Evaluation of the role of glutathione in the lead-induced toxicity in saccharomyces cerevisiae

The effect of intracellular reduced glutathione (GSH) in the lead stress response of Saccharomyces cerevisiae was investigated. Yeast cells exposed to Pb, for 3 h, lost the cell proliferation capacity (viability) and decreased intracellular GSH level. The Pb-induced loss of cell viability was compared among yeast cells deficient in GSH1 (∆gsh1) or GSH2 (∆gsh2) genes and wild-type (WT) cells. When exposed to Pb, ∆gsh1 and ∆gsh2 cells did not display an increased loss of viability, compared with WT cells. However, the depletion of cellular thiols, including GSH, by treatment of WT cells with iodoacetamide (an alkylating agent, which binds covalently to thiol group), increased the loss of viability in Pb-treated cells. In contrast, GSH enrichment, due to the incubation of WT cells with amino acids mixture constituting GSH (l-glutamic acid, l-cysteine and glycine), reduced the Pb-induced loss of proliferation capacity. The obtained results suggest that intracellular GSH is involved in the defence against the Pb-induced toxicity; however, at physiological concentration, GSH seems not to be sufficient to prevent the Pb-induced loss of cell viability.

Saccharomyces cerevisiae Mutants Affected in Vacuole Assembly or Vacuolar H+-ATPase are Hypersensitive to Lead (Pb) Toxicity

Lead is an important environmental pollutant. The role of vacuole, in Pb detoxification, was studied using a vacuolar protein sorting mutant strain (vps16D), belonging to class C mutants. Cells disrupted in VPS16 gene, did not display a detectable vacuolar-like structure. Based on the loss of cell proliferation capacity, it was found that cells from vps16D mutant exhibited a hypersensitivity to Pb-induced toxicity, compared to wild type (WT) strain. The function of vacuolar H?-ATPase (VATPase), in Pb detoxification, was evaluated using mutants with structurally normal vacuoles but defective in subunits of catalytic (vma1D or vma2D) or membrane domain (vph1D or vma3D) of V-ATPase. All mutants tested, lacking a functional V-ATPase, displayed an increased susceptibility to Pb, comparatively to cells from WT strain. Modification of vacuolar morphology, in Pb-exposed cells, was visualized using a Vma2p-GFP strain. The treatment of yeast cells with Pb originated the fusion of the medium size vacuolar lobes into one enlarged vacuole. In conclusion, it was found that vacuole plays an important role in the detoxification of Pb in Saccharomyces cerevisiae; in addition, a functional V-ATPase was required for Pb compartmentalization.

Acetyl-L-Carnitine Prevents Methamphetamine-Induced Structural Damage on Endothelial Cells via ILK-Related MMP-9 Activity

Methamphetamine (METH) is a potent psychostimulant highly used worldwide. Recent studies evidenced the involvement of METH in the breakdown of the blood-brain-barrier (BBB) integrity leading to compromised function. The involvement of the matrix metalloproteinases (MMPs) in the degradation of the neurovascular matrix components and tight junctions (TJs) is one of the most recent findings in METH-induced toxicity. As BBB dysfunction is a pathological feature of many neurological conditions, unveiling new protective agents in this field is of major relevance. AcetylL-carnitine (ALC) has been described to protect the BBB function in different paradigms, but the mechanisms underling its action remain mostly unknown. Here, the immortalized bEnd.3 cell line was used to evaluate the neuroprotective features of ALC in METH-induced damage. Cells were exposed to ranging concentrations of METH, and the protective effect of ALC 1 mM was assessed 24 h after treatment. F-actin rearrangement, TJ expression and distribution, and MMPs activity were evaluated. Integrin-linked kinase (ILK) knockdown cells were used to assess role of ALC in ILK mediated METHtriggered MMPs’ activity. Our results show that METH led to disruption of the actin filaments concomitant with claudin-5 translocation to the cytoplasm. These events were mediated by MMP-9 activation in association with ILK overexpression. Pretreatment with ALC prevented METH-induced activation of MMP-9, preserving claudin-5 location and the structural arrangement of the actin filaments. The present results support the potential of ALC in preserving BBB integrity, highlighting ILK as a new target for the ALC therapeutic use.

Avaliação do papel da glutationa e do vacúolo como mecanismos de defesa contra a toxicidade induzida pelo chumbo na levedura Saccharomyces cerevisiae

A presença de metais pesados no meio ambiente deve-se, principalmente, a actividades antropogénicas. Ao contrário do Cu e do Zn, que em baixas concentrações são essenciais para o normal funcionamento celular, não se conhece para o chumbo nenhuma função biológica. O chumbo apresenta efeitos tóxicos, e considerado possível agente carcinogéneo, sendo classificado como poluente prioritário pela Agencia de Protecção Ambiental dos EUA (US-EPA). O presente trabalho teve como objetivo avaliar o papel da glutationa e do vacúolo, como mecanismos de defesa, contra os efeitos tóxicos induzidos pelo chumbo, usando como modelo a levedura Saccharomyces cerevisiae. A levedura S. cerevisiae quando exposta a varias concentrações de chumbo, durante 3h, perde a viabilidade e acumula espécies reativas de oxigénio (ROS). O estudo comparativo da perda de viabilidade e acumulação de ROS em células de uma estirpe selvagem (WT) e de estirpes mutantes, incapazes de produzir glutationa devido a uma deficiência no gene GSH1 (gsh1) ou GSH2 (gsh2) mostrou que as estirpes gsh1 ou(gsh2 não apresentavam um aumento da sensibilidade ao efeito toxico do chumbo. No entanto, o tratamento de células da estirpe WT com iodoacetamida (um agente alquilante que induz a depleção de glutationa) aumentou a sensibilidade das células a presença de chumbo. Pelo contrário, o enriquecimento em GSH, através da incubação de células WT com glucose e uma mistura de aminoácidos que constituem a GSH (acido L-glutâmico, L-cisteína e glicina), reduziu o stress oxidativo e a perda de viabilidade induzida por chumbo. A importância do vacúolo, como mecanismo de defesa, foi avaliada através da utilização de um mutante sem qualquer estrutura vacuolar (vps16) ou de mutantes deficientes na subunidade catalítica A (vma1) ou B (vma2) ou no proteolítico - subunidade C (vma3) da V-ATPase. As células da estirpe ƒ´vps16 apresentaram uma elevada suscetibilidade a presença de chumbo. As células das estirpes deficientes na subunidade A, B ou c da V-ATPase, apresentaram uma maior perda de viabilidade, quando expostas a chumbo, do que as células da estirpe WT, mas menor do que a da estirpe vps16 Em conclusão, os resultados obtidos, no seu conjunto, sugerem que a glutationa esta envolvida na defesa contra a toxicidade provocada por chumbo; todavia, a glutationa, por si só, parece não ser suficiente para suster o stress oxidativo e a perda de viabilidade induzida por chumbo. O vacúolo parece constituir um importante mecanismo de defesa contra a toxicidade provocada por chumbo. A V-ATPase parece estar envolvida na compartimentação de chumbo no vacúolo.

Estudo da Toxicidade do Chumbo na Levedura Saccharomyces cerevisiae

O chumbo é um importante poluente ambiental. A levedura Saccharomyces cerevisiae constitui um modelo útil para o estudo dos efeitos tóxicos do chumbo. O conhecimento dos mecanismos de defesa e resistência à presença de metais pesados poderá ser útil em tecnologias de proteção ambiental, nomeadamente no desenvolvimento de novas metodologias para a biorremediação de metais pesados. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o impacto do Pb na capacidade proliferativa, na integridade membranar e na produção intracelular de espécies reativas de oxigénio (ROS), na estirpe laboratorial da levedura Saccharomyces cerevisiae BY4741 (estirpe selvagem, WT). Foi também estudado o papel das mitocôndrias, como fonte de ROS induzida por Pb, e o envolvimento da H+-ATPase vacuolar (V-ATPase) e de transportadores vacuolares pertencentes à superfamília ABC (de ATP-binding cassette) na defesa contra a toxicidade do Pb. O estudo cinético do impacto de duas concentrações de Pb na viabilidade das leveduras (avaliado através de um ensaio clonogénico), na integridade da membrana celular (determinada com iodeto de propídio) e na produção intracelular de ROS (o anião superóxido foi detetado com dihidroetídio e o peróxido de hidrogénio com 2’,7’- diclorodihidrofluoresceína), revelou uma perda progressiva da capacidade proliferativa (53 e 17% de células viáveis, após a exposição durante 3h a 250 ou 1000 µmol/l de chumbo, respetivamente), coincidente com a acumulação intracelular de anião superóxido e de peróxido de hidrogénio, na ausência de perda da integridade membranar. A importância das mitocôndrias na produção de ROS, induzida por chumbo, foi levada a cabo usando um mutante deficiente respiratório desprovido de ADN mitocondrial (ƿ0). Quando comparado com a respetiva estirpe parental, o mutante ƿ0 apresentou uma maior resistência ao Pb e uma menor produção de ROS induzida por Pb. A exposição das células da estirpe BY4741 a 250 e 1000 µmol/l de chumbo originou a formação de 49 e 58% de células deficientes respiratórias, respetivamente. A função da V-ATPase, na desintoxicação de chumbo, foi avaliada utilizando mutantes com uma estrutura vacuolar normal mas defetivos em subunidades da VATPase (vma1Δ, vma2Δ, vma3Δ e vph1Δ). Comparativamente às células da estirpe WT, todos os mutantes testados, sem V-ATPase funcional, apresentaram uma maior suscetibilidade ao Pb. O papel dos transportadores vacuolares pertencentes à superfamília ABC, na defesa contra a toxicidade induzida por chumbo, foi levada a cabo utilizando mutantes sem os transportadores Ycf1p ou Vmr1p. Os resultados preliminares mostraram que quando comparadas com as células da estirpe WT, as células das estirpes ycf1Δ ou vmr1Δ não apresentavam uma maior perda da viabilidade. A modificação da morfologia vacuolar, em células expostas a chumbo, foi visualizada utilizando a estirpe Vma2p-GFP. O tratamento das células com Pb originou a fusão dos vacúolos de tamanho médio num único vacúolo de grande dimensão. Em conclusão, os estudos desenvolvidos no presente trabalho, utilizando a estirpe laboratorial BY4741, mostraram que a perda da capacidade proliferativa das leveduras, induzida pelo chumbo, pode ser atribuída à acumulação intracelular do anião superóxido e de peróxido de hidrogénio. As mitocôndrias parecem ser uma das principais fontes de ROS induzido por Pb e, simultaneamente, um dos principais alvos da sua toxicidade. Em S. cerevisiae, o vacúolo desempenha um papel importante na desintoxicação do Pb. A modificação da morfologia vacuolar após exposição ao chumbo poderá ser a consequência da acumulação de Pb no vacúolo. Enquanto os transportadores da superfamília ABC parecem não estar envolvidos na sequestração vacuolar de Pb, é necessária a presença, num estado funcional, da V-ATPase para que ocorra a compartimentação do Pb. Muito provavelmente, a compartimentação do Pb no vacúolo previne a sua acumulação no citosol e o desencadear dos respetivos efeitos tóxicos.

Mitochondria are the main source and one of the targets of Pb (lead)-induced oxidative stress in the yeast Saccharomyces cerevisiae

The yeast Saccharomyces cerevisiae is a useful model organism for studying lead (Pb) toxicity. Yeast cells of a laboratory S. cerevisiae strain (WT strain) were incubated with Pb concentrations up to 1,000 μmol/l for 3 h. Cells exposed to Pb lost proliferation capacity without damage to the cell membrane, and they accumulated intracellular superoxide anion (O2 .−) and hydrogen peroxide (H2O2). The involvement of the mitochondrial electron transport chain (ETC) in the generation of reactive oxygen species (ROS) induced by Pb was evaluated. For this purpose, an isogenic derivative ρ0 strain, lacking mitochondrial DNA, was used. The ρ0 strain, without respiratory competence, displayed a lower intracellular ROS accumulation and a higher resistance to Pb compared to the WT strain. The kinetic study of ROS generation in yeast cells exposed to Pb showed that the production of O2 .− precedes the accumulation of H2O2, which is compatible with the leakage of electrons from the mitochondrial ETC. Yeast cells exposed to Pb displayed mutations at the mitochondrial DNA level. This is most likely a consequence of oxidative stress. In conclusion, mitochondria are an important source of Pb-induced ROS and, simultaneously, one of the targets of its toxicity.

Are known cyanotoxins involved in the toxicity of picoplanktonic and filamentous north atlantic marine cyanobacteria?

Eight marine cyanobacteria strains of the genera Cyanobium, Leptolyngbya, Oscillatoria, Phormidium, and Synechococcus were isolated from rocky beaches along the Atlantic Portuguese central coast and tested for ecotoxicity. Strains were identified by morphological characteristics and by the amplification and sequentiation of the 16S rDNA. Bioactivity of dichloromethane, methanol and aqueous extracts was assessed by the Artemia salina bioassay. Peptide toxin production was screened by matrix assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry. Molecular analysis of the genes involved in the production of known cyanotoxins such as microcystins, nodularins and cylindrospermopsin was also performed. Strains were toxic to the brine shrimp A. salina nauplii with aqueous extracts being more toxic than the organic ones. Although mass spectrometry analysis did not reveal the production of microcystins or other known toxic peptides, a positive result for the presence of mcyE gene was found in one Leptolyngbya strain and one Oscillatoria strain. The extensive brine shrimp mortality points to the involvement of other unknown toxins, and the presence of a fragment of genes involved in the cyanotoxin production highlight the potential risk of cyanobacteria occurrence on the Atlantic coast.

Primary screening of the bioactivity of brackishwater cyanobacteria: toxicity of crude extracts to artemia salina larvae and paracentrotus lividus embryos

Cyanobacteria are a diverse group of Gram-negative bacteria that produce an array of secondary compounds with selective bioactivity against vertebrates, invertebrates, plants, microalgae, fungi, bacteria, viruses and cell lines. The aim of this study was to assess the toxic effects of aqueous, methanolic and hexane crude extracts of benthic and picoplanktonic cyanobacteria isolated from estuarine environments, towards the nauplii of the brine shrimp Artemia salina and embryos of the sea urchin Paracentrotus lividus. The A. salina lethality test was used as a frontline screen and then complemented by the more specific sea urchin embryo-larval assay. Eighteen cyanobacterial isolates, belonging to the genera Cyanobium, Leptolyngbya, Microcoleus, Phormidium, Nodularia, Nostoc and Synechocystis, were tested. Aqueous extracts of cyanobacteria strains showed potent toxicity against A. salina, whereas in P. lividus, methanolic and aqueous extracts showed embryo toxicity, with clear effects on development during early stages. The results suggest that the brackishwater cyanobacteria are producers of bioactive compounds with toxicological effects that may interfere with the dynamics of invertebrate populations.

Structural, physical, and chemical modifications induced by microwave heating on native agar-like galactans

Native agars from Gracilaria vermiculophylla produced in sustainable aquaculture systems (IMTA) were extracted under conventional (TWE) and microwave (MAE) heating. The optimal extracts from both processes were compared in terms of their properties. The agars’ structure was further investigated through Fourier transform infrared and NMR spectroscopy. Both samples showed a regular structure with an identical backbone, β-D-galactose (G) and 3,6-anhydro-α-L-galactose (LA) units; a considerable degree of methylation was found at C6 of the G units and, to a lesser extent, at C2 of the LA residues. The methylation degree in the G units was lower for MAEopt agar; the sulfate content was also reduced. MAE led to higher agar recoveries with drastic extraction time and solvent volume reductions. Two times lower values of [η] and Mv obtained for the MAEopt sample indicate substantial depolymerization of the polysaccharide backbone; this was reflected in its gelling properties; yet it was clearly appropriate for commercial application in soft-texture food products.

Interlaboratory validation of an environmental monitoring method for trace analysis of endocrine disrupting compounds

Environmental pollution continues to be an emerging study field, as there are thousands of anthropogenic compounds mixed in the environment whose possible mechanisms of toxicity and physiological outcomes are of great concern. Developing methods to access and prioritize the screening of these compounds at trace levels in order to support regulatory efforts is, therefore, very important. A methodology based on solid phase extraction followed by derivatization and gas chromatography-mass spectrometry analysis was developed for the assessment of four endocrine disrupting compounds (EDCs) in water matrices: bisphenol A, estrone, 17b-estradiol and 17a-ethinylestradiol. The study was performed, simultaneously, by two different laboratories in order to evaluate the robustness of the method and to increase the quality control over its application in routine analysis. Validation was done according to the International Conference on Harmonisation recommendations and other international guidelines with specifications for the GC-MS methodology. Matrix-induced chromatographic response enhancement was avoided by using matrix-standard calibration solutions and heteroscedasticity has been overtaken by a weighted least squares linear regression model application. Consistent evaluation of key analytical parameters such as extraction efficiency, sensitivity, specificity, linearity, limits of detection and quantification, precision, accuracy and robustness was done in accordance with standards established for acceptance. Finally, the application of the optimized method in the assessment of the selected analytes in environmental samples suggested that it is an expedite methodology for routine analysis of EDC residues in water matrices.

The evidence of conventional physiotherapeutic interventions after exercise-induced muscle damage: systematic review and meta-analysis

Abstract Introduction: Exhaustive and/or unaccustomed exercise, mainly those involving eccentric muscle actions, induces temporary muscle damage, evidenced by Delayed Onset Muscle Soreness. Different strategies to recover the signs and symptoms of this myogenic condition have been studied by researchers, as a result a significant number of articles on this issue have been published. Purpose: A systematic review was conducted to assess the evidence of the physiotherapeutic interventions of exercise-induced muscle damage. Methods: The electronic data bases were searched, including MEDLINE (1996-2011), CINHAL (1982- 2011), EMBASE (1988-2011), PEDro (1950-2011), and SPORTDiscus (1985-2011). Systematic review was limited to randomized control trials (RCTs) studies, written in English or Portuguese, which included physiotherapeutic interventions, namely massage, cryotherapy, stretching and low-intensity exercise, on adult human subjects (18-60 years old) of either gender. Studies were excluded when the intervention could not be assessed independently. The methodological quality of RCTs was independently assessed with the PEDro Scale by three reviewers. Results: Thirty-three studies were included in the systematic review; eight analyzed the effects of the massage, ten analyzed the effects of the cryotherapy, eight the effect of stretching and seventeen focused low-intensity exercise intervention. The results suggest that massage is the most effective intervention and that there is inconclusive evidence to support the use of cryotherapy; whereas the other conventional, namely stretching and low-intensity exercise, there is no evidence to prove their efficacy. Conclusion: The results allow the conclusion that massage is the physiotherapeutic intervention that demonstrated to be the most effective in the relief of symptoms and signs of exercise-induced muscle damage, as a result, massage should still be used in the muscular recovery after sports activities.

Identification of neuronal alterations induced by Shank3 mutations using iPS cells from Phelan-McDermid Patients' Fibroblasts

A família de proteínas Shank é o principal conjunto de proteinas de suporte e está localizada na densidade pós-sináptica das sinapses excitatórias. Existem 3 genes na família Shank, Shank1, Shank2 e Shank3 e são caracterizados por múltiplos domínios repetidos de anquirina próximo ao N-terminal seguido pelos domínios Src homologo 3 e PDZ, uma região longa rica em prolina e um domínio de motivo α estéril próximo ao C-terminal. Shank proteínas conectam duas subunidades de receptors glutamatérgicos, recetores NMDA e recetores metabotrópicos de glutamato do tipo-I (mGluRs). O domínio PDZ da Shank conecta-se ao C-terminal do GKAP e este, liga-se, ao complexo recetor PSD-95-NMDA. Por outro lado, a proteína Homer interage com o domínio rico em prolina para confirmar a associação entre a proteína Shank com o mGluR tipo-I. A proteína específica em estudo, Shank3, é haploinsuficiente em pacientes com sindrome Phelan-McDermid devido à deleções no braço comprido do cromossoma 22 levando à danos intelectuais, ausência ou atraso no discurso, comportamentos semelhantes ao autismo, hipotonia e características dismórficas. Neste trabalho, investigamos o papel da Shank3 na função sináptica para compreender a relação entre alterações nesta proteína e as características neurológicas presente em Pacientes com síndrome Phelan-McDermid. Foram utilizados dois modelos diferentes, ratinhos knockout Shank3 e hiPSC de pacientes com PMS. Ratinhos geneticamente modificados são ferramentas uteis no estudo de genes e na compreensão dos mecanismos que experiências in vitro não são capazes de reproduzir, mas de maneira a compreender melhor as patologias humanas, decidimos trabalhar também com células humanas. Os fibroblastos dos pacientes com síndrome Phelan-McDermid fora reprogramados em hiPS cells, diferenciados em neurónios e comparados com os neurónios obtidos a partir de doadores saudavéis e da mesma idade. A reprogramação em iPSC foi realizada por infecção de lentivirus com quatro genes de reprogramação OCT4, c-MYC, SOX2 e KFL4 para posteriormente serem diferenciados em neurónios, com cada passo sendo positivamente confirmado através de marcadores neuronais. Através dos neurónios diferenciados, analisamos a expressão de proteínas sinápticas. Pacientes com haploinsuficiencia na proteína Shank3 apresentam níveis elevados de proteína mGluR5 e decrescidos de proteína Homer sugerindo que a haploinsuficiencia leva a desregulação do complexo mGluR5-Homer-Shank3 conduzindo também, a defeitos na maturação sináptica. Assim, a expressão da proteína mGluR5 está alterada nos pacientes com PMS podendo estar relacionada com defeitos encontrados na diferenciação neuronal e maturação sináptica observados nos neurónios de pacientes. Conclusivamente, iPS cells representam um modelo fundamental no estudo da proteína Shank3 e a sua influência no sindrome de Phelan-McDermid.

Eficácia do Constraint-Induced Movement Therapy, em utentes com sequelas de Acidente Vascular Encefálico, até 9 meses

O Acidente Vascular Encefálico é uma das principais causas de morte, tornando-se cada vez mais iminente processos de reabilitação que minimizem as sequelas, nomeadamente as limitações do membro superior que dificultam o envolvimento em atividades da vida diária. O Constraint-Induced Movement Therapy, surge como uma abordagem que incrementa o uso do membro superior mais afetado. A presente investigação trata-se de um estudo de casos múltiplos. Pretende-se verificar se existem melhorias na funcionalidade do membro superior mais afetado, analisar em que atividades da vida diária são visíveis melhorias funcionais e compreender se o maior envolvimento nas atividades diárias está diretamente relacionado com a melhoria na capacidade funcional. Pretende-se ainda que os valores obtidos no Wolf Motor Function Test sejam um contributo para a sua validação para a população portuguesa. Utilizou-se um questionário para recolha de dados pessoais e clínicos (amplitudes de movimento, dor e espasticidade); o Wolf Motor Function Test e o Action Research Arm Test para verificar a funcionalidade do membro superior mais afetado; e a Motor Activity Log que avalia o envolvimento em atividades da vida diária. O grupo é constituído por 3 utentes que sofreram um primeiro Acidente Vascular Encefálico até 9 meses de evolução, internados na Santa Casa da Misericórdia de Monção e que cumpriam os critérios de inclusão. O programa foi implementado três horas/dia, durante 10 dias, mantendo a restrição no membro superior menos afetado durante 90% do dia acordado. Como se trata de um estudo de casos múltiplos, analisou-se cada participante individualmente e verificou-se a diferença entre os resultados finais e iniciais para cada uma das variáveis. Os resultados obtidos revelam ganhos na amplitude de movimento, velocidade de execução e capacidade funcional do membro superior mais afetado, nomeadamente nas funções de preensão e pinça da mão, bem como se testemunhou minimização do fenómeno learned nonuse. Verificaram-se ganhos funcionais em todos os participantes nas atividades da vida diária apesar de serem diferentes de participante para participante. Dois participantes afirmaram que voltariam a participar no programa.Conclui-se, assim que a técnica resulta em ganhos funcionais nestes utentes, indicando um caminho alternativo a outras abordagens de reabilitação.