Complement factor H dysfunction in atypical hemolytic uremic syndrome

Alternative pathway (AP) of complement can be activated on any surface, self or non-self. In atypical hemolytic uremic syndrome (aHUS) the AP regulation on self surfaces is insufficient and leads to complement attack against self-cells resulting usually in end-stage renal disease. Factor H (FH) is one of the key regulators of AP activation on the self surfaces. The domains 19 and 20 (FH19-20) are critical for the ability of FH to discriminate between C3b-opsonized self and non-self surfaces and are a hot-spot for mutations that have been described from aHUS patients. FH19-20 contains binding sites for both the C3d part of C3b and self surface polyanions that are needed for efficient C3b inactivation. To study the dysfunction of FH19-20, crystallographic structures of FH19-20 and FH19-20 in complex with C3d (FH19-20:C3d) were solved and aHUS-associated and structurally interesting point mutations were induced to FH19-20. Functional defects caused by these mutations were studied by analyzing binding of the FH19-20 mutant proteins to C3d, C3b, heparin, and mouse glomerular endothelial cells (mGEnCs). The results revealed two independent binding interfaces between FH19-20 and C3d - the FH19 site and the FH20 site. Superimposition of the FH19-20:C3d complex on the previously published C3b and FH1-4:C3b structures showed that the FH20 site on C3d is partially occluded, but the FH19 site is fully available. Furthermore, binding of FH19-20 via the FH19 site to C3b did not block binding of the functionally important FH1-4 domains and kept the FH20 site free to bind heparin or an additional C3d. Binding assays were used to show that FH20 domain can bind to heparin while FH19-20 is bound to C3b via the FH19 site, and that both the FH19 site and FH20 are necessary for recognition of non-activator surfaces. Simultaneous binding of FH19 site to C3b and FH20 to anionic self structures are the key interactions in self-surface recognition by FH and thereby enhanced avidity of FH explains how AP discriminates between self and non-self. The aHUS-associated mutations on FH19-20 were found to disrupt binding of the FH19 or FH20 site to C3d/C3b, or to disrupt binding of FH20 to heparin or mGEnC. Any of these dysfunctions leads to loss of FH avidity to C3b bearing self surfaces explaining the molecular pathogenesis of the aHUS-cases where mutations are found within FH19-20.

Molecular mechanisms of hypertension-induced heart failure : Experimental studies with special emphasis on local renin-angiotensin system, cardiac metabolism and levosimendan

Hypertension is a major risk factor for stroke, ischaemic heart disease, and the development of heart failure. Hypertension-induced heart failure is usually preceded by the development of left ventricular hypertrophy (LVH), which represents an adaptive and compensatory response to the increased cardiac workload. Biomechanical stress and neurohumoral activation are the most important triggers of pathologic hypertrophy and the transition of cardiac hypertrophy to heart failure. Non-clinical and clinical studies have also revealed derangements of energy metabolism in hypertensive heart failure. The goal of this study was to investigate in experimental models the molecular mechanisms and signalling pathways involved in hypertension-induced heart failure with special emphasis on local renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS), cardiac metabolism, and calcium sensitizers, a novel class of inotropic agents used currently in the treatment of acute decompensated heart failure. Two different animal models of hypertensive heart failure were used in the present study, i.e. hypertensive and salt-sensitive Dahl/Rapp rats on a high salt diet (a salt-sensitive model of hypertensive heart failure) and double transgenic rats (dTGR) harboring human renin and human angiotensinogen genes (a transgenic model of hypertensive heart failure with increased local RAAS activity). The influence of angiotensin II (Ang II) on cardiac substrate utilization and cardiac metabolomic profile was investigated by using gas chromatography coupled to time-of-flight mass spectrometry to detect 247 intermediary metabolites. It was found that Ang II could alter cardiac metabolomics both in normotensive and hypertensive rats in an Ang II receptor type 1 (AT1)-dependent manner. A distinct substrate use from fatty acid oxidation towards glycolysis was found in dTGR. Altered cardiac substrate utilization in dTGR was associated with mitochondrial dysfunction. Cardiac expression of the redox-sensitive metabolic sensor sirtuin1 (SIRT1) was increased in dTGR. Resveratrol supplementation prevented cardiovascular mortality and ameliorated Ang II-induced cardiac remodeling in dTGR via blood pressure-dependent pathways and mechanisms linked to increased mitochondrial biogenesis. Resveratrol dose-dependently increased SIRT1 activity in vitro. Oral levosimendan treatment was also found to improve survival and systolic function in dTGR via blood pressure-independent mechanisms, and ameliorate Ang II-induced coronary and cardiomyocyte damage. Finally, using Dahl/Rapp rats it was demonstrated that oral levosimendan as well as the AT1 receptor antagonist valsartan improved survival and prevented cardiac remodeling. The beneficial effects of levosimendan were associated with improved diastolic function without significantly improved systolic changes. These positive effects were potentiated when the drug combination was administered. In conclusion, the present study points to an important role for local RAAS in the pathophysiology of hypertension-induced heart failure as well as its involvement as a regulator of cardiac substrate utilization and mitochondrial function. Our findings suggest a therapeutic role for natural polyphenol resveratrol and calcium sensitizer, levosimendan, and the novel drug combination of valsartan and levosimendan, in prevention of hypertension-induced heart failure. The present study also provides a better understanding of the pathophysiology of hypertension-induced heart failure, and may help identify potential targets for novel therapeutic interventions.

Introduction of high-content screening method for studying drug-induced mitochondrial dysfunction in hepatocytes

Drug induced liver injury is one of the frequent reasons for the drug removal from the market. During the recent years there has been a pressure to develop more cost efficient, faster and easier ways to investigate drug-induced toxicity in order to recognize hepatotoxic drugs in the earlier phases of drug development. High Content Screening (HCS) instrument is an automated microscope equipped with image analysis software. It makes the image analysis faster and decreases the risk for an error caused by a person by analyzing the images always in the same way. Because the amount of drug and time needed in the analysis are smaller and multiple parameters can be analyzed from the same cells, the method should be more sensitive, effective and cheaper than the conventional assays in cytotoxicity testing. Liver cells are rich in mitochondria and many drugs target their toxicity to hepatocyte mitochondria. Mitochondria produce the majority of the ATP in the cell through oxidative phosphorylation. They maintain biochemical homeostasis in the cell and participate in cell death. Mitochondria is divided into two compartments by inner and outer mitochondrial membranes. The oxidative phosphorylation happens in the inner mitochondrial membrane. A part of the respiratory chain, a protein called cytochrome c, activates caspase cascades when released. This leads to apoptosis. The aim of this study was to implement, optimize and compare mitochondrial toxicity HCS assays in live cells and fixed cells in two cellular models: human HepG2 hepatoma cell line and rat primary hepatocytes. Three different hepato- and mitochondriatoxic drugs (staurosporine, rotenone and tolcapone) were used. Cells were treated with the drugs, incubated with the fluorescent probes and then the images were analyzed using Cellomics ArrayScan VTI reader. Finally the results obtained after optimizing methods were compared to each other and to the results of the conventional cytotoxicity assays, ATP and LDH measurements. After optimization the live cell method and rat primary hepatocytes were selected to be used in the experiments. Staurosporine was the most toxic of the three drugs and caused most damage to the cells most quickly. Rotenone was not that toxic, but the results were more reproducible and thus it would serve as a good positive control in the screening. Tolcapone was the least toxic. So far the conventional analysis of cytotoxicity worked better than the HCS methods. More optimization needs to be done to get the HCS method more sensitive. This was not possible in this study due to time limit.

Enhanced J-protein interaction and compromised protein stability of mtHsp70 variants lead to mitochondrial dysfunction in Parkinsons disease

Parkinsons disease (PD) is the second most prevalent progressive neurological disorder commonly associated with impaired mitochondrial function in dopaminergic neurons. Although familial PD is multifactorial in nature, a recent genetic screen involving PD patients identified two mitochondrial Hsp70 variants (P509S and R126W) that are suggested in PD pathogenesis. However, molecular mechanisms underlying how mtHsp70 PD variants are centrally involved in PD progression is totally elusive. In this article, we provide mechanistic insights into the mitochondrial dysfunction associated with human mtHsp70 PD variants. Biochemically, the R126W variant showed severely compromised protein stability and was found highly susceptible to aggregation at physiological conditions. Strikingly, on the other hand, the P509S variant exhibits significantly enhanced interaction with J-protein cochaperones involved in folding and import machinery, thus altering the overall regulation of chaperone-mediated folding cycle and protein homeostasis. To assess the impact of mtHsp70 PD mutations at the cellular level, we developed yeast as a model system by making analogous mutations in Ssc1 ortholog. Interestingly, PD mutations in yeast (R103W and P486S) exhibit multiple in vivo phenotypes, which are associated with omitochondrial dysfunction', including compromised growth, impairment in protein translocation, reduced functional mitochondrial mass, mitochondrial DNA loss, respiratory incompetency and increased susceptibility to oxidative stress. In addition to that, R103W protein is prone to aggregate in vivo due to reduced stability, whereas P486S showed enhanced interaction with J-proteins, thus remarkably recapitulating the cellular defects that are observed in human PD variants. Taken together, our findings provide evidence in favor of direct involvement of mtHsp70 as a susceptibility factor in PD.

Intracellular Ca2+ release through ryanodine receptors contributes to AMPA receptor-mediated mitochondrial dysfunction and ER stress in oligodendrocytes

Overactivation of ionotropic glutamate receptors in oligodendrocytes induces cytosolic Ca2+ overload and excitotoxic death, a process that contributes to demyelination and multiple sclerosis. Excitotoxic insults cause well-characterized mitochondrial alterations and endoplasmic reticulum (ER) dysfunction, which is not fully understood. In this study, we analyzed the contribution of ER-Ca2+ release through ryanodine receptors (RyRs) and inositol triphosphate receptors (IP(3)Rs) to excitotoxicity in oligodendrocytes in vitro. First, we observed that oligodendrocytes express all previously characterized RyRs and IP(3)Rs. Blockade of Ca2+-induced Ca2+ release by TMB-8 following alpha-amino-3-hydroxyl-5-methyl-4-isoxazole-propionate (AMPA) receptor-mediated insults attenuated both oligodendrocyte death and cytosolic Ca2+ overload. In turn, RyR inhibition by ryanodine reduced as well the Ca2+ overload whereas IP3R inhibition was ineffective. Furthermore, AMPA-triggered mitochondrial membrane depolarization, oxidative stress and activation of caspase-3, which in all instances was diminished by RyR inhibition. In addition, we observed that AMPA induced an ER stress response as revealed by alpha subunit of the eukaryotic initiation factor 2 alpha phosphorylation, overexpression of GRP chaperones and RyR-dependent cleavage of caspase-12. Finally, attenuating ER stress with salubrinal protected oligodendrocytes from AMPA excitotoxicity. Together, these results show that Ca2+ release through RyRs contributes to cytosolic Ca2+ overload, mitochondrial dysfunction, ER stress and cell death following AMPA receptor-mediated excitotoxicity in oligodendrocytes. Cell Death and Disease (2010) 1, e54; doi:10.1038/cddis.2010.31; published online 15 July 2010

Terapia periodontal não-cirúrgica reduz pressão arterial, massa ventricular esquerda, disfunção endotelial e níveis plasmáticos de proteína C-reativa, interleucina 6 e fibrinogênio

Evidências recentes sugerem que as doenças periodontais podem desempenhar um papel relevante na etiologia e patogênese de doenças cardiovasculares e hipertensão arterial. A resposta inflamatória, com conseqüente elevação de marcadores sistêmicos como proteína C-reativa, fibrinogênio e interleucina-6, e a disfunção endotelial, podem ser os responsáveis por essa associação. Alguns estudos têm relatado maiores níveis pressóricos, maior massa ventricular esquerda e disfunção endotelial em pacientes com doenças periodontais. Ao mesmo tempo, estudos clínicos vêm mostrando que a terapia periodontal pode levar à redução dos níveis plasmáticos dos marcadores de inflamação e redução do risco cardiovascular. O presente estudo teve como objetivo avaliar os efeitos da terapia periodontal não-cirúrgica em 26 pacientes (idade média de 53.68.0 anos) hipertensos refratários. Foram avaliados marcadores plasmáticos de inflamação (proteína C-reativa, fibrinogênio e interleucina-6), pressão arterial sistólica e diastólica, massa ventricular esquerda e rigidez arterial. A terapia periodontal foi eficaz na redução da média de todos os marcadores de risco cardiovascular avaliados. Os níveis de proteína C-reativa baixaram 0.7mg/dl 6 meses após a terapia periodontal, os de IL-6, 1.6pg/dl e os de fibrinogênio 55.3mg/dl (p<0.01). A pressão arterial sistólica apresentou redução média de 16.7mmHg e a diastólica de 9.6mmHg. A massa ventricular esquerda diminuiu em média 12.9g e a velocidade da onda de pulso, um marcador de rigidez arterial, e consequentemente de disfunção endotelial, apresentou redução de seus valores médios de 0.9m/s (p<0.01). Dessa forma, conclui-se que a terapia periodontal foi eficaz na redução dos níveis de proteína C-reativa, interleucina-6, fibrinogênio, pressão arterial, massa ventricular esquerda e rigidez arterial.

Velocidade da onda de pulso em adultos jovens acompanhados por 18 anos: impacto de variáveis pressóricas, antropométricas, metabólicas, inflamatórias e de função endotelial. Estudo do Rio de Janeiro.

Dados sobre a avaliação não invasiva da rigidez vascular e suas relações com variáveis de risco cardiovascular são escassos em jovens. Objetiva avaliar a relação entre a velocidade de onda de pulso (VOP) e a pressão arterial (PA), variáveis antropométricas, metabólicas, inflamatórias e de disfunção endotelial em indivíduos adultos jovens. Foram estudados 96 indivíduos (51 homens) do Estudo do Rio de Janeiro, em duas avaliações, A1 e A2, com intervalo de 17,691,58 anos (16 a 21 anos). Em A1 foram avaliados em suas escolas (10-15 anos - média 12,421,47 anos) e em A2 foram novamente avaliados em nível ambulatorial (26-35 anos - média 30,091,92 anos). Em A1 foram obtidos pressão arterial (PA) e índice de massa corporal (IMC). Em A2 foram obtidos a velocidade da onda de pulso (VOP)-método Complior, PA, IMC, circunferência abdominal (CA), glicose, perfil lipídico, leptina, insulina, adiponectina, o índice de resistência à insulina HOMA-IR, proteína C-Reativa ultrassensível (PCRus) e as moléculas de adesão E-selectina, Vascular Cell Adhesion Molecule-1(VCAM-1) e Intercellular Adhesion Molecule-1 (ICAM-1). Foram obtidos, ainda, a variação da PA e do IMC entre as 2 avaliações. Em A2 os indivíduos foram estratificados segundo o tercil da VOP para cada sexo. Como resultados temos: 1) Os grupos foram constituídos da seguinte forma: Tercil 1:homens com VOP < 8,69 m/s e mulheres com VOP < 7,66 m/s; Tercil 2: homens com VOP ≥ 8,69 m/s e < 9,65m/s e mulheres com VOP ≥ 7,66 m/s e < 8,31m/s;Tercil 3:homens com VOP ≥ 9,65 m/s e mulheres com VOP ≥ 8,31 m/s. 2) O grupo com maior tercil de VOP mostrou maiores médias de PA sistólica (PAS) (p=0,005), PA diastólica (PAD) (p=0,007), PA média (PAM) (p=0,004), variação da PAD (p=0,032), variação da PAM (p=0,003), IMC (p=0,046), variação do IMC (p=0,020), insulina (p=0,019), HOMA-IR (p=0,021), E-selectina (p=0,032) e menores médias de adiponectina (p=0,016), além de maiores prevalências de diabetes mellitus/intolerância à glicose (p=0,022) e hiperinsulinemia (p=0,038); 3) Houve correlação significativa e positiva da VOP com PAS (p<0,001), PAD (p<0,001), PP (p=0,048) e PAM (p<0,001) de A2, com a variação da pressão arterial (PAS, PAD e PAM) (p<0,001) entre as duas avaliações, com o IMC de A2 (p=0,005) e com a variação do IMC (p<0,001) entre as duas avaliações, com CA (p=0,001), LDLcolesterol (p=0,049) e E-selectina (p<0,001) e correlação negativa com HDLcolesterol (p<0,001) e adiponectina (p<0,001); 4)Em modelo de regressão múltipla, após ajuste do HDL-colesterol, LDLcolesterol e adiponectina para sexo, idade, IMC e PAM, apenas o sexo masculino e a PAM mantiveram correlação significativa com a VOP. A VOP em adultos jovens mostrou relação significativa com variáveis de risco cardiovascular, destacando-se o sexo masculino e a PAM como importantes variáveis no seu determinismo. Os achados sugerem que a medida da VOP pode ser útil para a identificação do acometimento vascular nessa faixa etária.

O efeito agudo do chocolate amargo sob a função endotelial é dependente da idade em hipertensos com baixo risco cardiovascular

Dados recentes indicam uma relação inversa entre doença cardiovascular e consumo de flavonóides. O objetivo do estudo foi identificar parâmetros clínicos e vasculares de pacientes hipertensos tratados que apresentaram efeitos benéficos na função vascular após o consumo de chocolate amargo com 70% de cacau por sete dias. Vinte e um pacientes hipertensos em tratamento medicamentoso, ambos os sexos, com idades entre 40-65 anos, foram incluídos em um ensaio clínico intervencional com aferição de pressão arterial, dilatação mediada por fluxo braquial (DMF), tonometria arterial periférica (EndoPAT) e parâmetros hemodinâmicos centrais pelo SphygmoCor. Após sete dias de consumo de chocolate amargo (70% cacau) 75g/dia, as avaliações clínica e vascular foram repetidas. Os pacientes foram divididos em dois grupos de acordo com a resposta da DMF em respondedores (que apresentaram melhora na DMF, n= 12) e não-respondedores (que não apresentaram melhora, n = 9). O grupo respondedor apresentou menor média de idade (54 7 vs 61 6 anos, p = 0,037) e menor risco cardiovascular pelo escore de Framingham (2,5 1,8 vs 8,1 5,1%, p = 0,017). Além disso, os pacientes respondedores apresentaram valores mais baixos de pressão de pulso tanto periférica (55 9 vs 63 5 mmHg, p = 0,041), quanto central (44 10 vs 54 6, p = 0,021) quando comparado ao grupo não respondedor. A resposta da DMF apresentou correlação moderada e negativa com o escore de Framingham (r = -0,60, p = 0,014), com a DMF basal (r = 0,54, p = 0,011), com o índice de hiperemia reativa basal (IHR) obtido pelo EndoPAT (r = -0,56, p = 0,008) e com a pressão de pulso central (r = -0,43, p = 0,05). No entanto, após análise de regressão linear, apenas o escore de Framingham e o IHR basal foram associados com a resposta da DMF. Em conclusão, nesta amostra de pacientes hipertensos tratados, os indivíduos que apresentaram melhora da função endotelial com o consumo de chocolate amargo com 70% de cacau também mostraram redução da pressão arterial tanto sistólica como diastólica, eram mais jovens e tinham menor pressão de pulso e menor risco cardiovascular, apesar de uma disfunção endotelial basal

Disfunção mitocondrial e cardíaca em camundongos induzida por dieta rica em ácidos graxos poliinsaturados

Indivíduos obesos apresentam maior risco de morbidade e mortalidade atribuída às doenças cardiovasculares. A composição da dieta é um fator que prediz o fenótipo cardíaco em resposta a obesidade e, o tipo de ácido graxo pode afetar de forma diferencial a estrutura e a função do miocárdio. Estudos têm mostrado que a disfunção mitocondrial exerce um papel chave na patogênese da insuficiência e hipertrofia cardíaca, e as alterações mitocondriais observadas em falhas cardíacas apontam para defeitos em sítios específicos da cadeia transportadora de elétrons. Desta forma, o objetivo deste estudo foi avaliar a função contrátil ventricular em camundongos, alimentados com dieta hiperlipídica, rica em ácidos graxos poliinsaturados, buscando elucidações através da bioenergética mitocondrial. Após desmame, camundongos machos C57Bl/6 passaram a receber dieta manipulada contendo 7% (C) ou 19% (HF) de óleo de soja, até os 135 dias de idade. A ingestão alimentar e a massa corporal foram monitoradas e foi realizado teste de tolerância à glicose. No final do período experimental, os animais foram anestesiados e submetidos à avaliação da composição corporal por Absortimetria de Raios X de Dupla Energia (DXA), e em seguida, sacrificados por exsanguinação. No plasma foram determinados o perfil lipídico e a insulina. O coração, o tecido adiposo intra-abdominal e o subcutâneo foram coletados, pesados, processados para análise histomorfológica. Fibras cardíacas do ventrículo esquerdo foram utilizadas para análise da respiração mitocondrial através de oxígrafo. O coração também foi utilizado para a técnica de perfusão de coração isolado de Langendorff, e para análise da expressão de proteínas relacionadas à bioenergética de cardiomiócitos, através de Western Blotting. O índice de HOMA e de adiposidade foram calculados. O grupo HF apresentou maior adiposidade, sem alteração na ingestão alimentar. Foi observada intolerância a glicose, hiperinsulinemia e resistência à insulina, além de alterações desfavoráveis no perfil lipídico. Foi observado alteração na morfologia cardíaca e quadro de cardiomiopatia hipertrófica, refletindo em alteração hemodinâmica, determinando maior contratilidade, maior pressão ventricular e função diastólica prejudicada. Em relação à atividade mitocondrial dos cardiomiócitos foi observada menor oxidação de carboidratos (-47%) e de ácidos graxos (-60%). Porém, sem alteração na expressão de proteínas relacionadas à bioenergética de cardiomiócitos, CPT1, UCP2, GLUT1, GLUT4, AMPK e pAMPK. A partir desses resultados, concluímos que o tipo e a quantidade de ácidos graxos predizem o fenótipo cardíaco na obesidade, promovendo alteração na capacidade oxidativa mitocondrial, na morfologia e na hemodinâmica cardíaca

Avaliação do efeito da sobrecarga lipídica na reatividade microvascular em mulheres obesas

As mudanças nos hábitos alimentares têm causado efeitos impressionantes na saúde pública, diretamente relacionados ao aumento da ingestão de refeições ricas em gorduras, principalmente gorduras saturadas. A principal consequência desse consumo é o estado prolongado e excessivo da lipemia pós-prandial (LPP), considerada um dos fatores relacionados às anormalidades metabólicas e aos danos vasculares. O objetivo do estudo foiavaliar o efeito da sobrecarga lipídica na reatividade microvascular em mulheres obesas. Das 41 participantes deste estudo, 21 apresentavam o diagnóstico de obesidade, com IMC de 32,41,6 kg/m2 (média SD) e idade 31,65 anos e 20 mulheres saudáveis, com IMC de 21,91,7 kg/m2 e idade 27,25,5 anos. Após a avaliação clínica e laboratorial, as participantes tiveram a microcirculação examinada por dois métodos: a dinâmica do leito periungueal, para avaliação da densidade capilar funcional (DCF), velocidade de deslocamento das hemácias no basal (VDH) e após uma isquemia de 1 min (VDHmax) e tempo de reperfusão (TVDHmax). A segunda técnica foi a do dorso do dedo para avaliação da DCF no repouso, durante a hiperemia reativa e após oclusão venosa. Foi feita a coleta de sangue para avaliação do colesterol total (CT), triglicerídeos (TG), HDL-c e ácidos graxos livres (AGL), glicose, insulina e viscosidade plasmática em 30 e 50 rotações por minuto (rpm). Também foram medidas a pressão arterial sistólica (PAS), diastólica (PAD) e frequência cardíaca (FC). Após essas análises no repouso, todas as participantes receberam uma refeição rica em lipídios, e após 30, 60, 120 e 180 minutos da ingestão da refeição, os exames de videocapilaroscopia e a coleta de sangue foram novamente realizados.As participantes com obesidade apresentaram, após a sobrecarga lipídica, valores significativamente menores do que no jejum para: DCF basal do dorso do dedo (p=0,02); DCF durante hiperemia reativa (p=0,02), DCF pós-oclusão venosa (p=0,02), HDL-c (p<0,0001), LDL-C (p<0,0001) e AGL (p<0,0001) e valores elevados para: VDH (p<0,0001), VDHmax(p=0,003), TVDHmax (p=0,004), glicose (p<0,0001), insulina (p<0,001), CT (p=0,03), TG (p<0,0001) e FC (p=0,03). Alterações na viscosidade não foram observadas no grupo OB após a refeição quando comparado aos seus valores basais em 30 e 50 rpm (p=0,87 e p=0,42, respectivamente). A PAS foi elevada nas participantes OB após a sobrecarga quando comparada às saudáveis em todo tempo de estudo. Concluímos que alimentos ricos em lipídios podem aumentar ainda mais a disfunção microcirculatória e as alterações metabólicas já presentes em mulheres obesas.

Relação da apneia obstrutiva do sono com a função endotelial, estresse oxidativo, biomarcadores inflamatórios, perfil metabólico e atividade simpática em indivíduos obesos

Introdução: a apneia obstrutiva do sono (AOS) é considerada um fator de risco para as doenças cardiovasculares. Os mecanismos responsáveis pelo desenvolvimento da aterosclerose potencializados pela AOS não são completamente conhecidos. Entretanto, existem evidências de que a AOS está associada com aumento no estresse oxidativo, elevação nos mediadores inflamatórios, resistência à insulina, ativação do sistema nervoso simpático, elevação da pressão arterial (PA) e a disfunção endotelial. Objetivo: avaliar a relação da AOS com a função endotelial, o estresse oxidativo, os biomarcadores inflamatórios, o perfil metabólico, a adiposidade corporal, a atividade simpática e a PA em indivíduos obesos. Métodos: estudo transversal envolvendo 53 pacientes obesos, com índice de massa corporal (IMC) ≥ 30 e < 40 Kg/m2, sem distinção de raça e gênero, apresentando idade entre 20 e 55 anos. O estudo do sono foi realizado com o equipamento Watch-PAT 200, sendo feito o diagnóstico de AOS quando índice apneia-hipopneia (IAH) ≥ 5 eventos/h. Todos os participantes foram submetidos à avaliação do (a): adiposidade corporal (peso, % gordura corporal e circunferências da cintura, quadril e pescoço); PA; atividade do sistema nervoso simpático (concentrações plasmáticas de catecolaminas); biomarcadores inflamatórios (proteína C reativa ultrassensível (PCR-us) e adiponectina); estresse oxidativo (malondialdeído); metabolismo glicídico (glicose, insulina e HOMA-IR) e lipídico (colesterol total e frações e triglicerídeos); e função endotelial (índice de hiperemia reativa (RHI) avaliado com o equipamento Endo-PAT 2000 e moléculas de adesão celular). A análise estatística foi realizada com o software STATA versão 10. Resultados: dos 53 pacientes avaliados 20 foram alocados no grupo sem AOS (grupo controle; GC) (IAH: 2,550,35 eventos/h) e 33 no grupo com AOS (GAOS) (IAH: 20,163,57 eventos/h). A faixa etária (39,61,48 vs. 32,52,09 anos) e o percentual de participantes do gênero masculino (61% vs. 25%) foram significativamente maiores no GAOS do que no GC (p=0,01). O GAOS em comparação o GC apresentou valores significativamente mais elevados de circunferência do pescoço (CP) (40,980,63 vs. 38,650,75 cm; p=0,02), glicemia (92,541,97 vs. 80,21,92 mg/dL; p=0,0001), PA sistólica (126,051,61 vs.118,16 1,86 mmHg; p=0,003) e noradrenalina (0,160,02 vs. 0,120,03 ng/mL; p=0,02). Após ajustes para fatores de confundimento, a glicose e a PCR-us foram significativamente mais elevadas no GAOS. Os 2 grupos apresentaram valores semelhantes de IMC, insulina, HOMA-IR, perfil lipídico, adiponectina, PA diastólica, adrenalina, dopamina, moléculas de adesão celular e malondialdeído. A função endotelial avaliada pelo RHI também foi semelhante nos 2 grupos (GAOS:1,850,2 vs. GC:1,980,1; p=0,31). Nas análises de correlação, considerando todos os participantes do estudo, o IAH apresentou associação positiva e significativa com CP e PCR-us após ajustes para fatores de confundimento. A saturação mínima de O2 se associou de forma negativa e significativa com a CP, os níveis séricos de insulina e o HOMA-IR, mesmo após ajustes para fatores de confundimento. Conclusões: o presente estudo sugere que em obesos a AOS está associada com valores mais elevados de glicemia e inflamação; o aumento do IAH apresenta associação significativa com a obesidade central e com a inflamação; e a queda na saturação de oxigênio se associa com resistência à insulina.

Phenotype consequences of myophosphorylase dysfunction: insights from the McArdle mouse model

McArdle disease, caused by inherited deficiency of the enzyme muscle glycogen phosphorylase (GP-MM), is arguably the paradigm of exercise intolerance. The recent knock-in (p.R50X/p.R50X) mouse disease model allows an investigation of the phenotypic consequences of muscle glycogen unavailability and the physiopathology of exercise intolerance. We analysed, in 2-month-old mice [wild-type (wt/wt), heterozygous (p.R50X/wt) and p.R50X/p.R50X)], maximal endurance exercise capacity and the molecular consequences of an absence of GP-MM in the main glycogen metabolism regulatory enzymes: glycogen synthase, glycogen branching enzyme and glycogen debranching enzyme, as well as glycogen content in slow-twitch (soleus), intermediate (gastrocnemius) and glycolytic/fast-twitch (extensor digitorum longus; EDL) muscles.

The gut microbiota as a contributing factor to antipsychotic-induced weight gain and metabolic dysfunction

Schizophrenia represents one of the world’s most devastating illnesses due to its often lifelong course and debilitating nature. The treatment of schizophrenia has vastly improved over recent decades with the discovery of several antipsychotic compounds; however these drugs are not without adverse effects that must be addressed to maximize their therapeutic value. Newer, atypical, antipsychotics are associated with a compilation of serious metabolic side effects including weight gain, insulin resistance, fat deposition, glucose dysregulation and ensuing co-morbidities such as type II diabetes mellitus. The mechanisms underlying these side effects remain to be fully elucidated and adequate interventions are lacking. Further understanding of the factors that contribute these side effects is therefore required in order to develop effective adjunctive therapies and to potentially design antipsychotic drugs in the future with reduced impact on the metabolic health of patients. We investigated if the gut microbiota represented a novel mechanism contributing to the metabolic dysfunction associated with atypical antipsychotics. The gut microbiota comprises the bacteria that exist symbiotically within the gastrointestinal tract, and has been shown in recent years to be involved in several aspects of energy balance and metabolism. We have demonstrated that administration of certain antipsychotics in the rat results in an altered microbiota profile and, moreover, that the microbiota is required for the full scale of metabolic dysfunction to occur. We have further shown that specific antibiotics can attenuate certain aspects of olanzapine and risperidone–induced metabolic dysfunction, in particular fat deposition and adipose tissue inflammation. Mechanisms underlying this novel link appear to involve energy utilization via expression of lipogenic genes as well as reduced inflammatory tone. Taken together, these data indicate that the gut microbiota is an important factor involved in the myriad of metabolic complications associated with antipsychotic therapy. Furthermore, these data support the future investigation of microbial-based therapeutics for not only antipsychotic-induced weight gain but also for tackling the global obesity epidemic.

Akt signal transduction dysfunction in the 3xTg-AD mouse model of Alzheimer's disease

Alzheimer’s disease (AD) is an incurable neurodegenerative disorder, accounting for over 60% of all cases of dementia. The primary risk factor for AD is age, however several genetic and environmental factors are also involved. The pathological characteristics of AD include extracellular deposition of the beta-amyloid peptide (Aβ) and intraneuronal accumulation of neurofibrillary tangles (NFTs) made of aggregated paired helical filaments (PHFs) of the hyperphosphorylated tau protein, along with synaptic loss and neuronal death. There are numerous biochemical mechanisms involved in AD pathogenesis, however the reigning hypothesis points to toxic oligomeric Aβ species as the primary causative factor in a cascade of events leading to neuronal stress and dyshomeostasis that initiate abnormal regulation of tau. The insulin and IGF-1 receptors (IR, IGF-1R) are the primary activators of PI3- K/Akt through which they regulate cell growth, development, glucose metabolism, and learning and memory. Work in our lab and others shows increased Akt activity and phosphorylation of its downstream targets in AD brain, along with insulin and insulin-like growth factor-1 signalling (IIS) dysfunction. This is supported by studies of AD models in vivo and in vitro. Our group and others hypothesise that Aβ activates Akt through IIS to initiate a negative feedback mechanism that desensitises neurons to insulin/IGF-1, and sustains activation of Akt. In this study the functions of endogenous Akt, IR, and the insulin receptor substrate (IRS-1) were examined in relationship to Aβ and tau pathology in the 3xTg-AD mouse model, which contains three mutant human transgenes associated with familial AD or dementia. The 3xTg-AD mouse develops Aβ and tau pathology in a spatiotemporal manner that best recapitulates the progression of AD in human brain. Western blotting and immunofluorescent microscopy techniques were utilised in vivo and in vitro, to examine the relationship between IIS, Akt, and AD pathology. I first characterised in detail AD pathology in 3xTg-AD mice, where an age-related accumulation of intraneuronal Aβ and tau was observed in the hippocampal formation, amygdala, and entorhinal cortex, and at late stages (18 months), extracellular amyloid plaques and NFTs, primarily in the subiculum and the CA1 layer of the hippocampal formation. Increased activity of Akt, detected with antibody to phosphoSer473-Akt, was increased in 3xTg-AD mice compared to age-matched non-transgenic mice (non-Tg), and in direct correlation to the accumulation of Aβ and tau in neuronal somatodendritic compartments. Akt phosphorylates tau at residue Ser214 within a highly specific consensus sequence for Akt phosphorylation, and phosphoSer214-tau strongly decreases microtubule (MT) stabilisation by preventing tau-MT binding. PhosphoSer214-tau increased concomitantly with this in the same age-related and region-specific fashion. Polarisation of tau phosphorylation was observed, where PHF-1 (tauSer396/404) and phosphoSer214-tau both appeared early in 3xTg-AD mice in distinct neuronal compartments: PHF-1 in axons, and phosphoSer214-tau in neuronal soma and dendrites. At 18 months, phosphoSer214-tau strongly colocalised with NFTs positive for the PHF- 1 and AT8 (tauSer202/Thr205) phosphoepitopes. IR was decreased with age in 3xTg-AD brain and in comparison to age-matched non-Tg, and this was specific for brain regions containing Aβ, tau, and hyperactive Akt. IRS-1 was similarly decreased, and both proteins showed altered subcellular distribution. Phosphorylation of IRS-1Ser312 is a strong indicator of IIS dysfunction and insulin resistance, and was increased in 3xTg-AD mice with age and in relation to pathology. Of particular note was our observation that abberant IIS and Akt signalling in 3xTg-AD brain related to Aβ and tau pathology on a gross anatomical level, and specifically localised to the brain regions and circuitry of the perforant path. Finally, I conducted a preliminary study of the effects of synthetic Aβ oligomers on embryonic rat hippocampus neuronal cultures to support these results and those in the literature. Taken together, these novel findings provide evidence for IIS and Akt signal transduction dysfunction as the missing link between Aβ and tau pathogenesis, and contribute to the overall understanding of the biochemical mechanisms of AD.