Exposure to toxic Alexandrium minutum activates the detoxifying and antioxidant systems in gills of the oyster Crassostrea gigas

Harmful algal blooms of Alexandrium spp. dinoflagellates regularly occur in French coastal waters contaminating shellfish. Studies have demonstrated that toxic Alexandrium spp. disrupt behavioural and physiological processes in marine filter-feeders, but molecular modifications triggered by phycotoxins are less well understood. This study analyzed the mRNA levels of 7 genes encoding antioxidant/detoxifying enzymes in gills of Pacific oysters (Crassostrea gigas) exposed to a cultured, toxic strain of A. minutum, a producer of paralytic shellfish toxins (PST) or fed Tisochrysis lutea (T. lutea, formerly Isochrysis sp., clone Tahitian (T. iso)), a non-toxic control diet, in four repeated experiments. Transcript levels of sigma-class glutathione S-transferase (GST), glutathione reductase (GR) and ferritin (Fer) were significantly higher in oysters exposed to A. minutum compared to oysters fed T. lutea. The detoxification pathway based upon glutathione (GSH)-conjugation of toxic compounds (phase II) is likely activated, and catalyzed by GST. This system appeared to be activated in gills probably for the detoxification of PST and/or extra-cellular compounds, produced by A. minutum. GST, GR and Fer can also contribute to antioxidant functions to prevent cellular damage from increased reactive oxygen species (ROS) originating either from A. minutum cells directly, from oyster hemocytes during immune response, or from other gill cells as by-products of detoxification.

Efeitos bioquímicos da exposição ao nanomaterial óxido de grafeno em diferentes tecidos do camarão branco (Litopenaeus vannamei; Crustacea, Decapoda), através da suplementação na ração

O desenvolvimento da nanotecnologia vem se intensificando nos últimos anos. Sendo que os NM já estão sendo utilizados em vários produtos disponíveis no mercado. Dentre os NM mais utilizados estão os compostos de carbono que embora sejam compostos somente por este elemento podem ter estruturas diferentes que refletem em suas aplicações e possivelmente em seus efeitos. Dentre os NM de carbono, o grafeno e o óxido de grafeno apresentam promissoras características que ampliam sua utilização em diversos segmentos desde eletrônicos até a distribuição de medicamentos. A intensificação da produção e utilização destes NM é acompanhada pela liberação destes nanomateriais no ambiente que pode afetar os organismos vivos, principalmente os animais aquáticos. Entretanto, pouco se sabe sobre os efeitos do óxido de grafeno em crustáceos de importância comercial como é o caso do camarão branco Litopenaeus vannamei. Portanto, a presente dissertação teve como objetivo avaliar os efeitos biológicos da exposição ao óxido de grafeno em diferentes tecidos do camarão.

Avaliação transcricional de Glutationas -transferases em PEIXE-ZEBRA (Danio rerio) e alterações causadas pela exposição á Microcistina-LR

As Microcistinas são heptapeptídios cíclicos produzidos como metabólitos secundários por diferentes espécies de cianobactérias, sendo relevantes pelo seu potencial hepatotóxico. Peixes apresentam estratégias bioquímicas para detoxificar contaminantes ambientais, incluindo a ativação de enzimas de fase II de biotransformação, que incluem as isoformas de glutationa S-transferase (GST). As GST catalizam a conjugação de glutationa reduzida (GSH) com uma variedade de xenobióticos, incluindo as microcistinas. O presente estudo avaliou os níveis transcricionais de quinze isoformas de GST a fim de identificar isoformas possivelmente envolvidas na detoxificação de contaminantes ambientais como a microcistina-LR (MC-LR) em Danio rerio. A técnica de PCR em tempo real (RT-qPCR) foi utilizada para avaliação dos níveis transcricionais, permitindo análise das GST em diferentes órgãos, abundância e a ativação/repressão das isoformas de GST pela exposição à MC-LR. Foram avaliados os possíveis efeitos causados em brânquia e fígado após exposição por 24 hs às concentrações de 5 µg.L-1 e 50 µg.L-1 de MC-LR. Baseado nos scores de estabilidade para oito genes normalizadores, foram selecionados glicose-6-fosfato desidrogenase (g6pdh), β-actina1 e beta-2-microglobulina (b2m); b2m, alfa-tubulina 1 (tuba) e β- actin1; e tuba, b2m e g6pdh, para normalização dos níveis trancricionais de GST para distribuição órgão-específica, abundância e efeito da MC-LR em brânquia e fígado, respectivamente. A avaliação transcricional da distribuição órgão-específica revelou níveis significativos de gstal e gstk1.1 no fígado; gstp1 e gstp2 em brânquia; mgst3a, gstr1, gstm2, gstm33, gstp1, gstp2 e gstk1.1 no intestino; gstm2, gstm3 e gstal no olho e gstt1a e gsta2.1 no cérebro. Considerando os níveis de transcritos para um dado órgão, gstk1.1, gstal, gstp1 e gstt2 foram mais abundantes nos órgãos de detoxificação, tais como o fígado, brânquias e intestino, enquanto gstt1a e gsta2.1 foram mais abundantes no rim. Em brânquia, gsta2.1 e gstt1b foram reprimidas por 5 µg.L-1 de MC-LR e mgst1.1 foi reprimida em 50 µg.L-1 de MC-LR. No fígado, as isoformas gst2.2 e gstp2 foram reprimidas em ambas as concentrações, gstal foi reprimida em 5 µg.L-1, e gstt1a e gstk1.1 foram reprimidas em 50 µg.L-1 de MC-LR. As isoformas gstal, gstr1, gstp1, mgst3a, gstm1, gstm2 e gstm3 não foram alteradas pela exposição a MC-LR. Os resultados obtidos fornecem informações para a escolha de isoformas específicas de GST possivelmente envolvidas na detoxificação/toxicidade de MC-LR, a serem melhores caracterizadas ao nível protéico e também contribui para a escolha de genes normalizadores a serem utilizados em outros estudos da mesma natureza

Interação da cianotoxina microcistina e o nanomaterial de carbono fulereno (C60) em brânquias do peixe Cyprinus carpio (Teleostei: Cyprinidae) sob incidência de radiação UVA

A produção mundial de nanomateriais tem aumentado nos últimos anos, em função de suas variadas aplicações tecnológicas e, como consequência do seu crescente uso e demanda, poderão existir riscos ambientais sendo a água o ambiente onde muitas destas substâncias podem exercer efeitos deletérios. Um dos nanomaterias de carbono mais utilizados é o fulereno, um composto orgânico lipofílico que pode se comportar como carreador de moléculas tóxicas, potencializando a entrada de contaminantes ambientais em órgãos específicos, fenômeno conhecido como “cavalo de Troia”. As microcistinas (MC) são cianotoxinas produzidas por cianobactérias durante episódios de floração, afetando aos organismos aquáticos e ao ser humano. Diversos estudos demonstram que organismos expostos tanto às MCs quanto ao fulereno podem causar produção excessiva de espécies ativas de oxigênio e alterar os níveis de antioxidantes. Além disso, outro fator que pode vir a intensificar o potencial tóxico de ambos é a incidência de radiação UVA. Sendo assim, procurou-se avaliar os efeitos em parâmetros de estresse oxidativo da co-exposição ex vivo da cianotoxina microcistina-LR (MC-LR) e o nanomaterial de carbono fulereno em brânquias do peixe Cyprinus carpio sob incidência de radiação UVA. Os resultados mostraram que: (a) houve uma perda da capacidade antioxidante no tratamento com MC-LR (baixa concentração) quando coexposta com fulereno no UVA em relação com o tratamento realizado sem co-exposição com fulereno; (b) o fulereno no UV diminuiu a atividade da enzima glutationa-Stransferase (GST) quando comparado com o controle no UV; (c) a MC-LR (alta concentração) co-exposta com fulereno foi capaz de diminuir as concentrações do antioxidante glutationa (GSH) quando comparado com o mesmo tratamento tanto no UVA quanto no escuro sem a co-exposição ao fulereno; (d) o tratamento MC-LR (baixa concentração) com UVA aumentou o dano oxidativo lipídico quando comparado com o controle UVA; (e) o fulereno não causou uma maior bioacumulação da microcistina no tecido. Sendo assim, pode-se concluir que o fulereno não apresentou o potencial de carregador de moléculas nessas concentrações de microcistina, porém, a co-exposição dos compostos diminuem tanto capacidade antioxidante total, como a concentração da GSH, podendo gerar problemas a longo prazo na detoxificação da toxina.

Modulação da capacidade antioxidante e de detoxificação no peixe Cyprinus carpio (Cyprinidae) após tratamento com nanocápsulas de ácido lipóico

O metabolismo aeróbico é muito eficiente no processo de geração de energia, no entanto, é uma fonte de produção de espécies reativas de oxigênio (ERO). Para a prevenção dos efeitos potencialmente danosos dessas ERO, os organismos desenvolveram um sistema de defesa antioxidante (SDA), que inclui compostos enzimáticos e não enzimáticos. O ácido lipóico (AL) é uma molécula lipo e hidro solúvel, com capacidade de atravessar membranas celulares. Ele possui propriedades antioxidantes, auxiliando na eliminação de ERO, induzindo a expressão de genes importantes nas defesas antioxidantes, quelando metais e interagindo com outros antioxidantes. Trabalhos prévios demonstraram que nanocápsulas poliméricas de ácido lipóico favoreceram a proteção deste antioxidante, aumentando sua estabilidade físico- química em comparação com formulações contendo ácido lipóico livre. O objetivo deste estudo foi avaliar e comparar o efeito do AL livre e do AL em nanocápsulas sobre a atividade de enzimas antioxidantes (glutamato-cisteína ligase, GCL e glutationa-S- transferase, GST), a concentração de glutationa reduzida (GSH) e sub-produtos da peroxidação lipídica (malondealdeído, método TBARS) e da expressão de genes que codificam para as diferentes formas da enzima GST (alfa e pi). Para isso o peixe Cyprinus carpio (Cyprinidae) foi exposto a uma dose de 40 mg/kg a diferentes formas de AL (livre e em nanocápsulas) por injeção intraperitoneal (duas injeções, sendo a primeira no tempo 0 e a segunda após 24 h), sendo logo sacrificados a diferentes tempos da primeira injeção (48 h, 96 h e uma semana), sendo dissecados o cérebro, fígado e músculo dos peixes de cada tratamento. Os resultados obtidos indicam que os órgãos respondem de forma diferente. A curto prazo, o fígado foi o principal órgão a apresentar respostas antioxidantes após tratamento com AL, enquanto que a longo prazo o cérebro e o músculo se mostraram mais responsivos em termos antioxidantes quando 6 comparado ao fígado. Foi também importante a forma em que o AL é administrado, livre ou em nanocápsulas, sendo observado que um mesmo órgão em um mesmo tempo de exposição pode responder de forma diferente de acordo com o tipo de AL que está sendo utilizado. Além disso, o efeito antioxidante do AL nanoencapsulado parece ser mais efetivo quando utilizado a longo prazo, sugerindo que a forma nanoencapsulada libera o antioxidante em forma mais lenta. Os resultados também indicam que a composição da nanocápsulas deve ser levada em consideração, uma vez que foi observado um efeito antioxidante significativo nos tratamentos que continham apenas a nanocápsulas, sem o AL. Sugere-se que este efeito ocorra devido à produção endógena do próprio antioxidante em questão, favorecida pela composição da própria nanocápsula, que possui ácido octanóico, substrato para a síntese de AL. Também se observou um efeito pró-oxidante em alguns tratamentos onde foi utilizada esta formulação, sugerindo que alguns componentes da nanocápsula, como por exemplo, o surfactante que é utilizado para estabilizar a suspensão, possam aumentar a suscetibilidade dos órgãos ao estresse oxidativo.

Multibiomarker assessment of cadmium-based quantum dots effects in the marine mussel Mytilus galloprovincialis

Tese de Doutoramento, Ciências do Mar, da Terra e do Ambiente, Ramo: Ciências e Tecnologias do Ambiente, Especialização em Ecotoxicologia, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2016

ABCC Subfamily Vacuolar Transporters are Involved in Pb (Lead) Detoxification in Saccharomyces cerevisiae

The present work has as objective to contribute for the elucidation of the mechanism associated with Pb detoxification, using the yeast Saccharomyces cerevisiae as a model organism. The deletion of GTT1 or GTT2 genes, coding for functional glutathione transferases (GST) enzymes in S. cerevisiae, caused an increased susceptibility to high Pb concentrations (500-1000 μmol L(-1)). These results suggest that the formation of glutathione-Pb conjugate (GS-Pb), dependent of GSTs, is important in Pb detoxification. The involvement of ATP-binding cassette (ABC) vacuolar transporters, belonging to class C subfamily (ABCC) in vacuolar compartmentalization of Pb, was evaluated. For this purpose, mutant strains disrupted in YCF1, VMR1, YBT1 or BPT 1 genes were used. All mutants tested, without vacuolar ABCC transporters, presented an increased sensitivity to 500-1000 μmol L(-1) Pb comparative to wild-type strain. Taken together, the obtained results suggest that Pb detoxification, by vacuolar compartmentalization, can occur as a result of the concerted action of GSTs and vacuolar ABCC transporters. Pb is conjugated with glutathione, catalysed by glutathione transferases and followed to the transport of GS-Pb conjugate to the vacuole by ABCC transporters.

Fatty acid ketodienes and fatty acid ketotrienes: Michael addition acceptors that accumulate in wounded and diseased Arabidopsis leaves.

Physical damage and disease are known to lead to changes in the oxylipin signature of plants. We searched for oxylipins produced in response to both wounding and pathogenesis in Arabidopsis leaves. Linoleic acid 9- and 13-ketodienes (KODEs) were found to accumulate in wounded leaves as well as in leaves infected with the pathogen Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst). Quantification of the compounds showed that they accumulated to higher levels during the hypersensitive response to Pst avrRpm1 than during infection with a Pst strain lacking an avirulence gene. KODEs are Michael addition acceptors, containing a chemically reactive alpha,beta-unsaturated carbonyl group. When infiltrated into leaves, KODEs were found to induce expression of the GST1 gene, but vital staining indicated that these compounds also damaged plant cells. Several molecules typical of lipid oxidation, including malonaldehyde, also contain the alpha,beta-unsaturated carbonyl reactivity feature, and, when delivered in a volatile form, powerfully induced the expression of GST1. The results draw attention to the potential physiological importance of naturally occurring Michael addition acceptors in plants. In particular, these compounds could act directly, or indirectly via cell damage, as powerful gene activators and might also contribute to host cell death.

CCAAT/enhancer-binding protein family members recruit the coactivator CREB-binding protein and trigger its phosphorylation.

CCAAT/enhancer-binding protein (C/EBP) family members are transcription factors involved in important physiological processes, such as cellular proliferation and differentiation, regulation of energy homeostasis, inflammation, and hematopoiesis. Transcriptional activation by C/EBPalpha and C/EBPbeta involves the coactivators CREB-binding protein (CBP) and p300, which promote transcription by acetylating histones and recruiting basal transcription factors. In this study, we show that C/EBPdelta is also using CBP as a coactivator. Based on sequence homology with C/EBPalpha and -beta, we identify in C/EBPdelta two conserved amino acid segments that are necessary for the physical interaction with CBP. Using reporter gene assays, we demonstrate that mutation of these residues prevents CBP recruitment and diminishes the transactivating potential of C/EBPdelta. In addition, our results indicate that C/EBP family members not only recruit CBP but specifically induce its phosphorylation. We provide evidence that CBP phosphorylation depends on its interaction with C/EBPdelta and define point mutations within one of the two conserved amino acid segments of C/EBPdelta that abolish CBP phosphorylation as well as transcriptional activation, suggesting that this new mechanism could be important for C/EBP-mediated transcription.

Insulin and insulin-like growth factor I receptors utilize different G protein signaling components.

We examined the role of heterotrimeric G protein signaling components in insulin and insulin-like growth factor I (IGF-I) action. In HIRcB cells and in 3T3L1 adipocytes, treatment with the Galpha(i) inhibitor (pertussis toxin) or microinjection of the Gbetagamma inhibitor (glutathione S-transferase-betaARK) inhibited IGF-I and lysophosphatidic acid-stimulated mitogenesis but had no effect on epidermal growth factor (EGF) or insulin action. In basal state, Galpha(i) and Gbeta were associated with the IGF-I receptor (IGF-IR), and after ligand stimulation the association of IGF-IR with Galpha(i) increased concomitantly with a decrease in Gbeta association. No association of Galpha(i) was found with either the insulin or EGF receptor. Microinjection of anti-beta-arrestin-1 antibody specifically inhibited IGF-I mitogenic action but had no effect on EGF or insulin action. beta-Arrestin-1 was associated with the receptors for IGF-I, insulin, and EGF in a ligand-dependent manner. We demonstrated that Galpha(i), betagamma subunits, and beta-arrestin-1 all play a critical role in IGF-I mitogenic signaling. In contrast, neither metabolic, such as GLUT4 translocation, nor mitogenic signaling by insulin is dependent on these protein components. These results suggest that insulin receptors and IGF-IRs can function as G protein-coupled receptors and engage different G protein partners for downstream signaling.

Genetic removal of tri-unsaturated fatty acids suppresses developmental and molecular phenotypes of an Arabidopsis tocopherol-deficient mutant. Whole-body mapping of malondialdehyde pools in a complex eukaryote.

Malondialdehyde (MDA) is a small, ubiquitous, and potentially toxic aldehyde that is produced in vivo by lipid oxidation and that is able to affect gene expression. Tocopherol deficiency in the vitamin E2 mutant vte2-1 of Arabidopsis thaliana leads to massive lipid oxidation and MDA accumulation shortly after germination. MDA accumulation correlates with a strong visual phenotype (growth reduction, cotyledon bleaching) and aberrant GST1 (glutathione S-transferase 1) expression. We suppressed MDA accumulation in the vte2-1 background by genetically removing tri-unsaturated fatty acids. The resulting quadruple mutant, fad3-2 fad7-2 fad8 vte2-1, did not display the visual phenotype or the aberrant GST1 expression observed in vte2-1. Moreover, cotyledon bleaching in vte2-1 was chemically phenocopied by treatment of wild-type plants with MDA. These data suggest that products of tri-unsaturated fatty acid oxidation underlie the vte2-1 seedling phenotype, including cellular toxicity and gene regulation properties. Generation of the quadruple mutant facilitated the development of an in situ fluorescence assay based on the formation of adducts of MDA with 2-thiobarbituric acid at 37 degrees C. Specificity was verified by measuring pentafluorophenylhydrazine derivatives of MDA and by liquid chromatography analysis of MDA-2-thiobarbituric acid adducts. Potentially applicable to other organisms, this method allowed the localization of MDA pools throughout the body of Arabidopsis and revealed an undiscovered pool of the compound unlikely to be derived from trienoic fatty acids in the vicinity of the root tip quiescent center.

Enantioselective transformation of alpha-hexachlorocyclohexane by the dehydrochlorinases LinA1 and LinA2 from the soil bacterium Sphingomonas paucimobilis B90A.

Sphingomonas paucimobilis B90A contains two variants, LinA1 and LinA2, of a dehydrochlorinase that catalyzes the first and second steps in the metabolism of hexachlorocyclohexanes (R. Kumari, S. Subudhi, M. Suar, G. Dhingra, V. Raina, C. Dogra, S. Lal, J. R. van der Meer, C. Holliger, and R. Lal, Appl. Environ. Microbiol. 68:6021-6028, 2002). On the amino acid level, LinA1 and LinA2 were 88% identical to each other, and LinA2 was 100% identical to LinA of S. paucimobilis UT26. Incubation of chiral alpha-hexachlorocyclohexane (alpha-HCH) with Escherichia coli BL21 expressing functional LinA1 and LinA2 S-glutathione transferase fusion proteins showed that LinA1 preferentially converted the (+) enantiomer, whereas LinA2 preferred the (-) enantiomer. Concurrent formation and subsequent dissipation of beta-pentachlorocyclohexene enantiomers was also observed in these experiments, indicating that there was enantioselective formation and/or dissipation of these enantiomers. LinA1 preferentially formed (3S,4S,5R,6R)-1,3,4,5,6-pentachlorocyclohexene, and LinA2 preferentially formed (3R,4R,5S,6S)-1,3,4,5,6-pentachlorocyclohexene. Because enantioselectivity was not observed in incubations with whole cells of S. paucimobilis B90A, we concluded that LinA1 and LinA2 are equally active in this organism. The enantioselective transformation of chiral alpha-HCH by LinA1 and LinA2 provides the first evidence of the molecular basis for the changed enantiomer composition of alpha-HCH in many natural environments. Enantioselective degradation may be one of the key processes determining enantiomer composition, especially when strains that contain only one of the linA genes, such as S. paucimobilis UT26, prevail.

The adaptor complex 2 directly interacts with the alpha 1b-adrenergic receptor and plays a role in receptor endocytosis.

Using the yeast two-hybrid system, we identified the mu 2 subunit of the clathrin adaptor complex 2 as a protein interacting with the C-tail of the alpha 1b-adrenergic receptor (AR). Direct association between the alpha 1b-AR and mu 2 was demonstrated using a solid phase overlay assay. The alpha 1b-AR/mu 2 interaction occurred inside the cells, as shown by the finding that the transfected alpha 1b-AR and the endogenous mu 2 could be coimmunoprecipitated from HEK-293 cell extracts. Mutational analysis of the alpha 1b-AR revealed that the binding site for mu 2 does not involve canonical YXX Phi or dileucine motifs but a stretch of eight arginines on the receptor C-tail. The binding domain of mu 2 for the receptor C-tail involves both its N terminus and the subdomain B of its C-terminal portion. The alpha 1b-AR specifically interacted with mu 2, but not with the mu 1, mu 3, or mu 4 subunits belonging to other AP complexes. The deletion of the mu 2 binding site in the C-tail markedly decreased agonist-induced receptor internalization as demonstrated by confocal microscopy as well as by the results of a surface receptor biotinylation assay. The direct association of the adaptor complex 2 with a G protein-coupled receptor has not been reported so far and might represent a common mechanism underlying clathrin-mediated receptor endocytosis.

Anchoring of both PKA and 14-3-3 inhibits the Rho-GEF activity of the AKAP-Lbc signaling complex.

A-kinase anchoring proteins (AKAPs) target the cAMP-regulated protein kinase (PKA) to its physiological substrates. We recently identified a novel anchoring protein, called AKAP-Lbc, which functions as a PKA-targeting protein as well as a guanine nucleotide exchange factor (GEF) for RhoA. We demonstrated that AKAP-Lbc Rho-GEF activity is stimulated by the alpha subunit of the heterotrimeric G protein G12. Here, we identified 14-3-3 as a novel regulatory protein interacting with AKAP-Lbc. Elevation of the cellular concentration of cAMP activates the PKA holoenzyme anchored to AKAP-Lbc, which phosphorylates the anchoring protein on the serine 1565. This phosphorylation event induces the recruitment of 14-3-3, which inhibits the Rho-GEF activity of AKAP-Lbc. AKAP-Lbc mutants that fail to interact with PKA or with 14-3-3 show a higher basal Rho-GEF activity as compared to the wild-type protein. This suggests that, under basal conditions, 14-3-3 maintains AKAP-Lbc in an inactive state. Therefore, while it is known that AKAP-Lbc activity can be stimulated by Galpha12, in this study we demonstrated that it is inhibited by the anchoring of both PKA and 14-3-3.