Avaliação da proteção conferida pela via de sinalização do Nrf2 num modelo experimental de sobrecarga de ferro in vivo

O ferro é encontrado em praticamente todos os seres vivos, sendo um cofator para proteínas que desempenham funções essenciais à vida. Nos mamíferos, a maioria do ferro está incorporada na hemoglobina ou armazenado no fígado, ligado à ferritina. É absorvido pelos enterócitos, sendo a principal forma de controlo dos seus níveis. A sobrecarga de ferro pode levar a hemocromatose, podendo ser tóxica para vários órgãos. O fator de transcrição Nrf2 é importante na ativação de genes citoprotetores em situações de stress oxidativo/eletrofílico, colocando-se a hipótese de que poderá estar envolvido na resposta à progressão de doença devido à sobrecarga de ferro. Com o objetivo de determinar se a via do Nrf2 representa uma proteção contra a toxicidade do ferro a nível hepático, foram realizadas duas experiências nas quais murganhos C57BL/6 (B6) e Nrf2-/- machos foram alimentados com dieta standard ou com dieta enriquecida em ferro carbonilo (FeC) (0,5% ou 2,0%). Os resultados demonstram sobrecarga de ferro nos animais que receberam dieta enriquecida, sendo que os que receberam FeC 2,0% apresentaram níveis mais elevados de ferro hepático e sérico, bem como da saturação da transferrina. Os murganhos Nrf2-/- são mais suscetíveis a esta acumulação, mostrando evidências patológicas mais graves, nomeadamente necrose hepatocítica e infiltração de células inflamatórias. A deleção do Nrf2 associado a uma dieta suplementada com FeC 2,0% parece não ser suficiente para o desenvolvimento de fibrose hepática. O estudo da expressão de genes e proteínas do metabolismo do ferro mostrou que os animais B6 e Nrf2-/- são igualmente capazes de responder à sobrecarga de ferro, sugerindo que a sua diferente suscetibilidade à toxicidade do ferro não se deverá a uma regulação ineficiente da homeostasia do Fe. A dieta com FeC 2,0% aumentou a expressão de dois genes alvo do Nrf2, Nqo1 e Gsta1, o que não se verificou com os genes e proteínas GCLC e GCLM. A expressão de genes pró-inflamatórios não mostrou evidências de inflamação nestes animais. Foi demonstrado que os animais Nrf2-/- são mais suscetíveis à toxicidade do ferro, concluindo-se que a via do Nrf2 é ativada em resposta a uma dieta contendo quantidades excessivas de FeC e que confere proteção contra a acumulação de ferro em murganhos B6.

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.

Influence of Soil Chemistry and Plant Physiology in the Phytoremediation of Cu, Mn, and Zn

Different anthropogenic sources of metals can result from agricultural, industrial, military, mining and urban activities that contribute to environmental pollution. Plants can be grown for phytoremediation to remove or stabilize contaminants in water and soil. Copper (Cu), manganese (Mn) and zinc (Zn) are trace essential metals for plants, although their role in homeostasis in plants must be strictly regulated to avoid toxicity. In this review, we summarize the processes involved in the bioavailability, uptake, transport and storage of Cu, Mn and Zn in plants. The efficiency of phytoremediation depends on several factors including metal bioavailability and plant uptake, translocation and tolerance mechanisms. Soil parameters, such as clay fraction, organic matter content, oxidation state, pH, redox potential, aeration, and the presence of specific organisms, play fundamental roles in the uptake of trace essential metals. Key processes in the metal homeostasis network in plants have been identified. Membrane transporters involved in the acquisition, transport and storage of trace essential metals are reviewed. Recent advances in understanding the biochemical and molecular mechanisms of Cu, Mn and Zn hyperaccumulation are described. The use of plant-bacteria associations, plant-fungi associations and genetic engineering has opened a new range of opportunities to improve the efficiency of phytoremediation. The main directions for future research are proposed from the investigation of published results.

Vitamin D Intake and Cardiometabolic: Risk Factors in Adolescents

Background: A growing body of research suggests that vitamin D might play an important role in overall health. No data exist on vitamin D intake for the Azorean adolescent population. The purpose of this study was to assess vitamin D intake and investigate a possible association between vitamin D intake and cardiometabolic risk factors in Azorean adolescents. Methods: A cross-sectional school-based study was conducted on 496 adolescents (288 girls) aged 15–18 years from the Azorean Islands, Portugal. Anthropometric measurements (waist circumference and height), blood pressure (systolic), and plasma biomarkers [fasting glucose, insulin, total cholesterol (TC), high-density lipoprotein cholesterol (HDL-C), and triglycerides (TGs)] were measured to assess metabolic risk. Homeostasis model assessment (HOMA), TC-to-HDL-C ratio, and waist-to-height ratio were calculated. For each of these variables, a Z-score was computed by age and sex. A metabolic risk score was constructed by summing the Zscores of all individual risk factors. High risk was considered when the individual had ‡ 1 standard deviation(SD) of this score. Vitamin D intake was assessed with a semiquantitative food frequency questionnaire. Participants were classified into quartiles of vitamin D intake. Logistic regression was used to determine odds ratios for high cardiometabolic risk scores after adjusting for total energy intake, pubertal stage, fat mass percentage, and cardiorespiratory fitness. Results: Mean (SD) vitamin D intake was 5.8 (6.5) mg/day, and 9.1% of Azorean adolescents achieved the estimated average requirement of vitamin D (10 mg/day or 400 IU). Logistic regression showed that the odds ratio for a high cardiometabolic risk score was 3.35 [95% confidence interval (CI) 1.28–8.75] for adolescents in the lowest vitamin D intake quartile in comparison with those in the highest vitamin D intake quartile, even after adjustment for confounders. Conclusion: A lower level of vitamin D intake was associated with worse metabolic profile among Azorean adolescents.

Iron Metabolism: From Health to Disease

Background Iron is vital for almost all living organisms by participating in a wide range of metabolic processes. However, iron concentration in body tissues must be tightly regulated since excessive iron may lead to microbial infections or cause tissue damage. Disorders of iron metabolism are among the most common human diseases and cover several conditions with varied clinical manifestations. Methods An extensive literature review on the basic aspects of iron metabolism was performed, and the most recent findings on this field were highlighted as well. Results New insights on iron metabolism have shed light into its real complexity, and its role in both healthy and pathological states has been recognized. Important discoveries about the iron regulatory machine and imbalances in its regulation have been made, which may lead in a near future to the development of new therapeutic strategies against iron disorders. Besides, the toxicity of free iron and its association with several pathologies has been addressed, although it requires further investigations. Conclusion This review will provide students in the fields of biochemistry and health sciences a brief and clear overview of iron physiology and toxicity, as well as imbalances in the iron homeostasis and associated pathological conditions.