Mitochondrial helicase Twinkle in mtDNA copy number regulation and a late-onset disease model

Mitochondrial diseases are caused by disturbances of the energy metabolism. The disorders range from severe childhood neurological diseases to muscle diseases of adults. Recently, mitochondrial dysfunction has also been found in Parkinson s disease, diabetes, certain types of cancer and premature aging. Mitochondria are the power plants of the cell but they also participate in the regulation of cell growth, signaling and cell death. Mitochondria have their own genetic material, mtDNA, which contains the genetic instructions for cellular respiration. Single cell may host thousands of mitochondria and several mtDNA molecules may reside inside single mitochondrion. All proteins needed for mtDNA maintenance are, however, encoded by the nuclear genome, and therefore, mutations of the corresponding genes can also cause mitochondrial disease. We have here studied the function of mitochondrial helicase Twinkle. Our research group has previously identified nuclear Twinkle gene mutations underlying an inherited adult-onset disorder, progressive external ophthalmoplegia (PEO). Characteristic for the PEO disease is the accumulation of multiple mtDNA deletions in tissues such as the muscle and brain. In this study, we have shown that Twinkle helicase is essential for mtDNA maintenance and that it is capable of regulating mtDNA copy number. Our results support the role of Twinkle as the mtDNA replication helicase. No cure is available for mitochondrial disease. Good disease models are needed for studies of the cause of disease and its progression and for treatment trials. Such disease model, which replicates the key features of the PEO disease, has been generated in this study. The model allows for careful inspection of how Twinkle mutations lead to mtDNA deletions and further causes the PEO disease. This model will be utilized in a range of studies addressing the delay of the disease onset and progression and in subsequent treatment trials. In conclusion, in this thesis fundamental knowledge of the function of the mitochondrial helicase Twinkle was gained. In addition, the first model for adult-onset mitochondrial disease was generated.

Mechanism of glycine uptake by the silk glands of the silkworm Bombyx mori L.

The transport of glycine in vitro into the silk glands of the silkworm has been studied. Glycine accumulates inside the tissue to a concentration higher than that present outside, indicating an active transport mechanism. The kinetics of uptake show a biphasic curve and two apparent Km values for accumulation, 0.33 mM and 5.00 mM. The effect of inhibitors on the energy metabolism of glycine transport is inconclusive. Exchange studies indicate the existence of two pools inside the gland, one that is easily removed by exchange and osmotic shock, and the other which is not. The results obtained conform with the carrier model of Britten and McClure concerning the amino-acid pool in E. coli.

The function of NR3B and NR4A orphan nuclear receptors in osteoblasts

Nuclear receptors (NRs) comprise a large family of proteins that mediate the effects of small lipophilic molecules such as steroid hormones. In addition, there are a group of NRs which lack identified natural ligands and are referred as orphan NRs. In this thesis, the function of two such orphan NR families, the NR3B (ERRα, ERRβ and ERRγ) and the NR4A family (NGFI-B, Nurr1 and Nor1), was studied. NR3B and NR4A receptors regulate many biological processes such as energy metabolism and carcinogenesis. In addition, NR3B and NR4A receptors are expressed in bone. Therefore, the signaling and function of NR3B and NR4A orphan nuclear receptors was studied specifically in osteoblasts. NR4A receptors were found to be regulated by NR3B receptors and the Wnt/β-catenin signaling pathway as ERRα, ERRγ and β-catenin repressed the transcriptional activity of NR4A receptors in U2-OS cells. NGFI-B was found to repress the transcriptional activity of ERRγ in HeLa cells. The phytoestrogen equol was identified as a new agonist for ERRγ and ERRβ in PC-3, U2-OS, and SaOS-2 cells. Equol increased the transcriptional activity of ERRγ by increasing ERRγ co-activator binding and by inducing a conformational change in the ligand binding pocket of ERRγ. The growth inhibitory effect of equol on PC-3 prostate cancer cells was decreased by blocking ERRγ expression by siRNA. Therefore, ERRγ could mediate some of the beneficial health effects of equol. The Wnt/β-catenin signaling pathway is important for the differentiation and function of osteoblasts. NR3B and NR4A receptors were found to repress the transcriptional activity mediated by β-catenin in U2-OS cells. The mesenchymal stem cells (MSCs) isolated from ERRα knockout (KO) mice showed diminished proliferation and osteoblastic differentiation compared to the wild-type cells. The overexpression of ERRα in osteoblastic MC3T3-E1 cell line increased their mineralization. Bone sialoprotein (BSP) was shown to be a direct target gene for ERRα and ERRγ as the BSP promoter was activated by ERRα or ERRγ and PGC-1α in HeLa cells. The adipogenic differentiation of ERRα KO MSCs was also decreased and they expressed less adipogenic marker genes. In conclusion, the studies described in this thesis demonstrated that the transcriptional activity of NR3B and NR4A receptors can be regulated by other orphan NRs and signaling pathways in osteoblasts. NR3B receptors can also be regulated by ligands and a new agonist, equol, was identified for ERRβ and ERRγ. New roles for NR3B and NR4A were also identified as they were shown to converge with the Wnt signaling pathway in osteoblasts, ERRγ was shown to mediate the growth inhibitory effect of equol in prostate cancer cells, and ERRα was shown to regulate positively MSC proliferation, osteoblastic differentiation and adipogenesis.

The Structure of the Thioredoxin-Triosephosphate Isomerase Complex Provides Insights into the Reversible Glutathione-Mediated Regulation of Triosephosphate Isomerase

Protein-protein interactions are crucial for many biological functions. The redox interactome encompasses numerous weak transient interactions in which thioredoxin plays a central role. Proteomic studies have shown that thioredoxin binds to numerous proteins belonging to various cellular processes, including energy metabolism. Thioredoxin has cross talk with other redox mechanisms involving glutathionylation and has functional overlap with glutaredoxin in deglutathionylation reactions. In this study, we have explored the structural and biochemical interactions of thioredoxin with the glycolytic enzyme, triosephosphate isomerase. Nuclear magnetic resonance chemical shift mapping methods and molecular dynamics-based docking have been applied in deriving a structural model of the thioredoxin-triosephosphate isomerase complex. The spatial proximity of active site cysteine residues of thioredoxin to reactive thiol groups on triosephosphate isomerase provides a direct link to the observed deglutathionylation of cysteine 217 in triosephosphate isomerase, thereby reversing the inhibitory effect of S-glutathionylation of triosephosphate isomerase.

The Structure of the Thioredoxin−Triosephosphate Isomerase Complex Provides Insights into the Reversible Glutathione-Mediate Regulation of Triosephosphate Isomerase

Protein−protein interactions are crucial for many biological functions. The redox interactome encompasses numerous weak transient interactions in which thioredoxin plays a central role. Proteomic studies have shown that thioredoxin binds to numerous proteins belonging to various cellular processes, including energy metabolism. Thioredoxin has cross talk with other redox mechanisms involving glutathionylation and has functional overlap with glutaredoxin in deglutathionylation reactions. In this study, we have explored the structural and biochemical interactions of thioredoxin with the glycolytic enzyme, triosephosphate isomerase. Nuclear magnetic resonance chemical shift mapping methods and molecular dynamics-based docking have been applied in deriving a structural model of the thioredoxin−triosephosphate isomerase complex. The spatial proximity of active site cysteine residues of thioredoxin to reactive thiol groups on triosephosphate isomerase provides a direct link to the observed deglutathionylation of cysteine 217 in triosephosphate isomerase, thereby reversing the inhibitory effect of S-glutathionylation of triosephosphate isomerase.

Analysis of the hierarchical structure of the B. subtilis transcriptional regulatory network

The transcriptional regulation of gene expression is orchestrated by complex networks of interacting genes. Increasing evidence indicates that these `transcriptional regulatory networks' (TRNs) in bacteria have an inherently hierarchical architecture, although the design principles and the specific advantages offered by this type of organization have not yet been fully elucidated. In this study, we focussed on the hierarchical structure of the TRN of the gram-positive bacterium Bacillus subtilis and performed a comparative analysis with the TRN of the gram-negative bacterium Escherichia coli. Using a graph-theoretic approach, we organized the transcription factors (TFs) and sigma-factors in the TRNs of B. subtilis and E. coli into three hierarchical levels (Top, Middle and Bottom) and studied several structural and functional properties across them. In addition to many similarities, we found also specific differences, explaining the majority of them with variations in the distribution of s-factors across the hierarchical levels in the two organisms. We then investigated the control of target metabolic genes by transcriptional regulators to characterize the differential regulation of three distinct metabolic subsystems (catabolism, anabolism and central energy metabolism). These results suggest that the hierarchical architecture that we observed in B. subtilis represents an effective organization of its TRN to achieve flexibility in response to a wide range of diverse stimuli.

High-Throughput Sequencing of microRNAs in Peripheral Blood Mononuclear Cells: Identification of Potential Weight Loss Biomarkers

INTRODUCTION: MicroRNAs (miRNAs) are being increasingly studied in relation to energy metabolism and body composition homeostasis. Indeed, the quantitative analysis of miRNAs expression in different adiposity conditions may contribute to understand the intimate mechanisms participating in body weight control and to find new biomarkers with diagnostic or prognostic value in obesity management. OBJECTIVE: The aim of this study was the search for miRNAs in blood cells whose expression could be used as prognostic biomarkers of weight loss. METHODS: Ten Caucasian obese women were selected among the participants in a weight-loss trial that consisted in following an energy-restricted treatment. Weight loss was considered unsuccessful when <5% of initial body weight (non-responders) and successful when >5% (responders). At baseline, total miRNA isolated from peripheral blood mononuclear cells (PBMC) was sequenced with SOLiD v4. The miRNA sequencing data were validated by RT-PCR. RESULTS: Differential baseline expression of several miRNAs was found between responders and non-responders. Two miRNAs were up-regulated in the non-responder group (mir-935 and mir-4772) and three others were down-regulated (mir-223, mir-224 and mir-376b). Both mir-935 and mir-4772 showed relevant associations with the magnitude of weight loss, although the expression of other transcripts (mir-874, mir-199b, mir-766, mir-589 and mir-148b) also correlated with weight loss. CONCLUSIONS: This research addresses the use of high-throughput sequencing technologies in the search for miRNA expression biomarkers in obesity, by determining the miRNA transcriptome of PBMC. Basal expression of different miRNAs, particularly mir-935 and mir-4772, could be prognostic biomarkers and may forecast the response to a hypocaloric diet.

The Molecular Basis of Lysine Acetylation: Addition, Removal, and Recognition

Acetyltransferases and deacetylases catalyze the addition and removal, respectively, of acetyl groups to the epsilon-amino group of protein lysine residues. This modification can affect the function of a protein through several means, including the recruitment of specific binding partners called acetyl-lysine readers. Acetyltransferases, deacetylases, and acetyl-lysine readers have emerged as crucial regulators of biological processes and prominent targets for the treatment of human disease. This work describes a combination of structural, biochemical, biophysical, cell-biological, and organismal studies undertaken on a set of proteins that cumulatively include all steps of the acetylation process: the acetyltransferase MEC-17, the deacetylase SIRT1, and the acetyl-lysine reader DPF2. Tubulin acetylation by MEC-17 is associated with stable, long-lived microtubule structures. We determined the crystal structure of the catalytic domain of human MEC-17 in complex with the cofactor acetyl-CoA. The structure in combination with an extensive enzymatic analysis of MEC-17 mutants identified residues for cofactor and substrate recognition and activity. A large, evolutionarily conserved hydrophobic surface patch distal to the active site was shown to be necessary for catalysis, suggesting that specificity is achieved by interactions with the alpha-tubulin substrate that extend outside of the modified surface loop. Experiments in C. elegans showed that while MEC-17 is required for touch sensitivity, MEC-17 enzymatic activity is dispensible for this behavior. SIRT1 deacetylates a wide range of substrates, including p53, NF-kappaB, FOXO transcription factors, and PGC-1-alpha, with roles in cellular processes ranging from energy metabolism to cell survival. SIRT1 activity is uniquely controlled by a C-terminal regulatory segment (CTR). Here we present crystal structures of the catalytic domain of human SIRT1 in complex with the CTR in an apo form and in complex with a cofactor and a pseudo-substrate peptide. The catalytic domain adopts the canonical sirtuin fold. The CTR forms a beta-hairpin structure that complements the beta-sheet of the NAD^+-binding domain, covering an essentially invariant, hydrophobic surface. A comparison of the apo and cofactor bound structures revealed conformational changes throughout catalysis, including a rotation of a smaller subdomain with respect to the larger NAD^+-binding subdomain. A biochemical analysis identified key residues in the active site, an inhibitory role for the CTR, and distinct structural features of the CTR that mediate binding and inhibition of the SIRT1 catalytic domain. DPF2 represses myeloid differentiation in acute myelogenous leukemia. Finally, we solved the crystal structure of the tandem PHD domain of human DPF2. We showed that DPF2 preferentially binds H3 tail peptides acetylated at Lys14, and binds H4 tail peptides with no preference for acetylation state. Through a structural and mutational analysis we identify the molecular basis of histone recognition. We propose a model for the role of DPF2 in AML and identify the DPF2 tandem PHD finger domain as a promising novel target for anti-leukemia therapeutics.

Estudo da bioenergética mitocondrial de cardiomiócitos de camundongos obesos

A obesidade é uma doença crônica, resultante do excesso de gordura no organismo. O aumento da obesidade no mundo, tem se revelado como um dos fenômenos clínicos e epidemiológicos da atualidade. Estudos populacionais e em modelos animais demonstram que a origem da epidemia da obesidade está relacionada a fatores genéticos, modificações de hábitos nutricionais, redução da atividade física, e alterações nutricionais durante a lactação, desempenhando um papel relevante no desenvolvimento da obesidade, DM2 e cardiomiopatias. As mitocôndrias são os coordenadores centrais do metabolismo energético, assim, alterações funcionais e estruturais dessa organela têm sido associadas à desordens metabólicas. Elas exercem um papel na sobrevivência e função dos cardiomiócitos devido à alta demanda energética do miocárdio. Desta forma, disfunções mitocondriais estão relacionadas com disfunções no miocárdio e conseqüente progressão de cardiomiopatias. Neste estudo, avaliamos a bioenergética e a ultraestrutura de cardiomiócitos de camundongos obesos e controle hiperalimentados durante a lactação. O consumo de oxigênio das fibras cardíacas foi avaliado por respirometria de alta-resolução, utilizando um oxígrafo-2K-Oroboros. A ultraestrutura dos cardiomiócitos foi analisada por microscopia eletrônica de transmissão e o conteúdo das proteínas Carnitina palmitoil transferase 1 (CPT1), Proteína desacopladora 2 (UCP2) , Transportador de glicose 1 e 4 (GLUT1) e (GLUT4), Proteína Kinase ativada por AMP (AMPK) e Proteína kinase ativada por AMP fosforilada p(AMPK) por Western blotting (WB). Além disso, o peso dos animais, a gordura retroperitoneal, epididimal e a glicemia em jejum foram determinadas. Nossos resultados confirmaram que os animais do grupo hiperalimentados (GH), aos 90 dias de vida, apresentaram aumento da massa corporal, de gordura epididimária e retroperitoneal comparado ao grupo controle (GC). As taxas respiratórias foram semelhantes nos dois grupos quando foram utilizados os substratos dos complexos I e II. Entretanto, quando o ácido graxo palmitoil-L-carnitina foi utilizado, a taxa respiratória máxima do GH foi significativamente menor. A análise ultraestrutural dos cardiomiócitos do GH demonstrou intenso dano na matriz mitocondrial e maior presença de gotículas de lipídios, caracterizando deposição ectópica. Os resultados do WB mostraram aumento significativo do conteúdo de CPT1 e UCP2 no GH comparado ao GC. Não foram encontradas diferenças significativas no conteúdo de GLUT1 entre os grupos, entretanto, observamos maior conteúdo do GLUT4 no GH. Além disso, encontramos maior conteúdo de AMPK no GH, ao passo que o conteúdo de pAMPK foi semelhante entre os grupos. Entretanto, a razão pAMPK/AMPK é significativamente menor no GH. Esses resultados sugerem que a hiperalimentação durante a lactação leva a obesidade na vida adulta com alterações na bioenergética e ultraestrutura dos cardiomiócitos.

Resveratrol: Anti-Obesity Mechanisms of Action

Resveratrol is a non-flavonoid polyphenol which belongs to the stilbenes group and is produced naturally in several plants in response to injury or fungal attack. Resveratrol has been recently reported as preventing obesity. The present review aims to compile the evidence concerning the potential mechanisms of action which underlie the anti-obesity effects of resveratrol, obtained either in cultured cells lines and animal models. Published studies demonstrate that resveratrol has an anti-adipogenic effect. A good consensus concerning the involvement of a down-regulation of C/EBPa and PPAR. in this effect has been reached. Also, in vitro studies have demonstrated that resveratrol can increase apoptosis in mature adipocytes. Furthermore, different metabolic pathways involved in triacylglycerol metabolism in white adipose tissue have been shown to be targets for resveratrol. Both the inhibition of de novo lipogenesis and adipose tissue fatty acid uptake mediated by lipoprotein lipase play a role in explaining the reduction in body fat which resveratrol induces. As far as lipolysis is concerned, although this compound per se seems to be unable to induce lipolysis, it increases lipid mobilization stimulated by beta-adrenergic agents. The increase in brown adipose tissue thermogenesis, and consequently the associated energy dissipation, can contribute to explaining the body-fat lowering effect of resveratrol. In addition to its effects on adipose tissue, resveratrol can also acts on other organs and tissues. Thus, it increases mitochondriogenesis and consequently fatty acid oxidation in skeletal muscle and liver. This effect can also contribute to the body-fat lowering effect of this molecule.

Efeitos da suplementação dietética com cálcio sobre a plasticidade ontogenética decorrente do desmame precoce ou da exposição materna a nicotina na lactação

O cálcio tem se mostrado útil na regulação do metabolismo energético, favorecendo a perda de peso. Visto que tanto o desmame precoce como a exposição materna à nicotina na lactação são fatores condicionantes para o desenvolvimento de obesidade, hiperleptinemia e resistência à insulina, além de outras alterações endócrinas na idade adulta, decidimos avaliar os possíveis efeitos da suplementação dietética com cálcio sobre as disfunções apresentadas pelos seguintes modelos experimentais: 1) Desmame precoce (DP): ratas lactantes foram envolvidas com atadura para interromper o acesso da prole ao leite nos 3 últimos dias da lactação. As proles das ratas controles tiveram livre acesso ao leite materno durante todo o período da lactação (21 dias). 2) Exposição materna à nicotina (N): Dois dias após o nascimento, ratas lactantes receberam implantes de minibombas osmóticas contendo solução de nicotina (6 mg/kg/dia, 14 dias) ou salina (C), nas mesmas condições. Aos 120 dias de idade, as proles de ambos os modelos de obesidade experimental receberam dieta padrão ou dieta suplementada com cálcio (10g de carbonato de cálcio/kg de ração). O sacrifício ocorreu aos 180 dias de idade. Os dados foram considerados significativos quando p<0,05. Corroborando dados anteriores do nosso grupo, as proles de ambos os modelos de programação (N e DP) apresentaram maior gordura corporal total e visceral, hiperleptinemia, resistência hipotalâmica a leptina e distúrbios na homeostase glicêmica. Além disto, verificamos que as proles N e DP também exibiram aumento dos níveis séricos de 25-hidroxivitamina D3. Todos essas alterações endócrino-metabólicas foram corrigidas pelo tratamento com suplementação com cálcio. Além disso, a prole DP aos 180 dias mostrou hiperfagia e hipertrigliceridemia, que também foram normalizados pela suplementação dietética com cálcio. A prole N apresentou hipotireoidismo, maior conteúdo de catecolaminas e maior expressão de tirosina hidroxilase (TH). A terapia com cálcio reverteu a disfunção adrenal, embora não tenha sido eficaz para normalizar a hipofunção tireoideana. Assim, a suplementação dietética com cálcio normalizou a maioria dos parâmetros da síndrome metabólica observadas nos dois modelos de plasticidade ontogenética. É possível que a redução da adiposidade central induzida pela terapia com cálcio, por si, tenha sido o principal mecanismo que resultou na melhora dos parâmetros estudados. Uma vez que a suplentação de cálcio reverteu as concentrações séricas de 25-hidroxivitamina D3 dos animais obesos, é possível que o efeito anti-obesidade do cálcio também ocorra via ação do calcitriol sobre o adipócito.

Sinalização da grelina no coração de camundongos obesos após hipernutrição durante a lactação

A grelina é um ligante endógeno do receptor secretagogo do hormônio do crescimento (GHSR), potente estimulador da liberação do hormônio de crescimento (GH), ingestão alimentar, e adiposidade. Além disso, sua ação hormonal inclui regulação do metabolismo energético cardíaco. Entretanto, a hipernutrição no início da vida leva ao desenvolvimento da obesidade, induz hipertrofia cardíaca, compromete a função cardíaca, e gera insuficiência cardíaca na vida adulta. Avaliar proteínas chaves no processo de sinalização da grelina no remodelamento cardíaco no coração de camundongos obesos após a hipernutrição na lactação. A obesidade foi induzida por redução de ninhada e camundongos adultos (180 dias) foram divididos em: grupo hiperalimentado, GH com obesidade decorrente de hipernutrição na lactação e controle, GC. Cardiomiócitos (cmi) do ventrículo esquerdo foram analisados por microscopia de luz e estereologia, o conteúdo e fosforilação de proteínas cardíacas: receptor de grelina (hormônio do crescimento secretagogo receptor 1a, GHSR-1a), proteína quinase-B (AKT e pAKT), phosphatidil inositol 3-quinase (PI3K), proteína quinase ativada por AMP (AMPK e pAMPK), m-TOR, pmTOR, Bax, Bcl2 e actina foram analizados por western blotting. A expressão gênica do GHSR-1a foi analisada por PCR em tempo real. A respirometria de alta resolução dos cardiomiócitos foi analisada por oxígrafo OROBOROS. Significância estatística (P< 0,05) determinada por teste t-Student não-pareado. Nossos dados demonstram que a hipernutrição na lactação induz aumento no peso corporal, iniciado aos 10 dias de idade, persistindo até os 180 dias de idade. A glicemia, peso do fígado, e da gordura visceral foram maiores no grupo GH. Além disso, o grupo GH também apresentou aumento no peso do coração e razão peso do coração/CT (comprimento da tíbia), indicando hipertrofia e remodelamento cardíaco, aumento na expressão e conteúdo de GHSR-1a no coração, associado ao maior conteúdo de PI3K e maior conteúdo e fosforilação de AKT, diminuição no conteúdo de Bcl2. Em contraste, o conteúdo e fosforilação da AMPK e mTOR no coração não foram diferentes entre os grupos. Os níveis de grelina plasmático no GH foram menores. A respiração do GH com grelina foi menor que no GC com grelina. A incubação das fibras cardíacas com grelina resultou em aumento do fluxo respiratório após adição de citocromo c nos grupos com grelina, indicando dano à membrana mitocondrial e extravazamento de citocromo c. Os grupos GC com grelina e GH sem grelina apresentaram RCR menor comparado ao GC sem grelina, indicando desacoplamento mitocondrial. Nossos resultados mostram que a hipernutrição na lactação induz diminuição do nível de grelina plasmática e aumento da expressão do GHS-R1a no cardiomiócito do animal quando adulto. Tal processo determina aumento da sensibilidade a grelina no coração, processo que ocorre independentemente de variações do AMPK e mTOR. Sugerimos uma redução no efeito protetor da ação da grelina na AMPK. Também, demonstramos que o remodelamento do miocárdio nestes animais adultos associa-se a GHSR-1a, PI3K, e fosforilação da AKT, mas não com AMPK e mTOR na vida adulta.

Alterações em genes relacionados à via glicolítica em tumores de carcinoma epidermoide de esôfago

O carcinoma epidermoide de esôfago (CEE) representa 90% dos casos de câncer de esôfago no Brasil. O CEE tem detecção tardia, um comportamento extremamente agressivo e baixa sobrevida, sendo, portanto, um alvo interessante para o estudo dos mecanismos envolvidos em sua carcinogênese, a fim de se identificar possíveis alvos terapêuticos ou marcadores moleculares que ajudem na prática clínica. Mudanças no metabolismo energético da célula tumoral parecem ter papel de destaque na transformação maligna. Sabe-se que células tumorais consomem glicose avidamente produzindo ácido lático, mesmo em condições de normóxia. Dentre os fatores que podem contribuir para o estímulo da glicólise em células tumorais destacam-se as alterações em enzimas da via glicolítica tais como: as piruvato-cinases M1 e M2 (PKM1 e PKM2), a hexocinase II (HKII), isofoma 1 do transportador de glicose, GLUT-1, e o fator de transcrição induzido por hipóxia (HIF1α), responsável pela transcrição das proteínas citadas. O objetivo do estudo é avaliar a relação entre a expressão de HIF1α, HK2, PKM2, PKM1 e GLUT-1 e dados clínico-patológicos no CEE. Para tal, foram avaliados tumores conservados em parafina de 44 pacientes com CEE matriculados no INCA e no Hospital das Clínicas de Porto Alegre. Além disso, foram coletadas amostras de biópsia de esôfago em 67 pacientes sem doença esofágica, que foram submetidos à endoscopia no Hospital Universitário Pedro Ernesto (HUPE). A expressão das proteínas foi avaliada nos tecidos por imuno-histoquímica, enquanto que a expressão do mRNA de GLUT-1 também foi avaliada nas amostras controle. Foi observado que as amostras controle expressam HK2, PKM1, PKM2, HIF1α nas camadas do epitélio esofágico. Já GLUT-1 e Ki-67 são vistos apenas na camada basal. Além disso, a expressão do mRNA de GLUT-1 não teve correlação com fatores etiológicos da doença. Em CEE a expressão de HK2, PKM2 e GLUT-1 foi vista em todos os tumores, já a expressão de HIF1α e PKM1 foi variável. Além disso, observou-se que maior expressão de HIF-1α apresenta correlação com invasão linfonodal e diferenciação, enquanto que a expressão de HK2 tem relação com sobrevida e PKM1 com diferenciação. As correlações clínicas encontradas sugerem que alterações no metabolismo energético é um alvo de estudo interessante para desenvolvimento de marcadores moleculares que auxiliem a prática clínica.

Associação entre variantes do gene da adiponectina (ADIPOQ): -11391 G/A, -11377 C/G, 45T>G e I164T e os níveis circulantes de adiponectina de alto peso molecular e fatores de risco cardiometabólico

A adiponectina, um hormônio produzido pelo tecido adiposo, atua na regulação do metabolismo energético e interfere favoravelmente na sensibilidade à insulina através de suas ações no fígado e musculatura esquelética. Ao contrário da maioria das outras adipocitocinas, associa-se inversamente com a obesidade visceral, resistência à insulina, diabetes tipo 2 e doença cardiovascular. Inúmeros estudos demonstraram nos últimos anos os efeitos de variantes genéticas no gene ADIPOQ sobre os níveis circulantes de adiponectina, resistência à insulina, diabetes e obesidade. Entretanto, além de resultados contraditórios, a maior parte desses estudos foi realizada em populações Caucasianas e Asiáticas. Avaliar, em uma população multiétnica adulta do município do Rio de Janeiro, as possíveis associações das variantes genéticas (-11391 G>A, -11377C>G, +45T>G e T517G) no gene ADIPOQ com o fenótipo obeso, níveis circulantes de adiponectina de alto peso molecular e fatores de risco cardiometabólico. Trata-se de um estudo transversal. Foram estudados 100 indivíduos eutróficos (IMC 18,5 24,9 kg/m2, idade: 32,5 + 9,8 anos) e 100 obesos (IMC 30 58,2 kg/m2, idade 37,5 + 14,1 anos), igualmente divididos entre homens e mulheres. Os indivíduos obesos apresentaram valores significativamente maiores de circunferência abdominal, pressão arterial sistólica, diastólica e média, glicemia de jejum, triglicerídeos, LDL-colesterol, leptina, insulina, HOMA-IR e proteína C reativa, quando comparados aos eutróficos. Contrariamente, exibiram menores valores de adiponectina e HDL-colesterol. Análises de correlação mostraram relação inversa e significativa entre a adiponectina, circunferência abdominal, insulina, HOMA-IR e pressão arterial. Com os níveis de HDL-colesterol, a correlação foi positiva. Por meio de análise de regressão múltipla foi possível identificar os determinantes dos níveis séricos de adiponecinta. Sexo masculino, circunferência abdominal, HOMA-IR e a variante genética -11391G>A, foram os principais responsáveis por essa variação, com um R2 de 30%. Quanto à análise genética, não encontramos nenhuma associação entre essas variantes e o fenótipo obeso. Entretanto, os indivíduos carreadores do alelo mutante -11391A apresentaram menores valores de glicemia, pressão arterial e relação cintura-quadril e maiores concentrações sanguíneas de adiponectina, quando comparados aos indivíduos ditos selvagens. Ademais, os carreadores do alelo mutante -11377G apresentaram menores valores de pressão arterial sistólica, diastólica e média. Os resultados do presente estudo demonstram que níveis de adiponectina diferem entre eutróficos e obesos e que concentrações mais baixas dessa adipocitocina estão associadas a um pior perfil cardiometabólico. Variantes no gene ADIPOQ podem interferir nessa relação e alguns polimorfismos parecem ter um perfil protetor no risco cardiovascular.

Pharmacological Blockade of Cannabinoid CB1 Receptors in Diet-Induced Obesity Regulates Mitochondrial Dihydrolipoamide Dehydrogenase in Muscle

Cannabinoid CB1 receptors peripherally modulate energy metabolism. Here, we investigated the role of CB1 receptors in the expression of glucose/pyruvate/tricarboxylic acid (TCA) metabolism in rat abdominal muscle. Dihydrolipoamide dehydrogenase (DLD), a flavoprotein component (E3) of alpha-ketoacid dehydrogenase complexes with diaphorase activity in mitochondria, was specifically analyzed. After assessing the effectiveness of the CB1 receptor antagonist AM251 (3 mg kg(-1), 14 days) on food intake and body weight, we could identified seven key enzymes from either glycolytic pathway or TCA cycle-regulated by both diet and CB1 receptor activity-through comprehensive proteomic approaches involving two-dimensional electrophoresis and MALDI-TOF/LC-ESI trap mass spectrometry. These enzymes were glucose 6-phosphate isomerase (GPI), triosephosphate isomerase (TPI), enolase (Eno3), lactate dehydrogenase (LDHa), glyoxalase-1 (Glo1) and the mitochondrial DLD, whose expressions were modified by AM251 in hypercaloric diet-induced obesity. Specifically, AM251 blocked high-carbohydrate diet (HCD)-induced expression of GPI, TPI, Eno3 and LDHa, suggesting a down-regulation of glucose/pyruvate/lactate pathways under glucose availability. AM251 reversed the HCD-inhibited expression of Glo1 and DLD in the muscle, and the DLD and CB1 receptor expression in the mitochondrial fraction. Interestingly, we identified the presence of CB1 receptors at the membrane of striate muscle mitochondria. DLD over-expression was confirmed in muscle of CB1-/- mice. AM251 increased the pyruvate dehydrogenase and glutathione reductase activity in C2C12 myotubes, and the diaphorase/oxidative activity in the mitochondria fraction. These results indicated an up-regulation of methylglyoxal and TCA cycle activity. Findings suggest that CB1 receptors in muscle modulate glucose/pyruvate/lactate pathways and mitochondrial oxidative activity by targeting DLD.