Durante o ciclo de vida da Leishmania, amastigotas vivem no interior de fagolisossomas de células fagocíticas de hospedeiros vertebrados, enquanto promastigotas vivem no interior do vetor invertebrado. Proteases intracelulares como as caspases são as principais efetoras no processo apoptótico. Metacaspases (MCAs) são formas evolutivas distantes das caspases de metazoários, presentes em protozoários, plantas e fungos, e vistas como potenciais alvos para combate dos parasitas sem prejuízo do hospedeiro. Ligantes e moduladores das metacaspases são até hoje desconhecidos. O Phage Display é uma técnica baseada na expressão de proteínas sintéticas nos capsidíos de fagos, usada com o propósito de selecionar ligantes de proteínas, células ou tecidos. Produzimos a metacaspase recombinante de Leishmania L. amazonensis e aplicamos Phage Display para buscar peptídeos ligantes dessa enzima. Esses peptídeos permitiram identificar potenciais proteínas ligantes da MCA, como quinases e cinesinas, que fornecem informações sobre a regulação e controle de sua atividade. Futuramente testaremos se peptídeos ativadores da MCA poderão induzir apoptose do parasita e serem usados como drogas para o tratamento da leishmaniose. / During its life cycle, Leishmania amastigotes live inside phagolysosomes of phagocytic cells of vertebrate hosts, while promastigotes live inside the invertebrate vector. Intracellular proteases such as caspases are key effectors in the apoptotic process. Metacaspases (MCAs) are distant evolutionary forms of metazoan caspases found in protozoa, plants and fungi, and seen as potential targets to destroy the parasites without damage to the host. Ligands and modulators of metacaspases are so far unknown. Phage Display is a technique based on the expression of synthetic proteins in the phage capsid, and is used for selecting ligands of proteins, cells or tissues. We have produced the recombinant metacaspase of Leishmania (L.) amazonensis and employed Phage Display to find peptide ligands of this enzyme. These peptides led to the identification of potential binding proteins of the MCA, such as kinases and kinesin, which provide information about the regulation and control of MCA´s activity. In the future we will test whether peptide activators of MCA nduce apoptosis of the parasite and can be used as drugs for the treatment of leishmaniasis.

Justificativa: O processo de envelhecimento está associado com o aumento demasiado na produção das espécies reativas de oxigênio (EROS). Dentre as estratégias que as células desenvolveram ao longo da evolução para combater o estresse celular, destacam-se as proteínas de choque térmico (HSP). Em especial, a HSPA1A (HSP72) é importante para recuperação de proteínas danificadas, impedindo a agregação das mesmas no citoplasma. O processo de envelhecimento parece estar associado a um declínio nos níveis das HSPs, resultando na perda do controle da proteostase, atrofia muscular, resistência à insulina e incapacidade de reparo após dano. Já é demonstrado na literatura que o exercício físico aumenta a expressão de HSPA1A, o que, possivelmente, exerce função protetora durante o envelhecimento e reduz a inflamação sistêmica clássica encontrada em idosos. Mais recentemente, tem se verificado que HSPA1A pode ser encontrada tanto dentro quanto fora das células, apresentando funções diferentes. Intracelularmente (iHSP70), apresenta função protetora, anti-inflamatória e anti-apoptótica, enquanto que no meio extracelular (eHSP70) apresenta um importante papel imunológico, com função pró-inflamatória e pró-apoptótica. Objetivos: A presente dissertação esta dividida em três partes distintas, denominados como estudos 1, 2 e 3. No primeiro estudo, o objetivo foi comparar a resposta ao choque térmico (leucócitos expostos a temperatura elevada – 42º C por 2 horas) em diferentes populações: indivíduos de meia-idade, idosos e idosos com diabetes do tipo 2. No segundo estudo, o objetivo foi verificar a influência de um protocolo de treinamento de força na relação da HSPA1A extra e intracelular em leucócitos, do dano oxidativo, das adaptações neuromusculares e morfológicas, em indivíduos de meia-idade Finalmente, no último estudo, serão mostrados dados preliminares da resposta de indivíduos idosos ao mesmo protocolo e parâmetros do estudo dois. Metodologia: No primeiro estudo os voluntários foram divididos em três grupos: Meia Idade (49,36±3,61 anos), Idosos (63,57±3,25 anos) e Idosos Diabéticos (68,9± 7,8 anos; HbA1c 7±0,67 %). Foram realizadas coletas de sangue para posterior indução ao choque térmico e avaliação da eHSP70. Nos estudos dois e três, indivíduos de meia-idade (40-59 anos) e idosos (60-75 anos), respectivamente, foram randomicamente alocados nos grupos Controle ou Treinado. O treinamento durou doze semanas com frequência de três vezes por semana. Cada sessão de treinamento incluía nove exercícios de força tanto para membros inferiores quanto superiores e três exercícios funcionais (subir um lance de escadas, sentar e levantar e subir e descer de uma caixa). Antes e após esse período foram realizadas coletas de sangue para posterior análise da HSPA1A extracelular e intracelular em leucócitos, avaliação de peroxidação lipídica (TBARS), atividade antioxidante (SOD e CAT), nitritos e do perfil lipídico. Foram realizadas avaliações de composição corporal, força e teste de consumo máximo de oxigênio Resultados: A resposta ao choque térmico (avaliada pela capacidade das células em exportar eHSP70 quando submetidas a uma temperatura elevada) parece ser igual entre indivíduos de meia-idade e idosos saudáveis. Curiosamente, em indivíduos idosos e com diabetes, esta resposta parece estar bloqueada, indicando que a resistência à insulina e o diabetes tem um papel dominante na capacidade da resposta ao estresse. Quando indivíduos de meia-idade (estudo 2) foram submetidos ao treinamento de força, os mesmos responderam com ganhos de força, melhora da capacidade funcional e aumentos na massa muscular. No entanto, a resposta ao choque térmico (eHSP70 e iHSP70) não foi modificada pelo treinamento, possivelmente pelo fato de que esta se encontrava normal. Os dados preliminares do estudo 3 mostram que, em idosos saudáveis, ocorreram ganhos de força, melhora da capacidade funcional, redução do tecido adiposo visceral (VAT) e melhora da resposta ao choque térmico após o treinamento, no entanto, considerando o baixo n amostral, essa resposta ainda deve ser confirmada em estudos posteriores Conclusão: A ausência de resposta ao choque térmico em Diabéticos está relacionada com resistência à insulina e inflamação, de modo que o treinamento de força parece ser uma alternativa eficaz para contornar esse quadro. Em relação ao efeito do treinamento, em sujeitos de Meia Idade, ele mostra-se eficaz para reduzir as chances de sarcopenia e dinapenia e possíveis doenças relacionadas ao processo do envelhecimento. Os dados preliminares em idosos saudáveis demonstram que, além de diminuir as chances de sarcopenia e dinapenia, o treinamento parece eficaz para reduzir inflamação sistêmica, visto que houve redução do VAT e aumento da resposta ao choque pós-treinamento. Este projeto é financiado pelo CNPq, Edital Universal (Processo nº 482398/2013-2). / Introduction: The aging process is associated with increase in the production of reactive oxygen species (ROS). Among the strategies that the cells developed during the evolution to counteract the cellular stress, we highlight the heat shock proteins (HSP). In particular, HSPA1A (HSP72) is important for the recovery of damaged proteins, preventing them from aggregating into the cytoplasm. The aging process appears to be associated with a decline in HSP levels, resulting in loss of proteostasis control, muscle atrophy, insulin resistance, and inability to repair after damage. It has been demonstrated in the literature that exercise increases the expression of HSPA1A, which possibly exerts protective function during aging and reduces the classical systemic inflammation found in the elderly. More recently, it has been found that HSPA1A can be found both inside and outside the cells, exhibiting different functions. Intracellularly (iHSP70), it has a protective, anti-inflammatory and anti-apoptotic function, whereas in the extracellular environment (eHSP70) it has an important immunological role, with pro-inflammatory and pro-apoptotic function. Objectives: This dissertation is divided into three distinct parts, called studies 1, 2 and 3. In the first study, the objective was to compare the response to heat shock (leukocytes exposed to high temperature - 42º C for 2 hours) in different populations: middle-aged, elderly and elderly individuals with type 2 diabetes. In the second study, the objective was to verify the influence of a resistance training protocol on the relationship of extra and intracellular HSPA1A in leukocytes, oxidative damage, neuromuscular and morphological adaptations in middle-aged individuals. Finally, in the last study, preliminary data from the response of elderly subjects to the same protocol and parameters of study two will be shown Methods: In the first study the volunteers were divided into three groups: Middle Age (49.36 ± 3.61 years), Elderly (63.57 ± 3.25 years) and Diabetic Elderly (68.9 ± 7.8 years; HbA1c 7 ± 0.67%). Blood samples were collected for further induction of heat shock and evaluation of eHSP70. In studies two and three, individuals of middle age (40-59 years) and elderly (60-75 years), respectively, were randomly assigned to the Control or Trained groups. The training lasted twelve weeks three times a week. Each training session included nine strength exercises for both lower and upper limbs and three functional exercises (climbing a flight of stairs, sitting and getting up and going up and down a box). Blood samples were collected for analysis of extracellular and intracellular HSPA1A in leukocytes, lipid peroxidation (TBARS), antioxidant activity (SOD and CAT), nitrite and lipid profile. Body composition, strength and maximal oxygen consumption tests were performed. Results: The response to heat shock (assessed by the ability of cells to export eHSP70 when submit to elevated temperature) appears to be equal between middle-aged and healthy elderly individuals. Interestingly, in elderly individuals with diabetes, this response appears to be blocked, indicating that insulin resistance and diabetes play a dominant role in the ability to respond to stress. When middle-aged individuals (study 2) underwent strength training, they responded with strength gains, improved functional capacity, and increases in muscle mass. However, the response to heat shock (eHSP70 and iHSP70) was not modified by training, possibly because the response was normal. Preliminary data from study 3 show that, in healthy elderly, strength gains, functional capacity improvement, visceral adipose tissue (VAT) reduction and improved heat shock response after training occurred, however, considering the low n sample , this response has yet to be confirmed in later studies. Conclusion: The lack of response to heat shock in diabetics is related to insulin resistance and inflammation, so resistance training seems to be an effective alternative to circumvent this condition. Regarding the training effect, in middleaged subjects, it is effective in reducing the chances of sarcopenia and dynapenia and possible diseases related to the aging process. Preliminary data in healthy older adults demonstrate that, in addition to decreasing the chances of sarcopenia and dynapenia, training seems effective in reducing systemic inflammation, since there was a reduction in VAT and increased post-training shock response. This project is funded by the CNPq, Edital Universal (Process nº 482398/2013-2).

A expressão da HSP70 intracelular está associada a efeitos citoprotetores contra uma variada gama de estímulos estressores, tais como processos inflamatórios, estresse oxidativo, endotoxinas bacterianas, infecções e febre. Este efeito citoprotetor é principalmente atribuído à habilidade de as proteínas de choque térmico estabilizarem estruturas protéicas através de interações reversíveis. A HSP70 foi recentemente detectada no meio extracelular, e sua presença tem sido associada a situações patológicas, nas quais ela exerce efeitos modulatórios sobre células do sistema imunológico. Previamente, nós descrevemos a relação entre os níveis de HSP70 sérica, o estatus oxidante e o desfecho clínico de pacientes sépticos; o grupo de pacientes com maiores níveis pró-oxidantes e maiores níveis de HSP70 sérica também foi aquele que houve maior mortalidade. Afim de investigar a possível associação entre HSP70 oxidada e efeitos citoprotetores ou morte celular, macrófagos da linhagem RAW 264.7 foram incubados com HSP70 e HSP70 oxidada, e a produção de nitrito, proliferação celular, viabilidade celular, produção de espécies reativas de oxigênio, liberação de TNF-α e atividade fagocítica foram avaliadas. Também foram avaliadas as modificações estruturais causadas pela oxidação na HSP70 purificada. Observamos que a oxidação da HSP70 alterou a estrutura da proteína; e que os efeitos modulatórios da HSP70 oxidada sobre a linhagem de macrófagos RAW 264.7 foram diferentes dos efeitos modulatórios da HSP70 nativa. Os macrófagos tratados com HSP70 oxidada apresentaram menor proliferação, maior produção de espécies reativas de oxigênio, menor atividade fagocítica e menor liberação de TNF-α. Estes resultados indicam que a oxidação da HSP70 extracelular modifica suas propriedades sinalizadoras, causando alterações na modulação das funções e da viabilidade dos macrófagos. / Expression of intracellular HSP70 is associated to cytoprotective effects against a wide range extent of stressful stimuli, such as inflammation, oxidative stress, hypoxia, endotoxins, infections and fever. This cytoprotective effect is mainly attributed to their ability to stabilize protein structures through chaperon-like reversible interactions. HSP70 was recently detected in the extracellular medium and its presence in serum is commonly associated with pathological situations, where it exerts modulatory effects on cells of the immune system. Previously, we have described the relationship between serum HSP70 levels, oxidant status and clinical outcome of septic patients; the group of patients with higher pro-oxidant status and higher serum HSP70 had also higher mortality. To investigate the possible association between oxidized HSP70 and cytoprotection or cell death, we incubated RAW 264.7 macrophages with oxidized HSP70 and evaluated nitrite production, cell proliferation, cell viability, reactive oxygen species production, TNF-α release and phagocytic activity. We also evaluated structural modifications caused by oxidation in purified HSP70. Oxidation of HSP70 altered its protein structure; besides, the modulatory effect of oxidized HSP70 on RAW265.7 cells was different from native HSP70. Macrophages treated with oxidized HSP70 presented lower proliferation, higher reactive oxygen species production, lower phagocytic activity and TNF-α release. These results indicate that oxidation of extracellular HSP70 modify its signaling properties, causing alterations on its modulatory effects on macrophage function and viability.

A sepse é um conjunto complexo de interações moleculares e celulares mediado pela estimulação de receptores celulares envolvidos na inflamação. O controle desta rede de sinalização é compensado pela resposta pró- e antiinflamatória do organismo. Os desequilíbrios inflamatórios induzidos alteram o estado fisiológico de diversos órgãos. No cérebro, observam-se diversas modificações que envolvem desde o aumento na permeabilidade da barreira hematoencefálica (BHE), morte de células neurais por apoptose ou necrose, redução do fluxo sanguíneo e aumento do estresse oxidativo, resultando no desenvolvimento do delirium associado à sepse. O delirium associado à sepse é um conjunto de disfunções neurológicas induzidas por uma resposta inflamatória sistêmica. Assim, é possível que diferentes mecanismos compensatórios estejam envolvidos durante a sepse. Este estudo objetivou analisar a influência do modelo de ligação cecal e punção (CLP), na excreção de ligantes do receptor para produtos finais de glicação avançada (RAGE) e as modificações ocasionadas no cérebro pela inflamação sistêmica decorrente da sepse. Nossos resultados demonstraram que os níveis séricos de TNF-α aumentaram após a indução da CLP, confirmando o estado inflamatório dos animais CLP, ocorrendo um aumento nos níveis de proteínas carboniladas, HSP70 e HMGB-1 no soro desses animais, indicando um aumento de estresse oxidativo nesses animais e liberação de proteínas associadas a manutenção e estabilização intracelular. Entretanto, encontramos uma redução no imunoconteúdo de destas proteínas no hipocampo e córtex, possivelmente por aumento nos níveis de necrose/lise celular ou por eliminação durante o período de disrupção da BHE. Assim, concluímos que durante a sepse ocorre uma aumento expressivo nos níveis séricos de proteínas associadas a resposta inflamatória crônica, além de alterações nos níveis destas proteínas relacionadas a proteção intracelular no hipocampo e córtex, que pode ter relação com as alterações observadas em pacientes e modelos animais. / Sepsis is a complex whole of molecular and cellular interactions mediated stimulation of cellular receptors involved in inflammation. The control of this system is compensated by pro and anti-inflammatory response in organism. The imbalance induced inflammatory alters the physiological state of different organs. In the brain, there are various modifications that involve from the increase in permeability of the blood-brain barrier (BBB), neural cell death by apoptosis or necrosis, reduced blood flow and increased oxidative stress, resulting in the development of sepsis-associated delirium. Sepsis-associated delirium is a whole of neurological dysfunctions induced a systemic inflammatory response. Thus, it is possible that different compensatory mechanisms are involved during sepsis. The aim of the study was to analyze the influence of the model cecal ligation and puncture (CLP), in the excretion of agonists for receptor advanced glycation end products (RAGE) and alterations in the brain caused by systemic inflammation caused by sepsis. Our results showed that serum levels of TNF-α increased after the induction of CLP, confirming the inflammatory status of CLP animals, which results in increased levels of carbonylated proteins, HSP70 and HMGB-1 in the serum of these animals, indicating an increase of stress oxidative these animals and release of proteins associated with maintaining and stabilizing intracellular. However, happened a reduction in immunocontent these proteins in the hippocampus and cortex, possibly by increased levels of necrosis/lysis cell or by removal during the period of disruption of the BBB. Therefore, concluded that during sepsis occurs a significant increase in serum proteins associated with chronic inflammatory response and changes in levels of proteins related to intracellular protection in the hippocampus and cortex, which may be related to the changes observed in patients and models animals.

O exercício físico é constantemente utilizado como coadjuvante em tratamentos de saúde, funcionais ou até mesmo estéticos. Normalmente prescrito em séries múltiplas, o treinamento de musculação, a partir da década de 90, passou a ser praticado também em séries simples, com iguais objetivos de hipertrofia e desempenho físico. Entretanto, a melhor aptidão de saúde também passou a ganhar uma forte atenção, em especial para benefícios cardiovasculares e metabólicos. O exercício físico é uma forma de estresse celular, uma vez que incrementa o metabolismo oxidativo e proporciona a geração de espécies ativas do oxigênio que podem causar lesão celular dependendo da intensidade e duração da atividade física. Proteínas de choque térmico (HSP) são proteínas expressas universalmente nas células sob condições de estresse, como choque térmico, privação de glicose e exposição a agentes indutores de estresse oxidativo, como espécies ativas do oxigênio. Estes fatos justificam a expressão de HSP, particularmente da família de 70 kDa (HSP70), no tecido muscular após o exercício físico. Já a adaptação ao exercício físico reduz a expressão de HSP70 no músculo enquanto que indivíduos treinados mostram redução na expressão de HSP70 em leucócitos circulantes. Desta forma, investigamos, neste trabalho, a expressão da HSP70 em leucócitos circulantes de indivíduos submetidos a diferentes seriações em comparação com a funcionalidade do sistema imunológico e o estresse oxidativo induzido por este treinamento. Comparamos ainda, o desempenho físico e a composição corporal nas diferentes seriações, e correlacionamos os resultados de composição corporal com o perfil lipídico dos participantes Voluntários adultos saudáveis foram treinados 3 vezes por semana a 75% da carga máxima (CM) em séries simples (SS) ou múltiplas (SM), por 12 semanas com incremento de carga a cada 4 semanas. Os indivíduos foram avaliados antes, durante e ao final do protocolo de treinamento. Foram avaliados a composição corporal, a força e a resistência muscular, o perfil lipídico, estresse oxidativo, a expressão de HSP70 e o perfil imunológico. Ao final das 12 semanas de treinamento o grupo SS melhorou a composição corporal, a resistência muscular, e o perfil lipídico. Durante o desenvolvimento do treinamento observou-se contínua melhora do estresse oxidativo e do perfil imunológico no grupo SS e melhora no perfil imunológico do grupo SM, sendo que o grupo SS obteve melhor desempenho imunológico que o SM. Quanto à indução de HSP70, observou-se que o grupo SS não induziu maior expressão, enquanto que, o grupo SM aumentou a expressão de HSP70. Desta forma, na intensidade e período utilizados para o treinamento, o grupo SS mostrou ser mais eficiente que o grupo SM para os parâmetros avaliados, incluindo melhora no perfil imunológico.

Os lipídeos da dieta desempenham um importante papel na obesidade, e a ingesta excessiva está relacionada com problemas de saúde. A presença crônica de ácidos graxos saturados na dieta pode induzir um estado de inflamação sistêmica de baixo grau, característica da obesidade, do diabetes e das doenças cardiovasculares. A HSP70 é um regulador chave da inflamação (atuando como uma molécula anti-inflamatória) e da sensibilidade à insulina. Interessantemente, alguns nutrientes, tais como a glutamina e a alanilglutamina, podem potenciar a expressão de HSP70. Assim, a suplementação de aminoácidos poderia ser uma estratégia útil para aumentar a expressão de HSP70, diminuir a inflamação e melhorar a sensibilidade à insulina. Este trabalho teve como objetivos investigar os efeitos de longo prazo da suplementação com glutamina e alanil-glutamina em camundongos B6129SF2J alimentados com uma dieta rica em lipídeos (HFD), sobre a sensibilidade à insulina, estresse oxidativo, metabolismo e expressão de HSP70, bem como comparar a resposta metabólica de camundongos das linhagens B6129SF2-J e C57BL/6J recebendo HFD. Camundongos B6129SF2-J foram alimentados com uma dieta padrão com baixo teor de gordura (PAD) ou HFD durante 20 semanas. Na 21a semana, camundongos do grupo HFD foram alocados em cinco grupos e receberam suplmentação por 8 semanas adicionais: grupo HFD controle (HFD-Con), grupo HFD + dipeptideo alanil-glutamina (HFD-Dip), grupo HFD + alanina (HFD-Ala), grupo HFD + glutamina (HFD-Gln) e grupo HFD alanina + glutamina (nas suas formas livres) (HFD-Ala + Gln). Em adição, camundongos C57BL/6J foram alimentados com PAD ou HFD durante 16 semanas. A administração de HFD induziu um aumento de peso corporal, gordura corporal total, glicose em jejum e colesterol total em comparação com o grupo PAD. A suplementação de aminoácidos não induziu quaisquer alterações nestes parâmetros. Dados de teste de tolerância à insulina (ITT), indicam resistência à insulina em todos os grupos HFD, no entanto, a suplementação de aminoácidos não melhorou a sensibilidade à insulina. Não houve diferença significativa na expressão das proteínas IR, Akt e TLR4. Notavelmente, a expressão de HSP70 total (HSP72 + Hsp73) no fígado foi acentuadamente maior no grupo HFD-Con em comparação com o grupo PAD. Em conclusão, a suplementação com glutamina e dipeptideo alanil-glutamina não reverteu as alterações metabólicas induzidas por administração prévia de HFD. Aparentemente, ao contrário dos camundongos C57BL/6J, que são geneticamente predispostos para se tornarem obesos e desenvolverem hiperglicemia frente a HFD, camundongos B6129SF2-J são mais resistentes aos efeitos nocivos de HFD, por meio de um mecanismo que pode incluir a adaptação intestinal, por reduzida absorção de nutrientes, incluindo aminoácidos, o que pode explicar parcialmente nossos resultados. / Dietary fat plays a major role in obesity and great intake is linked with the development of health problems, and the chronic presence of saturated fatty acids on the diet can induce a state of low-grade inflammation which is a hallmark in obesity, diabetes and cardiovascular diseases. Heat shock protein 70 is a key regulator of inflammation (by acting as an anti-inflammatory molecule) and insulin sensitivity. Interestingly, some nutrients, such as glutamine and alanyl-glutamine were shown to potentiate the expression of HSP70. Thus, amino acid supplementation may be a useful tool to enhance HSP70 expression, decrease inflammation and improve insulin sensitivity. In this work we aimed to investigate the effects of long term glutamine and alanylglutamine supplementation on High-Fat Diet-Fed B6129SF2-J mice over the insulin sensitivity response and signaling, oxidative stress markers, metabolism and HSP70 expression, and to compare B6129SF2-J and C57BL/6J in terms of high-fat diet (HFD) metabolic response. B6129SF2-J mice were fed in a standard low-fat diet (STA) or a HFD for 20 weeks. On the 21th week, mice from the HFD group were allocated in five groups and supplemented for additional 8 weeks with different amino acids: HFD control group (HFD-Con), HFD + dipeptide l-alanil-l-glutamine group (HFD-Dip), HFD + alanine group (HFD-Ala), HFD + glutamine group (HFD-Gln) and the HFD alanine + glutamine (in their free forms) group (HFD-Ala+Gln). In addiction, C57BL/6J mice were fed in a standard low-fat diet (STA) or a HFD for 16 weeks. HFD induced higher body weight, fat pad, fasted glucose and total cholesterol in comparison with the STA group. Amino acid supplementation did not induce any modifications in these parameters. ITT data indicates insulin resistance in all HFD groups, however, amino acid supplementation did not improve insulin sensitivity. There was no significant difference in protein content of IR, Akt and TLR4 expression. Notably, total HSP70 (HSP72+HSP73) protein contents in liver is markedly increased in HFD-Con group compared with STA group. In conclusion, glutamine and dipeptide alanyl-glutamine supplementation fails to improve metabolic changes induced by prior long term High-Fat Diet. Apparently, unlike the C57BL/6J mice, that are genetically predisposed to become overweight and develop hyperglycemia if raised on a HFD, B6129SF2-J mice are more resistant to the harmful effects of HFD through a mechanism that may include gut adaptation, reducing nutrients absorption, including amino acids, which may explain the lack of improvements in our intervention.

A aterosclerose é uma doença cardiovascular (DCV) que afeta 4 em cada 1.000 pessoas, e é caracterizada por lesões arteriais inflamatórias que evoluem com o desenvolvimento da doença. Está envolvida neste processo uma alta produção de citocinas pró-inflamatórias cuja expressão é mediada pela ativação do fator de transcrição nuclear kappa B (NF-B), responsável por desencadear processos de proliferação celular e migração de células musculares lisas nas regiões de lesões arteriais, contribuindo para o agravamento da doença. Estudos de nosso laboratório mostraram que prostaglandinas ciclopentenônicas (CP-PGs), que são anti-inflamatórias, revertem as lesões ateromatosas em modelos animais, num processo que depende da indução de proteínas de choque térmico - HSP (do inglês Heat Shock Protein) por estas CP-PGs. HSPs impedem a desnaturação de proteínas intracelulares e “desligam” o fator nuclear NF-B, que é um dos principais envolvidos na doença inflamatória vascular da aterosclerose. Por isso, decidimos investigar o efeito direto da expressão de HSPs via choque térmico, no processo inflamatório da aterosclerose, pelo método de “hot tub” realizado semanalmente em camundongos machos nocaute para o receptor de LDL (KO-LDLr), em dieta hiperlipídica e hipercolesterolêmica. Para avaliar estes efeitos os animais foram semanalmente (num período de oito semanas) submetidos a um banho térmico elevando a temperatura corporal para 41,5°C por 15 min. Os resultados demonstraram que, na aorta torácica, o choque térmico aumentou a expressão da HSP70 em cerca de 50% o que foi acompanhado de aumento de 100% na expressão do fator de choque térmico – HSF e dramática queda na ativação do fator NF-kB (75%). Em paralelo, o choque térmico reduziu em mais de 50% a deposição de lípides na parede da aorta e na gordura epididimal e a lipoperoxidação em cerca de 40%. As análises com ultrassonografia Doppler demonstraram que o choque térmico melhorou o fluxo sanguíneo, reduziu a espessura da parede aórtica e melhorou a performance cardíaca. O tratamento também melhorou o status glicêmico (redução de glicemia de jejum e aumento de sensibilidade à insulina) além de reduzir significativamente os valores de colesterol total e LDL, aumentando a proporção de HDL. Os mecanismos envolvidos nestes efeitos benéficos do tratamento com choque térmico encontram-se em estudo em nosso laboratório. / Atherosclerosis is a cardiovascular disease (CVD) that affects four in every 1,000 people, and is characterized by inflammatory arterial lesions which evolve with the development of the disease. It is involved in this process a high production of proinflammatory cytokines whose expression is mediated by the activation of nuclear transcription factor kappa B (NF-B), responsible for triggering the processes of cell proliferation and migration of smooth muscle cells into the arterial lesions, thus contributing to the worsening of the disease. Studies of our laboratory have shown that cyclopentenone prostaglandins (CP-PGs), which are anti-inflammatory, revert atherosclerotic lesions in animal models in a process that depends on the induction of heat shock proteins - HSPs by these CP-PGs. HSPs prevent denaturation of intracellular proteins and "turn off" nuclear factor NF-B, which is a major player involved in the inflammatory vascular disease that accompanies atherosclerosis. Therefore, we decided to investigate the effect of the direct expression of HSPs via heat shock, on the inflammatory process of atherosclerosis, by the "hot tub" method performed weekly in male mice knockout for the LDL receptor (LDLr-KO) under a high fat and hypercholesterolemic diet. To assess these effects, the animals were weekly subjected to a thermal bath (for a period of eight weeks) by raising the body temperature to 41.5 ° C for 15 min. The results demonstrated that in the thoracic aorta, the heat shock increased HSP70 expression approximately 50%, which was accompanied by an increase of 100% in the expression of heat shock factor - HSF and a dramatic decrease in the activation of nuclear factor NF-kB (75%). In parallel, heat shock decreased by more than 50% lipid deposition in the aortic wall and in the epididymal fat, and lipid peroxidation by about 40%. Ultrasound with Doppler analysis showed that heat shock improved blood flow, reduced thickness of the aortic wall and improved cardiac performance. The treatment also improved the glycemic status (reduction of fasting blood glucose and increased insulin sensitivity) and significantly lower levels of total and LDL cholesterol and by increasing the rates of HDL. The mechanisms involved in these beneficial effects of treatment with heat shock are under investigation in our laboratory.

A expressão da HSP70 intracelular está associada a efeitos citoprotetores contra uma variada gama de estímulos estressores, tais como processos inflamatórios, estresse oxidativo, endotoxinas bacterianas, infecções e febre. Este efeito citoprotetor é principalmente atribuído à habilidade de as proteínas de choque térmico estabilizarem estruturas protéicas através de interações reversíveis. A HSP70 foi recentemente detectada no meio extracelular, e sua presença tem sido associada a situações patológicas, nas quais ela exerce efeitos modulatórios sobre células do sistema imunológico. Previamente, nós descrevemos a relação entre os níveis de HSP70 sérica, o estatus oxidante e o desfecho clínico de pacientes sépticos; o grupo de pacientes com maiores níveis pró-oxidantes e maiores níveis de HSP70 sérica também foi aquele que houve maior mortalidade. Afim de investigar a possível associação entre HSP70 oxidada e efeitos citoprotetores ou morte celular, macrófagos da linhagem RAW 264.7 foram incubados com HSP70 e HSP70 oxidada, e a produção de nitrito, proliferação celular, viabilidade celular, produção de espécies reativas de oxigênio, liberação de TNF-α e atividade fagocítica foram avaliadas. Também foram avaliadas as modificações estruturais causadas pela oxidação na HSP70 purificada. Observamos que a oxidação da HSP70 alterou a estrutura da proteína; e que os efeitos modulatórios da HSP70 oxidada sobre a linhagem de macrófagos RAW 264.7 foram diferentes dos efeitos modulatórios da HSP70 nativa. Os macrófagos tratados com HSP70 oxidada apresentaram menor proliferação, maior produção de espécies reativas de oxigênio, menor atividade fagocítica e menor liberação de TNF-α. Estes resultados indicam que a oxidação da HSP70 extracelular modifica suas propriedades sinalizadoras, causando alterações na modulação das funções e da viabilidade dos macrófagos. / Expression of intracellular HSP70 is associated to cytoprotective effects against a wide range extent of stressful stimuli, such as inflammation, oxidative stress, hypoxia, endotoxins, infections and fever. This cytoprotective effect is mainly attributed to their ability to stabilize protein structures through chaperon-like reversible interactions. HSP70 was recently detected in the extracellular medium and its presence in serum is commonly associated with pathological situations, where it exerts modulatory effects on cells of the immune system. Previously, we have described the relationship between serum HSP70 levels, oxidant status and clinical outcome of septic patients; the group of patients with higher pro-oxidant status and higher serum HSP70 had also higher mortality. To investigate the possible association between oxidized HSP70 and cytoprotection or cell death, we incubated RAW 264.7 macrophages with oxidized HSP70 and evaluated nitrite production, cell proliferation, cell viability, reactive oxygen species production, TNF-α release and phagocytic activity. We also evaluated structural modifications caused by oxidation in purified HSP70. Oxidation of HSP70 altered its protein structure; besides, the modulatory effect of oxidized HSP70 on RAW265.7 cells was different from native HSP70. Macrophages treated with oxidized HSP70 presented lower proliferation, higher reactive oxygen species production, lower phagocytic activity and TNF-α release. These results indicate that oxidation of extracellular HSP70 modify its signaling properties, causing alterations on its modulatory effects on macrophage function and viability.

A sepse é um conjunto complexo de interações moleculares e celulares mediado pela estimulação de receptores celulares envolvidos na inflamação. O controle desta rede de sinalização é compensado pela resposta pró- e antiinflamatória do organismo. Os desequilíbrios inflamatórios induzidos alteram o estado fisiológico de diversos órgãos. No cérebro, observam-se diversas modificações que envolvem desde o aumento na permeabilidade da barreira hematoencefálica (BHE), morte de células neurais por apoptose ou necrose, redução do fluxo sanguíneo e aumento do estresse oxidativo, resultando no desenvolvimento do delirium associado à sepse. O delirium associado à sepse é um conjunto de disfunções neurológicas induzidas por uma resposta inflamatória sistêmica. Assim, é possível que diferentes mecanismos compensatórios estejam envolvidos durante a sepse. Este estudo objetivou analisar a influência do modelo de ligação cecal e punção (CLP), na excreção de ligantes do receptor para produtos finais de glicação avançada (RAGE) e as modificações ocasionadas no cérebro pela inflamação sistêmica decorrente da sepse. Nossos resultados demonstraram que os níveis séricos de TNF-α aumentaram após a indução da CLP, confirmando o estado inflamatório dos animais CLP, ocorrendo um aumento nos níveis de proteínas carboniladas, HSP70 e HMGB-1 no soro desses animais, indicando um aumento de estresse oxidativo nesses animais e liberação de proteínas associadas a manutenção e estabilização intracelular. Entretanto, encontramos uma redução no imunoconteúdo de destas proteínas no hipocampo e córtex, possivelmente por aumento nos níveis de necrose/lise celular ou por eliminação durante o período de disrupção da BHE. Assim, concluímos que durante a sepse ocorre uma aumento expressivo nos níveis séricos de proteínas associadas a resposta inflamatória crônica, além de alterações nos níveis destas proteínas relacionadas a proteção intracelular no hipocampo e córtex, que pode ter relação com as alterações observadas em pacientes e modelos animais. / Sepsis is a complex whole of molecular and cellular interactions mediated stimulation of cellular receptors involved in inflammation. The control of this system is compensated by pro and anti-inflammatory response in organism. The imbalance induced inflammatory alters the physiological state of different organs. In the brain, there are various modifications that involve from the increase in permeability of the blood-brain barrier (BBB), neural cell death by apoptosis or necrosis, reduced blood flow and increased oxidative stress, resulting in the development of sepsis-associated delirium. Sepsis-associated delirium is a whole of neurological dysfunctions induced a systemic inflammatory response. Thus, it is possible that different compensatory mechanisms are involved during sepsis. The aim of the study was to analyze the influence of the model cecal ligation and puncture (CLP), in the excretion of agonists for receptor advanced glycation end products (RAGE) and alterations in the brain caused by systemic inflammation caused by sepsis. Our results showed that serum levels of TNF-α increased after the induction of CLP, confirming the inflammatory status of CLP animals, which results in increased levels of carbonylated proteins, HSP70 and HMGB-1 in the serum of these animals, indicating an increase of stress oxidative these animals and release of proteins associated with maintaining and stabilizing intracellular. However, happened a reduction in immunocontent these proteins in the hippocampus and cortex, possibly by increased levels of necrosis/lysis cell or by removal during the period of disruption of the BBB. Therefore, concluded that during sepsis occurs a significant increase in serum proteins associated with chronic inflammatory response and changes in levels of proteins related to intracellular protection in the hippocampus and cortex, which may be related to the changes observed in patients and models animals.

Justificativa: O processo de envelhecimento está associado com o aumento demasiado na produção das espécies reativas de oxigênio (EROS). Dentre as estratégias que as células desenvolveram ao longo da evolução para combater o estresse celular, destacam-se as proteínas de choque térmico (HSP). Em especial, a HSPA1A (HSP72) é importante para recuperação de proteínas danificadas, impedindo a agregação das mesmas no citoplasma. O processo de envelhecimento parece estar associado a um declínio nos níveis das HSPs, resultando na perda do controle da proteostase, atrofia muscular, resistência à insulina e incapacidade de reparo após dano. Já é demonstrado na literatura que o exercício físico aumenta a expressão de HSPA1A, o que, possivelmente, exerce função protetora durante o envelhecimento e reduz a inflamação sistêmica clássica encontrada em idosos. Mais recentemente, tem se verificado que HSPA1A pode ser encontrada tanto dentro quanto fora das células, apresentando funções diferentes. Intracelularmente (iHSP70), apresenta função protetora, anti-inflamatória e anti-apoptótica, enquanto que no meio extracelular (eHSP70) apresenta um importante papel imunológico, com função pró-inflamatória e pró-apoptótica. Objetivos: A presente dissertação esta dividida em três partes distintas, denominados como estudos 1, 2 e 3. No primeiro estudo, o objetivo foi comparar a resposta ao choque térmico (leucócitos expostos a temperatura elevada – 42º C por 2 horas) em diferentes populações: indivíduos de meia-idade, idosos e idosos com diabetes do tipo 2. No segundo estudo, o objetivo foi verificar a influência de um protocolo de treinamento de força na relação da HSPA1A extra e intracelular em leucócitos, do dano oxidativo, das adaptações neuromusculares e morfológicas, em indivíduos de meia-idade Finalmente, no último estudo, serão mostrados dados preliminares da resposta de indivíduos idosos ao mesmo protocolo e parâmetros do estudo dois. Metodologia: No primeiro estudo os voluntários foram divididos em três grupos: Meia Idade (49,36±3,61 anos), Idosos (63,57±3,25 anos) e Idosos Diabéticos (68,9± 7,8 anos; HbA1c 7±0,67 %). Foram realizadas coletas de sangue para posterior indução ao choque térmico e avaliação da eHSP70. Nos estudos dois e três, indivíduos de meia-idade (40-59 anos) e idosos (60-75 anos), respectivamente, foram randomicamente alocados nos grupos Controle ou Treinado. O treinamento durou doze semanas com frequência de três vezes por semana. Cada sessão de treinamento incluía nove exercícios de força tanto para membros inferiores quanto superiores e três exercícios funcionais (subir um lance de escadas, sentar e levantar e subir e descer de uma caixa). Antes e após esse período foram realizadas coletas de sangue para posterior análise da HSPA1A extracelular e intracelular em leucócitos, avaliação de peroxidação lipídica (TBARS), atividade antioxidante (SOD e CAT), nitritos e do perfil lipídico. Foram realizadas avaliações de composição corporal, força e teste de consumo máximo de oxigênio Resultados: A resposta ao choque térmico (avaliada pela capacidade das células em exportar eHSP70 quando submetidas a uma temperatura elevada) parece ser igual entre indivíduos de meia-idade e idosos saudáveis. Curiosamente, em indivíduos idosos e com diabetes, esta resposta parece estar bloqueada, indicando que a resistência à insulina e o diabetes tem um papel dominante na capacidade da resposta ao estresse. Quando indivíduos de meia-idade (estudo 2) foram submetidos ao treinamento de força, os mesmos responderam com ganhos de força, melhora da capacidade funcional e aumentos na massa muscular. No entanto, a resposta ao choque térmico (eHSP70 e iHSP70) não foi modificada pelo treinamento, possivelmente pelo fato de que esta se encontrava normal. Os dados preliminares do estudo 3 mostram que, em idosos saudáveis, ocorreram ganhos de força, melhora da capacidade funcional, redução do tecido adiposo visceral (VAT) e melhora da resposta ao choque térmico após o treinamento, no entanto, considerando o baixo n amostral, essa resposta ainda deve ser confirmada em estudos posteriores Conclusão: A ausência de resposta ao choque térmico em Diabéticos está relacionada com resistência à insulina e inflamação, de modo que o treinamento de força parece ser uma alternativa eficaz para contornar esse quadro. Em relação ao efeito do treinamento, em sujeitos de Meia Idade, ele mostra-se eficaz para reduzir as chances de sarcopenia e dinapenia e possíveis doenças relacionadas ao processo do envelhecimento. Os dados preliminares em idosos saudáveis demonstram que, além de diminuir as chances de sarcopenia e dinapenia, o treinamento parece eficaz para reduzir inflamação sistêmica, visto que houve redução do VAT e aumento da resposta ao choque pós-treinamento. Este projeto é financiado pelo CNPq, Edital Universal (Processo nº 482398/2013-2). / Introduction: The aging process is associated with increase in the production of reactive oxygen species (ROS). Among the strategies that the cells developed during the evolution to counteract the cellular stress, we highlight the heat shock proteins (HSP). In particular, HSPA1A (HSP72) is important for the recovery of damaged proteins, preventing them from aggregating into the cytoplasm. The aging process appears to be associated with a decline in HSP levels, resulting in loss of proteostasis control, muscle atrophy, insulin resistance, and inability to repair after damage. It has been demonstrated in the literature that exercise increases the expression of HSPA1A, which possibly exerts protective function during aging and reduces the classical systemic inflammation found in the elderly. More recently, it has been found that HSPA1A can be found both inside and outside the cells, exhibiting different functions. Intracellularly (iHSP70), it has a protective, anti-inflammatory and anti-apoptotic function, whereas in the extracellular environment (eHSP70) it has an important immunological role, with pro-inflammatory and pro-apoptotic function. Objectives: This dissertation is divided into three distinct parts, called studies 1, 2 and 3. In the first study, the objective was to compare the response to heat shock (leukocytes exposed to high temperature - 42º C for 2 hours) in different populations: middle-aged, elderly and elderly individuals with type 2 diabetes. In the second study, the objective was to verify the influence of a resistance training protocol on the relationship of extra and intracellular HSPA1A in leukocytes, oxidative damage, neuromuscular and morphological adaptations in middle-aged individuals. Finally, in the last study, preliminary data from the response of elderly subjects to the same protocol and parameters of study two will be shown Methods: In the first study the volunteers were divided into three groups: Middle Age (49.36 ± 3.61 years), Elderly (63.57 ± 3.25 years) and Diabetic Elderly (68.9 ± 7.8 years; HbA1c 7 ± 0.67%). Blood samples were collected for further induction of heat shock and evaluation of eHSP70. In studies two and three, individuals of middle age (40-59 years) and elderly (60-75 years), respectively, were randomly assigned to the Control or Trained groups. The training lasted twelve weeks three times a week. Each training session included nine strength exercises for both lower and upper limbs and three functional exercises (climbing a flight of stairs, sitting and getting up and going up and down a box). Blood samples were collected for analysis of extracellular and intracellular HSPA1A in leukocytes, lipid peroxidation (TBARS), antioxidant activity (SOD and CAT), nitrite and lipid profile. Body composition, strength and maximal oxygen consumption tests were performed. Results: The response to heat shock (assessed by the ability of cells to export eHSP70 when submit to elevated temperature) appears to be equal between middle-aged and healthy elderly individuals. Interestingly, in elderly individuals with diabetes, this response appears to be blocked, indicating that insulin resistance and diabetes play a dominant role in the ability to respond to stress. When middle-aged individuals (study 2) underwent strength training, they responded with strength gains, improved functional capacity, and increases in muscle mass. However, the response to heat shock (eHSP70 and iHSP70) was not modified by training, possibly because the response was normal. Preliminary data from study 3 show that, in healthy elderly, strength gains, functional capacity improvement, visceral adipose tissue (VAT) reduction and improved heat shock response after training occurred, however, considering the low n sample , this response has yet to be confirmed in later studies. Conclusion: The lack of response to heat shock in diabetics is related to insulin resistance and inflammation, so resistance training seems to be an effective alternative to circumvent this condition. Regarding the training effect, in middleaged subjects, it is effective in reducing the chances of sarcopenia and dynapenia and possible diseases related to the aging process. Preliminary data in healthy older adults demonstrate that, in addition to decreasing the chances of sarcopenia and dynapenia, training seems effective in reducing systemic inflammation, since there was a reduction in VAT and increased post-training shock response. This project is funded by the CNPq, Edital Universal (Process nº 482398/2013-2).