A redução univalente de oxigênio molecular nas células produz intermediários altamente reativos tais como o íon radical Superóxido (O-•2), o radical hidroxil (HO•) e o peróxido de hidrogênio (H2O2). Níveis muito altos ou baixos de tais espécies representam séria ameaça ao metabolismo celular. Diferentes estados patológicos têm sido relacionados com níveis anormais destas espécies em eritrócitos e plaquetas. A proteção biológica contra efeitos tóxicos associados com níveis excessivos de espécies ativadas de oxigênio, tem sido atribuída a três enzimas principais presentes em eritrócitos e outras células: superóxido dismutase, catalase e glutationa peroxidase. Neste trabalho, foram feitas dosagens dessas enzimas protetoras em eritrócitos de indivíduos portadores de porfiria aguda intermitente. Esta doença caracteriza-se por um defeito na biossíntese de heme e clinicamente manifesta-se por dor abdominal intensa, paralisia e distúrbios neuropsíquicos. Foram encontrados nos pacientes em crise aguda atividades elevadas de superóxido dismutase e de glutationa peroxidase enquanto que a atividade de catalase permaneceu normal. Tais resultados apontam a possibilidade de que as manifestações clínicas de IAP relacionadas com toxicidade por oxigênio. Estejam Comparou-se também a atividade destas três enzimas em eritrócitos de residentes na cidade de são Paulo com o de moradores de Vila Parisi, conhecida pelo seu altíssimo nível de poluiçao atmosférica. Os níveis de superóxido dismutase e de glutationa peroxidase são bem mais elevados (cerca de 1,5 vezes) nos indivíduos residentes em Vila Parisi. A elevação da concentração intracelular destas enzimas pode ser sua resposta ao aumento da taxa de oxidação da oxihemoglobina, a qual é conhecida fonte de íons superóxido. Estes dados demonstram profundas diferenças no metabolismo de 02 entre esses dois grupos e talvez uma possível adaptação metabólica dos moradores de Vila Parisi aos altos níveis de poluição a que estão expostos. / The univalent reduction of molecular oxygen in cells produces very reactive species such as the superoxide anion (O-•2), the hydroxyl radical (HO•) and hydrogen peroxide (H2O2). Abnormally high or low concentrations of such species may represent a serious threat to the cellular metabolism. Indeed, several disorders have been associated with abnormal levels of these species in erythrocytes and platelets.The biological protection against toxic effects due to excessive levels of activated species of molecular oxygen has been attributed mainly to three enzymes occurring in erythrocytes and other cells: superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GSH-Px) and catalase. In the present work, we report the activities of SOD, GSH-Px and catalase in the erythrocytes of patients with intermittent acute porphyria (IAP), an inborn error in the heme biosynthetic pathway. The clinical manifestations of IAP include abdominal pain and neuropsychiatric symptons. In patients undergoing acute attack, we found increased levels of SOD and GSH-Px, while that of catalase remains unchanged. These results point to the possibility that the clinical manifestations of IAP are related to oxygen toxicity. We have also compared the activities of these enzymes in residents of the city of são Paulo (Brazil) and in subjects living in Vila Parisi (Cubatão, SP, Brazil), a village submitted to high levels of atmospheric pollution. The erythrocyte SOD and GSH-Px levels were found to be ca. 1.5 fold higher in residents of Vila Parisi. These high intracellular enzyme concentrations may reflect a biological defense against an increase in the rate of oxyhemoglobin oxidation, known to be a source of superoxide species. Our results point to important differences between the two populations with respect to the metabolism of oxygen and, perhaps, a metabolic adaptation in the residents of Vila Parisi to the dramatically high levels of atmospheric pollution.

A esclerose lateral amiotrófica (ELA) é uma doença neurodegenerativa que afeta os neurônios motores levando a atrofia muscular e morte por insuficiência respiratória. Esta patologia se manifesta de forma esporádica ou familiar, que são indistinguíveis clinicamente. Mutações na enzima antioxidante superóxido dismutase 1 (hSod1) respondem por aproximadamente 20% dos casos familiares de ELA. Além disso, o caráter autossômico dominante destas mutações revela que a hSod1 adquire propriedades tóxicas aos neurônios motores. Atualmente, duas hipóteses não mutuamente excludentes existem para explicar o caráter tóxico das mutantes da hSod1 relacionadas à ELA. A primeira refere-se à produção de oxidantes pela atividade peroxidásica exacerbada das mutantes contribuindo para o estresse oxidativo observado em ELA. A segunda refere-se à agregação de proteínas como ocorre em outras doenças neurodegenerativas. Digno de nota, o radical carbonato produzido na atividade peroxidásica da hSod1 causa a formação de um dímero covalente da proteína análogo a uma espécie de hSod1 frequentemente detectada em modelos experimentais e pacientes da doença e associada à propriedade tóxica das mutantes. Desta forma, o presente trabalho buscou esclarecer o mecanismo de produção do radical carbonato pela hSod1, bem como caracterizar o dímero covalente da proteína para posterior estudo de sua formação em um modelo de ELA em ratos que superexpressam a mutante G93A da hSod1. Os estudos cinéticos da variação do pH sobre os efeitos de bicarbonato/CO2, nitrito e formato na atividade peroxidásica da hSod1, medidos pelo consumo de peróxido de hidrogênio e produção de radical, permitiram excluir o mecanismo de Fenton para explicar o ciclo peroxidativo da enzima em tampão bicarbonato em favor de outros intermediários reativos. Já, os experimentos de 13C RMN, modelagem molecular e cinética de fluxo interrompido com mistura assimétrica demonstraram que o ânion peroxomonocarbonato constitui o precursor do radical carbonato produzido pela hSod1. A caracterização do dímero covalente da hSod1 por proteólise com tripsina seguida de análise por HPLC/UV-vis e HPLC/ESI-MS identificou um peptídeo característico do dímero covalente da hSod1. A digestão enzimática em H2 18O demonstrou de forma inequívoca a natureza dímerica deste peptídeo pela marcação da extremidade C-terminal. Ainda, o sequenciamento do peptídeo dimérico por MS/MS revelou a estrutura primária ESNGPVKVW(ESNGPVKVWGSIK)GSIK, na qual as cadeias polipeptídicas estão ligadas através de um aduto de ditriptofano composto por resíduos Trp32 da proteína. Por fim, este peptídeo dimérico pode ser empregado como marcador bioquímico específico para o estudo do dímero covalente da hSod1 in vivo. A análise do extrato de proteínas das medulas dos ratos modelo de ELA identificou quinze candidatos a dímero covalente da hSod1 por Western-blot, sendo que dois deles foram excluídos por espectrometria de massa, pois tiveram o resíduo Trp32 identificado. O peptídeo ESNGPVKVW(ESNGPVKVWGSIK)GSIK não foi observado, porém as treze espécies restantes permanecem candidatas e deverão ser reexaminadas em trabalhos que darão sequência a esta tese de doutorado. Em suma, o peroxomonocarbonato constitui o intermediário na produção do radical carbonato pela hSod1 e o peptídeo ESNGPVKVW(ESNGPVKVWGSIK)GSIK uma ferramenta importante no estudo da agregação covalente da hSod1 em ELA. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease of motors neurons that causes muscle atrophy, weakness, and death by respiratory failure. This pathology occurs in both sporadic and familiar forms that are clinically indistinguishable. Mutations in the antioxidant enzyme superoxide dismutase 1 (hSod1) respond to about 20% of the familiar cases of ALS. Besides, the autosomal dominant nature of these hSod1-associated ALS suggests that the mutants gain toxic properties to motor neurons. Currently, two hypotheses exist to explain the toxicity of hSod1 mutants but they do not exclude each other. The first one is related to the production of oxidants by the increased peroxidase activity of the ALS-linked mutants that could contribute to the oxidative stress reported in ALS. The second refers to protein aggregation as proposed in other neurodegenerative diseases. Noteworthy, the carbonate radical produced during hSod1 peroxidase activity leads to the formation of a covalent dimer of the protein similar to a hSod1 species often detected in experimental models and patients of the disease and implicated in the toxic properties of hSod1 mutants. Thus, the present work aimed to determine the mechanism of carbonate radical production by hSod1 and to characterize the covalent dimer of the protein in vitro followed by the study of covalent aggregates of hSod1 in a rat model of ALS that overexpresses the G93A mutant of the protein. The kinetic studies of the effect of bicarbonate/CO2, nitrite and formate in the peroxidase activity of hSod1 at various pH, measured by hydrogen peroxide consumption and radical production, permitted to exclude the Fenton mechanism to explain the enzyme peroxidative cycle in bicarbonate buffer in favor of other reactive intermediates. Furthermore, 13C NMR, molecular docking and stopped-flow experiments with asymmetric mixing demonstrated that the anion peroxomonocarbonate is the precursor of the carbonate radical produced by hSod1. The characterization of hSod1 covalent dimer by proteolysis with trypsin followed by HPLC/UV-vis and HPLC/ESI-MS analysis identified a peptide characteristic of the covalent dimer of the protein. The enzymatic digestion in H2 18 O irrefutably demonstrated the dimeric nature of this peptide because of the C-terminal labeling with oxygen-18 isotopes. In addition, sequencing of the dimeric peptide by MS/MS determined the primary structure ESNGPVKVW(ESNGPVKVWGSIK)GSIK, in which the polipeptide chains are crosslinked through a ditryptophan adduct formed by a covalent bond between the Trp32 residues of each subunit. So, this dimeric peptide can be employed as a biochemical marker for studying the hSod1 covalent dimer in vivo. The analysis of protein extracts from the spinal cord of the rat model of ALS by Western-blot identified fifteen candidates to hSod1 covalent dimer, but two of them were excluded by mass spectrometry analysis that identified unmodified Trp32 residues. Moreover, neither the dimeric peptide nor the Trp32 residue were observed in the remaining species. Therefore, these thirteen candidates must be reexamined in subsequent studies. In conclusion, the anion peroxomonocarbonate is the key intermediate in the production of the carbonate radical by hSod1 and the dimeric peptide constitutes a specific tool to study hSod1 covalent aggregation in ALS

O relaxamento vascular induzido pelo óxido nítrico (NO) está prejudicado em aorta de ratos hipertensos renais (2R-1C). A nossa hipótese é de que o menor efeito do NO na aorta de ratos 2R-1C pode estar relacionada com a maior degradação do NO e/ou modificação das cavéolas no músculo liso vascular (MLV), considerando que o NO pode ser degradado rapidamente e que as cavéolas parecem ser importantes para a redução da concentração citosólica de Ca2+ ([Ca2+]c). O presente trabalho teve por objetivo estudar as alterações nos mecanismos vasodilatadores do NO em aorta de ratos hipertensos renais 2R-1C. Inicialmente, estudamos a influência do estresse oxidativo sobre o efeito do NO liberado dos doadores [Ru(NH.NHq)(terpy)NO+]3+ (TERPY) e nitroprussiato de sódio (NPS) em aorta de ratos normotensos (2R) e 2R-1C. Verificamos que o relaxamento foi menor na aorta dos ratos 2R-1C do que de 2R para o TERPY e NPS e que nas células do MLV da aorta de 2R-1C o efeito do TERPY em reduzir a [Ca2+]c também foi menor. Porém, o tratamento das aortas de ratos 2R-1C com antioxidante normalizou o relaxamento para ambos doadores e o efeito do TERPY sobre a [Ca2+]c. A concentração basal de superóxido (O2-) nas aortas dos ratos 2R-1C é maior do que em 2R e foi reduzida pelos antioxidantes. A concentração de NO basal e liberada do TERPY é menor em aortas de ratos 2R-1C. Estudamos a influência das cavéolas sobre o efeito do TERPY e NPS, em aorta de ratos 2R e 2R-1C. Somente em aortas de ratos 2R, a desorganização das cavéolas com ciclodextrina inibiu o relaxamento dos doadores de NO utilizados e a redução da [Ca2+]c para o TERPY. O número de cavéolas é menor tanto nas células do MLV como nas células endoteliais da aorta de ratos 2R-1C. Estudamos ainda o efeito do TERPY sobre a pressão arterial de ratos 2R e 2R-1C acordados. O TERPY possui efeito hipotensor somente nos ratos 2R-1C e este efeito foi mais prolongado do que o efeito hipotensor com NPS. O NPS teve efeito hipotensor tanto em ratos 2R como 2R-1C, porém este efeito foi maior em 2R-1C. Os resultados obtidos neste estudo indicam que a elevada concentração de O2- e o menor número de cavéolas encontrados na aorta dos ratos 2R-1C, devem contribuir de forma importante para o menor relaxamento da aorta de ratos 2R-1C. / The vascular relaxation induced by nitric oxide (NO) donors is impaired in aortas from renal hypertensive rats (2K-1C). Our hypothesis was that the lower NO effect in aortas from 2K-1C rats could be related with the higher degradation of NO and/or caveolae changes in vascular smooth muscle cells (VSMCs), considering that NO can be rapidly degraded and caveolae seems to play important role in the reduction of cytosolic Ca2+ concentration [Ca2+]c. The present study aimed to investigate the alterations on aorta relaxation induced by NO in 2K-1C rat aorta. At first, we studied the influence of oxidative stress on the effect of NO released from the NO donors [Ru(NH.NHq)(terpy)NO+]3+ (TERPY) and sodium nitroprusside (SNP) in aortas from normotensive (2K) and 2K-1C rats. The relaxation induced by both NO donors was impaired in aortas from 2K-1C rats and the reduction on [Ca2+]c induced by TERPY was also impaired in 2K-1C VSMCs. However, in aortas treated with antioxidants the relaxation to both NO donors and the reduction on [Ca2+]c to TERPY were normalized. The basal concentration of superoxide (O2-) was greater in 2K-1C than in 2K, which was reduced by the antioxidants. The basal cytosolic NO concentration ([NO]c) and the NO released from TERPY were lower in aortas from 2K-1C rats. We studied the influence of caveolae on the effects of NO released from the NO donors, in aortas from 2K and 2K-1C rats. We verified that caveolae disassemble with ciclodextrin impaired the relaxation to NO donors and the reduction on [Ca2+]c to TERPY only in aortas from 2K rats. The number of caveolae is reduced in aortic VSMCs and in the endothelial cells from 2K-1C rats. We studied the effect of TERPY on arterial pressure from 2K and 2K-1C rats. TERPY reduced the arterial pressure only in 2K-1C rats, which effect was longer than that produced by SNP. The hypotensive effect of SNP was greater in 2K-1C than in 2K rats. Taken together, our results indicate that the higher concentration of O2- and the reduced number of caveolae on aortas from 2K-1C rats could contribute to impaired aorta relaxation of 2K-1C rats.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-20T19:32:21Z No. of bitstreams: 1 virginiafernandesbraga.pdf: 2075207 bytes, checksum: 720e5dba0516d172aec1843372dcecc2 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-22T15:25:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 virginiafernandesbraga.pdf: 2075207 bytes, checksum: 720e5dba0516d172aec1843372dcecc2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-22T15:25:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 virginiafernandesbraga.pdf: 2075207 bytes, checksum: 720e5dba0516d172aec1843372dcecc2 (MD5) Previous issue date: 2011-04-20 / Pitcairnia albiflos Herb. (Bromeliaceae) atualmente se encontra na lista de espécies ameaçadas de extinção. Essa espécie é endêmica dos afloramentos rochosos do município do Rio de Janeiro, RJ, e vem sofrendo com o pisoteio de alpinistas, queimadas, invasão de gramíneas exóticas e extrativismo vegetal. A micropropagação pode ser utilizada como alternativa às condições de risco em que as populações dessa espécie se encontram submetidas, visando à recomposição de populações ameaçadas em ambiente natural, assim como o abastecimento do mercado consumidor. A etapa final da micropropagação é a aclimatização, período em que as plantas ficam mais susceptíveis e sofrem com o estresse oxidativo devido às mudanças nas condições ambientais. No presente trabalho foram avaliadas as atividades enzimáticas antioxidativas da CAT, SOD, POD, PPO e o conteúdo de prolina, além dos teores de pigmentos fotossintéticos em plantas de Pitcairnia albiflos cultivados in vitro, em meios de cultura contendo duas concentrações de sacarose (15 ou 30 g L-1), tampas não vedadas que permitiam trocas gasosas e frascos vedados com tampas e filme plástico de PVC, que impediam a ventilação. Sob essas condições, as plantas foram cultivadas em meios contendo GA3 ou ANA. Após o período de crescimento in vitro, as plantas foram transferidas para condições ex vitro em casa de vegetação. As análises supra-citadas e a determinação dos teores de carboidratos solúveis totais, sacarose, amido, açúcares redutores, conteúdo relativo de água e suculência também foram realizadas nas plantas previamente cultivadas in vitro com 15 ou 30 g L-1 de sacarose e GA3 em tubos com tampas vedadas, após submissão das mesmas a estresse hídrico durante 24, 38 ou 52 dias. Após o período de estresse hídrico, as plantas foram reidratadas durante 34 dias sob irrigação periódica em casa de vegetação. Nos tecidos cultivados in vitro percebeu-se o surgimento de características de hiperidricidade nas plantas cultivadas com 15 g L-1 de sacarose, GA3 e tubos com tampas vedadas, o que foi evidenciado pelo menor acúmulo de prolina, aumento das atividades das enzimas antioxidantes e menor acúmulo de pigmentos fotossintetizantes. Na condição ex vitro, as plantas cultivadas anteriormente em meio de cultura contendo 15 g L-1 de sacarose apresentaram maior atividade das enzimas antioxidantes não havendo, em alguns casos, diferenças significativas em comparação com a concentração mais elevada de sacarose. Nessa condição o acúmulo de prolina foi menor, o que é indicativo de maior estresse oxidativo nessas plantas durante a aclimatização. Durante o estresse hídrico houve queda na atividade de todas as enzimas estudadas, embora essa queda tenha sido mais acentuada para as plantas que inicialmente foram cultivadas com 15 g L-1 de vi sacarose. O acúmulo de prolina aumentou com o prolongamento do estresse hídrico, sendo maior nas plantas que foram cultivadas in vitro com 30 g L-1 de sacarose. Não houve diferenças significativas no conteúdo de pigmentos fotossintetizantes e nas suas relações para nenhuma das concentrações de sacarose, exceto para os carotenóides totais, que apresentaram aumento significativo ao longo do período de estresse hídrico para as plantas previamente cultivadas com a menor concentração de sacarose. Os conteúdos de carboidratos solúveis totais e sacarose aumentaram com o prolongamento do estresse, sendo mais acentuados na concentração de 30 g L-1 de sacarose. Os conteúdos de amido, o conteúdo relativo de água e a suculência apresentaram redução com o aumento do estresse hídrico. Após a reidratação, todas as plantas mostraram capacidade de recuperação, apresentando valores próximos aos dos controles para todas as variáveis analisadas. Ressalta-se, todavia, que as plantas tratadas com 30 g L-1 de sacarose tiveram melhor recuperação quando comparadas com aquelas que foram tratadas com 15 g L-1 de sacarose. Em função dos resultados obtidos, é possível concluir que a concentração de sacarose utilizada in vitro apresenta influência no processo de aclimatização ex vitro e também, posteriormente, no campo, na capacidade de recuperação das plantas à seca quando elas são submetidas a estresse hídrico. As plantas cultivadas in vitro com 15 g L-1 de sacarose se mostraram mais sensíveis à seca e, possivelmente, não sobreviveriam caso fossem transferidas dos tubos de ensaio diretamente para o campo. As plantas cultivadas in vitro com 30 g L-1 de sacarose aparentemente eram mais resistentes ao processo de aclimatização ex vitro, apresentando maiores chances de sobrevivência em campo, maior tolerância à seca e maior capacidade de recuperação após períodos prolongados de estresse hídrico. / Pitcairnia albiflos Herb. (Bromeliaceae) is currently in the list of endangered species. This species is endemic of the inselbergs of the city of Rio de Janeiro, RJ, and has been suffering with the mountaineer’s trampling, wildfires, invasion of exotic grasses and plant extraction. The micropropagation can be used as an alternative to the risk conditions under which populations of this species are submitted, aiming at the recomposition of endangered populations in the natural environment, as well as the supply of the consumer market. The final stage of the micropropagation is the acclimatization, period in which the plants become more susceptible and suffer from oxidative stress due to the changes in the environmental conditions. In the present study it were evaluated the antioxidative enzymatic activities of CAT, SOD, POD, PPO and proline content, besides the levels of photosynthetic pigments in plants of Pitcairnia albiflos grown in vitro in culture mediums containing two sucrose concentrations (15 or 30 g L-1). Part was covered with unsealed lids that allowed gas exchanges and part was kept in sealed flasks with lids and PVC plastic film, that didn’t allow the ventilation. Under these conditions, the plants were cultivated in culture mediums containing GA3 or NAA. After the in vitro growth period, the plants were transferred to ex vitro conditions at a greenhouse. The above mentioned analyses and the determination of total soluble carbohydrate levels, sucrose, starch, reducer sugars, relative water content and succulence were also performed on the plants previously grown in vitro with 15 or 30 g L-1 of sucrose and GA3 in tubes with sealed lids, after the submission of these to water stress during 24, 38 or 52 days. After the water stress period, the plants were rehydrated for 34 days under regular irrigation at the greenhouse. In the in vitro cultivated tissues it was noted the emergence of hyperhydricity characteristics in the plants grown with 15 g L-1 of sucrose, GA3 and tubes with sealed lids, which was evidenced by the lowest proline accumulation, the increased in the antioxidative enzymatic activities and the lowest accumulation of photosynthetic pigments. In the ex vitro condition, the plants previously grown in culture mediums containing 15 g L-1 of sucrose presented larger antioxidative enzymatic activities, which did not show, in some cases, significant differences compared with the largest concentration of sucrose. In this condition, the proline accumulation was lower, which is an indicative of larger oxidative stress in these plants during acclimatization. During the water stress, there was a fall in the activity of all studied enzymes, although that fall had been more evident in the plants that were initially cultivated with 15 g L-1 of sucrose. The proline accumulation increased with the extension of the water stress, being larger in the plants grown in vitro with 30 g L-1 of sucrose. There were no viii significant differences in the content of photosynthetic pigments and in their relation with any sucrose concentrations, except for total carotenoids, which significantly increased over the period of water stress for the plants previously grown with the lowest concentration of sucrose. The contents of total soluble carbohydrates and sucrose increased with the extension of the stress, being more accentuated in the 30 g L-1 of sucrose concentration. The contents of starch, the relative content of water and succulence presented a reduction with the increase of water stress. After the rehydration, all plants showed recovery capacity, presenting values close to those from the control groups for all the analyzed variables. It should be noted, however, that the plants treated with 30 g L-1 of sucrose had better recovery compared with those that were treated with 15 g L-1 of sucrose. According to the obtained results, it is possible to conclude that the concentration of sucrose used in vitro presents influence on the process of ex vitro acclimatization and also, later in the field, in the recovery capacity of the plants to drought when they are submitted to water stress. The plants grown in vitro with 15 g L-1 of sucrose were more sensitive to drought and, possibly, would not survive if they were transferred from the test tubes directly to the field. The plants grown in vitro with 30 g L-1 of sucrose were apparently more resistant to the ex vitro acclimatization process, presenting greater survival chances in the field, larger drought tolerance and larger recovery capacity after extended periods of water stress.

Orientadora: Profa. Dra. Giselle Cerchiaro / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biossistemas, Santo André, 2018. / Em doencas neurodegenerativas amiloidais o estresse oxidativo tem um papel importante juntamente com a proteina ¿À-amiloide (A¿À), associada a formacao de placas senis na Doenca de Alzheimer. Tais condicoes demonstraram desbalanco de metais, como cobre e zinco, tanto na concentracao celular e quanto nos processos antioxidantes. A Cu,Zn-Superoxido Dismutase (SOD1), em condicoes neurodegenerativas, pode demonstrar alteracoes estruturais e funcionais, tendo menor afinidade pelo cobre e pelo zinco. Diante destas condicoes, o objetivo principal desta tese foi em condicoes oxidativa (H2O2) e neurodegenerativa (A¿À1-42) avaliar os danos a biomoleculas, concentracao metais e a influencia da enzima SOD1 em linhagens de celulas neuronais (NSC-34 e mHippoE2). Diferentes respostas quanto a sensibilidade das linhagens neuronais foi observada durante as condicoes oxidativas e neurodegenerativa. Quanto os danos ao DNA a linhagem NSC-34 demonstrou maior sensibilidade a condicao oxidativa, com aumento de danos ao DNA, lesoes oxidativas em bases nitrogenadas que indicaram a presenca de lesoes tipo 8-oxo-G, corroborando com anormalidades nucleares e inibicao do processo de divisao celular. Nesta mesma linhagem quantidades aumentadas de Cu foram observadas, juntamente com a presenca da enzima SOD1 a nivel citoplasmatico e nuclear na condicao oxidativa (H2O2), alem de resultados significantes para danos permanentes ao DNA (anormalidades nucleares e quebras cromossomicas). A linhagem mHippoE2 apresentou aumentos significativos mediante a condicao oxidativa e neurodegenerativa, como oxidacao de proteinas e lipidios, demonstrando tambem alteracoes morfologicas citoplasmaticas. O tratamento com A¿À1-42 demonstrou aumento de danos ao DNA, lesoes oxidativas 8-oxo-G e tambem em bases purinicas. Podemos observar nesta mesma linhagem a forte influencia do Zn na condicao neurodegenerativa, atividade da SOD1 em ambas condicoes e tambem danos permanentes ao DNA mediante condicao neurodegenerativa. Dentre os resultados obtidos salientamos a relevancia dos achados na condicao neurodegenerativa ocasionada pelo peptideo A¿À1-42 nos ensaios para avaliacao genotoxica e mutagenica. Tal condicao demonstrou a presenca de danos importantes a bases nitrogenadas, tanto purinicas quando pirimidinicas, apontando tambem para possiveis efeitos mutagenicos detectados pelos eventos de quebras cromossomicas associados as anormalidades nucleares, bem como a presenca da enzima SOD1 no nucleo das celulas. / In neurodegenerative diseases, oxidative stress plays an important role associated with â-amyloid protein (Aâ), associated with the formation of amyloid plaques in Alzheimer's Disease (AD). In AD condition it has been demonstrated an imbalance of essential metals, such as copper and zinc, their cellular concentration and antioxidant processes alterations. The antioxidant enzyme Cu, Zn-Superoxide Dismutase (SOD1), under neurodegenerative conditions has structural and functional changes, such as lower affinity for copper and zinc. According to these conditions, the main objective of this thesis was to investigate how the oxidative (H2O2) and neurodegenerative (Aâ1-42) conditions cause biomolecules damage, metal alteration and SOD1 location in neuronal cell lines (NSC-34 and mHippoE2). Different responses in neuronal cell lines were observed during the conditions evaluated. For DNA damage, the NSC-34 cells demonstrated greater sensitivity to the oxidative condition, with increased DNA damage, oxidative lesions on nitrogenized bases indicating the presence of 8-oxo-G type lesions. In this same cell line we observed an increase of Cu amount, together with the presence of the SOD1 enzyme at the cytoplasmic and nuclear level in the oxidative condition (H2O2). The mHippoE2 cell line presented increased protein oxidation through the oxidative and neurodegenerative condition. Treatment with Aâ1-42 demonstrated increased DNA damage in this cell, 8-oxo-G oxidative lesions and also purine bases. We observed, in this same cell line, the strong influence of Zn on the neurodegenerative condition, SOD1 activity in both conditions and it was observed permanent damages to DNA in the neurodegenerative condition. Among the results, we highlight the relevance of the findings in the neurodegenerative condition caused by the Aâ1-42 peptide in the genotoxic and mutagenic evaluation trials. This condition demonstrated the presence of important damages to nitrogenated bases, both purine and pyrimidine, also pointing to possible mutagenic effects detected by the events of chromosomal breaks associated with nuclear abnormalities, as well as the translocation of the SOD1 enzyme to nuclei.

Cerca de 20 % dos casos familiares de esclerose lateral amiotrófica (ELAf) são causados por mutações na enzima Cu,Zn-superóxido dismutase (SOD1). Inicialmente se supôs que as enzimas mutantes teriam a atividade SOD comprometida, entretanto isto não foi comprovado. Atualmente, considera-se que as enzimas mutantes adquiram propriedades tóxicas. Quais seriam estas propriedades e como levariam à degeneração do neurônio motor são questões ainda não respondidas. Neste trabalho, comparamos neuroblastomas humanos transfectados com SOD1 G93A associada à ELAf (SH-SY5YG93A), e SOD1 selvagem (SH-SY5YWT) com células parentais (SH-SY5Y) em relação ao crescimento, viabilidade, produção basal de oxidantes, atividades SOD e peroxidásica e modificações estruturais da SOD. As células transfectadas apresentaram aumento na taxa de crescimento e na produção basal de oxidantes. As células SH-SY5YWT e SH-SY5YG93A mantiveram a expressão de SOD1 e atividade consistente com o aumento esperado de duas vezes, em estágios iniciais de cultura. A atividade peroxidásica do homogenato da célula SH-SY5YG93A foi maior. Após quatro semanas, a linhagem SH-SY5YG93A manteve a expressão de SOD1, mas as atividades dismutásica e peroxidásica diminuíram. A expressão de SOD1 aumentou a proporção de formas alteradas de SOD1, como enzima reduzida, multímeros formados por ponte dissulfeto e formas insolúveis em detergente, particularmente na linhagem SH-SY5YG93A. Entre estas formas insolúveis, identificamos um dímero covalente de SOD. Estas formas alteradas provavelmente são responsáveis pela ativação do proteassomo e estresse do retículo endoplasmático, verificados nas células transfectadas. Concluindo, a superexpressão da SOD1 foi suficiente para elevar as formas imaturas e oligomerizadas de SOD1 e a oxidação basal, e a mutação G93A ressaltou estes processos. / Some familial ALS (fALS) are caused by mutations in the Cu,Zn-superoxide dismutase enzyme (SOD1). It was thought that the mutated enzymes would have impaired SOD activity, but this has not been corroborated so far. Presently, it is more accepted that the mutated enzymes acquire a new toxic function. What this new toxic function is and how it relates to the degeneration of motor neurons remains debatable. Here, we compared human neuroblastoma cells transfected with fALS mutant G93A (SH-SY5YG93A) or wild-type SOD1 (SH-SY5YWT) with parent cells (SH-SY5Y) in regard to growth, viability, basal oxidant production, SOD and peroxidase activities, and SOD forms. Transfected cells presented increased growth rate and basal oxidant production. SH-SY5YWT and SH-SY5YG93A cells in early culture stage showed SOD expression and activity consistent with the expected two-fold increase; SH-SY5YWT homogenates showed increased peroxidase activity. After four weeks, SH-SY5YG93A maintained SOD1 expression levels but peroxidase and dismutase activities were lower. SOD1 expression increased the levels of altered SOD1 forms such as the reduced enzyme, disulfide multimers and detergent-insoluble forms, particularly in SH-SY5YG93A cells. Among the insoluble forms a covalent SOD dimer was identified. These altered SOD forms are probably responsible for proteasome activation and endoplasmatic reticulum stress response verified in transfected cells. In conclusion, SOD1 over-expression was sufficient to increase intracellular immature and oligomerized SOD1 forms and basal oxidation and the G93A mutation enhanced these processes.

El objetivo de la presente tesis doctoral ha sido estudiar comparativamente los efectos de dietas liquidas control, de composición definida, conteniendo aceite de oliva o, de maíz como fuente lipídica, respectivamente de ácidos grasos monoinsaturados y poliinsaturados, sobre el metabolismo oxidativo de ratas. La presencia de dobles enlaces en la molécula de un ácido graso constituyen puntos vulnerables a las reacciones de oxidación generando los peróxidos lipídicos, compuestos potencialmente tóxicos que pueden producir graves daños celulares (alteración de la permeabilidad celular, alteración de las prostaglandinas, etc.). Frente a este daño oxidativo, los organismos aeróbicos cuentan con mecanismos de defensa intracelulares, sistemas antioxidantes tanto enzimáticos como no enzimáticos. Entre los antioxidantes destaca el alfa-tocoferol como antioxidante lipofílico mayoritario. En nuestro estudio también hemos considerado las posibles interacciones de los productos de la peroxidación lipídica con el DNA en hígado de ratas, a través de la inducción de la 8-oxo-2' deoxiguanosina, un marcador del daño oxidativo del DNA. Se observó que la actividad de las enzimas antioxidantes superoxido dismutasa (SOD), catalasa (CAT), glutatión peroxidasa (GPX), aumentaban en el hígado y en la grasa blanca de las ratas control alimentadas con aceite de oliva al comparar con los grupos control maíz. Sin embargo, en la grasa parda y en las células sanguíneas las actividades enzimáticas presentaban una tendencia a disminuir en los grupos control alimentados con aceite de oliva. Cuando se estudiaron los niveles del glutatión reducido (GSH) se observó que, tanto en el hígado como en las células sanguíneas de las ratas control alimentadas con aceite de maíz, los niveles de este tripéptido se habían reducido. Sin embargo, en los hepatocitos de las mismas ratas estos niveles habían aumentado. Esto pone de manifiesto el efecto protector de la vitamina E como antioxidante. Se obse / Drehmer Rieger, E. (2007). Estudio comparativo de aceite de oliva y maíz sobre el metabolismo oxidativo de rata [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4181

Elevada disponibilidade de bário (Ba) no meio de cultivo pode resultar em severa toxidez nas plantas. A toxidez causada pelo metal pesado nas plantas pode ser amenizada pelo fornecimento de nutrientes, particularmente o enxofre (S). Objetivou-se avaliar os parâmetros produtivos, sintomas visuais, estado nutricional, índice SPAD, indicadores de estresse (malondialdeído, peróxido de hidrogênio e prolina) e a atividade de enzimas do sistema antioxidante (glutationa redutase, superóxido dismutase, catalase, ascorbato peroxidase e guaiacol peroxidase) do capim tanzânia (Panicum maximum Jacq. cv. Tanzânia) cultivado com combinações de doses de S e de Ba na solução nutritiva, em casa de vegetação, em dois ciclos de crescimento das plantas. As plantas foram submetidas às combinações de cinco doses de S (0,1; 1,0; 1,9; 2,8 e 3,7 mmol L-1) com cinco doses de Ba (0,0; 2,5; 5,0; 10,0 e 20,0 mmol L-1), utilizando esquema fatorial fracionado (52), em blocos ao acaso, com seis repetições e seis plantas por unidade experimental. Os parâmetros produtivos e o estado nutricional das plantas foram severamente afetados pelas combinações de S e Ba em ambos os ciclos de crescimento. O aumento na dose de Ba na solução nutritiva prejudicou acentuadamente o crescimento e o estado nutricional das plantas, principalmente na área foliar, e nos nutrientes potássio e magnésio, enquanto o aumento da dose de S amenizou o efeito tóxico do metal. Maiores concentrações de malondialdeído foram observadas nas plantas que apresentaram maior acúmulo do metal pesado. As atividades das enzimas glutationa redutase, catalase e ascorbato peroxidase foram mais altas nas plantas cultivadas com baixo fornecimento de S, enquanto a atividade da guaiacol peroxidase foi aumentada com incremento das doses de Ba e de S. / High barium (Ba) availability in growth medium can cause severe toxicity in plants. Nutrient supply may mitigate heavy metal phytotoxicity, especially the sulphur (S) supply. The study was carried out to evaluate the plant growth, visual symptoms, nutritional status, indicators of stress (malondialdehyde, hydrogen peroxide and proline) and activities of the antioxidant enzymes (glutathione reductase, superoxide dismutase, catalase, ascorbate peroxidase and guaiacol peroxidase) in Tanzania guineagrass (Panicum maximum Jacq. cv. Tanzania) grown with combinations of S rates and Ba rates in nutrient solution, in a greenhouse, for two growth periods. Plants received nutrient solutions where combinations of five S rates (0.1, 1.0, 1.9, 2.8 and 3.7 mmol L-1) with five Ba rates (0.0, 2.5, 5.0, 10.0 and 20.0 mmol L-1) were used in a fractionated factorial (52), in randomized block design, with six replications and six plants per experimental unit. Plant production and nutritional status were highly affected by combinations of S and Ba rates, in both growth periods. Increase on Ba rates impaired growth, mainly on leaf area production. Barium rates impaired nutritional status, mainly on potassium and calcium, while increasing on S rates alleviated Ba toxic effects. High concentrations of malondialdehyde was observed in plants with increase of Ba application. The activities of catalase and ascorbate peroxidase were high in plants grown with low S availability, while guaiacol peroxidase activity was enhanced by increasing Ba and S rates in the nutrient solution.

Para otimizar um modelo experimental para o estudo do desbalanço redox em porfirias relacionadas ao acúmulo de ácido 5-aminolevulínico-(ALA), via inibição da ALA desidratase-(ALA-D), ratos foram tratados com o éster metílico de succinilacetona-(SAME), um catabólito da tirosina que inibe fortemente a ALA-O, mimetízando o estado metabólico observado nos portadores de portirias e tirosinemias. Estabeleceram-se modelos de tratamento agudo por 36 e 18 h. No primeiro, os animais receberam 3 injeções de SAME (10, 40 ou 80 mg/kg, grupos Ali-IV). No segundo, os animais receberam 3 injeções de 40 mg/kg de SAME, ALA ou éster metílico de ALA (grupos BII-IV), ALA:SAME (30: 10 mg/kg, grupo BV), ou 10 mg/kg SAME (grupo BVI). Paralelamente, avaliou-se se os sintomas neurológicos característicos das portirias decorriam de danos oxidativos mitocondriais. Para isso, aplicou-se uma tecnologia óptica para medidas da difusão da depressão cortical que determinou a oxigenação e o estado redox do cit c em mitocôndrias do córtex cerebral de ratos submetidos ao tratamento crônico com ALA (40 mg/kg), SAME (10 e 40 mg/kg) e ALA:SAME (30: 1O mg/kg), a cada 48 h, durante 30 dias. Tratamento agudo/36 h: Os níveis de ALA no plasma, fígado, cérebro e urina e o clearance renal do ALA aumentaram nos grupos tratados. A atividade de ALA-D e a coproporfirina urinária reduziram. A marcação para proteínas carboniladas, ferro e ferritina aumentou no fígado e cérebro dos grupos tratados, especialmente no All. Os níveis de malondialdeído hepático aumentaram no grupo AIV. A razão GSH/GSH+GSSG e a atividade de GPx cerebrais aumentaram nos grupos AIV e AIII, respectivamente. Consistentemente com estes dados indicando um desbalanço oxidativo induzido pelo SAME, alterações mitocondriais e citosólicas ultraestruturais foram reveladas, especialmente no fígado. Tratamento agudo/18 h: Os níveis de ALA plasmáticos aumentaram nos grupos tratados, exceto em BIV. O grupo BII mostrou aumento dos níveis hepáticos de ALA. Interessantemente, a inibição da atividade de ALA-D não foi evidenciada. O conteúdo de ferro plasmático aumentou no grupo BII. Para os grupos tratados com 10 e 40 mg SAME/kg, a atividade de SOD hepática reduziu ~50% com a extensão do tratamento de 18 para 36 h, sugerindo que este último é mais efetivo em promover danos oxidativos induzidos pelo ALA. Tratamento crônico/30 dias: Embora nenhuma alteração tenha sido evidenciada no estado redox dos animais tratados, o tratamento com ALA reduziu o fluxo sanguíneo cerebral (CBF) e o consumo de oxigênio-(CMRO2), sugerindo uma vasoconstrição mediada pelo ALA, efeito este confirmado por ensaios de reatividade vascular conduzidos em anéis de aorta de ratos incubados com ALA. O tratamento com ALA:SAME restaurou os níveis de CBF e CMRO2. Interessantemente, a disponibilidade do radical superóxido-(O2•-) estava reduzida nos anéis de aorta incubados com ALA. Juntos, estes dados: a)validam o modelo de tratamento agudo/36 h para o estudo bioquímico e dos possíveis efeitos fisiológicos induzidos pelo ALA, e b)sugerem que as alterações mediadas pelo ALA exógeno levam à vasoconstrição. / To optimize an experimental model for studying redox imbalance in porphyrias related to 5-aminolevulinic acid (ALA) accumulation through the inhibition of ALA dehydratase (ALA-D), rats were treated with methyl ester of succinylacetone (SAME), a tyrosine catabolite that strongly inhibits ALA-D, what mimics the metabolic state observed in patients suffering from porphyrías and tyrosinemias. Models of acute treatment were established during 36 and 18 h. In the first model, animals received 3 injections of SAME (10, 40 or 80 mg/kg, groups Ali-IV). In the second model, animals received 3 injections of 40 mg/kg SAME, ALA or methyl ester of ALA (groups BII-IV), ALA:SAME (30:10 mg/kg, group BV), or 10 mg/kg SAME (group BVI). Concomitantly, we evaluated if the neurologic symptoms characteristics of porphyrias were a consequence of the oxidative mitochondrial impairment. For this, an optical technology for the measurement of cortical spreading depression was applied. This techonology determined the cerebral oxygenation and the redox state of cit c in mitochondria of the cerebral cortex of rats submitted to a chronic treatment with ALA (40 mg/kg), SAME (10 and 40 mg/kg) and ALASAME (30:10 mg/kg), alternate days, during 30 days. Acute treatment/36 h: ALA levels in plasma, liver and urine and clearance of renal ALA increased in treated groups. ALA-D activities and urinary coproporphyrin were found to be decreased. Liver and brain proteins carbonyl, iron and ferritin were higher in the liver of treated groups, especially in All. Liver malondialdehyde levels were higher in group AIV. Cerebral GSH/GSH+GSSG ratio and GPx activities increased in groups AIV and AIII, respectively. Consistently with these data indicating SAME-induced oxidative imbalance, mitochondrial and cytosolic ultrastructural changes were revealed, especially in the liver. Acute treatment/18 h: Plasma ALA levels increased in all treated groups but BIV. Group BII showed increased hepatic ALA levels. Interestingly, inhibition in ALA-D activities was not evidenced. Plasma iron content increased in group BII. For the groups treated with 10 and 40 mg SAME/kg, liver SOD activities reduced ~50% by extending the treatment from 18 to 36 h, suggesting that the latter is more effective in ALA-induced oxidative damage. Chronic treatment /30 days: Despite no changes in the redox state of treated animals were observed, the treatment with ALA reduced the cerebral blood flow (CBF) and the consumption of oxygen (CMRO2), suggesting a vasoconstriction mediated by ALA. This effetc was confirmed by vascular reactivity assay performed in aortic rings of rats incubated with ALA. The treatment with ALA:SAME recovered the CBF and CMRO2 levels. Interestingly, the availability of superoxide radical (O2•-) was reduced in the aortic rings incubated with ALA. Altogether, these data a) validate the model of acute treatment/36 h for studying biochemical and possibly physiological effects induced by ALA, and b)suggest that the changes mediated by exogenous ALA lead to vasoconstriction.

Elevada disponibilidade de bário (Ba) no meio de cultivo pode resultar em severa toxidez nas plantas. A toxidez causada pelo metal pesado nas plantas pode ser amenizada pelo fornecimento de nutrientes, particularmente o enxofre (S). Objetivou-se avaliar os parâmetros produtivos, sintomas visuais, estado nutricional, índice SPAD, indicadores de estresse (malondialdeído, peróxido de hidrogênio e prolina) e a atividade de enzimas do sistema antioxidante (glutationa redutase, superóxido dismutase, catalase, ascorbato peroxidase e guaiacol peroxidase) do capim tanzânia (Panicum maximum Jacq. cv. Tanzânia) cultivado com combinações de doses de S e de Ba na solução nutritiva, em casa de vegetação, em dois ciclos de crescimento das plantas. As plantas foram submetidas às combinações de cinco doses de S (0,1; 1,0; 1,9; 2,8 e 3,7 mmol L-1) com cinco doses de Ba (0,0; 2,5; 5,0; 10,0 e 20,0 mmol L-1), utilizando esquema fatorial fracionado (52), em blocos ao acaso, com seis repetições e seis plantas por unidade experimental. Os parâmetros produtivos e o estado nutricional das plantas foram severamente afetados pelas combinações de S e Ba em ambos os ciclos de crescimento. O aumento na dose de Ba na solução nutritiva prejudicou acentuadamente o crescimento e o estado nutricional das plantas, principalmente na área foliar, e nos nutrientes potássio e magnésio, enquanto o aumento da dose de S amenizou o efeito tóxico do metal. Maiores concentrações de malondialdeído foram observadas nas plantas que apresentaram maior acúmulo do metal pesado. As atividades das enzimas glutationa redutase, catalase e ascorbato peroxidase foram mais altas nas plantas cultivadas com baixo fornecimento de S, enquanto a atividade da guaiacol peroxidase foi aumentada com incremento das doses de Ba e de S. / High barium (Ba) availability in growth medium can cause severe toxicity in plants. Nutrient supply may mitigate heavy metal phytotoxicity, especially the sulphur (S) supply. The study was carried out to evaluate the plant growth, visual symptoms, nutritional status, indicators of stress (malondialdehyde, hydrogen peroxide and proline) and activities of the antioxidant enzymes (glutathione reductase, superoxide dismutase, catalase, ascorbate peroxidase and guaiacol peroxidase) in Tanzania guineagrass (Panicum maximum Jacq. cv. Tanzania) grown with combinations of S rates and Ba rates in nutrient solution, in a greenhouse, for two growth periods. Plants received nutrient solutions where combinations of five S rates (0.1, 1.0, 1.9, 2.8 and 3.7 mmol L-1) with five Ba rates (0.0, 2.5, 5.0, 10.0 and 20.0 mmol L-1) were used in a fractionated factorial (52), in randomized block design, with six replications and six plants per experimental unit. Plant production and nutritional status were highly affected by combinations of S and Ba rates, in both growth periods. Increase on Ba rates impaired growth, mainly on leaf area production. Barium rates impaired nutritional status, mainly on potassium and calcium, while increasing on S rates alleviated Ba toxic effects. High concentrations of malondialdehyde was observed in plants with increase of Ba application. The activities of catalase and ascorbate peroxidase were high in plants grown with low S availability, while guaiacol peroxidase activity was enhanced by increasing Ba and S rates in the nutrient solution.