Orientador: Hiroshi Aoyama / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T19:29:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leme_CamilaWielewski_M.pdf: 1648747 bytes, checksum: 5bd3c268b5ff076939204e230a1dc0e9 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Atualmente, muito tem sido descoberto acerca dos mecanismos de controle do crescimento e coordenação celular, principalmente em células eucarióticas. Dentre tais mecanismos, o balanço entre a fosforilação e a desfosforilação de proteínas é a base para o controle de diversos eventos biológicos. As fosfatases são hidrolases que utilizam como substrato fosfatomonoésteres, e são amplamente distribuídas na natureza. As fosfatases ácidas (FAcs) são enzimas que apresentam melhor atividade em meio ácido. O objetivo do presente trabalho é estudar o efeito de peróxido de hidrogênio em duas fosfatases ácidas cujos sítios ativos contêm cisteína. Para tanto, FAc de sementes de mamona e FAc de rim bovino, ambas obtidas previamente em nosso laboratório, foram utilizadas no estudo. A primeira é uma glicoproteína, ao passo que a segunda não contém carboidrato em sua estrutura. Ensaios enzimáticos utilizando o substrato sintético p-nitrofenilfosfato (pNPP) foram realizados, em diferentes condições de incubação e exposição das enzimas. A FAc de mamona apresentou grande resistência ao peróxido de hidrogênio (H2O2), fato que se mostrou independente da presença de carboidrato em sua estrutura. Ensaios na presença de ditiotreitol (DTT) ou glutationa reduzida (GSH) provocaram inibição da enzima, porém a combinação de DTT ou GSH a H2O2 foi capaz de recuperar completamente a atividade enzimática. A exposição da FAc de mamona a DTT ou GSH não protegeu totalmente o sítio catalítico contra a oxidação por H2O2, apesar de acarretar em menores taxas de inibição por esse composto. A exposição da enzima a H2O2 elevou a sua inibição. A FAc de rim bovino apresentou grande susceptibilidade ao H2O2. Os compostos DTT e GSH provocaram inibição de sua atividade, assim como observado para a FAc de mamona. A combinação de DTT ou GSH a H2O2 não restabeleceu a atividade enzimática, sugerindo que há diferenças no processo de oxidação por esse composto entre as duas FAcs utilizadas nesse trabalho. A exposição da FAc de rim bovino a DTT ou GSH não foi eficaz na proteção do sítio catalítico, e a exposição dessa enzima a H2O2 elevou a inibição da atividade enzimática. Nossos resultados sugerem que as FAcs, independentemente da presença de carboidrato na estrutura, sofreram oxidação de maneiras diferentes, apresentando comportamentos bastante divergentes entre si. Hipotetizamos que a Fac de mamona atingiu um estado reversível de oxidação, sendo que a cisteína tornou-se ácido sulfênico. Já a FAc de rim bovino deve ter alcançado um estado irreversível de oxidação, com a cisteína na forma de ácido sulfínico ou sulfônico / Abstract: Currently, much has been discovered about the mechanisms of control of cell growth and coordination, especially in eukaryotic cells. Among such mechanisms, the balance between the phosphorylation and dephosphorylation of proteins is the basis for the control of various biological events. The phosphatases are hydrolases using as substrate phosphate monoesters, and are widely distributed in nature. The acid phosphatases are enzymes that have better activity under acidic conditions. The goal of this work is to study the effect of hydrogen peroxide (H2O2) in two acid phosphatases which contains cysteine in their active site. Therefore, castor bean and bovine kidney acid phosphatases, both previously obtained in our laboratory, were used in this study. The first is a glycoprotein, whereas the second contains no carbohydrate in its structure. Enzyme assays using the synthetic substrate p-nitrophenylphosphate (pNPP) were performed at different incubation conditions and exposure of the enzymes. The castor bean acid phosphatase showed great resistance to H2O2, a fact that was independent of the presence of carbohydrate in their structure. Assays in the presence of dithiothreitol (DTT) or reduced glutathione (GSH) caused enzyme inhibition, but the combination of the GSH or DTT and H2O2 was able to completely recover enzyme activity. Exposure of castor bean acid phosphatase to DTT or GSH did not fully protect the catalytic site against oxidation by H2O2, although result in lower rates of inhibition by this compound. Exposure of the enzyme to H2O2 increased its inhibition. Acid phosphatase from bovine kidney showed high susceptibility to H2O2. The compounds DTT and GSH caused inhibition of its activity, as was observed for castor bean acid phosphatase. For this enzyme, the combination of DTT or GSH to H2O2 not reestablished enzyme activity, suggesting that there are differences in the oxidation process for this compound between the two phosphatases used in this work. Exposure of bovine kidney acid phosphatase to DTT or GSH was not effective in protecting the catalytic site, and the exposure of the enzyme to H2O2 increased the inhibition of enzyme activity. Our results suggest that the acid phosphatases, regardless of the presence of carbohydrate in the structure, underwent oxidation by different ways, presenting quite divergent behaviors. We hypothesize that the castor bean acid phosphatase reached a state of reversible oxidation, and cysteine became sulfenic acid. As for acid phosphatase bovine kidney must have reached a state of irreversible oxidation with cysteine as sulfonic or sulfinic acid / Mestrado / Bioquimica / Mestra em Biologia Funcional e Molecular

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2018-06-15T11:35:12Z No. of bitstreams: 1 tamiresmartinhaomachado.pdf: 4666656 bytes, checksum: b71e71df107c39709c20a42e1c35c2c6 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-09-03T16:06:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 tamiresmartinhaomachado.pdf: 4666656 bytes, checksum: b71e71df107c39709c20a42e1c35c2c6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-03T16:06:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tamiresmartinhaomachado.pdf: 4666656 bytes, checksum: b71e71df107c39709c20a42e1c35c2c6 (MD5) Previous issue date: 2018-03-02 / Vidros transparentes do sistema vítreo 0.95TeO2-(0.05-x)Sb2O3–xCuO contendo nanopartículas de cobre foi preparado com sucesso pelo método convencional de fusão – resfriamento dos materiais precursores, utilizando a rota redox do óxido de antimônio. Esta técnica de preparação de vidros permite a produção de nanopartículas metálicas durante a fusão dos materiais, através da reação de oxidação Sb3+ → Sb5+ + 2e-, que permite a redução de íons metálicos. A investigação estrutural foi realizada por calorimetria exploratória diferencial (DSC), difração de raios X (DRX) e espectroscopia Raman. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e espectroscopia UV-visível evidenciaram a formação de clusters de nanopartículas de cobre cúbicas, distribuídas aleatoriamente em meio a matriz vítrea. A eficácia dos efeitos plasmônicos das nanopartículas de cobre promoveu a intensificação da fluorescência dos íons érbio. A interação da radiação excitante e amostra levou ao processo de excitação térmica, promovendo o aumento da população de níveis de energia específicos dos íons érbio, com consequente resposta óptica, evidenciada pela estrutura vibrônica presente no espectro de fluorescência dos vidros de teluritos contendo nanopartículas de cobre dopados com íons érbio. Além disso, os efeitos plasmônicos das nanopartículas de cobre na intensificação das emissões no infravermelho e conversão ascendente nos vidros de teluritos co-dopados com íons Yb3+/Ce3+/Er3+ sob excitação em 980 nm também foram investigados. As contribuições dos íons Yb3+ e Ce3+ também foram discutidas. A eficiência da ressonância do plasmon de superfície localizado (LSPR) das nanopartículas de cobre promoveu um melhoramento de cerca de 47% da emissão em 1550 nm dos íons Er3+. Além disso, o tempo de decaimento da transição Er3+: 4I13/2 → 4I15/2 aumentou em cerca de 50% na amostra contendo nanopartículas de cobre. Finalmente, os vidros de teluritos contendo nanopartículas de cobre apresentaram resultados interessantes quando utilizados como substratos para obtenção de espectros Raman intensificados por superfície (espectros SERS), sendo obtidos satisfatoriamente espectros SERS para soluções de 2,2’-bipiridina 1,0 × 10-5 mol.L-1 e do corante azul do Nilo 1,0 × 10-7 mol.L-1. / Transparent 0.95TeO2-(0.05-x)Sb2O3-xCuO glassy system containing copper nanoparticles were successfully prepared by the conventional melt quenching method of starting materials, using the antimony oxide redox route. This technique allows the production of metallic nanoparticles during melting, through the reaction Sb3+ → Sb5++ 2e-, which leads to the reduction of metallic ions. The structural investigation was carried out by differential scanning calorimetry (DSC), X ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. Transmission electron microscopy image (TEM) and UV-visible spectroscopy evidenced the formation of cubic copper nanoparticles, randomly embedded in the glassy matrix. The effectiveness of the plasmonic effects of the copper nanoparticles provided the enhancement of the fluorescence of the erbium ions. The interaction between excitant radiation and sample led to the thermal excitation, which increased the population of specific energy levels of erbium ions, with consequent optical response into vibronic structure, as can be seen in the erbium-doped tellurite glasses containing copper nanoparticles. Furthermore, the plasmonic effects of the copper nanoparticles on the enhancement of the infrared and upconversion emissions intensities in the Er3+/Yb3+/Ce3+ co-doped transparent tellurite glasses under 980 nm laser diode excitation were investigated. The roles of Yb3+ and Ce3+ as sensitizers are also discussed. The effectiveness of localized surface plasmon resonance (LSPR) of the copper nanoparticles provided an improvement about 47% of the 1550 nm luminescence intensity of the Er3+ ions. Moreover, the lifetime of the Er3+: 4I13/2 → 4I15/2 transition increased around 50 % in the copper nanoparticle containing samples. Finally, the tellurite glasses containing copper nanoparticles showed interesting results as substrates for obtainment of surface enhanced Raman spectra (SERS spectra) and SERS spectra were satisfactorily obtained for 2,2'-bipyridine 1.0 × 10 -5 mol.L-1 and Nile blue dye 1.0 × 10-7 mol.L-1 solutions.

Orientador: Celso Eduardo Benedetti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T05:38:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Campos_BrunaMedeia_D.pdf: 41386343 bytes, checksum: 8048b677c8a43e7438a1c349c584b9ec (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O cancro cítrico, causado pelo fitopatógeno Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac) constitui uma doença que afeta todos os cultivares comerciais de citros e é uma ameaça para a citricultura brasileira. A doença é caracterizada pela formação de pústulas, devido à hiperplasia e hipertrofia induzida pela bactéria. A patogenicidade de Xac é dependente do sistema secretório tipo III, que transloca proteínas efetoras pertencentes à família AvrBs3/PthA para dentro da célula hospedeira. Estudos recentes mostram que PthAs funcionam como fatores de transcrição no hospedeiro, transativando genes específicos da planta que irão beneficiar a bactéria ou desencadear uma resposta de defesa. Com o objetivo de entender melhor o mecanismo de ação de PthAs como ativadores da transcrição, nosso laboratório identificou, através da técnica de duplo-híbrido, várias proteínas de laranja (Citrus sinensis) que interagiram com diferentes PthAs. Entre elas, destacamos uma ciclofilina (CsCyp), que realiza isomerização de resíduos de prolina, uma proteína com domínio tioredoxina (CsTdx), relacionada com interação proteína-proteína e redução de pontes dissulfeto e uma cisteína protease (CsCP), envolvida na resposta de defesa da planta. Este trabalho teve como objetivo a caracterização estrutural e funcional de CsCyp. A resolução da estrutura de CsCyp mostrou que CsCyp pertence ao grupo de ciclofilinas divergentes que possuem um loop adicional (KSGKPLH), duas cisteínas invariáveis (C40 e C168) e um glutamato (E83) conservado. Este último interage com resíduos do loop, estabilizando-o. A função destes elementos era desconhecida até o momento e o trabalho visou elucidar sua atuação na regulação da atividade PPIase da proteína. Neste trabalho, verificamos que C40 e C168 formam uma ponte dissulfeto. Dados de modelagem e simulação suportaram a hipótese de que a formação da ponte dissulfeto induz mudanças conformacionais que quebram a interação do E83 com o loop divergente, levando ao fechamento do sítio ativo de CsCyp. O estudo descreveu, portanto um mecanismo de regulação redox, que controla a atividade PPIase da proteína. Adicionalmente, mostrou-se que CsTdx interage com CsCyp através dos resíduos conservados C40 e C168, sendo críticos para tal interação. Foi mostrado também que CsCyp interage com o domínio C-terminal (CTD) da RNA Polimerase II (RNA Pol II), especificamente com a repetição YSPSAP. Surpreendentemente, através da transformação de plantas com construções para silenciamento e superexpressão de CsCyp, verificamos que plantas de citros com níveis reduzidos de CsCyp apresentaram um aumento dos sintomas do cancro cítrico quando infiltradas com Xac, enquanto que plantas com níveis aumentados de CsCyp apresentaram sintomas reduzidos quando infiltradas com Xac, indicando que CsCyp tem papel importante no desenvolvimento dos sintomas do cancro cítrico. Este trabalho também mostra a expressão e purificação das proteínas CsTdx e CsCP e a comprovação de que CsCP interage com PthAs 2 e 3 através de ensaios de duplo-híbrido / Abstract: Citrus canker, caused by Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac) is a disease that affects most species of the genus Citrus and represents a threat to the Brazilian citrus industry. The disease is characterized by the formation of pustules due to hyperplasia and hypertrophy induced by the bacteria. Xac pathogenicity is dependent on a type III secretory system that translocates effector proteins which belongs to AvrBs3/PthA family inside the host cell. Recent studies showed that these proteins work as transcriptional factors that transactivate specific plant genes which will either benefit the bacteria or trigger defense response. To gain insights into PthA mechanism of action as transcription activators, our laboratory identified that PthA targeted the citrus protein complex comprising the thioredoxin CsTdx, ubiquitin-conjugating enzymes CsUev/Ubc13 and cyclophilin CsCyp. Also, we showed previously that the CsCyp binds the citrus thioredoxin CsTdx and the C-terminal domain of RNA Polymerase II (CTD), and that CsCyp complements the function of Cpr1 and Ess1, two yeast prolyl-isomerases that regulate transcription by the isomerization of proline residues of the regulatory C-terminal domain (CTD) of RNA polymerase II. In this work we solved the 3D structure of CsCyp in complex with its inhibitor cyclosporine A (CsA), showing that CsCyp is a divergent cyclophilin that carries the additional loop KSGKPLH, invariable cysteines C40 and C168, and conserved glutamate E83. Despite the suggested roles in ATP and metal binding, the function of these unique structural elements remains unknown. Here we show that the conserved cysteines form a disulfide bond that inactivates the enzyme, whereas E83, which belongs to the catalytic loop and is also critical for enzyme activity, is anchored to the divergent loop to maintain the active site open. In addition, we demonstrate that C40 and C168 are required for the interaction with CsTdx and that CsCyp binds the citrus CTD YSPSAP repeat. Our data support the model where formation of the C40- C168 disulfide bond induces a conformational change that disrupts the interaction of the divergent and catalytic loops, via E83, causing the active site to close. This suggests a new type of allosteric regulation in divergent cyclophilins, involving disulfide bond formation and a loop displacement mechanism. Moreover, we present evidence that PthA2 inhibits the peptidyl-prolyl cis-trans isomerase (PPIase) activity of CsCyp in a similar fashion as CsA, and that silencing of CsCyp, as well as treatments with CsA, enhance canker lesions in Xac-infected leaves. Given that CsCyp appears to function as a negative regulator of cell growth and that Ess1 negatively regulates transcription elongation in yeast, we propose that PthAs activate host transcription by inhibiting the PPIase activity of CsCyp on the CTD / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Doutora em Genética e Biologia Molecular

Sepse, a resposta do organismo a uma infecção, está associada a altas taxas de mortalidade. A razão pela qual um mecanismo protetor resulta num quadro clínico fatal permanece inexplicada. Em trabalho prévio nosso grupo demonstrou que exossomos de origem plaquetária são os mais freqüentes em plasma de pacientes com choque séptico e que estes podem induzir apoptose em células musculares lisas vasculares e células endoteliais em cultura. Demonstramos ainda que tais exossomos possuíam uma fonte enzimática de ROS, uma NADPH oxidase cuja atividade poderia estar associada à indução da apoptose (Janiszewski et al., 2004). No presente trabalho, nós buscamos criar um modelo de geração ex vivo de exossomos similares aos encontrados em pacientes sépticos e identificar possíveis vias responsáveis pela liberação destes e seus efeitos. Choque séptico é uma condição relacionada com exposição a lipopolissacarídeo (LPS) e geração de alta quantidade de trombina, TNF e espécies reativas de nitrogênio. Através de citometria de fluxo revelamos que plaquetas humanas expostas ao doador de NO dietilamina-NONOato e ao LPS geraram exossomos similares àqueles encontrados em pacientes com choque séptico, expondo alta quantidade de tetraspaninas CD9, CD63 e CD81 mas pouca fosfatidilserina. Por outro lado, plaquetas expostas à trombina ou TNF liberaram partículas com características claramente distintas, com alta exposição de fosfatidilserina e baixa de tetraspaninas. Assim como os exossomos sépticos, os exossomos obtidos pela exposição de NO e LPS geraram radical superóxido e NO, como demonstrado pela quimioluminescência da lucigenina (5M) e celenterazinina (5M) e pela fluorescência da 4,5-diaminofluoresceína (10mM) e 2,7-diclorofluoresceína (10mM). A análise por Western Blot nos permitiu identificar as subunidades Nox1, Nox2 e p22phox da NADPH oxidase e a isoforma induzível da enzima NO sintase (NOS) nesses exossomos. Como esperado, inibidores da NOS e da NADPH oxidase reduziram significamente os sinais fluorescentes e quimioluminescentes. Em adição, as células endoteliais em cultura expostas aos exossomos gerados por dietilamina-NONOato e LPS sofreram significativo aumento da taxa de apoptose quando comparadas àquelas expostas a exossomos controle. A inibição da NADPH oxidase assim como da NOS reduziu expressivamente tal efeito. Adição de urato (1mM), mostrou efeito aditivo sobre a inibição do sinal fluorescente, assim como redução adicional da taxa apoptótica, sugerindo papel importante do radical peroxinitrito. Nós propomos, assim, que exossomos derivados de plaquetas podem representar papel adicional no já complexo cenário da sinalização vascular redox. Nesse sentido, uma abordagem baseada em exossomos pode fornecer novas ferramentas para o entendimento e até tratamento da disfunção vascular na sepse / Sepsis, the bodys response to infection, is associated with high mortality rates. Why a protective mechanism turns into a deadly clinical picture is a matter of debate, and goes largely unexplained. In previous work we demonstrated that plateled derived exosomes are found in the plasma of septic patients with septic shock and can induce endothelial and vascular smooth muscle cell apoptosis in culture through an enzymatic superoxide source (Janiszewski et al., 2004). In this work we sought to create a model for ex vivo generation of exosomes, and to identify the pathways responsible for ROS release by exosomes and their effects. Septic shock is a condition related to exposure of lipopolysaccharide (LPS), generation of high amounts of thrombin, TNF and nitrogen reactive species. Through flow cytometry we demonstrated that human platelets exposed to the NO-donor diethylamine-NONOate, and to LPS, generated exosomes similar to those found in the blood of septic shock patients, with high exposure of the tetraspanin CD9, CD63, and CD81, but little phosphatidylserine. On the other hand, platelets exposed to thrombin or TNF released particles with clearly distinct characteristics, such as high phosphatidylserine and low tetraspanin. Like the septic exosomes, the exosomes obtained by NO and LPS exposure generated superoxide radical and NO, as disclosed by lucigenin and coelenterazine chemiluminescence and by 4,5-diaminofluorescein and 2,7-dichlorofluorescein fluorescence. Western Blot analysis revealed the presence of Nox1, Nox2 and p22phox NADPH oxidase subunits and the inducible isoform of NO synthase (NOS) in these exosomes. As expected, NOS inhibitors or NADPH oxidase inhibitors significantly reduced the fluorescence and chemiluminescente signals. In addition, endothelial cells exposed to NO or LPS generated exosomes underwent apoptotic death, while control exosomes had no effects on apoptosis. NADPH oxidase as well as NOS inhibition significantly reduced apoptosis rates. Concomitant generation of NO and superoxide suggests biological effects of the highly reactive radical peroxynitrite. In fact, the peroxynitrite scavenger urate (1 mM) showed an additive effect on fluorescent signal inhibition, as well as on endothelial apoptosis rate reduction. We thus propose that platelet-derived exosomes may be another class of actors in the complex play known as vascular redox signaling. In this sense, an exosome-based approach can provide novel tools for further understanding and even treating vascular dysfunction related to sepsis

A doença de Fabry (DF, OMIM 301500) é uma doença lisossômica de depósito de herança ligada ao cromossomo X causada por mutações no gene GLA que levam à tradução da enzima lissomal α-galactosidase A (α-gal A, EC 3.2.1.22) com atividade deficiente ou nula. Como consequência, os substratos dessa enzima (majoritariamente globotriaosilceramida – Gb3 - e globotriaosilesfingosina – liso-Gb3) acumulam-se em diversos tecidos e fluidos corporais dos pacientes com DF. Estudos indicam que inflamação, estresse oxidativo e nitrosativo podem estar envolvidos na fisipatologia da DF, que ainda não está completamente esclarecida. Foi descrito previamente um aumento de parâmetros inflamatórios e próoxidantes em pacientes com DF durante a terapia de reposição enzimática (TRE), todavia se faz necessário avaliar tais parâmetros antes do início da TRE. Através de ensaios in vivo e in vitro em amostras de sangue e de urina de pacientes com DF, avaliamos alterações de estado redox, dano oxidativo a biomoléculas (incluindo lipídeos, proteínas e DNA) e níveis urinários de Gb3. No intuito de investigar os efeitos biológicos do mais recente biomarcador proposto para a DF, o liso-Gb3, realizamos ensaios in vitro em células embrionárias de epitélio renal humano (HEK-293T). Demonstramos, pela primeira vez, aumento de dano ao DNA em pacientes com DF. Ainda, observamos aumento de geração de espécies reativas nas mesmas amostras (através da sonda diclorofluoresceina - DCF) e, através do ensaio cometa com endonucleases, verificamos que o dano ao DNA é de natureza oxidativa em purinas nesses pacientes. Para avaliar a capacidade de reparo de DNA frente a um insulto oxidativo, realizamos o ensaio de desafio com peróxido de hidrogênio (H2O2), o qual demonstrou que os pacientes possuiam reparo aumentado (provavelmente como resposta ao estresse crônico), porém não suficientemente eficaz para reduzir o dano oxidativo basal a purinas a nível de indivíduos saudáveis. Observamos também que pacientes com DF antes de iniciar a TRE já possuíam níveis aumentados de lipoperoxidação (através da medida de espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico – TBARS - e malondialdeído – MDA) e de estresse nitrosativo (medido através de nitrato e nitrito urinários), bem como desequilíbrios no sistema redox da glutationa (GSH - principal antioxidante intracelular, avaliado através da medida de GSH e da atividade das enzimas glutationa redutase, GR, e glutationa peroxidase, GPx). Após a TRE de longa duração (aproximadamente cinco anos), a lipoperoxidação e o estresse nitrosativo continuaram aumentados, porém o metabolismo da GSH foi normalizado a nível de indivíduos saudáveis (provavelmente também como resposta adaptativa ao estresse). Os níveis urinários de Gb3 diminuíram com a TRE, porém permaneceram ainda significativamente aumentados em relação aos controles. Concentrações de liso-Gb3 similares às encontradas no plasma de pacientes com DF tiveram efeito citotóxico significativo nas células renais, causaram dano ao DNA (incluindo dano oxidativo a purinas e pirimidinas) e induziram aumento na atividade da enzima antioxidante catalase (CAT) e na expressão da poli(ADP-ribose) polimerase 1 (PARP-1, enzima-chave no reparo de dano ao DNA por excisão de bases - BER). Por fim, analisando em conjunto os dados in vitro, podemos sugerir um mecanismo de ação para o liso-Gb3 no qual o H2O2, espécie reativa de conhecido papel sinalizador, atua como mediador. O H2O2 também ocupa papel central no mecanismo sugerido através dos estudos in vivo, de modo que os achados são complementares entre si e fornecem novos dados acerca da fisiopatologia da DF que podem ser úteis a estudos futuros na busca de terapias complementares à TRE, necessárias para a melhora clínica e de qualidade de vida dos pacientes com DF. / Fabry disease (FD, OMIM 301500) is an X-linked lysosomal storage disorder caused by mutations in GLA gene that lead to translated lysosomal enzyme α-galactosidade A (α-gal A, EC 3.2.1.22) with deficient or absent activity. Consequently, the enzyme’s substrates (mainly globotriaosylceramide – Gb3 and glotriaosylsphingosine – lyso-Gb3) accumulate in various tissues and body fluids of FD patients. Studies have pointed that inflammation, oxidative and nitrosative stress may be involved in FD pathophysiology, which is not completely known. It was previously described an increase of inflammatory and prooxidative parameters in FD patients during enzyme replacement therapy (ERT), although it is necessary to evaluate these parameters before the beginnig of ERT. Using in vivo and in vitro assays in blood and urine samples of FD patients, we evaluated abnormalities of redox status, oxidative damage to biomolecules (including lipids, proteins and DNA) and Gb3 urinary levels. In order to investigate the biological effects of the latest described biomarker for FD, lyso-Gb3, we performed in vitro assays in human embryonic kidney epithelial cells (HEK-293T). We demonstrated, for the first time, increased DNA damage in FD patients. Then, we observed increased reactive species generation (by dichlorofluorescein – DCF - probe) in the same samples and, by comet assay with endonucleases, we verified that DNA damage has an oxidative origin in purines in these patients. In order to evaluate repair capacity towards an oxidative insult, a challenge assay with hydrogen peroxide (H2O2) was performed, which demonstrated that patients had increased repair (probably as response to chronic stress), but not sufficiently effective to reduce basal oxidative damage in purines to healthy individuals’ levels. We also observed that FD patients even before initiating ERT already had increased lipid peroxidation levels (by thiobarbituric acid reactive species - TBARS - and malondialdehyde - MDA content) and nitrosative stress (by urinary nitrate and nitrite), as well as imbalances in glutathione (GSH) redox system (GSH – the main intracellular antioxidant, evaluated by GSH content and glutathione reductase, GR, and glutathione peroxidase, GPx, enzyme activities). After long-term ERT (approximately five years), lipid peroxidation and nitrosative stress remained increased, although GSH metabolism was restored to the level of healthy subjects (also probably as an adaptive response to stress). Gb3 urinary levels decreased after ERT, but remained already increased when compared to controls. Lyso-Gb3 levels similar to that found in plasma of FD patients caused significative cytotoxic effect on kidney cells, caused DNA damage (including oxidative damage to purines and pyrimidines) and induced increase in the antioxidant enzyme catalase (CAT) activity and poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) expression (key enzyme in DNA base excision repair). To conclude, analysing together the in vitro data, we could suggest a mechanism of action to lyso-Gb3 in which H2O2, reactive specie with well known signaling function, acts as a mediator. H2O2 has also a central role in the mechanism proponed by the in vivo studies, so that the findings are complementary and provide new data about FD pathophysiology that could be useful to future studies looking for complementary therapies to ERT, necessary to improvement in clinical aspects and life quality of FD patients.

Sepse, a resposta do organismo a uma infecção, está associada a altas taxas de mortalidade. A razão pela qual um mecanismo protetor resulta num quadro clínico fatal permanece inexplicada. Em trabalho prévio nosso grupo demonstrou que exossomos de origem plaquetária são os mais freqüentes em plasma de pacientes com choque séptico e que estes podem induzir apoptose em células musculares lisas vasculares e células endoteliais em cultura. Demonstramos ainda que tais exossomos possuíam uma fonte enzimática de ROS, uma NADPH oxidase cuja atividade poderia estar associada à indução da apoptose (Janiszewski et al., 2004). No presente trabalho, nós buscamos criar um modelo de geração ex vivo de exossomos similares aos encontrados em pacientes sépticos e identificar possíveis vias responsáveis pela liberação destes e seus efeitos. Choque séptico é uma condição relacionada com exposição a lipopolissacarídeo (LPS) e geração de alta quantidade de trombina, TNF e espécies reativas de nitrogênio. Através de citometria de fluxo revelamos que plaquetas humanas expostas ao doador de NO dietilamina-NONOato e ao LPS geraram exossomos similares àqueles encontrados em pacientes com choque séptico, expondo alta quantidade de tetraspaninas CD9, CD63 e CD81 mas pouca fosfatidilserina. Por outro lado, plaquetas expostas à trombina ou TNF liberaram partículas com características claramente distintas, com alta exposição de fosfatidilserina e baixa de tetraspaninas. Assim como os exossomos sépticos, os exossomos obtidos pela exposição de NO e LPS geraram radical superóxido e NO, como demonstrado pela quimioluminescência da lucigenina (5M) e celenterazinina (5M) e pela fluorescência da 4,5-diaminofluoresceína (10mM) e 2,7-diclorofluoresceína (10mM). A análise por Western Blot nos permitiu identificar as subunidades Nox1, Nox2 e p22phox da NADPH oxidase e a isoforma induzível da enzima NO sintase (NOS) nesses exossomos. Como esperado, inibidores da NOS e da NADPH oxidase reduziram significamente os sinais fluorescentes e quimioluminescentes. Em adição, as células endoteliais em cultura expostas aos exossomos gerados por dietilamina-NONOato e LPS sofreram significativo aumento da taxa de apoptose quando comparadas àquelas expostas a exossomos controle. A inibição da NADPH oxidase assim como da NOS reduziu expressivamente tal efeito. Adição de urato (1mM), mostrou efeito aditivo sobre a inibição do sinal fluorescente, assim como redução adicional da taxa apoptótica, sugerindo papel importante do radical peroxinitrito. Nós propomos, assim, que exossomos derivados de plaquetas podem representar papel adicional no já complexo cenário da sinalização vascular redox. Nesse sentido, uma abordagem baseada em exossomos pode fornecer novas ferramentas para o entendimento e até tratamento da disfunção vascular na sepse / Sepsis, the bodys response to infection, is associated with high mortality rates. Why a protective mechanism turns into a deadly clinical picture is a matter of debate, and goes largely unexplained. In previous work we demonstrated that plateled derived exosomes are found in the plasma of septic patients with septic shock and can induce endothelial and vascular smooth muscle cell apoptosis in culture through an enzymatic superoxide source (Janiszewski et al., 2004). In this work we sought to create a model for ex vivo generation of exosomes, and to identify the pathways responsible for ROS release by exosomes and their effects. Septic shock is a condition related to exposure of lipopolysaccharide (LPS), generation of high amounts of thrombin, TNF and nitrogen reactive species. Through flow cytometry we demonstrated that human platelets exposed to the NO-donor diethylamine-NONOate, and to LPS, generated exosomes similar to those found in the blood of septic shock patients, with high exposure of the tetraspanin CD9, CD63, and CD81, but little phosphatidylserine. On the other hand, platelets exposed to thrombin or TNF released particles with clearly distinct characteristics, such as high phosphatidylserine and low tetraspanin. Like the septic exosomes, the exosomes obtained by NO and LPS exposure generated superoxide radical and NO, as disclosed by lucigenin and coelenterazine chemiluminescence and by 4,5-diaminofluorescein and 2,7-dichlorofluorescein fluorescence. Western Blot analysis revealed the presence of Nox1, Nox2 and p22phox NADPH oxidase subunits and the inducible isoform of NO synthase (NOS) in these exosomes. As expected, NOS inhibitors or NADPH oxidase inhibitors significantly reduced the fluorescence and chemiluminescente signals. In addition, endothelial cells exposed to NO or LPS generated exosomes underwent apoptotic death, while control exosomes had no effects on apoptosis. NADPH oxidase as well as NOS inhibition significantly reduced apoptosis rates. Concomitant generation of NO and superoxide suggests biological effects of the highly reactive radical peroxynitrite. In fact, the peroxynitrite scavenger urate (1 mM) showed an additive effect on fluorescent signal inhibition, as well as on endothelial apoptosis rate reduction. We thus propose that platelet-derived exosomes may be another class of actors in the complex play known as vascular redox signaling. In this sense, an exosome-based approach can provide novel tools for further understanding and even treating vascular dysfunction related to sepsis

A doença de Fabry (DF, OMIM 301500) é uma doença lisossômica de depósito de herança ligada ao cromossomo X causada por mutações no gene GLA que levam à tradução da enzima lissomal α-galactosidase A (α-gal A, EC 3.2.1.22) com atividade deficiente ou nula. Como consequência, os substratos dessa enzima (majoritariamente globotriaosilceramida – Gb3 - e globotriaosilesfingosina – liso-Gb3) acumulam-se em diversos tecidos e fluidos corporais dos pacientes com DF. Estudos indicam que inflamação, estresse oxidativo e nitrosativo podem estar envolvidos na fisipatologia da DF, que ainda não está completamente esclarecida. Foi descrito previamente um aumento de parâmetros inflamatórios e próoxidantes em pacientes com DF durante a terapia de reposição enzimática (TRE), todavia se faz necessário avaliar tais parâmetros antes do início da TRE. Através de ensaios in vivo e in vitro em amostras de sangue e de urina de pacientes com DF, avaliamos alterações de estado redox, dano oxidativo a biomoléculas (incluindo lipídeos, proteínas e DNA) e níveis urinários de Gb3. No intuito de investigar os efeitos biológicos do mais recente biomarcador proposto para a DF, o liso-Gb3, realizamos ensaios in vitro em células embrionárias de epitélio renal humano (HEK-293T). Demonstramos, pela primeira vez, aumento de dano ao DNA em pacientes com DF. Ainda, observamos aumento de geração de espécies reativas nas mesmas amostras (através da sonda diclorofluoresceina - DCF) e, através do ensaio cometa com endonucleases, verificamos que o dano ao DNA é de natureza oxidativa em purinas nesses pacientes. Para avaliar a capacidade de reparo de DNA frente a um insulto oxidativo, realizamos o ensaio de desafio com peróxido de hidrogênio (H2O2), o qual demonstrou que os pacientes possuiam reparo aumentado (provavelmente como resposta ao estresse crônico), porém não suficientemente eficaz para reduzir o dano oxidativo basal a purinas a nível de indivíduos saudáveis. Observamos também que pacientes com DF antes de iniciar a TRE já possuíam níveis aumentados de lipoperoxidação (através da medida de espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico – TBARS - e malondialdeído – MDA) e de estresse nitrosativo (medido através de nitrato e nitrito urinários), bem como desequilíbrios no sistema redox da glutationa (GSH - principal antioxidante intracelular, avaliado através da medida de GSH e da atividade das enzimas glutationa redutase, GR, e glutationa peroxidase, GPx). Após a TRE de longa duração (aproximadamente cinco anos), a lipoperoxidação e o estresse nitrosativo continuaram aumentados, porém o metabolismo da GSH foi normalizado a nível de indivíduos saudáveis (provavelmente também como resposta adaptativa ao estresse). Os níveis urinários de Gb3 diminuíram com a TRE, porém permaneceram ainda significativamente aumentados em relação aos controles. Concentrações de liso-Gb3 similares às encontradas no plasma de pacientes com DF tiveram efeito citotóxico significativo nas células renais, causaram dano ao DNA (incluindo dano oxidativo a purinas e pirimidinas) e induziram aumento na atividade da enzima antioxidante catalase (CAT) e na expressão da poli(ADP-ribose) polimerase 1 (PARP-1, enzima-chave no reparo de dano ao DNA por excisão de bases - BER). Por fim, analisando em conjunto os dados in vitro, podemos sugerir um mecanismo de ação para o liso-Gb3 no qual o H2O2, espécie reativa de conhecido papel sinalizador, atua como mediador. O H2O2 também ocupa papel central no mecanismo sugerido através dos estudos in vivo, de modo que os achados são complementares entre si e fornecem novos dados acerca da fisiopatologia da DF que podem ser úteis a estudos futuros na busca de terapias complementares à TRE, necessárias para a melhora clínica e de qualidade de vida dos pacientes com DF. / Fabry disease (FD, OMIM 301500) is an X-linked lysosomal storage disorder caused by mutations in GLA gene that lead to translated lysosomal enzyme α-galactosidade A (α-gal A, EC 3.2.1.22) with deficient or absent activity. Consequently, the enzyme’s substrates (mainly globotriaosylceramide – Gb3 and glotriaosylsphingosine – lyso-Gb3) accumulate in various tissues and body fluids of FD patients. Studies have pointed that inflammation, oxidative and nitrosative stress may be involved in FD pathophysiology, which is not completely known. It was previously described an increase of inflammatory and prooxidative parameters in FD patients during enzyme replacement therapy (ERT), although it is necessary to evaluate these parameters before the beginnig of ERT. Using in vivo and in vitro assays in blood and urine samples of FD patients, we evaluated abnormalities of redox status, oxidative damage to biomolecules (including lipids, proteins and DNA) and Gb3 urinary levels. In order to investigate the biological effects of the latest described biomarker for FD, lyso-Gb3, we performed in vitro assays in human embryonic kidney epithelial cells (HEK-293T). We demonstrated, for the first time, increased DNA damage in FD patients. Then, we observed increased reactive species generation (by dichlorofluorescein – DCF - probe) in the same samples and, by comet assay with endonucleases, we verified that DNA damage has an oxidative origin in purines in these patients. In order to evaluate repair capacity towards an oxidative insult, a challenge assay with hydrogen peroxide (H2O2) was performed, which demonstrated that patients had increased repair (probably as response to chronic stress), but not sufficiently effective to reduce basal oxidative damage in purines to healthy individuals’ levels. We also observed that FD patients even before initiating ERT already had increased lipid peroxidation levels (by thiobarbituric acid reactive species - TBARS - and malondialdehyde - MDA content) and nitrosative stress (by urinary nitrate and nitrite), as well as imbalances in glutathione (GSH) redox system (GSH – the main intracellular antioxidant, evaluated by GSH content and glutathione reductase, GR, and glutathione peroxidase, GPx, enzyme activities). After long-term ERT (approximately five years), lipid peroxidation and nitrosative stress remained increased, although GSH metabolism was restored to the level of healthy subjects (also probably as an adaptive response to stress). Gb3 urinary levels decreased after ERT, but remained already increased when compared to controls. Lyso-Gb3 levels similar to that found in plasma of FD patients caused significative cytotoxic effect on kidney cells, caused DNA damage (including oxidative damage to purines and pyrimidines) and induced increase in the antioxidant enzyme catalase (CAT) activity and poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) expression (key enzyme in DNA base excision repair). To conclude, analysing together the in vitro data, we could suggest a mechanism of action to lyso-Gb3 in which H2O2, reactive specie with well known signaling function, acts as a mediator. H2O2 has also a central role in the mechanism proponed by the in vivo studies, so that the findings are complementary and provide new data about FD pathophysiology that could be useful to future studies looking for complementary therapies to ERT, necessary to improvement in clinical aspects and life quality of FD patients.

A doença de Fabry (DF, OMIM 301500) é uma doença lisossômica de depósito de herança ligada ao cromossomo X causada por mutações no gene GLA que levam à tradução da enzima lissomal α-galactosidase A (α-gal A, EC 3.2.1.22) com atividade deficiente ou nula. Como consequência, os substratos dessa enzima (majoritariamente globotriaosilceramida – Gb3 - e globotriaosilesfingosina – liso-Gb3) acumulam-se em diversos tecidos e fluidos corporais dos pacientes com DF. Estudos indicam que inflamação, estresse oxidativo e nitrosativo podem estar envolvidos na fisipatologia da DF, que ainda não está completamente esclarecida. Foi descrito previamente um aumento de parâmetros inflamatórios e próoxidantes em pacientes com DF durante a terapia de reposição enzimática (TRE), todavia se faz necessário avaliar tais parâmetros antes do início da TRE. Através de ensaios in vivo e in vitro em amostras de sangue e de urina de pacientes com DF, avaliamos alterações de estado redox, dano oxidativo a biomoléculas (incluindo lipídeos, proteínas e DNA) e níveis urinários de Gb3. No intuito de investigar os efeitos biológicos do mais recente biomarcador proposto para a DF, o liso-Gb3, realizamos ensaios in vitro em células embrionárias de epitélio renal humano (HEK-293T). Demonstramos, pela primeira vez, aumento de dano ao DNA em pacientes com DF. Ainda, observamos aumento de geração de espécies reativas nas mesmas amostras (através da sonda diclorofluoresceina - DCF) e, através do ensaio cometa com endonucleases, verificamos que o dano ao DNA é de natureza oxidativa em purinas nesses pacientes. Para avaliar a capacidade de reparo de DNA frente a um insulto oxidativo, realizamos o ensaio de desafio com peróxido de hidrogênio (H2O2), o qual demonstrou que os pacientes possuiam reparo aumentado (provavelmente como resposta ao estresse crônico), porém não suficientemente eficaz para reduzir o dano oxidativo basal a purinas a nível de indivíduos saudáveis. Observamos também que pacientes com DF antes de iniciar a TRE já possuíam níveis aumentados de lipoperoxidação (através da medida de espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico – TBARS - e malondialdeído – MDA) e de estresse nitrosativo (medido através de nitrato e nitrito urinários), bem como desequilíbrios no sistema redox da glutationa (GSH - principal antioxidante intracelular, avaliado através da medida de GSH e da atividade das enzimas glutationa redutase, GR, e glutationa peroxidase, GPx). Após a TRE de longa duração (aproximadamente cinco anos), a lipoperoxidação e o estresse nitrosativo continuaram aumentados, porém o metabolismo da GSH foi normalizado a nível de indivíduos saudáveis (provavelmente também como resposta adaptativa ao estresse). Os níveis urinários de Gb3 diminuíram com a TRE, porém permaneceram ainda significativamente aumentados em relação aos controles. Concentrações de liso-Gb3 similares às encontradas no plasma de pacientes com DF tiveram efeito citotóxico significativo nas células renais, causaram dano ao DNA (incluindo dano oxidativo a purinas e pirimidinas) e induziram aumento na atividade da enzima antioxidante catalase (CAT) e na expressão da poli(ADP-ribose) polimerase 1 (PARP-1, enzima-chave no reparo de dano ao DNA por excisão de bases - BER). Por fim, analisando em conjunto os dados in vitro, podemos sugerir um mecanismo de ação para o liso-Gb3 no qual o H2O2, espécie reativa de conhecido papel sinalizador, atua como mediador. O H2O2 também ocupa papel central no mecanismo sugerido através dos estudos in vivo, de modo que os achados são complementares entre si e fornecem novos dados acerca da fisiopatologia da DF que podem ser úteis a estudos futuros na busca de terapias complementares à TRE, necessárias para a melhora clínica e de qualidade de vida dos pacientes com DF. / Fabry disease (FD, OMIM 301500) is an X-linked lysosomal storage disorder caused by mutations in GLA gene that lead to translated lysosomal enzyme α-galactosidade A (α-gal A, EC 3.2.1.22) with deficient or absent activity. Consequently, the enzyme’s substrates (mainly globotriaosylceramide – Gb3 and glotriaosylsphingosine – lyso-Gb3) accumulate in various tissues and body fluids of FD patients. Studies have pointed that inflammation, oxidative and nitrosative stress may be involved in FD pathophysiology, which is not completely known. It was previously described an increase of inflammatory and prooxidative parameters in FD patients during enzyme replacement therapy (ERT), although it is necessary to evaluate these parameters before the beginnig of ERT. Using in vivo and in vitro assays in blood and urine samples of FD patients, we evaluated abnormalities of redox status, oxidative damage to biomolecules (including lipids, proteins and DNA) and Gb3 urinary levels. In order to investigate the biological effects of the latest described biomarker for FD, lyso-Gb3, we performed in vitro assays in human embryonic kidney epithelial cells (HEK-293T). We demonstrated, for the first time, increased DNA damage in FD patients. Then, we observed increased reactive species generation (by dichlorofluorescein – DCF - probe) in the same samples and, by comet assay with endonucleases, we verified that DNA damage has an oxidative origin in purines in these patients. In order to evaluate repair capacity towards an oxidative insult, a challenge assay with hydrogen peroxide (H2O2) was performed, which demonstrated that patients had increased repair (probably as response to chronic stress), but not sufficiently effective to reduce basal oxidative damage in purines to healthy individuals’ levels. We also observed that FD patients even before initiating ERT already had increased lipid peroxidation levels (by thiobarbituric acid reactive species - TBARS - and malondialdehyde - MDA content) and nitrosative stress (by urinary nitrate and nitrite), as well as imbalances in glutathione (GSH) redox system (GSH – the main intracellular antioxidant, evaluated by GSH content and glutathione reductase, GR, and glutathione peroxidase, GPx, enzyme activities). After long-term ERT (approximately five years), lipid peroxidation and nitrosative stress remained increased, although GSH metabolism was restored to the level of healthy subjects (also probably as an adaptive response to stress). Gb3 urinary levels decreased after ERT, but remained already increased when compared to controls. Lyso-Gb3 levels similar to that found in plasma of FD patients caused significative cytotoxic effect on kidney cells, caused DNA damage (including oxidative damage to purines and pyrimidines) and induced increase in the antioxidant enzyme catalase (CAT) activity and poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) expression (key enzyme in DNA base excision repair). To conclude, analysing together the in vitro data, we could suggest a mechanism of action to lyso-Gb3 in which H2O2, reactive specie with well known signaling function, acts as a mediator. H2O2 has also a central role in the mechanism proponed by the in vivo studies, so that the findings are complementary and provide new data about FD pathophysiology that could be useful to future studies looking for complementary therapies to ERT, necessary to improvement in clinical aspects and life quality of FD patients.