Malignant cells increase glycolysis and down regulate mitochondrial respiration for ATP production. Mechanisms for respiratory impairment in cancerous cells and their importance for carcinogenesis are not well defined. We found that expression of the respiration-inducing uncoupling protein 3 (UCP3) was normally expressed in murine skin and was greatly decreased in cutaneous malignancies. To better understand the significance of UCP3 in epidermal biology and to test the importance of respiratory changes in cancer development, we generated hemizygous mice expressing a keratin-5 promoter-UCP3 transgene (K5-UCP3). Compared to wild type, K5-UCP3 mice exhibited increased cutaneous mitochondrial respiration, had decreased mitochondrial membrane potential in isolated keratinocytes, and were completely resistant to chemically-induced skin carcinogenesis. We showed that the mechanism of UCP3-dependent cancer protection is most likely not due to increased intracellular heat production or ATP depletion in pre-cancerous cells. Therefore, because hair follicle "bulge" stem cells (bSC) are K5⁺ and progenitors of cutaneous carcinomas, we hypothesized that K5-UCP3 animals were protected from skin carcinogenesis due to alterations in their bSC population. Unlike WT, most (85%) hair follicle bulge regions in K5-UCP3 mice lost biochemical markers of quiescent bSC, but bSC functions were fully intact. Supporting our hypothesis that increased skin turnover protected K5-UCP3 mice from skin cancer; we showed that basal keratinocyte cell cycling was increased 3% in K5-UCP3 skin compared to WT. Moreover, the tumor promoter 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) induced similar proliferative responses in both WT and K5-UCP3 skin, but the magnitude of TPA-induced skin thickening was greatly decreased in K5-UCP3 versus WT mice. Together with microarray, histochemical and in vitro morphologic analyses showing that keratinocyte differentiation was sharply increased in K5-UCP3 skin, this implies that UCP3 may increase keratinocyte transit from stem to differentiated daughter cells. Thus, the cancer resistance mechanism in K5-UCP3 mice likely stems from UCP3-induced mitochondrial respiration, which promotes the differentiation and abrogates the tumorigenicity of progenitor keratinocytes. This is the first demonstration in any context that UCP3 blocks carcinogenesis and promotes cellular differentiation. These observations support Warburg's contention that respiratory dysfunction promotes cancer development, and suggest that mitochondrial uncoupling may be a novel target for cancer prevention and treatment. / text

Introdução: A apneia do sono causa hipóxia intermitente (HI), que tem sido implicada na resistência à insulina. A proteína desacopladora 2 (UCP2) no pâncreas é reguladora negativa da secreção de insulina. Objetivos do Estudo: Avaliar se a exposição animal ao modelo de apneia do sono influencia na produção de insulina via expressão do mRNA da UCP2. Desenho e intervenções: Camundongos C57BL machos foram expostos durante 35 dias à hipóxia intermitente (HI; n = 18) ou HI simulada (HIS; n = 18). Durante 8 horas diárias o grupo HI foi submetido a um total de 480 ciclos de 30 segundos de hipóxia progressiva a um nadir da fração inspirada de oxigênio de 8 ± 1%, seguido por 30 segundos de normóxia. Métodos e Resultados: A expressão do mRNA da UCP-2 no pâncreas, avaliada por PCR em tempo real, foi 18% mais baixa no grupo HI do que no grupo HIS (P = 0,14). Imunohistoquímica identificou maior número de células beta no grupo HI do que no HIS (P = 0,14). Os níveis de glicose no soro medidos por métodos colorimétricos enzimáticos foram menores no grupo HI do que no grupo HIS (P = 0,025). Níveis significativamente maiores de insulina no soro, quantificados por ELISA, e níveis significativamente mais baixos de glucagon, quantificados por EIA, foram observados no grupo HI, quando comparado ao grupo HIS. Os cálculos do modelo de avaliação da homeostase (HOMA) para a resistência à insulina sugerem maior sensibilidade em HI do que em camundongos HIS (P = 0,09). A função das células beta, avaliada por HOMA - β foi maior em camundongos HI do que nos HIS (P = 0,014). O peso corporal, ajustado ao consumo alimentar, foi relativamente estável durante o experimento. Não foram encontradas diferenças significativas no perfil lipídico. Conclusões: Estes resultados sugerem que a HI provoca alterações na função pancreática que não podem ser relacionadas com a expressão do mRNA da UCP2. / Background: Sleep apnea causes intermittent hypoxia (IH) that has been implicated in insulin resistance. Pancreatic uncoupling protein-2 (UCP2) is a negative regulator of insulin secretion. Study Objectives: To evaluate whether exposure to an animal model of sleep apnea influences insulin output via UCP2 expression. Design and interventions: Male C57BL mice were exposed during 35 days to intermittent hypoxia (IH; n=18) or to sham IH (SIH; n=18). During 8 hours daily the IH group underwent a total of 480 cycles of 30 seconds of progressive hypoxia to a nadir FIO2 of 8±1% followed by 30 seconds of normoxia. Measurements and Results: The expression of pancreatic UCP-2 mRNA assessed by real-time PCR was 18% lower (P=0.14) in the IH than in the SIH group. Immunohistochemistry identified higher number of beta cells in IH than in SIH group (P=0.14). Glucose levels measured in serum by enzymatic colorimetric methods was lower in IH than in SIH group (P=0.025). Significantly higher serum insulin quantified by ELISA and lower glucagon levels quantified by EIA were seen in the IH group when compared with SIH. Calculations of homeostasis model assessment (HOMA) for insulin resistance suggest higher sensitivity in IH than in SIH mice (P=0.09). HOMA for beta-cell function was higher in IH than in SIH mice (P=0.014). Body weight, adjusted for food intake, was relatively stable during the experiment. No significant differences in lipid profile were encountered. Conclusions: These results suggest that IH causes changes in pancreatic function that may be not related to expression of mRNA UCP2.

OLIVEIRA, Antônio Edson Rocha. Perfil de expressão e análise filogenética dos genes da proteína desacopladora mitocondrial durante o desenvolvimento e estresse em soja [Glycine max (L.) Merr.]. 2015. 185 f. Dissertação (Mestrado em bioquímica)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2015. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-09-01T19:11:22Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_aeroliveira.pdf: 4201041 bytes, checksum: ccb8c82104b3b19d3f225dd39473e820 (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2016-09-02T17:44:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_aeroliveira.pdf: 4201041 bytes, checksum: ccb8c82104b3b19d3f225dd39473e820 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-02T17:44:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_aeroliveira.pdf: 4201041 bytes, checksum: ccb8c82104b3b19d3f225dd39473e820 (MD5) Previous issue date: 2015 / Several studies have evidenced that the main function of the mitochondrial uncoupling protein in plants (pUCP) is related to reactive oxygen species (ROS) regulation. In silico analysis suggests the existence of multigenic families to pUCPs codification, however further studies are yet needed to establish the pUCPs genetic expression profile, just like the gene amount in each species and their phylogenetic relations. The current work had as objective to characterize, analyze phylogeneticly and evaluate the expression profile of the pUCP multigenic family in different tissues during the soybean development [Glycine max (L.) MERR.] and in stress conditions. It has been performed an in silico analysis on the soybean genome and on other legumes available in the database WGS, revealing a codifier multigenic family for pUCP, UCP1 and 2 with 9 exons, UCP3 with 2 exons, and UCP4 and 5 with only 1 exon. Amongst the legumes analyzed, the soybean stood out with the greater number of genes, 10 genes in total, giving four GmUCP1 genes, one GmUCP2, one GmUCP3, two GmUCP4 and two GmUCP5, along with the presence of an alternative splicing on GmUCP1b1 gene. Specific primers have been designed for each GmUCP member in order to analize the expression profiles in different tissues (dry and doused seed, flowers, pods, cotyledons, unifoliate and trifoliate leaves, roots, hypocotyl and epicotyl) during the soybean development. For the assays in stress conditions have been used soybean leaves and roots with thirteen days after sowing (DAS) which have been subjected to osmotic stress caused by the application of polyethylene glycol (PEG) and biotic stress caused by salicylic acid (SA). The total RNA from each sample has been extracted in order to perform the RT-qPCR. The ct values have been obtained through the realplex program and analyzed through the GeNorm program. The genetic expression profile has shown that all genes were expressed in every tissue/organ analyzed during the soybean development, with the exception on some genes in dry seeds and epicotyl. The different expression profiles of each gene during the development of each tissue/organ suggest that occurs a spatial/temporal gene regulation among the GmUCP members. The expression profiles of the GmUCP genes in soybean during the stress conditions have varied, once 2 genes have shown steady expression in both tissues/ stress, 7 genes have shown a drop in the expression profile, while only 4 genes have shown an increase of the transcript levels. / Diversos estudos têm evidenciado que a principal função da proteína desacopladora mitocondrial de plantas (pUCP) está relacionada a regulação de espécies reativas de oxigênio (EROs). Análises in silico sugerem a existência de famílias multigênicas para a codificação de pUCPs, porém novos estudos ainda são necessários para estabelecer o perfil de expressão gênica das pUCPs, assim como a quantidade de genes em cada espécie e suas relações filogenéticas. O presente trabalho teve como objetivo caracterizar, analisar filogeneticamente e avaliar o perfil de expressão da família multigênica da pUCP em diferentes tecidos durante o desenvolvimento da soja [Glycine max (L.) MERR.] e em condições de estresse. Foi realizada uma análise in silico no genoma da soja e de outras leguminosas disponíveis no banco de dados WGS, revelando uma família multigênica codificadora da pUCP, UCP1 e 2 com nove éxons, UCP 3 com 2 éxons, e UCP 4 e 5 com apenas um éxon. Dentre as leguminosas analisadas a soja se destacou com o maior número de genes, 10 genes no total, sendo quatro genes GmUCP1, uma GmUCP2, uma GmUCP3, dois GmUCP4 e dois GmUCP5, além da presença de um splicing alternativo no gene GmUCP1b1. Primers específicos foram desenhados para cada membro da GmUCP a fim de analisar os perfis de expressão em diferentes tecidos (semente seca e embebida, flores, vagens, cotilédones, folhas unifolioladas e trifolioladas, raízes, hipocótilos e epicótilos) durante o desenvolvimento da soja. Para os ensaios em condições de estresse foram utilizadas folhas e raízes de soja com treze dias após a semeadura (DAS) que foram submetidas a estresse osmótico promovido pela aplicação de polietileno glicol (PEG) e estresse biótico através de ácido salicílico (AS). O RNA total de cada amostra foi extraído para a realização de RT-qPCR. Os valores de ct foram obtidos pelo programa realplex e analisados pelo programa GeNorm. O perfil de expressão gênica mostrou que todos os genes GmUCP foram expressos em todos os tecidos/órgãos analisados durante o desenvolvimento da soja, com exceção de alguns genes em semente seca e epicótilo. Os diferentes perfis de expressão de cada gene durante o desenvolvimento de cada tecido/órgão sugerem que ocorra uma regulação gênica espacial/temporal entre os membros da GmUCP. Os perfis de expressão dos genes GmUCP em soja durante as condições de estresses foi diversificado, visto que 2 genes apresentaram expressão estável em ambos tecidos/estresse, 7 genes apresentaram queda do perfil de expressão, enquanto apenas 4 genes apresentaram aumento dos níveis de transcritos.

A obesidade é atualmente um dos problemas públicos de saúde mais visível e negligenciado. Ainda, essa condição pode causar sérios problemas de saúde como doenças cardiovasculares, diabetes, hipertensão arterial e diversos problemas fisiológicos. Dietas alimentares e/ou o uso de fármacos tem demonstrado pouca eficiência (e grandes efeitos colaterais) em reduzir a incidência de sobrepeso e obesidade no mundo. Dessa forma outras estratégias são requeridas para auxiliar no controle desta epidemia global. Nesse contexto, alguns ácidos graxos específicos podem desempenhar um importante papel na regulação da expressão de genes que possuem a habilidade de modular metabolismo. O ácido linoléico conjugado (CLA, 18:2) e o ácido oléico (18:1) tem sido descritos com propriedades anti-obesidade: a respeito de CLA, são bem conhecidos os seus efeitos adipotróficos; quanto ao oléico, são bem conhecidos os seus efeitos anti-diabetes; outros efeitos desses ácidos graxos sobre o metabolismo corporal são desconhecidos ou controversos. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da suplementação da dieta de camundongos (C57bl6) com esses dois ácidos graxos, individualmente ou em conjunto, na modulação do metabolismo corporal e mitocondrial como uma possível estratégia de combate à obesidade. Foram analisados parâmetros bioquímicos, moleculares, fisiológicos, morfológicos e funcionais. Nossos resultados demonstram que o ácido graxo indutor de aumento do gasto energético corporal e mitocondrial hepático é o CLA e não o oléico; quando suplementados em conjunto, os efeitos metabólicos do CLA se sobrepõem aos do oléico, mantendo esses metabolismos elevados. O aumento de metabolismo mitocondrial está relacionado ao aumento de expressão/atividade de proteínas desacopladoras, as quais parecem ser controladas por espécies reativas de O2 mitocondriais. Demonstramos também que no tecido adiposo branco o ácido oléico não exerce efeitos atróficos como o CLA, os quais estão relacionados a inibição da expressão de PPAR1. Por outro lado, verificamos que a suplementação conjunta com ácido oléico previne efeitos adversos da suplementação da dieta com CLA, como a hipertrofia hepática e resistência a insulina. Concluímos dessa forma que a suplementação da dieta com CLA aumenta o metabolismo corporal e mitocondrial; a suplementação com ácido oléico em conjunto não potencializa os efeitos do CLA, porém previne seus efeitos adversos como a hipertrofia hepática e resistência a insulina. Em conjunto esses ácidos graxos constituem uma boa estratégia alimentar contra o ganho de peso corporal. / Obesity is one of the major public health problems. This condition can leads to the development of other complications such as cardiovascular disease, diabetes and hypertension. Diet and/or drug treatments have shown low efficiency (and major side effects) in reducing the incidence of overweight and obesity in worldwide. On the other hand, some specific fatty acids may play an important role regulating the expression of genes that modulate the metabolism. Conjugated linoleic acid (CLA, 18:2) and oleic acid (18:1) have been known for their anti-obesity properties: CLA is well described inducer of atrophy in adipose tissue, while oleic acid is known by its anti-diabetic effects; other effects of these fatty acids on body metabolism are unknown or controversial. Therefore, the aim of this study was to evaluate the effects of a murine diet supplemented with CLA and oleic acid, individually or together, in the modulation of body and mitochondrial metabolism. Biochemical, molecular, physiological, morphological and functional parameters were analyzed in mice. Our results show that CLA, and not oleic acid, is the fatty acid inductor of increase in body metabolism and liver mitochondrial energy expenditure; when supplemented together, the metabolic effects of CLA overlap the oleic effects, maintaining the high metabolism. Increased mitochondrial metabolism is associated with an increased expression/activity of uncoupling proteins, which appear to be controlled by mitochondrial oxygen reactive species. It was also demonstrated that, in white adipose tissue, oleic acid exerts no atrophic effects as compared to CLA, which are related to inhibition of PPAR1 expression. On the other hand, we demonstrated that the supplementation with oleic acid prevents adverse effects of dietary supplementation with CLA, such as liver hypertrophy and insulin resistance in mice. In conclusion, supplementing the murine diet with CLA increases body and mitochondrial metabolism and reduces the adiposity; in addition, supplementation with oleic acid does not potentialize the metabolic effects of CLA, but prevents its adverse effects. Together CLA and oleic in conjunction appears as a good dietary strategy against the excessive weight gain.

Introdução: A apneia do sono causa hipóxia intermitente (HI), que tem sido implicada na resistência à insulina. A proteína desacopladora 2 (UCP2) no pâncreas é reguladora negativa da secreção de insulina. Objetivos do Estudo: Avaliar se a exposição animal ao modelo de apneia do sono influencia na produção de insulina via expressão do mRNA da UCP2. Desenho e intervenções: Camundongos C57BL machos foram expostos durante 35 dias à hipóxia intermitente (HI; n = 18) ou HI simulada (HIS; n = 18). Durante 8 horas diárias o grupo HI foi submetido a um total de 480 ciclos de 30 segundos de hipóxia progressiva a um nadir da fração inspirada de oxigênio de 8 ± 1%, seguido por 30 segundos de normóxia. Métodos e Resultados: A expressão do mRNA da UCP-2 no pâncreas, avaliada por PCR em tempo real, foi 18% mais baixa no grupo HI do que no grupo HIS (P = 0,14). Imunohistoquímica identificou maior número de células beta no grupo HI do que no HIS (P = 0,14). Os níveis de glicose no soro medidos por métodos colorimétricos enzimáticos foram menores no grupo HI do que no grupo HIS (P = 0,025). Níveis significativamente maiores de insulina no soro, quantificados por ELISA, e níveis significativamente mais baixos de glucagon, quantificados por EIA, foram observados no grupo HI, quando comparado ao grupo HIS. Os cálculos do modelo de avaliação da homeostase (HOMA) para a resistência à insulina sugerem maior sensibilidade em HI do que em camundongos HIS (P = 0,09). A função das células beta, avaliada por HOMA - β foi maior em camundongos HI do que nos HIS (P = 0,014). O peso corporal, ajustado ao consumo alimentar, foi relativamente estável durante o experimento. Não foram encontradas diferenças significativas no perfil lipídico. Conclusões: Estes resultados sugerem que a HI provoca alterações na função pancreática que não podem ser relacionadas com a expressão do mRNA da UCP2. / Background: Sleep apnea causes intermittent hypoxia (IH) that has been implicated in insulin resistance. Pancreatic uncoupling protein-2 (UCP2) is a negative regulator of insulin secretion. Study Objectives: To evaluate whether exposure to an animal model of sleep apnea influences insulin output via UCP2 expression. Design and interventions: Male C57BL mice were exposed during 35 days to intermittent hypoxia (IH; n=18) or to sham IH (SIH; n=18). During 8 hours daily the IH group underwent a total of 480 cycles of 30 seconds of progressive hypoxia to a nadir FIO2 of 8±1% followed by 30 seconds of normoxia. Measurements and Results: The expression of pancreatic UCP-2 mRNA assessed by real-time PCR was 18% lower (P=0.14) in the IH than in the SIH group. Immunohistochemistry identified higher number of beta cells in IH than in SIH group (P=0.14). Glucose levels measured in serum by enzymatic colorimetric methods was lower in IH than in SIH group (P=0.025). Significantly higher serum insulin quantified by ELISA and lower glucagon levels quantified by EIA were seen in the IH group when compared with SIH. Calculations of homeostasis model assessment (HOMA) for insulin resistance suggest higher sensitivity in IH than in SIH mice (P=0.09). HOMA for beta-cell function was higher in IH than in SIH mice (P=0.014). Body weight, adjusted for food intake, was relatively stable during the experiment. No significant differences in lipid profile were encountered. Conclusions: These results suggest that IH causes changes in pancreatic function that may be not related to expression of mRNA UCP2.

Introdução: A apneia do sono causa hipóxia intermitente (HI), que tem sido implicada na resistência à insulina. A proteína desacopladora 2 (UCP2) no pâncreas é reguladora negativa da secreção de insulina. Objetivos do Estudo: Avaliar se a exposição animal ao modelo de apneia do sono influencia na produção de insulina via expressão do mRNA da UCP2. Desenho e intervenções: Camundongos C57BL machos foram expostos durante 35 dias à hipóxia intermitente (HI; n = 18) ou HI simulada (HIS; n = 18). Durante 8 horas diárias o grupo HI foi submetido a um total de 480 ciclos de 30 segundos de hipóxia progressiva a um nadir da fração inspirada de oxigênio de 8 ± 1%, seguido por 30 segundos de normóxia. Métodos e Resultados: A expressão do mRNA da UCP-2 no pâncreas, avaliada por PCR em tempo real, foi 18% mais baixa no grupo HI do que no grupo HIS (P = 0,14). Imunohistoquímica identificou maior número de células beta no grupo HI do que no HIS (P = 0,14). Os níveis de glicose no soro medidos por métodos colorimétricos enzimáticos foram menores no grupo HI do que no grupo HIS (P = 0,025). Níveis significativamente maiores de insulina no soro, quantificados por ELISA, e níveis significativamente mais baixos de glucagon, quantificados por EIA, foram observados no grupo HI, quando comparado ao grupo HIS. Os cálculos do modelo de avaliação da homeostase (HOMA) para a resistência à insulina sugerem maior sensibilidade em HI do que em camundongos HIS (P = 0,09). A função das células beta, avaliada por HOMA - β foi maior em camundongos HI do que nos HIS (P = 0,014). O peso corporal, ajustado ao consumo alimentar, foi relativamente estável durante o experimento. Não foram encontradas diferenças significativas no perfil lipídico. Conclusões: Estes resultados sugerem que a HI provoca alterações na função pancreática que não podem ser relacionadas com a expressão do mRNA da UCP2. / Background: Sleep apnea causes intermittent hypoxia (IH) that has been implicated in insulin resistance. Pancreatic uncoupling protein-2 (UCP2) is a negative regulator of insulin secretion. Study Objectives: To evaluate whether exposure to an animal model of sleep apnea influences insulin output via UCP2 expression. Design and interventions: Male C57BL mice were exposed during 35 days to intermittent hypoxia (IH; n=18) or to sham IH (SIH; n=18). During 8 hours daily the IH group underwent a total of 480 cycles of 30 seconds of progressive hypoxia to a nadir FIO2 of 8±1% followed by 30 seconds of normoxia. Measurements and Results: The expression of pancreatic UCP-2 mRNA assessed by real-time PCR was 18% lower (P=0.14) in the IH than in the SIH group. Immunohistochemistry identified higher number of beta cells in IH than in SIH group (P=0.14). Glucose levels measured in serum by enzymatic colorimetric methods was lower in IH than in SIH group (P=0.025). Significantly higher serum insulin quantified by ELISA and lower glucagon levels quantified by EIA were seen in the IH group when compared with SIH. Calculations of homeostasis model assessment (HOMA) for insulin resistance suggest higher sensitivity in IH than in SIH mice (P=0.09). HOMA for beta-cell function was higher in IH than in SIH mice (P=0.014). Body weight, adjusted for food intake, was relatively stable during the experiment. No significant differences in lipid profile were encountered. Conclusions: These results suggest that IH causes changes in pancreatic function that may be not related to expression of mRNA UCP2.

Orientador: Paulo Arruda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T23:29:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barreto_PedroPaulo_D.pdf: 2593736 bytes, checksum: 667c2ed03e1e7e51ac393087c3acc7ae (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A proteína desacopladora mitocondrial 1 (UCP1) é uma proteína mitocondrial codificada pelo núcleo capaz de desacoplar o gradiente eletroquímico usado para a síntese de ATP, dissipando a energia na forma de calor. A descoberta de homólogos e ortólogos da UCP1, sugere outros papéis fisiológicos para estas proteínas. As UCPs podem servir como uma válvula de escape, diminuindo a força protonmotiva (PMF) e reduzindo a produção de ROS em condições desfavoráveis. Plantas superexpressando UCPs se desenvolvem melhor quando submetidas a estresses bióticos e abióticos. Estas plantas demonstraram diminuição na produção de ROS, alteração no estado redox celular, além de um aumento no metabolismo energético e na fotossíntese. Neste trabalho nós investigamos os mecanismos moleculares envolvidos no metabolismo energético celular e resposta a estresses em plantas de tabaco superexpressando a UCP1 de A. thaliana. Demonstramos, através de análises moleculares e genômicas, que a superexpressão da UCP1 é capaz de provocar o aumento na respiração desacoplada em mitocôndrias isoladas, diminuir o conteúdo de ATP intracelular, e desencadear um processo de sinalização retrógrada que resulta na indução de genes mitocondriais e genes responsivos a estresses. Esta sinalização retrógrada resultou na indução do processo de biogênese mitocondrial verificado pelo aumento no número e área mitocondrial por célula, além de alterações morfológicas nestas organelas. O processo de biogênese mitocondrial nestas plantas é acompanhado pelo aumento na expressão de um grande número de genes responsivos a estresses, o que resulta no melhor desempenho e reduzida produção de ROS mitocondrial quando submetidas a estresses abióticos. A análise detalhada do transcriptoma de plantas superexpressando UCP1 em comparação com plantas selvagens demonstrou uma forte conexão entre os metabolismos mitocondrial, citoplasmático e cloroplástico para compensar as alterações provocadas pelo aumento na atividade da UCP1. Um grande número de fatores de transcrição ainda não caracterizados foram identificados e podem representar bons alvos para investigações futuras a respeito da regulação da biogênese mitocondrial e do metabolismo energético em plantas. Os resultados contidos nesta tese nos permitem melhor compreender a flexibilidade do metabolismo energético em plantas e identificar possíveis reguladores do processo de biogênese mitocondrial e resposta a estresses em plantas / Abstract: The mitochondrial uncoupling protein 1 (UCP1) is a nuclear-encoded mitochondrial protein capable of uncouple the electrochemical gradient used for ATP synthesis, dissipating energy as heat. The discovery of UCP1 homologues, and its corresponding orthologues suggest diverse physiological functions for these proteins. UCPs may serve as an escape valve, decreasing the proton motive force (PMF) and preventing ROS production under unfavorable conditions. Plants overexpressing UCPs perform better under biotic and abiotic stresses. These plants show diminished ROS production, alteration of cell redox homeostasis, increased energy metabolism and photosynthesis. In this work we investigated the molecular mechanisms underlying cell energy metabolism and stress response in tobacco plants overexpressing an Arabidopsis thaliana UCP1. We demonstrated through molecular, cellular and genomic tools that UCP1 overexpressing plants is capable of increasing uncoupled respiration of isolated mitochondria, decrease intracellular ATP levels, and trigger a retrograde signaling that resulted in a broad induction of mitochondrial and stress response genes. The retrograde signaling resulted in the induction of mitochondrial biogenesis verified by increased mitochondrial number, area and alterations on mitochondrial morphology. The increased mitochondrial biogenesis in these plants accompanied by the broad increase in the expression of stress responsive genes, may be responsible for the diminished ROS production and the better performance of these plants when submitted to several abiotic stresses. We also performed a detailed analysis of the transcriptome expression of the UCP1 overexpressing plants as compared with the wild type plants. We verified that the UCP1 overexpressing plants exhibited a tight connection between mitochondrial, cytoplasm and chloroplast energy metabolism to accommodate the alterations caused by the increased UCP1 activity. A number of uncharacterized transcription factors seem to be good targets for future investigations on the regulation of plant mitochondrial biogenesis and energy metabolism. The results presented in this work allowed a better understanding of the flexibility of energy metabolism in plants, and the use of this mechanism to identify possible regulators of plant mitochondrial biogenesis and stress response / Doutorado / Bioinformatica / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第22073号 / 農博第2365号 / 新制||農||1072(附属図書館) / 学位論文||R1||N5227(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科食品生物科学専攻 / (主査)教授 井上 和生, 教授 保川 清, 教授 谷 史人 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第22510号 / 農博第2414号 / 新制||農||1078(附属図書館) / 学位論文||R2||N5290(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科食品生物科学専攻 / (主査)教授 井上 和生, 教授 佐々木 努, 准教授 後藤 剛 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DGAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第19785号 / 農博第2181号 / 新制||農||1042(附属図書館) / 学位論文||H28||N5001(農学部図書室) / 32821 / 京都大学大学院農学研究科食品生物科学専攻 / (主査)教授 河田 照雄, 教授 金本 龍平, 教授 谷 史人 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DGAM