Lipofuscin is an autofluorescent pigment progressively accumulated during cellular aging, in several tissues, such as heart, muscle and retina, especially in the postmitotic period. That phenomenon may result from oxidative stress, when biomolecules and organelles (mainly mitochondria) are damaged, generating non-degradable products inside lysosomes. Lipofuscin can be photosensitized, promoting photoxidative processes in cellular components. Many studies on lipofuscin were made using the human retinal pigment epithelial cells, but very little is known about lipofuscin from human skin. In this work we investigated the photoinduced formation (UVA and visible light) of lipofuscin and the consequence of its photosensitization by visible light. We also established an efficient protocol for the induction of lipofuscinogenesis, through specific damage in mitochondria and lysosomes. Cells that accumulated lipofuscin, after exposure to UVA and blue light, became sensitive to visible light (400-750 nm). We characterized the absorption and fluorescence emission of lipofuscin, as well as its fluorescence lifetime through the time resolved fluorescence microscopy (FLIM). We observed that lipofuscin in keratinocytes has absorption maximum in the blue region of light spectrum (420-450 nm), and maximum emission in the red. When photosensitized at 466 nm, lipofuscinloaded HaCaT cells had reduced cell viability, which was related with singlet oxygen generation, accumulated 8-oxo-dG premutagenic lesions and breaks in the DNA strand. Besides, we investigated the efficiency of different wavelengthsin visible light spectrum (408, 466, 522 and 650 nm) to promote lipofuscin formation due to damages in both mitochondria and lysosomes. Blue (408 and 466 nm) and green light (522 nm), but not red light (650 nm), promoted damage in mitochondria (membrane and DNA integrity) and lysosomes (membrane integrity and autophagic activity), effectively inducing lipofuscinogenesis. Thus, in addition to UVA, visible spectrum itself increases the sensitivity of keratinocytes to the visible light, through the generation of lipofuscin. Finally, we tested the carcinogenic potential of high-energy blue light (408 nm), by chronically irradiating HaCaT cells. For the first time in the literature, the formation of pyrimidine cyclobutane (CPD) dimers in the nuclear DNA of HaCaT cells was observed immediately or after several cycles of irradiation at 408 nm. We identified four major changes involved with the process of malignant transformation: genomic instability, decrease in the expression of tumor suppressor protein p16INK4a, increase in the proliferation rate and resistance to UVA-induced apoptosis / A lipofuscina é um pigmento autofluorescente acumulado progressivamente durante o envelhecimento celular em diversos tecidos, como o músculo cardíaco e retina, principalmente no período pós-mitótico. Esse fenômeno pode ocorrer em decorrência do estresse oxidativo, quando biomoléculas e organelas (principalmente mitocôndrias) sofrem danos, gerando produtos não degradáveis no interior dos lisossomos. A lipofuscina pode ser fotossensibilizada promovendo processos fotoxidativos nos componentes celulares. Muitos estudos de lipofuscina foram feitos em células do epitélio pigmentar da retina de olho humano, mas conhece-se muito pouco sobre a lipofuscina de pele humana. Neste trabalho nós investigamos a formação fotoinduzida (UVA e luz visível) de lipofuscina e as consequências da sua fotossensibilização pela luz visível. Nós também estabelecemos protocolos eficazes na indução de lipofuscinogênese, por meio de dano específico em mitocôndrias e lisossomos. Células que acumularam lipofuscina, após exposição à UVA ou luz azul, tornaram-se sensíveis à luz visível (400-750 nm). Caracterizamos as propriedades de absorção e de emissão da lipofuscina e seu tempo de vida de fluorescência, utilizando a microscopia de fluorescência resolvida no tempo (FLIM). Observamos que lipofuscina em queratinócitos tem máximo de absorção na região do azul (420-450 nm), com emissão máxima de fluorescência no vermelho. As células HaCaT carregadas com lipofuscina efotossensibilizadas no visível, tiveram redução da viabilidade celular, que foi relacionada com a geração de oxigênio singlete, bem como acumularam lesões pré-mutagênicas 8-oxo-dG e quebras na fita de DNA. Também, investigamos a eficiência de diferentes comprimentos de onda da luz visível (408, 466, 522 e 650 nm) em promover a formação de lipofuscina em consequência de lesões em mitocôndrias e lisossomos. Tanto a luz azul (408 e 466 nm) quanto a luz verde (522 nm), mas não vermelha (650 nm) promoveram dano em mitocôndrias (integridade de membrana e DNA) e lisossomos (integridade de membrana e atividade autofágica), induzindo eficientemente lipofuscinogênese. Logo, além de UVA, o próprio espectro do visível aumenta a sensibilidade de queratinócitos à luz visível, através da geração de lipofuscina. Por fim, testamos o potencial carcinogênico da luz azul de alta energia (408 nm), irradiando células HaCaT cronicamente. Identificamos quatro mudanças principais envolvidas com o processo de transformação maligna: instabilidade genômica, redução da expressão de proteína supressora de tumor p16INK4a, aumento da taxa de proliferação, e resistência à apoptose. Além disso, a formação de dímeros de pirimidina ciclobutano (CPD) no DNA nuclear de células HaCaT logo após ou depois de vários ciclos de irradiação com 408 nm foi observada pela primeira vez na literatura.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-12122018-114252 |
| Date | 03 October 2018 |
| Creators | Tonolli, Paulo Newton |
| Contributors | Baptista, Mauricio da Silva |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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