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.

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.

INTRODUÇÃO: A ressuscitação de baixo volume com solução salina hipertônica (SSH) ou terlipressina pode ser uma alternativa à administração de grandes volumes de cristaloides no tratamento do choque hemorrágico. O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos da HHS e terlipressina sobre a perfusão e oxigenação cerebral e investigar os mecanismos cerebrais envolvidos na microcirculação, função mitocondrial, atividade eletrocortical e vias apoptóticas cerebrais durante choque hemorrágico. MÉTODOS: Animais anestesiados com isofluorano foram submetidos ao choque hemorrágico [grupo Hemo; pressão arterial média (PAM) de 40 mmHg por 30 minutos] e tratados com Ringer lactato (RL) (3RL; 3x volume de sangue removido), terlipressina (grupo Terli; bolus) ou SSH (grupo SSH; 4 mL/kg bolus) e comparados ao grupo Sham. Um modelo porcino (n = 56) foi utilizado para avaliação da pressão de perfusão cerebral (PPC) e de oxigênio tecidual (PbtO2), e da expressão cerebral de marcadores teciduais da regulação de água (aquaporina-4), sódio (cotransportador-1 de Na-K-2Cl), estresse oxidativo (substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico e superóxido dismutase dependente de manganês) e apoptose. Um modelo murino (n = 179) foi utilizado para avaliação da microcirculação (fluorescência de FITC-dextrano) e função mitocondrial (potencial redox e de membrana mitocondrial, utilizando-se a fluorescência de flavoproteínas endógenas e do tetrametilrodamina metil éster, respectivamente) no córtex cerebral, utilizando-se a microscopia confocal in vivo, e para avaliação da atividade eletrocortical cerebral, por meio da monitorização do potencial evocado somatossensorial. No modelo murino foram avaliados três grupos adicionais, constituídos pela associação da terlipressina ao RL (1x, 2x ou 3x volume removido). RESULTADOS: No grupo Hemo porcino, houve uma redução significativa da PPC e PbtO2, associada ao aumento na expressão cerebral de marcadores da regulação do transporte de água e sódio, estresse oxidativo e apoptose em relação ao Sham. No modelo murino, a hipotensão induzida pelo choque hemorrágico foi correlacionada à diminuição na densidade vascular cortical e às disfunções mitocondriais e da atividade eletrocortical cerebral. No grupo 3RL porcino, a infusão de grandes volumes de RL recuperou a PbtO2, mas não a PPC, e foi acompanhada por uma maior expressão cerebral de marcadores da regulação de água, estresse oxidativo e apoptose comparada ao Sham. Nos ratos, a ressuscitação volêmica agressiva não recuperou a densidade vascular cortical, que foi correlacionada às disfunções mitocondrial e da atividade eletrocortical. No grupo Terli porcino, o aumento na PAM foi associado à restauração da PPC, PbtO2 e expressão dos marcadores da regulação de água e sódio, estresse oxidativo e apoptose no cérebro. Nos ratos tratados com terlipressina, associada ou não a 1x ou 2x RL, houve uma correlação positiva entre a recuperação da densidade vascular cortical e a restauração das funções mitocondrial e atividade eletrocortical cerebral. A SSH não promoveu melhora em nenhum dos modelos. CONCLUSÕES: RL e terlipressina recuperaram a oxigenação no córtex cerebral, mas apenas a terlipressina recuperou a perfusão cerebral, revertendo as disfunções mitocondrial e eletrocortical no cérebro e o aumento no transporte de água e sódio, estresse oxidativo e apoptose induzidos pelo choque hemorrágico. A SSH não recuperou a perfusão e oxigenação cerebral / INTRODUCTION: Small-volume resuscitation with hypertonic saline solution (HSS) or terlipressin can be an alternative to the administration of large amounts of crystalloids in haemorrhagic shock. The aim of this study was to evaluate the effects of HSS and terlipressin on cerebral perfusion and oxygenation and investigate the cerebral mechanisms associated with microcirculation, mitochondrial function, electrocortical activity and apoptotic pathways during haemorrhagic shock. METHODS: Isoflurane-anaesthetised animals were submitted to haemorrhagic shock [Haemo group; mean arterial pressure (MAP) of 40 mmHg for 30 minutes] and treated with lactated Ringer\'s solution (LR) (3LR group; 3x volume bled), terlipressin (Terli group; bolus) or HSS (HSS group; bolus 4 mL/kg) and were compared with a Sham group. A porcine model (n = 56) was used to assess the cerebral perfusion pressure (CPP) and tissue oxygenation (PbtO2) and the expression of tissue markers of water (aquaporin-4), sodium (Na-K-2Cl cotransporter-1), oxidative stress (thiobarbituric acid reactive substances and manganese superoxide dismutase) and apoptosis in cerebral samples. A murine model (n = 179) was used to assess microcirculation (FITC-dextran fluorescence) and mitochondrial function (redox and membrane potential, using the fluorescence of endogenous flavoproteins and tetramethylrhodamine methyl ester, respectively) in the cerebral cortex by using in vivo confocal microscopy, and to assess the electrocortical brain activity by monitoring the somatosensory evoked potential. In the murine model, three additional groups were evaluated, which received terlipressin associated to LR (1x, 2x or 3x blood withdrawn). RESULTS: In the porcine Hemo group, there was a significant decrease in the CPP and PbtO2, which were associated to an increased cerebral expression of markers of water and sodium transport, oxidative stress and apoptosis compared with Sham. In the murine model, the haemorrhagic shock-induced hypotension was correlated to a decrease in the cortical vascular density and to dysfunctions on brain mitochondria and electrocortical activity. In the porcine 3LR group, the infusion of large volumes of LR recovered the PbtO2, but not the CPP, and was accompanied by an increased cerebral expression of markers of water and sodium transport, oxidative stress and apoptosis compared with Sham. In the rats, the aggressive fluid resuscitation did not recover the cortical vascular density, which was correlated to the brain mitochondrial and electrocortical dysfunctions. In the porcine Terli group, the increase in the MAP was associated with the recovery of CPP, PbtO2, and expression of markers of water and sodium regulation, oxidative stress and apoptosis within the brain. In the rats treated with terlipressin, associated or not with 1x or 2x LR, there was a positive correlation between the recovery of the cortical vascular density and the recovery of the brain mitochondrial and electrocortical functions. Such improvements were not observed in none of the models treated with HSS. CONCLUSIONS: LR and terlipressin recovered tissue oxygenation in the cerebral cortex, but only terlipressin recovered the cerebral perfusion, reversing the brain mitochondrial and electrocortical dysfunctions and the increase in the markers of water and sodium transport, oxidative stress, and apoptosis induced by haemorrhagic shock. The HSS did not recover cerebral perfusion and oxygenation

A doença de Parkinson (DP) caracteriza-se pela perda progressiva de neurônios dopaminérgicos da substância nigra, o que acarreta diversas disfunções motoras. Não há ainda tratamentos capazes de deter ou retardar a degeneração dos neurônios dopaminérgicos, e os medicamentos hoje empregados na clínica apenas amenizam os sintomas, sem alterar a progressão da DP. No presente estudo foi avaliada a atividade neuroprotetora do éster fenetil do ácido cafeico (CAPE), um componente abundante do própolis de abelhas, com atividade anti-inflamatória, antiviral, antioxidante e imunomodulatória. Estudos têm sugerido seus efeitos benéficos contra as doenças neurodegenerativas, incluindo a doença de Parkinson, e alguns mecanismos têm sido propostos; porém muitos dos estudos com CAPE foram feitos apenas em culturas celulares. Este é o primeiro estudo a demonstrar que a administração intraperitoneal do CAPE protege contra a perda neuronal dopaminérgica e a disfunção motora induzidas pela neurotoxina 6-OHDA em ratos, confirmando a capacidade do CAPE de atravessar a barreira hematoencefálica e exercer seus efeitos benéficos no sitema nervoso central (SNC). Adicionalmente foram empregados dois modelos in vitro para o delineamento de possíveis mecanismos de neuroproteção: (i) mitocôndrias isoladas de cérebro de ratos não tratados e (ii) células SH-SY5Y tratadas com 6-OHDA. Os achados in vivo e in vitro sugerem o envolvimento dos seguintes mecanismos: (i) atividade antioxidante (sequestro de ERO, neutralização de radicais livres e quelação de metais); (ii) atividade anti-inflamatória (inibição da ativação do NF-kB, TNF-?, IkK? e Ikk?); (iii) aumento da expressão da conexina 43; (iv) inibição da Transição de Permeabilidade Mitocondrial (TPM); (v) inibição da liberação de citocromo c e (vi) inibição da ativação da caspase-3, executora final da apoptose. Além disso, o estudo também demonstrou que, por si só, o CAPE não interfere nas funções mitocondriais, o que representa uma vantagem com relação a outros inibidores da TPM. Assim, de acordo com nossos achados, o CAPE é um agente neuroprotetor promissor e pode auxiliar em futuras estratégias terapêuticas para as doenças neurodegenerativas, bem como para o melhor entendimento dos mecanismos responsáveis pelo desenvolvimento dessas doenças. / Parkinson\'s disease (PD) is characterized by progressive loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra, which causes various motor dysfunctions. There are no treatments able to delay or stop the degeneration of dopaminergic neurons and the therapy employed nowadays only alleviate the symptoms without altering the progression of PD. In the present study we evaluated the neuroprotective activity of caffeic acid phenethyl ester (CAPE), a compound abundant in honeybees\' propolis, with anti-inflammatory, antiviral, antioxidant and immunomodulatory activities. Its beneficial effects against neurodegenerative diseases, including Parkinson\'s disease, have been suggested and some mechanisms have been proposed; however, many of the studies with CAPE have been performed only in cell cultures. This is the first study to demonstrate that the intraperitoneal administration of CAPE protects against the dopaminergic neuronal loss and the motor dysfunction induced by the neurotoxin 6-OHDA in rats, confirming the ability of CAPE to cross the blood brain barrier and exert its beneficial effects on the central nervous system (CNS). Additionally two in vitro models were used to delineate the possible mechanisms of neuroprotection: (i) mitochondria isolated from the brain of non-treated rats and (ii) cells SH-SY5Y treated with 6-OHDA. The in vivo and in vitro findings suggest the involvement of the following mechanisms: (i) antioxidant activity (scavenger of ROS, free radicals neutralization and metal chelation); (ii) anti-inflammatory activity (inhibition of activation of NF-kB, TNF-?, IkK? and Ikk?); (iii) increased expression of connexin-43; (iv) Inhibition of Mitochondrial Permeability Transition (MPT); (v) inhibition of cytochrome c release (vi) inhibition of the activation of caspase-3, the final executioner of apoptosis. Furthermore, the study also showed that CAPE alone does not interfere with mitochondrial functions, which represents an advantage in relation to other inhibitors of MPT. Therefore, according to our findings, CAPE is a promising neuroprotective agent and may be useful for future therapeutic strategies for neurodegenerative diseases, as well as to better understand the mechanisms responsible for the development of these diseases.

Mutantes respiratórios de Saccharomyces cerevisiae podem apresentar uma ampla variedade de instabilidade do mtDNA. Nós analisamos diferentes classes de mutantes e observamos uma elevada instabilidade nos mutantes que não possuem a coenzima Q (CoQ) funcional. O objetivo desse trabalho foi avaliar os efeitos das alterações no estado redox da coenzima Q sobre a estabilidade do mtDNA de diferentes linhagens de S. cerevisiae. No mutante <font face=\"Symbol\">Dcoq10, que sintetiza CoQ não funcional, a inativação das NADH desidrogenases individuais Ndi1p e Nde1p, resultou numa menor instabilidade do mtDNA, acompanhada por uma diminuição na taxa de liberação de peróxido de hidrogênio (H2O2). Por outro lado, a super-expressão de Nde1p aumentou a instabilidade do mutante <font face=\"Symbol\">Dcoq10. A inativação das NADH desidrogenases na linhagem <font face=\"Symbol\">Dcoq4, deficiente na síntese da CoQ, não reduziu a instabilidade do mtDNA. Juntos, os resultados indicam que alterações no estado de oxido-redução da coenzima Q influenciam a estabilidade do mtDNA, provavelmente através da produção de espécies reativas de oxigênio. / Saccharomyces cerevisiae respiratory mutants can show a wide range of mtDNA instability. We analyze different classes of mutants and observed a higher instability among mutants lacking a functional coenzyme Q (CoQ). The aim of this study was to evaluate the effects of alterations in the redox state of coenzyme Q on the stability of mtDNA mitochondrial in different strains of Saccharomyces cerevisiae. In <font face=\"Symbol\">Dcoq10 mutant, which synthesizes CoQ nonfunctional, inactivation of individual NADH dehydrogenases Ndi1p Nde1p has shown a decreased mtDNA instability, which was accompanied by a decrement in the rate of hydrogen peroxide (H2O2) release. Moreover, overexpression of Nde1p increased instability <font face=\"Symbol\">Dcoq10 mutant. The inactivation of individual NADH dehydrogenases in <font face=\"Symbol\">Dcoq4 strain which is deficient in the synthesis of CoQ, did not reduce the instability of the mtDNA. All the results indicate that changes in the redox state of coenzyme Q influence the stability of mtDNA, probably by the production of reactive oxygen species.

A maioria das proteínas organelares são codificadas pelo núcleo, sintetizadas no citosol e direcionadas especificamente ao seu destino final. O direcionamento aos diferentes subcompartimentos subcelulares é feito por uma complexa e ampla maquinaria que envolve sequências de direcionamento, proteínas citossólicas e receptores organelares específicos. Entretanto, relativamente pouco se conhece sobre o processo na qual uma proteína recém sintetizada é transportada ao seu destino final. Parte significativa das proteínas destinadas às organelas possui a informação necessária ao seu transporte localizada na extremidade N-terminal. Vários estudos têm buscado caracterizar as etapas que envolvem a localização de uma proteína, desde os estágios iniciais após a sua síntese até os fatores que regulam o seu correto endereçamento. Modificações pós-traducionais, regiões 5-UTR, região C-terminal, transporte por vias alternativas e interações proteína-proteína podem agir na localização subcelular de proteínas. O estudo de redes biomoleculares se tornou um dos focos de estudo da biologia de sistemas e demonstra um enorme potencial na descoberta de diversos processos biológicos, como as interações proteína-proteína. As proteínas que possuem duplo direcionamento (DD) em Arabidopsis thaliana foram analisadas em redes de interação proteína-proteína (PPI) e proteínas que interagem com proteínas de DD foram escolhidas quanto a função e localização para a verificação de um eventual papel dessas proteínas na localização subcelular de outras proteínas. Para tanto, foram realizadas varreduras em ensaios de duplo-híbrido em levedura para os genes de GRF9 (14-3-3) e ATH7 (tiorredoxina tipo h). Os resultados para GRF9 incluem as proteínas peroxidase PRXR1 e dihidrolipoamida acetiltransferase. Já os resultados para ATH7 mostram a interação com glutamina sintetase (AT5G35630.3). A combinação dos estudos in silico com a varredura via duplo-híbrido de levedura abrem novas perspectivas no entendimento do controle da localização subcelular de proteínas. / Most organellar proteins are nuclear encoded, synthesized in the cytosol and then targeted to their destination. Specific subcellular targeting is conducted by a complex machinery for the specific localization of the proteins, which includes targeting sequences, cytosolic proteins and specific organelar receptors. However, little is known about the process that happens from the synthesis of a protein and the transport to its final destination. Most organellar proteins contain the information for their localization in the N-terminal sequence. Many studies have searched to characterize the steps involved in protein targeting, from the early stages after its synthesis to the cytosolic factors regulating its correct localization. Post-translational modifications, 5-UTR regions, the C-terminal extension on the protein, alternative transport pathways and proteinprotein interactions may influence the subcellular location of some proteins. The use of biomolecular netwoks has become one of the main focus of systems biology studies and possess a major potential in the discovery of several biological processes, such as protein-protein interactions (PPI). Dual-targeted (DT) proteins in Arabidopsis thaliana were analyzed through a PPI network, and the proteins displaying interactions with DT proteins were selected by their funtion and location. The selected proteins were analyzed for their eventual role in the subcellular targeting of other proteins. Screenings in yeast two-hibrid assays were performed for the genes GRF9 (14-3-3) and ATH7 (h-type thioredoxin). The results for GRF9 include a peroxidase (PRXR1) and dihydrolipamide acetyltransferase. The results for ATH7 include glutamine synthetase (AT5G35630.3). Combination of in silico analysis with yeast two-hibrid screenings provide new perspectives for understanding the control of subcellular localization.

mTOR (mammalian target of rapamycin) é uma proteína com papel central no crescimento, na proliferação e na manutenção das células, que participa da formação de dois complexos, mTORC1 e mTORC2. Diversos estudos associam menor atividade de mTOR, em especial o complexo 1, com efeitos protetores contra o envelhecimento e mesmo aumento da expectativa de vida máxima. Alterações no DNA têm sido propostas desde cedo na história dos estudos bioquímicos sobre o envelhecimento como um fator causar da perda de função dos organismos com a idade. Muitos estudos já foram realizados tentando analisar diversos aspectos do acúmulo de alterações no DNA e da capacidade de reparo com a idade. No entanto, a possível relação entre mTOR e reparo de DNA foi muito pouco explorada, em especial em relação ao DNA mitocondrial. Este estudo teve como objetivo avaliar o papel de mTOR na regulação dos níveis de reparo de DNA, em especial da via de reparo por excisão de bases (BER). Os resultados demonstraram que, aparentemente, mTOR surte algum efeito na regulação de duas enzimas da via BER (APE1 e Pol&#947;), além de TFAM, diminuído os níveis das três, tanto no núcleo quanto nas mitocôndrias. No entanto, a atividade de incisão de oligonucleotídeos de APE1 não demonstrou alteração, e indução de apoptose por indução de estresse oxidativo revelou que células com menor expressão de mTOR se encontravam mais resistentes. Adicionalmente, a inibição de mTOR pareceu não alterar o número decópias de DNA mitocondrial e a massa mitocondrial, sugerindo que as células com knockdown de mTOR possuem uma maior reserva respiratória. Em conjunto, os resultados sugerem um possível envolvimento de mTOR na regulação de BER, mesmo que indiretamente, embora não estaja claro por qual via, ou por qual complexo de mTOR / mTOR (mammalian target of rapamycin) is a central protein in the regulation of cell growth, proliferation and maintenance, that participates in the formation of two complexes, mTORC1 and mTORC2. Several studies associate a lower activity of mTOR, especially complex 1, with beneficial effects against aging, and even increased maximum lifespan. DNA alterations have been proposed since the beginnings of the history of the biochemical studies on aging to be a cause of the loss of function that in observed in organisms with age. Several studies have been carried out to analyze several aspects of DNA alterations and DNA repair with age. However, the possible relationship between mTOR and DNA repair has not been explored satisfactorily, especially in relation to mitochondrial DNA. This study had the objective of evaluating the role of mTOR in the regulation of the levels of DNA repair, especially the base excision repair (BER) pathway. The results showed that, apparently, mTOR has some effect in the regulation of two enzymes of the BER pathway (APE1 and Pol&#947;), as well as TFAM, decreasing their levels, both in the nucleus and in the mitochondria. However, APE1 oligonucleotide incision activity was not diminished, and apoptosis induction by methylene blue treatment revealed that cells with mTOR knockdown were more resistant. Addicionally, mTOR inhibition didnt seem to alter mitochondrial DNA copy number and mitochondrial mass, suggesting that mTOR knockdown cells have more respiratory reserve. Takentogether, these results suggest a possible role for mTOR in the regulation of BER, even if indirectly, although it is not clear through which pathway, or which mTOR complex

N,N,N\',N \'-tetrametil-p-fenilenodiamina (TMPD) catalisa a autoxidação de coenzimas piridínicos (NADH, NADPH) e modelos (ClBCH ,ClPCH ) ao cátion piridínico com rendimentos de 80-100%. A velocidade destas reações mostrou dependência de primeira ordem com respeito à concentração da 1,4-dihidronicotinamida e de meia ordem em relação às concentrações de O2 e TMPD. Estes dados cinéticos e testes com captadores de ion superóxido e superóxido dismutase indicam que os radicais HO&#8226;2 oriundos da autoxidação lenta do TMPD promovem a oxidação da dihidronicotinamida numa reação em cadeia; no término os radicais HO&#8226;2 se aniquilam por dismutação. O mecanismo proposto também é confirmado (1º) pela razão kC-H/kC-D=2,3 quando se substitui um dos hidrogênios do C4 de ClBCH por deutério, (2º) pelas idênticas velocidades iniciais em H2O e D2O, (3º) pelo valor da Ea = 10 kcal/mol na autoxidação do NADH e (4º) pelo aumento da velocidade de pH = 7,8 a pH 6,5. TMPD também promove a autoxidação do derivado 5, 6-hidratado (PHTN) da dihidronicotinamida ao cátion piridínico (ClPC+) apenas de fosfato ou arsenato estão presentes. O ClPC+ nã o se forma a partir do ClPCH em equilíbrio com o PHTN. Muito provavelmente se forma a partir do intermediário fosforilado no C6 por oxidação no C4 seguida de eliminação de fosfato. Quando PHTN e ClPCH foram oxidados pelo sistema O2/TMPD na presença de fosfato de piridínio ou de tetra-n-butilamônio em meio piridínico houve formação de pirofosfato, isolado por cromatografia de papel e por resina de troca aniônica. Adicionando-se ADP de tetra-n-butilamôneo ao sistema, constatou-se a formação de pirofosfato e de ATP com rendimentos mínimos de 5% e 3% , respectivamente. Por outro lado se a mistura de reação contém AMP de tetra-n-butilamôneo pôde-se verificar a formação de pirofosfato, ADP e ATP com rendimento total de 28% de \"ligações ricas\". A reação estudada foi proposta como modelo para síntese de ATP no sítio I da cadeia respiratória. / N,N,N\',N\'-tetramethyl-p-phenylenediamine (TMPD) catalyses the autoxidation of the pyridine coenzymes and of their models to the pyridinium form (80-100% yields). The first arder dependence of the rate upon the dihidronicotinamide concentration and half order upon both the O2 and TMPD concentrations, indicates that the relatively slow autoxidation of TMPD is the source of free radicals: dihydronicotinamide autoxidizes by the HO&#8226;2 chain mechanism and in the termination step the HO&#8226;2 radicals decay by dismutation. Such a mechanis is also supported by the inhibitory effects of cathecol, a scavenger of the HO&#8226;2 radical, and of superoxide dismutase, an enzyme which accelerates the dismutation of the O-2/ HO&#8226;2 species. The mecanism is further supported by (1) kC-H/kC-D=2,3 for substitution in 1-benzyl-1,4-dihydronicotinamide (ClBCH), (2) identical rates in H2O and D2O buffers, (3) Ea = 10 kcal/mole in the autoxidation of NADH and (4) the increase in rate from pH 7,8 to 6,5. TMPD promotes also the autoxidation of 1-n-propyl-6-hydroxy-1,4,5,6 - tetrahydronicotinamide (PHTN) to the 1-propyl-3-carboxamidopyridinium cation (ClPC+) provided phosphate ar arsenate are present. ClPC+ originates not from 1-n-propyl-1,4-dihydronicotinamide (ClPCH) in equilibrium with PHTN but most certainly from a C6 phosphorylated intermediate by oxidation at C4 and loss of phosphate. When PHTN an ClPCH were oxidated by the system O2/TMPD in the presence of pyridinium phosphate or tetra-n-butylammonium phosphate in pyridineas solvent, formation of pyrophosphate occurred. Pyrophosphate was isolated and identified by paper and ionic exchange resin chromatography. If tetra-n-butylammonium ADP is also present in the system, one can observe the formation of both pyrophosphate and ATP (5% and 3% minimum yields, respectively). In the presence of tetra-n-butylammonium AMP there, formation of pyrofosphate, ADP and ATP occurs. The total yield of energy rich bond is 28%. We suggest that the reaction is a model for the generation of the first ATP in the respiratory chain.

O mecanismo de ação de fotossensibilizadores (FS) fenotiazínicos (azul de metileno - AM, tionina - TIO e azure B - AB) foi estudado em mitocôndrias e células Hela, e a dosimetria de AM em células HL60. Foi observado que a ligação de AM em mitocôndrias é dependente da concentração de mitocôndrias, concentração de AM e do potencial de membrana mitocondrial (&#916; &#936;). A geração de oxigênio singlete a partir de AM é influenciada pelo &#916; &#936;, sendo aproximadamente o dobro em mitocôndrias desacopladas. Essa variação se deve a influência do &#916; &#936; sobre a relação dímero/monômero (D/M) do AM. A ligação de AM também é reduzida pela metade em mitocôndrias desacopladas. Esses efeitos não foram observados para os outros fotossensibilizadores, embora tenham a mesma carga e estrutura semelhante. Isso indica um efeito diferencial do &#916; &#936; sobre o AM. Foi observada a toxicidade desses FSs em células Hela. Sem irradiação, apenas AB se mostrou tóxico. Em amostras irradiadas, AB e AM se mostraram tóxicos. Todos os FSs mostraram capacidade de produzir núcleos sub-diplóides, típicos de apoptose, com a maior eficiência sendo do AB. Em relação a toxicidade no escuro e claro, AB mostrou toxicidade em ambas as condições, TIO mostrou pouca toxicidade em ambas as condições e AM mostrou pouca toxicidade no escuro e alta toxicidade quando irradiado. A dosimetria que favorece apoptose em células HL60 também foi testada, sendo que µM de AM, os melhores resultados para formação de núcleos sub-diplóides foram com 10 2 com irradiação (contínua ou fracionada) de 0,55 J/cm2 . Essas dosagens foram as mais baixas utilizadas, indicando que um aumento na concentração de FS ou de luz tende a levar as células à morte necrótica. Conclui-se que os FSs fenotiazínicos tem afinidade por mitocôndrias e por células, podendo levar a indução de apoptose em doses não tóxicas no escuro. / The mechanism of action of phenotiazinic fotossensitizers (FS) (methylene blue - AM, tionin - TIO and azure B - AB) was studied into mitochondria and Hela cells, and AM dosimetry into HL60 cells was determined. AM binding to mitochondria is dependent of mitochondrial concentration, AM concentration and mitochondrial membrane potentials (&#916; &#936;). Singlet oxygen generation from AM is influenced by &#916; &#936;, almost doubling in uncoupled mitochondria. This effect is due to the influence of &#916; &#936; on AM dimer/monomer (D/M) ratio. Also, AM binding drops to half into uncoupled mitochondria. For all the others FSs studied, these effects were not observed, even though they present the same &#916; &#936; action over AM. charge and similar structure. This indicates a specific FSs toxicity was observed in Hela cells. In the dark, only AB showed toxicity. In irradiated samples, AM and AB showed toxicity. All the tested FSs showed capacity to induce sub-diploid nuclei formation, a hallmark of apoptosis, with AB showing the highest efficiency. AB showed high toxicity in both (irradiated and non-irradiated) conditions, TIO showed low toxicity in both conditions and AM showed low toxicity in the dark and high toxicity with laser irradiation. The dose that promotes apoptotic cell death in HL60 cells was also tested. Results 2 were observed at 10 µM AM, with laser irradiation (fraction or continuous) of 0,55 J/cm . These doses were the lowest doses tested, indicating that high doses of FS or laser induce necrotic cell death. We conclude that phenotiazinic FSs have affinity for mitochondria and cells, and induce apoptosis at doses that are not toxic without irradiation

A oxidação do resíduo de cisteína 56 (ANT-cys56) do transportador de nucleotídeos de adenina (ANT) é descrita como evento crítico da Transição de Permeabilidade Mitocondrial (TPM), fenômeno caracterizado pela sensibilidade ao fármaco imunossupressor ciclosporina A (CsA), responsável pela ligação e inibição do componente promotor da abertura do Poro de Transição de Permeabilidade (PTP), a enzima peptidil-prolil-cis trans isomerase (cyp D). Aspectos bioquímico-estruturais do ANT, das cardiolipinas (CDL) que envolvem o transportador e da cyp D na TPM foram avaliados por meio de ensaios turbidimétricos de inchamento mitocondrial e estado conformacional do ANT em mitocôndrias isoladas de fígado de rato, associados a abordagens de química computacional para análises de campos de interação molecular (MIF) e dinâmica molecular (MD), visando a predição de eventos envolvidos na abertura do PTP. As análises computacionais revelaram aumento da mobilidade relativa do ANT-cys56, como resultado da interação preferencial do Ca2+ com a molécula de CDL ligada à hélice 4 do transportador, enquanto que a inversão da configuração do resíduo de prolina do ANT (ANT-pro61) potencializou o efeito induzido por Ca2+. A presença de ADP no interior do ANT preveniu o aumento da mobilidade relativa do ANT-cys56 promovida pelo Ca2+, enquanto que a inversão da configuração do ANT-pro61, de trans para cis, potencializou o efeito promovido pelo Ca2+ na mobilidade relativa do ANT-cys56, de forma insensível ao nucleotídeo. Os ensaios com mitocôndrias isoladas demonstraram que o Ca2+ induz a conformação c do ANT e promove abertura do PTP, de forma sensível à CsA e ADP. A presença de cyp D estabilizou a conformação c do ANT induzida por Ca2+, sendo que Atractilosídeo (ATR) tornou o efeito parcialmente insensível aos inibidores da TPM. Os resultados sugerem que a abertura do PTP induzida por Ca2+ envolve a mudança conformacional do ANT para o estado c, cuja estabilização é obtida pela cyp D na função de inversão do ANT-pro61, com base na avaliação da mobilidade relativa do ANT-cys56 parcialmente sensível ao ADP. / Oxidation of the Adenine Nucleotide Translocase (ANT) cysteine residue 56 (ANT-cys56) is potentially involved in Ca2+-induced Mitochondrial Permeability Transition (MPT), a process which is prevented by cyclosporine A (CsA), due to its inhibition of Permeability Transition Pore (PTP) opener component, the peptidyl-prolyl cis-trans isomerase cyclophylin D (cyp D). The main aspects of ANT, cardiolipins (CDL) and cyp D on Ca2+-induced PTP opening were addressed by employing light scattering techniques in isolated rat liver mitochondria to assess both ANT conformational change and mitochondrial swelling in association with computational chemistry analysis of Molecular Interaction Fields (MIF) and Molecular Dynamics (MD) for PTP events predictions. Computational analysis revealed that Ca2+ interacts preferentially with the ANT surrounding CDL bound to the H4 helix of the carrier and weakens the CDL/ANT interactions accounting for the ADP-sensitive increase of ANT-cys56 relative mobility while ANT-pro61 cis to trans configuration inversion intensified the Ca2+ effect in a ADP-insensitive way. The ANT conformation and mitochondrial swelling analyses demonstrated that Ca2+ induces conformation c of ANT and opens PTP in a CsA- and ADP-sensitive way. Cyp D stabilizes Ca2+-induced ANT conformation c, whereas ATR renders a PTP opening less sensitive to the inhibition by CsA or ADP. The results suggest that Ca2+-induced PTP opening involves ANT conformation c change supported by a cyp D-induced trans to cys ANT-pro61 configuration inversion based on the relative mobility of ANT-cys56, in a ADP-sensitive manner.