar effects on mitochondrial respiration in permeabilized skeletal muscle fibers, validating the results obtained in isolated mitochondria. We also demonstrated that 3HPA and 3HTA (30 UM) strongly decreased the ΔΨm, NAD(P)H content, Ca2+ retention capacity and ATP production, besides inducing swelling, in mitochondria obtained from both tissues and supplemented with Ca2+. These effects were prevented by cyclosporin A and ADP, as well as by ruthenium red, indicating the involvement of mitochondrial permeability transition and Ca2+, respectively. The fact that 3HPA strongly increased the mitochondrial membrane fluidity in skeletal muscle indicates that this mechanism may be involved in the mitochondrial bioenergetics impairment caused by these compounds. Finally we verified that the 3HTA dicarboxylic analogue, 3-hydroxytetradecanodioic acid, which also accumulates in the affected patients, did not alter the tested parameters, indicating a selective action of the monocarboxylic acids. Taken together, we demonstrated that the major LCHFA accumulated in LCHAD and MTP deficiencies impair mitochondrial homeostasis in cardiac and skeletal muscle. We presume that these mechanisms may explain, at least in part, the severe cardiomyopathy, symptomatology and muscle alterations characteristics of the patients affected by these disorders.

Epilepsia é uma desordem neurológica que afeta o sistema nervoso central, predispondo o paciente a crises recorrentes, as quais apresentam uma alta demanda energética cerebral, e que culminam na depleção dos níveis de glicose cerebrais conforme a crise epiléptica progride de aguda (até 5 min) à prolongada (de 5 min até algumas horas). A presente tese mapeou os diferentes modelos de crises e síndromes epilépticas com enfoque em peixe-zebra, no intuito de selecionar o melhor modelo em nosso universo experimental para investigar quais outros substratos energéticos poderiam ser utilizados pelo cérebro frente ao hipometabolismo da glicose em crises epilépticas prolongadas induzidas por pentilenotetrazol. Hipotetizou-se um ambiente produtor de peróxido de hidrogênio como agente modulatório do metabolismo energético neste tipo de crise epiléptica. Para tanto se caracterizou o protocolo de respirometria de alta resolução em dissociado cerebral de peixe-zebra adulto. Os peixes foram expostos a pentilenotetrazol por diferentes tempos. Detectou-se um desacoplamento entre o metabolismo da glicose e o consumo de O2 para produção de ATP em crises epilépticas prolongadas de 20 min. Neste momento, testou-se o impacto dos seguintes substratos energéticos sobre o consumo de O2 para produção de ATP: L-glutamato, L-glutamina, L-lactato, e β-hidroxibutirato. Também foi avaliado o sistema pró/antioxidante em amostras de cérebro de peixe-zebra adulto submetido a crises epilépticas prolongadas por 20 min (CEUA – 28043). Os resultados indicam o uso do L-glutamato e da L-glutamina como substratos energéticos para a manutenção de crises epilépticas prolongadas, e um ambiente favorável à produção de peróxido de hidrogênio, pela redução da atividade do Complexo I mitocondrial, pelo aumento da atividade das enzimas superóxido dismutase e glutationa peroxidase, e pelo aumento da oxidação de diclorofluoresceína. A literatura aponta para uma inibição da glicerol-3-fosfato-desidrogenase e piruvato-cinase, e uma ativação da glicose-6-fosfato-desidrogenase por aumento de peróxido de hidrogênio, o que culmina na diminuição da utilização da glicose como substrato energético. A completa oxidação do glutamato na presença de baixos níveis de piruvato ocorre via saída do malato da matriz mitocondrial e sua conversão a piruvato pela enzima málica. Ambas as enzimas produtoras de Fosfato de dinucleótido de nicotinamida e adenina reduzida citadas acimas apresentam atividade aumentada no modelo de convulsão abordado. Portanto, o metabolismo glutamatérgico é fundamental para a manutenção energética, e para a atividade de defesas antioxidantes em momentos de crises epilépticas prolongadas induzidas por pentilenotetrazol em peixe zebra adulto. / Epilepsy is a brain disorder, which promotes the predisposition to events of high energy expenditure known as epileptic seizure. As epileptic seizure progress form acute (until 5 min of duration) to prolonged (above 5 min of duration), lower is the concentration of glucose in the brain. This thesis mapped all models of zebrafish epileptic seizure and epileptic syndrome to choose the best model in our experimental conditions to evaluate the impact of other substrates under glucose brain hypometabolism related to prolonged epileptic seizure induced by pentylenetetrazole. It was hypothesized that an environment with high concentrations of hydrogen peroxide could be connecting with the fast metabolic modulation in this model. To do so, the highresolution respirometry protocol for zebrafish brain dissociated was characterized. Fish were exposed to pentylenetetrazole by different duration. There was a decoupling between glucose brain metabolism and O2 consumption to ATP synthesis after 20 min of exposure to pentylenetetrazole. At this moment, the impact of the following substrates were measured under O2 consume to ATP synthesis: L-glutamate, L-glutamine, L-lactate, and β-hydroxybutyrate. The redox balanced was evaluated as well (CEUA – 28043). Data indicate L-glutamate and L-glutamine as the main energy substrate to maintain prolonged epileptic seizure. There was an environment prone to hydrogen peroxide, because mitochondrial complex I activity was impered, and the enzymes superoxide dismutase and glutamine peroxidase were activity, as well as the oxidation of diclorofluoresceine was increased. Hydrogen peroxide activates glucose-6-phosphate-dehydrogenase, and inhibits glycerol-3-phosphatedehydroganase as well as piruvate kinase. Therefore the glucose metabolism would be modulated to antioxidant defense instead of glycolysis. In low pyruvate concentrations, malate from glutamate is transported to the cytosol and converted to pyruvate and Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate. The activity of glucose-6- phosphate-dehydrogenase and citosolic malic enzyme were increased. Therefore, glutamate metabolismo is imperative to energy maintain prolonged epileptic seizure and to antioxidante defense to avoid further damage.