Mecanismos de neurotoxicidade induzidos pela Dopamina e pela 6–OH-dopamina num modelo celular humano: efeito da presença de extratos de algas com elevada capacidade antioxidante

O aumento da esperança média de vida tem elevado a prevalência de doenças neurodegenerativas, como é o caso da doença de Parkinson. Nos últimos anos a procura de novas soluções terapêuticas, assim como a minimização dos efeitos dos tratamentos atualmente utilizados tem promovido a procura de novas soluções. Deste modo, o objetivo deste trabalho consistiu no estudo dos mecanismos moleculares de neurotoxicidade induzidos pela dopamina (DA) e 6-hidroxidopamina (6-OHDA) num modelo celular do neuroblastoma humano (SH-SY5Y), bem como na avaliação do potencial neuroprotetor de extratos de algas com elevada capacidade antioxidante. O efeito neurotóxico da DA e 6-OHDA, assim como o efeito protetor dos extratos das algas com maior atividade antioxidante (Sargassum muticum, Saccorhiza polyschides, Padina pavonica, Codium tomentosum, Ulva compressa) foi avaliado através da viabilidade celular das células SH-SY5Y utilizando o método de MTT. De modo a compreender os efeitos induzidos na viabilidade celular pela DA e 6-OHDA procedeu-se ao estudo da atividade da caspase-3, alterações do potencial mitocondrial e quantificação de H2O2. Os resultados demonstraram um claro efeito dependente da concentração da DA (30-3000μM) e 6-OHDA (10-1000μM) na viabilidade celular das células SH-SY5Y, bem como do tempo de exposição (6-48h). No que diz respeito a prevenção do efeito neurotóxico da DA (1000μM (56,41±5,05% de células viáveis); 24h) e 6-OHDA (100μM (66,76±3,24% de células viáveis);24h) pelos extratos das algas (1mg/mL; 24h) verificou-se que os extratos que apresentaram um efeito preventivo mais marcado pertencem as algas Sargassum muticum (82,37±6,41% de células viáveis e 115,8±8,53% de células viáveis, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente), Saccorhiza polyschides (89,26±8,62% de células viáveis e 106,51±4,26% de células viáveis, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente) e Codium tomentosum (81,28±3,68% de células viáveis e 103,17±7,25% de células viáveis, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente). A morte celular induzida pela DA e pela 6-OHDA foi acompanhada pelo aumento da atividade da caspase-3 quando comparado com o controlo (DA - 66,46±1,49fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto; 6-OHDA - 22,56±1,71fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto; controlo – 4,8 ±0,48fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto), pela presença de elevadas quantidades de peróxido de hidrogénio (H2O2) (363,81±28,58 % do controlo e 214,26 ± 8,46 % do controlo, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente) e pela despolarização da membrana mitocondrial (162,3±2,34 % do controlo e 144,7±2,87 % do controlo, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente). Por sua vez, durante o tratamento com extratos das algas (1mg/mL) na presença de DA e 6-OHDA verificou-se uma inibição da atividade da caspase-3 induzida pelas algas Sargassum muticum (2,53±2,49fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto e 4,52±1,36 fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente), Saccorhiza polyschides (4,71±0,70fluorescência (u.a.)/mg de proteína/minuto e 2,73±1,11 fluorescência (u.a.)/mg de proteína/minuto, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente) e Codium tomentosum (17,05±1,72fluorescência (u.a.)/mg de proteína/minuto e 2,58±1,77fluorescência (u.a)/mg de proteína/minuto, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente). De igual modo verificou-se uma diminuição da produção de H2O2 pelas células SH-SY5Y na presença dos extratos das algas Sargassum muticum (132,58 ± 10,68% controlo), Saccorhiza polyschides (150,54 ± 23,54% controlo) e Codium tomentosum (54,074 ± 6,66% do controlo), quando expostas a 6-OHDA, contudo não se verificou o mesmo efeito na presença de DA. Relativamente ao potencial mitocondrial observou-se uma inibição da despolarização mitocondrial induzida pela DA e 6-OHDA nas células SH-SY5Y pela presença dos extratos das algas Sargassum muticum (135,7±2,97% controlo e 49,3±1,17% controlo, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente), Saccorhiza polyschides (126,7±5,46% controlo e 94,3±1,70% controlo, após tratamento com DA e 6-OHDA, respetivamente). Os resultados obtidos demonstraram o potencial citoprotetor dos extratos de algas sobre efeitos neurotóxicos induzidos pela DA e 6-OHDA no modelo celular SH-SY5Y. O efeito protetor é mediado pela diminuição da condição de stress oxidativo, com redução da produção de H2O2, diminuição da atividade da caspase-3 e prevenção da alteração do potencial mitocondrial induzido pela DA e 6-OHDA. Conclui-se que os extratos de algas produzem moléculas bioativas com elevado potencial antioxidante, podendo ser uma fonte promissora de novos compostos neuroprotetores com aplicação terapêutica para doenças neurodegenerativas como a doença de Parkinson.

Biomonitoring atlantic deep waters through the assessment of shark biomarkers

Os ecossistemas marinhos estão continuamente a ser sobrecarregados com contaminantes derivados de atividades humanas resultando numa dimunuição dos recursos marinhos. A exposição crónica a contaminantes, como metais pesados e poluentes orgânicos persistentes (POPs), pode afetar negativamente o ambiente marinho e, eventualmente, também os seres humanos. Grandes predadores pelágicos, como tubarões, são particularmente afetados pela poluição, principalmente através de processos de bioacumulação e biomagnificação. A fim de resolver o problema acima mencionado, são necessários estudos de avaliação de risco ambiental para prever os padrões de contaminação e evitar efeitos adversos que muitas vezes só são visíveis quando é tarde demais para tomar ações preventivas. Análises de concentração de químicos fornecem-nos informações sobre o nível de contaminação no ambiente; no entanto, podem não ser suficientes para entender como os organismos estão a ser afetados e há uma necessidade de relacionar essas quantificações com parâmetros biológicos. A avaliação de parâmetros bioquímicos, como a atividade enzimática, pode fornecer uma visão mais sensível e precisa sobre os níveis de contaminação. Tubarões como Prionace glauca são predadores de topo e portanto extremamente importantes nos ecossistemas marinhos. A sua grande distribuição, juntamente com o fácil acesso a amostras, fornecidas por barcos de pesca comercial, tornou-as um alvo favorável para utilização em ensaios toxicológicos. Este estudo teve como objetivo avaliar o potencial de P. glauca como uma espécie sentinela para pesquisas de monitorização de poluição, através do desenvolvimento e da aplicação de biomarcadores apropriados. As amostras de tecidos foram recolhidas de vinte tintureiras na costa de Portugal, a bordo de um barco comercial de pesca de espadarte. Níveis de POPs, assim como parâmetros bioquímicos relacionados com destoxificação, stress oxidativo e funções neuronais, foram medidos. A caracterização prévia da atividade das colinesterases no músculo e cérebro de P. glauca foi feita, já que não havia dados disponíveis sobre esta matéria. Esta caracterização foi essencial devido à existência de três classes de ChE conhecidas em peixes, acetilcolinesterase (AChE), butirilcolinesterase (BChE) e propionilcolinesterase (PChE), todas bastante suscetíveis a agentes anticolinérgicos, e outros contaminantes, tornando-as biomarcadores relevantes em estudos de monitorização de poluição. Os resultados obtidos indicaram que o cérebro de P. glauca aparenta possuir ChEs atípicas, revelando propriedades mistas de AChE e BChE e, que o músculo aparentemente possui maioritariamente AChE. A exposição in vitro a chloropyrifos-oxon provocou inibição de ChE das tintureiras em ambos os tecidos, com o cérebro sendo o tecido mais sensível e, por isso, o mais adequado para a detecção de compostos anticolinérgicos no ambiente. Este estudo indica que a actividade de ChE em tintureiras tem potencial para ser usada como um biomarcador sensível e fiável em programas de biomonitorização marinha. O fígado apresentou níveis mais elevados de POP, quando comparado com músculo. Foram encontradas correlações positivas e negativas entre os parâmetros de contaminação e de stresse oxidativo. Este estudo destaca a importância da caracterização de Che antes de a usar como um biomarcador em estudos ecotoxicológicos, e demonstra o grande potencial de P. glauca como espécie modelo e como sentinela de poluição marinha, através do uso de biomarcadores adequados.

Avaliação da sensibilidade ao H2O2 de diferentes linhas celulares humanas: estabelecimento de modelos celulares para avaliação da capacidade antioxidante de moléculas ou extratos

Os organismos marinhos são considerados uma fonte de novos compostos bioativos com enorme potencial biotecnológico. As bactérias associadas a macroalgas têm vindo a ser estudadas devido à produção de metabolitos secundários com atividades biológicas. Neste trabalho foram isoladas e identificadas 90 bactérias associadas às macroalgas Asparagopsis armata, Bifurcaria bifurcata e Sphaerococcus coronopifolius com diferentes características fenotípicas, sendo identificadas relativamente ao seu género através da sequenciação do gene 16S RNA. A extração de compostos bioativos foi realizada com os solventes metanol e diclorometano (1:1). A capacidade antioxidante dos extratos das bactérias associadas foi avaliada através do método fluorimétrico ORAC (oxygen radical absorbent capacity), da quantificação total de polifenóis (QTP) e da capacidade de redução do radical 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH). O efeito citotóxico do H2O2 foi testado nos modelos celulares SH-SY5Y, MCF-7 e HepG-2, representativos de células humanas neuronais, epiteliais da glândula mamária e hepáticas, respetivamente. Os extratos com maior capacidade antioxidante foram testados nos modelos celulares em condições de stress oxidativo induzido pelo H2O2. Os resultados foram revelados pelo método de 3-[4,5- dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT). O género de bactérias mais representativo identificado em associação com Asparagopsis armata, Bifurcaria Bifurcata e Sphaerococcus coronopifolius foi Vibrio sp. com 40%, 48,72% e 28,57%, respetivamente. Os géneros de bactérias menos representativos identificados em associação com Asparagopsis armata foram Bacillus sp., Cobetia sp. e Erwinia sp., com uma ocorrência de 3,33%. Por sua vez, Citricoccus sp., Cellulophaga sp., Ruegeria sp. e Staphylococcus sp. foram os géneros de bactérias menos representativos associados a Bifurcaria Bifurcata (2,56%). Os géneros menos representativos identificados em associação com Sphaerococcus coronopifolius foram Bacillus sp. e Holomonas sp. com uma ocorrência de 9,52%. O extrato da bactéria associada que apresentou maior potencial antioxidante avaliado pelos métodos de ORAC (3603,66 ± 80,14 μmol eq. Trolox/g extrato), QTP (53,854 ± 3,02 mg eq. ácido gál./g extrato) e DPPH (20,21 (14,41-28,34) μg.mL-1) foi a BB16 (Shewanella sp.), associada à alga Bifurcaria bifurcata. O efeito induzido pelo H2O2 foi bastante distinto na redução da viabilidade celular, com IC50 distintos, nas células SH-SY5Y (206,0 μM (150,4 – 282,2)), MCF-7 (450,2 μM (388,0 – 522,5)) e HepG-2 (1058,0 μM (847,3 – 1321,0)).A elevada atividade antioxidante do extrato da bactéria associada à alga Bifurcaria bifurcata (0,1mg.mL-1; BB16 – Shewanella sp.) permitiu a prevenção do efeito induzido pelo H2O2 na linha celular SH-SY5Y (IC50 - 431,7 μM (360,1 – 517,6). Em conclusão, as bactérias associadas das macroalgas Asparagopsis armata, Bifurcaria bifurcata e Sphaerococcus coronopifolius podem ser uma excelente e interessante fonte de compostos marinhos naturais com um elevado potencial antioxidante.

Impact of the invasive macroalgae Asparagopsis armata - an ecotoxicological assessment

Os Oceanos representam o maior sistema de suporte de vida sendo a uma grande fonte de riqueza, oportunidade e abundância. No entanto, a humanidade tem levado este ecossistema ao seu limite com crescentes níveis de poluição e outras pressões antropogénicas. A introdução de espécies não-nativas é reconhecida como uma das maiores ameaças à biodiversidade e a segunda maior causa de extinção das espécies. A macroalga vermelha Asparagopsis armata é uma espécie invasora originária da Austrália e que atualmente apresenta uma ampla distribuição em todo o globo devido à sua estratégia oportunista, ausência de predadores e altas taxas de crescimento. Uma questão emergente está relacionada com a capacidade destas espécies invasoras produzirem grandes quantidades de metabolitos halogenados potencialmente tóxicos. Esta característica pode representar um perigo adicional para o equilíbrio ecológico da comunidade invadida. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o potencial ecotoxicológico dos exsudatos de A. armata usando um gastrópode, Gibbula umbilicalis, como organismo modelo. A macroalga recolhida na costa de Peniche (Portugal) foi colocada em tanques no laboratório, durante 12 h, sendo depois o meio recolhido e filtrado para ensaios posteriores com os exsudatos da alga. No ensaio agudo, observou-se a mortalidade de G. umbilicalis que foi exposta a crescentes diluições do exsudato durante 96 h. Adicionalmente, os gastrópodes foram expostos a concentrações não letais do exsudato e analisou-se as respostas bioquímicas recorrendo a biomarcadores relacionados com destoxificação, defesas antioxidantes, danos oxidativos, danos neurotóxicos e metabolismo energético. Os resultados revelaram que os exsudatos de A. armata afetaram significativamente a sobrevivência dos organismos expostos com uma CL50 96h de 5.03% de exsudato da alga. A exposição aos exsudatos da alga também resultou em efeitos bioquímicos e metabólicos ao nível subcelular com resultados significativos na inibição da glutationa-S-transferase (GST), perda de integridade do ADN e níveis crescentes de atividade da lactato desidrogenase (LDH), dando uma indicação dos mecanismos de toxicidade desta alga marinha. Os níveis mais elevados de danos no ADN ocorreram quando a GST apresentou os níveis mais baixos de atividade e esta mesma atividade aumentou quando os danos no ADN diminuíram, em simultâneo com o aumento dos níveis de atividade da LDH, indicando que as necessidades energéticas aumentam devido à necessidade de sintetizar mais enzima. Conclui-se que a A. armata tem capacidade de libertar substâncias tóxicas que podem ter potenciais impactos no ambiente envolvente. Adicionalmente, as respostas bioquímicas estudadas em G. umbilicalis têm potencial para serem usadas como sinais de aviso na determinação dos efeitos provocados pelos compostos libertados por esta macroalga vermelha.

European lobster (Homarus gammarus) larvae under an acidification scenario: addressing biochemical, development and behaviour responses

A acidificação dos oceanos constitui uma problemática global e a realidade de que está, efetivamente, a acontecer não é uma consideração subjetiva. A Acidificação dos oceanos provocada por emissões de dióxido de carbono de origem antropogénica tem vindo a reduzir o pH das águas superficiais do Oceano e projeções preveem a continuidade deste processo. Embora muita investigação tenha sido desenvolvida no âmbito dos invertebrados que calcificam, tais como moluscos e crustáceos, poucos consideraram o estudo de efeitos ao nível sub-celular para avaliar stress oxidativo ou respostas funcionais do metabolismo energético em tais condições, interligando vários níveis de organização biológica. O objetivo do presente estudo foi o de avaliar os efeitos da exposição a diferentes níveis-alvo de pCO2 (controlo: 370 μatm; aumentado: 710 μatm) e de pH (controlo: 8.15; reduzido: 7.85) em parâmetros de crescimento bem como avaliar respostas comportamentais e bioquímicas relacionadas com stress oxidativo e metabolismo energético durante o desenvolvimento larvar de um crustáceo decápode. Este cenário de acidificação está de acordo com os RCPs previstos pelo Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas (IPCC, 2014) para o ano 2100. Para o presente estudo, foi utilizado o crustáceo Homarus gammarus (L.) – sendo uma espécie com elevado valor comercial, que tem vindo a sofrer elevada pressão de pesca em águas Europeias. Fêmeas adultas provenientes da costa Atlântica Oeste Portuguesa foram obtidas de um retalhista local. Após a eclosão em ambiente laboratorial controlado, larvas provenientes da mesma progenitora foram expostas às condições acima descritas desde o momento da eclosão até à chegada ao Estádio III. A sobrevivência individual e ocorrência de ecdise foram avaliados individualmente de 12h em 12h. Réplicas de cada tratamento foram recolhidas em momentos específicos durante o Estádio I (primeiro estádio larvar) e Estádio III (último estádio larvar) para análise morfométrica e de crescimento (peso fresco e comprimento carapaça) e respostas bioquímicas. Os biomarcadores analisados incluíram parâmetros relacionados com stress oxidativo e danos (atividade da enzima superóxido dismutase (SOD), peroxidação lipídica (LPO) e danos no DNA) e metabolismo energético (atividade da cadeia transportadora de eletrões (ETS) e da enzima lactato desidrogenase (LDH) e quantificação de Hidratos de Carbono). Os resultados obtidos sugerem que a sobrevivência diminui e que o período inter-muda é afetado durante a exposição a cenários de acidificação. No que respeita aos parâmetros de crescimento/morfométricos, larvas do cenário de acidificação apresentam uma tendência para crescimento diminuído, menor peso e comprimento de carapaça. As análises bioquímicas realizadas indicam a ocorrência de stress oxidativo sob condições de acidificação. Respostas ao nível do metabolismo energético não variaram significativamente entre tratamentos. Os resultados apontam também para que fases larvares possam possuir um sistema antioxidante ainda em desenvolvimento, tornando-as mais suscetíveis ao stress oxidativo. As fases larvares são uma fase vulnerável e crucial no ciclo de vida das espécies, influenciando o recrutamento e a renovação de stocks. Este estudo contribui para um melhor entendimento sobre a vulnerabilidade desta espécie num cenário de alterações climáticas – Acidificação dos oceanos – ao endereçar os mecanismos envolvidos nas respostas deste crustáceo a este agente causador de stress.