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.

Role of oxidative stress-induced systemic and cavernosal molecular alterations in the progression of diabetic erectile dysfunction

Background Erectile dysfunction (ED) is a prevalent complication of diabetes, and oxidative stress is an important feature of diabetic ED. Oxidative stress-induced damage plays a pivotal role in the development of tissue alterations. However, the deleterious effects of oxidative stress in the corpus cavernosum with the progression of diabetes remain unclear. The aim of this study was to evaluate systemic and penile oxidative stress status in the early and late stages of diabetes. Methods Male Wistar streptozotocin-diabetic rats (and age-matched controls) were examined 2 (early) and 8 weeks (late) after the induction of diabetes. Systemic oxidative stress was evaluated by urinary H2O2 and the ratio of circulating reduced/oxidized glutathione (GSH/GSSG). Penile oxidative status was assessed by H2O2 production and 3-nitrotyrosine (3-NT) formation. Cavernosal endothelial nitric oxide synthase (eNOS) was analyzed by quantitative immunohistochemistry. Dual immunofluorescence was also performed for 3-NT and α-smooth muscle actin (α-SMA) and eNOS–α-SMA. Results There was a significant increase in urinary H2O2 levels in both diabetic groups. The plasma GSH/GSSG ratio was significantly augmented in late diabetes. In cavernosal tissue, H2O2 production was significantly increased in late diabetes. Reactivity for 3-NT was located predominantly in cavernosal smooth muscle (SM) and was significantly reduced in late diabetes. Quantitative immunohistochemistry revealed a significant decrease in eNOS levels in cavernosal SM and endothelium in late diabetes. Conclusions The findings indicate that the noxious effects of oxidative stress are more prominent in late diabetes. Increased penile protein oxidative modifications and decreased eNOS expression may be responsible for structural and/or functional deregulation, contributing to the progression of diabetes-associated ED.

Metal accumulation and oxidative stress biomarkers in octopus (Octopus vulgaris) from Northwest Atlantic

Metals are ubiquitous in the environment and accumulate in aquatic organisms and are known for their ability to enhance the production of reactive oxygen species (ROS). In aquatic species, oxidative stress mechanisms have been studied by measuring antioxidant enzyme activities and oxidative damages in tissues. The aim of this study was to apply and validate a set of oxidative stress biomarkers and correlate responses with metal contents in tissues of common octopus (Octopus vulgaris). Antioxidant enzyme activity (catalase — CAT, superoxide dismutase — SOD and glutathione S-transferases — GST), oxidative damages (lipid peroxidation — LPO and protein carbonyl content — PCO) andmetal content (Cu, Zn, Pb, Cd and As) in the digestive gland and armof octopus, collected in the NWPortuguese coast in different periods, were assessed after capture and after 14 days in captivity. CAT and SOD activitieswere highly responsive to fluctuations inmetal concentrations and able to reduce oxidative damage, LPO and PCO in the digestive gland. CAT activity was also positively correlated with SOD and GST activities, which emphasizes that the three enzymes respond in a coordinated way to metal induced oxidative stress. Our results validate the use of oxidative stress biomarkers to assess metal pollution effects in this ecological and commercial relevant species.Moreover, octopus seems to have the ability to control oxidative damage by triggering an antioxidant enzyme coordinated response in the digestive gland.

Adverse effect of alcohol drinking: the role of oxidative stress

Atualmente, o álcool tem um papel importante na saúde pública e surge como um dos principais problemas sociais no mundo, dado que é a droga mais viciante aceite em encontros sociais. Provavelmente, por essa razão, os riscos do consumo abusivo do álcool são subestimados pelos jovens, mulheres grávidas e idosos. O álcool, quando ingerido em altas proporções, pode afetar todos os órgãos e desencadear inúmeras doenças, tais como a doença cardíaca coronariana, doença neurodegenerativa, as doenças crónicas e câncer. O álcool afeta ainda o estado psicológico, induzindo a violência, o estado antissocial e situações de risco de comportamentos. Por estas razões, o álcool tornou-se um foco principal da investigação, avaliando os seus efeitos sobre o corpo humano. Nesta pesquisa, foram suscitadas amostras de sangue de um grupo de pacientes em tratamento psicológico e/ou farmacêutico que serão analisadas com quatro métodos: Teste de Radicais Livres do Oxigénio (FORT), Defesa contra Radicais Livres do Oxigénio (FORD), cromatografia gasosa (GC) e cromatografia líquida de alta pressão (HPLC). Ambos os métodos FORT e FORD avaliam o stress oxidativo pela quantificação de radicais livres e a capacidade de antioxidantes em eliminar esses radicais livres, respetivamente. O stress oxidativo é o efeito do excesso de consumo de álcool, que é reduzido pela capacidade de ação dos antioxidantes. A boa reprodutibilidade, precisão e exatidão de ambos os métodos indicam que estes podem ser aplicados em rápidos diagnósticos. Para o método FORT e considerando o início do tratamento, os pacientes alcoólicos apresentaram uma média de 3,59±1.01mmol/LH2O2 e o grupo de controlo uma média de 1,42±0.53mmol/LH2O2, o que mostra uma diferença significativa entre os dois grupos (P=0,0006). Para o método FORD, pacientes alcoólicos apresentam uma média de 1,07±0.53mmol/LH2O2 e o grupo de controlo, uma média de 2,81±0.46mmol/LH2O2, mostrando também uma média significativa (P=0,0075). Após 15 dias de tratamento observou-se que há uma diferença entre os dois grupos de pacientes alcoólicos, mas não há nenhum melhoramento em relação ao grupo de pacientes em tratamento. No método FORT os grupos mostram uma diferença significativa (P=0,0073), tendo os pacientes sem tratamento farmacêutico melhores resultados (2.37±0.44mmol/LH2O2) do que os pacientes com tratamento (3.72±1,04mmol/LH2O2). O oposto ocorre no método FORD, os pacientes em tratamento farmacêutico presentam melhores resultados (1.16±0.65mmol/LH2O2) do que o outro grupo (0.75±0.22mmol/LH2O2), não sendo, no entanto, uma diferença significativa entre os dois grupos (P=0.16). Os resultados obtidos para a concentração de MDA pelo método de HPLC mostraram que o grupo de controlo tem valores mais baixos do que os pacientes alcoólicos, embora a diferença não seja muito significativa (P = 0,084), mas é ainda elevada. Além disso, os dois grupos de pacientes não apresentaram uma diferença significativa entre os seus resultados no início (P=0,77) e no fim (P=0,79) do tratamento. De acrescentar ainda que, os resultados da concentração de álcool no sangue determinados pelo método de CG mostraram que só alguns pacientes sem tratamento consumiram álcool durante o período de tratamento, o que influencia negativamente a conclusão sobre o efeito do tratamento. Contudo, outros fatores externos podem ainda influenciar os resultados finais, tais como o estado nutricional e estado psicológico dos pacientes, se o paciente continua a beber durante o tempo de tratamento ou até mesmo se o paciente é exposto a outros tipos de substâncias nocivas. Existe ainda a possibilidade de o tempo de aplicação do tratamento não ser suficiente para apresentar um efeito positivo em relação ao stress oxidativo e este é um outro fator que contribui para a impossibilidade de confirmar sobre o efeito, quer seja positivo ou negativo, do tratamento antioxidante.

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.

Modification of cell volume and proliferative capacity of Pseudokirchneriella subcapitata cells exposed to metal stress

The impact of metals (Cd, Cr, Cu and Zn) on growth, cell volume and cell division of the freshwateralga Pseudokirchneriella subcapitata exposed over a period of 72 h was investigated. The algal cells wereexposed to three nominal concentrations of each metal: low (closed to 72 h-EC10values), intermediate(closed to 72 h-EC50values) and high (upper than 72 h-EC90values). The exposure to low metal concen-trations resulted in a decrease of cell volume. On the contrary, for the highest metal concentrations anincrease of cell volume was observed; this effect was particularly notorious for Cd and less pronouncedfor Zn. Two behaviours were found when algal cells were exposed to intermediate concentrations ofmetals: Cu(II) and Cr(VI) induced a reduction of cell volume, while Cd(II) and Zn(II) provoked an oppositeeffect. The simultaneous nucleus staining and cell image analysis, allowed distinguishing three phases inP. subcapitata cell cycle: growth of mother cell; cell division, which includes two divisions of the nucleus;and, release of four autospores. The exposure of P. subcapitata cells to the highest metal concentrationsresulted in the arrest of cell growth before the first nucleus division [for Cr(VI) and Cu(II)] or after thesecond nucleus division but before the cytokinesis (release of autospores) when exposed to Cd(II). Thedifferent impact of metals on algal cell volume and cell-cycle progression, suggests that different toxic-ity mechanisms underlie the action of different metals studied. The simultaneous nucleus staining andcell image analysis, used in the present work, can be a useful tool in the analysis of the toxicity of thepollutants, in P. subcapitata, and help in the elucidation of their different modes of action.

Adverse Effect of Alcohol Drinking: The Role of Oxidative Stress

Atualmente, o álcool tem um papel importante na saúde pública e surge como um dos principais problemas sociais no mundo, dado que é a droga mais viciante aceite em encontros sociais. Provavelmente, por essa razão, os riscos do consumo abusivo do álcool são subestimados pelos jovens, mulheres grávidas e idosos. O álcool, quando ingerido em altas proporções, pode afetar todos os órgãos e desencadear inúmeras doenças, tais como a doença cardíaca coronariana, doença neurodegenerativa, as doenças crónicas e câncer. O álcool afeta ainda o estado psicológico, induzindo a violência, o estado antissocial e situações de risco de comportamentos. Por estas razões, o álcool tornou-se um foco principal da investigação, avaliando os seus efeitos sobre o corpo humano. Nesta pesquisa, foram suscitadas amostras de sangue de um grupo de pacientes em tratamento psicológico e/ou farmacêutico que serão analisadas com quatro métodos: Teste de Radicais Livres do Oxigénio (FORT), Defesa contra Radicais Livres do Oxigénio (FORD), cromatografia gasosa (GC) e cromatografia líquida de alta pressão (HPLC). Ambos os métodos FORT e FORD avaliam o stress oxidativo pela quantificação de radicais livres e a capacidade de antioxidantes em eliminar esses radicais livres, respetivamente. O stress oxidativo é o efeito do excesso de consumo de álcool, que é reduzido pela capacidade de ação dos antioxidantes. A boa reprodutibilidade, precisão e exatidão de ambos os métodos indicam que estes podem ser aplicados em rápidos diagnósticos. Para o método FORT e considerando o início do tratamento, os pacientes alcoólicos apresentaram uma média de 3,59±1.01mmol/LH2O2 e o grupo de controlo uma média de 1,42±0.53mmol/LH2O2, o que mostra uma diferença significativa entre os dois grupos (P=0,0006). Para o método FORD, pacientes alcoólicos apresentam uma média de 1,07±0.53mmol/LH2O2 e o grupo de controlo, uma média de 2,81±0.46mmol/LH2O2, mostrando também uma média significativa (P=0,0075). Após 15 dias de tratamento observou-se que há uma diferença entre os dois grupos de pacientes alcoólicos, mas não há nenhum melhoramento em relação ao grupo de pacientes em tratamento. No método FORT os grupos mostram uma diferença significativa (P=0,0073), tendo os pacientes sem tratamento farmacêutico melhores resultados (2.37±0.44mmol/LH2O2) do que os pacientes com tratamento (3.72±1,04mmol/LH2O2). O oposto ocorre no método FORD, os pacientes em tratamento farmacêutico presentam melhores resultados (1.16±0.65mmol/LH2O2) do que o outro grupo (0.75±0.22mmol/LH2O2), não sendo, no entanto, uma diferença significativa entre os dois grupos (P=0.16). Os resultados obtidos para a concentração de MDA pelo método de HPLC mostraram que o grupo de controlo tem valores mais baixos do que os pacientes alcoólicos, embora a diferença não seja muito significativa (P = 0,084), mas é ainda elevada. Além disso, os dois grupos de pacientes não apresentaram uma diferença significativa entre os seus resultados no início (P=0,77) e no fim (P=0,79) do tratamento. De acrescentar ainda que, os resultados da concentração de álcool no sangue determinados pelo método de CG mostraram que só alguns pacientes sem tratamento consumiram álcool durante o período de tratamento, o que influencia negativamente a conclusão sobre o efeito do tratamento. Contudo, outros fatores externos podem ainda influenciar os resultados finais, tais como o estado nutricional e estado psicológico dos pacientes, se o paciente continua a beber durante o tempo de tratamento ou até mesmo se o paciente é exposto a outros tipos de substâncias nocivas. Existe ainda a possibilidade de o tempo de aplicação do tratamento não ser suficiente para apresentar um efeito positivo em relação ao stress oxidativo e este é um outro fator que contribui para a impossibilidade de confirmar sobre o efeito, quer seja positivo ou negativo, do tratamento antioxidante.

Transgenerational Inheritance of Paternal Neurobehavioral Phenotypes: Stress, Addiction, Ageing and Metabolism

Epigenetic modulation is found to get involved in multiple neurobehavioral processes. It is believed that different types of environmental stimuli could alter the epigenome of the whole brain or related neural circuits, subsequently contributing to the long-lasting neural plasticity of certain behavioral phenotypes. While the maternal influence on the health of offsprings has been long recognized, recent findings highlight an alternative way for neurobehavioral phenotypes to be passed on to the next generation, i.e., through the male germ line. In this review, we focus specifically on the transgenerational modulation induced by environmental stress, drugs of abuse, and other physical or mental changes (e.g., ageing, metabolism, fear) in fathers, and recapitulate the underlying mechanisms potentially mediating the alterations in epigenome or gene expression of offsprings. Together, these findings suggest that the inheritance of phenotypic traits through male germ-line epigenome may represent the unique manner of adaptation during evolution. Hence, more attention should be paid to the paternal health, given its equivalently important role in affecting neurobehaviors of descendants.

Use of a fluorescence-based approach to assess short-term responses of the alga Pseudokirchneriella subcapitata to metal stress

This work explores the use of fluorescent probes to evaluate the responses of the green alga Pseudokirchneriella subcapitata to the action of three nominal concentrations of Cd(II), Cr(VI), Cu(II) and Zn(II) for a short time (6 h). The toxic effect of the metals on algal cells was monitored using the fluorochromes SYTOX Green (SG, membrane integrity), fluorescein diacetate (FDA, esterase activity) and rhodamine 123 (Rh123, mitochondrial membrane potential). The impact of metals on chlorophyll a (Chl a) autofluorescence was also evaluated. Esterase activity was the most sensitive parameter. At the concentrations studied, all metals induced the loss of esterase activity. SG could be used to effectively detect the loss of membrane integrity in algal cells exposed to 0.32 or 1.3 μmol L−1 Cu(II). Rh123 revealed a decrease in the mitochondrial membrane potential of algal cells exposed to 0.32 and 1.3 μmol L−1 Cu(II), indicating that mitochondrial activity was compromised. Chl a autofluorescence was also affected by the presence of Cr(VI) and Cu(II), suggesting perturbation of photosynthesis. In conclusion, the fluorescence-based approach was useful for detecting the disturbance of specific cellular characteristics. Fluorescent probes are a useful diagnostic tool for the assessment of the impact of toxicants on specific targets of P. subcapitata algal cells.