Synthesis and spectroscopy of ruthenium-modified nucleic acids

Redox-active probes are designed and prepared for use in DNA-mediated electron transfer studies. These probes consist of ruthenium(II) complexes bound to nucleosides that possess metal-binding ligands. Low- and high-potential oxidants are synthesized from these modified nucleosides and display reversible one-electron electrochemical behavior. The ruthenium-modified nucleosides exhibit distinct charge-transfer transitions in the visible region that resemble those of appropriate model complexes. Resonance Raman and time-resolved emission spectroscopy are used to characterize the nature of these transitions.

The site-specific incorporation of these redox-active probes into oligonucleotides is explored using post-synthetic modification and solid-phase synthetic methods. The preparation of the metal-binding nucleosides, their incorporation into oligonucleotides, and characterization of the resulting oligonucleotides is described. Because the insertion of these probes into modified oligonucleotides using post-synthetic modification is unsuccessful, solid-phase synthetic methods are explored. These efforts lead to the first report of 3'-metallated oligonucleotides prepared completely by automated solid-phase synthesis. Preliminary efforts to prepare a bis-metallated oligonucleotide by automated synthesis are described.

The electrochemical, absorption, and emissive features of the ruthenium-modified oligonucleotides are unchanged from those of the precursor metallonucleoside. The absence of any change in these properties upon incorporation into oligonucleotides and subsequent hybridization suggests that the incorporated ruthenium(II) complex is a valuable probe for DNA-mediated electron transfer studies.

Investigations of charge-carrier dynamics at semiconductor/liquid interfaces

Theoretical and experimental investigations of charge-carrier dynamics at semiconductor/liquid interfaces, specifically with respect to interfacial electron transfer and surface recombination, are presented.

Fermi's golden rule has been used to formulate rate expressions for charge transfer of delocalized carriers in a nondegenerately doped semiconducting electrode to localized, outer-sphere redox acceptors in an electrolyte phase. The treatment allows comparison between charge-transfer kinetic data at metallic, semimetallic, and semiconducting electrodes in terms of parameters such as the electronic coupling to the electrode, the attenuation of coupling with distance into the electrolyte, and the reorganization energy of the charge-transfer event. Within this framework, rate constant values expected at representative semiconducting electrodes have been determined from experimental data for charge transfer at metallic electrodes. The maximum rate constant (i.e., at optimal exoergicity) for outer-sphere processes at semiconducting electrodes is computed to be in the range 10^-17-10^-16 cm⁴ s^-1, which is in excellent agreement with prior theoretical models and experimental results for charge-transfer kinetics at semiconductor/liquid interfaces.

Double-layer corrections have been evaluated for semiconductor electrodes in both depletion and accumulation conditions. In conjuction with the Gouy-Chapman-Stern model, a finite difference approach has been used to calculate potential drops at a representative solid/liquid interface. Under all conditions that were simulated, the correction to the driving force used to evaluate the interfacial rate constant was determined to be less than 2% of the uncorrected interfacial rate constant.

Photoconductivity decay lifetimes have been obtained for Si(111) in contact with solutions of CH₃OH or tetrahydrofuran containing one-electron oxidants. Silicon surfaces in contact with electrolyte solutions having Nernstian redox potentials > 0 V vs. SCE exhibited low effective surface recombination velocities regardless of the different surface chemistries. The formation of an inversion layer, and not a reduced density of electrical trap sites on the surface, is shown to be responsible for the long charge-carrier lifetimes observed for these systems. In addition, a method for preparing an air-stable, low surface recombination velocity Si surface through a two-step, chlorination/alkylation reaction is described.

Electron flow through cytochrome P450

The cytochromes P450 (P450s) are a remarkable class of heme enzymes that catalyze the metabolism of xenobiotics and the biosynthesis of signaling molecules. Controlled electron flow into the thiolate-ligated heme active site allows P450s to activate molecular oxygen and hydroxylate aliphatic C–H bonds via the formation of high-valent metal-oxo intermediates (compounds I and II). Due to the reactive nature and short lifetimes of these intermediates, many of the fundamental steps in catalysis have not been observed directly. The Gray group and others have developed photochemical methods, known as “flash-quench,” for triggering electron transfer (ET) and generating redox intermediates in proteins in the absence of native ET partners. Photo-triggering affords a high degree of temporal precision for the gating of an ET event; the initial ET and subsequent reactions can be monitored on the nanosecond-to-second timescale using transient absorption (TA) spectroscopies. Chapter 1 catalogues critical aspects of P450 structure and mechanism, including the native pathway for formation of compound I, and outlines the development of photochemical processes that can be used to artificially trigger ET in proteins. Chapters 2 and 3 describe the development of these photochemical methods to establish electronic communication between a photosensitizer and the buried P450 heme. Chapter 2 describes the design and characterization of a Ru-P450-BM3 conjugate containing a ruthenium photosensitizer covalently tethered to the P450 surface, and nanosecond-to-second kinetics of the photo-triggered ET event are presented. By analyzing data at multiple wavelengths, we have identified the formation of multiple ET intermediates, including the catalytically relevant compound II; this intermediate is generated by oxidation of a bound water molecule in the ferric resting state enzyme. The work in Chapter 3 probes the role of a tryptophan residue situated between the photosensitizer and heme in the aforementioned Ru-P450 BM3 conjugate. Replacement of this tryptophan with histidine does not perturb the P450 structure, yet it completely eliminates the ET reactivity described in Chapter 2. The presence of an analogous tryptophan in Ru-P450 CYP119 conjugates also is necessary for observing oxidative ET, but the yield of heme oxidation is lower. Chapter 4 offers a basic description of the theoretical underpinnings required to analyze ET. Single-step ET theory is first presented, followed by extensions to multistep ET: electron “hopping.” The generation of “hopping maps” and use of a hopping map program to analyze the rate advantage of hopping over single-step ET is described, beginning with an established rhenium-tryptophan-azurin hopping system. This ET analysis is then applied to the Ru-tryptophan-P450 systems described in Chapter 2; this strongly supports the presence of hopping in Ru-P450 conjugates. Chapter 5 explores the implementation of flash-quench and other phototriggered methods to examine the native reductive ET and gas binding events that activate molecular oxygen. In particular, TA kinetics that demonstrate heme reduction on the microsecond timescale for four Ru-P450 conjugates are presented. In addition, we implement laser flash-photolysis of P450 ferrous–CO to study the rates of CO rebinding in the thermophilic P450 CYP119 at variable temperature. Chapter 6 describes the development and implementation of air-sensitive potentiometric redox titrations to determine the solution reduction potentials of a series of P450 BM3 mutants, which were designed for non-native cyclopropanation of styrene in vivo. An important conclusion from this work is that substitution of the axial cysteine for serine shifts the wild type reduction potential positive by 130 mV, facilitating reduction by biological redox cofactors in the presence of poorly-bound substrates. While this mutation abolishes oxygenation activity, these mutants are capable of catalyzing the cyclopropanation of styrene, even within the confines of an E. coli cell. Four appendices are also provided, including photochemical heme oxidation in ruthenium-modified nitric oxide synthase (Appendix A), general protocols (Appendix B), Chapter-specific notes (Appendix C) and Matlab scripts used for data analysis (Appendix D).

Participação do L-NAME, da L-arginina e da N-acetilcisteína no enfisema pulmonar induzido por fumaça de cigarro em camundongos

O óxido nítrico (NO) constitui um dos mais importantes mediadores intra e extracelulares e tem sido descrita sua participação tanto em processos biológicos como patológicos. Nosso objetivo foi verificar se o aumento ou a diminuição do óxido nítrico apresenta um efeito benéfico na proteção do tecido pulmonar no enfisema pulmonar induzido por fumaça de cigarro em camundongos. Para tanto, utilizamos o L-NAME (inibidor do NO), a L-arginina (substrato para a formação do NO) e os comparamos com a N-acetilcisteína (utilizada no tratamento da DPOC). Foram utilizados 65 camundongos C57BL/6 machos. Cinquenta animais foram divididos em grupos controle, fumaça de cigarro (FC), fumaça de cigarro + L-NAME (FC+LN), fumaça de cigarro + L-arginina (FC+LA), fumaça de cigarro + N-acetilcisteína (FC+NAC) (n=10, por grupo). Durante sessenta dias 40 animais foram expostos a 12 cigarros comerciais por dia, 3 vezes ao dia. Os grupos controle e FC foram submetidos à gavagens orogástricas com o veículo. Os grupos FC+LN, FC+LA, FC+NAC receberam gavagens diárias de L-NAME (60 mg/kg), L-arginina (120 mg/kg) ou NAC (200 mg/kg) respectivamente. Quinze animais (n = 5, por grupo) foram expostos ao ar ambiente e tratados apenas com L-NAME, L-arginina e NAC. Realizamos a análise do perfil das células do lavado broncoalveolar após o sacrifício. O pulmão direito foi removido para as análises histológicas do alargamento dos espaços aéreos determinado pela medida do diâmetro alveolar médio (Lm) e da densidade de superfície (Sv) dos septos alveolares. Os pulmões esquerdos foram removidos e homogeneizados para a as análises da atividade enzimática (SOD, CAT e MPO) e do sistema glutationa (GSH/GSSG), para a análise dos valores de nitrito e da expressão de 4-HNE, MMP-12, NE, TIMP-1, TIMP-2. Nossos resultados apontam que o L-NAME tem uma ação voltada para a matriz extracelular (via protease-antiprotease), enquanto que a L-arginina possui uma ação voltada para os oxidantes, assim como a NAC. Porém a NAC atua aumentando os níveis de glutationa, o que interfere diretamente nos oxidantes (via oxidante-antioxidante), enquanto a L-arginina interfere aumentando o burden oxidativo concomitante a um aumento da velocidade de ação dos oxidantes o que aumenta as células inflamatórias, mas diminui seu tempo de ação permitindo uma maior proteção. Concluímos que tanto o favorecimento para a produção e liberação do NOatravés da administração da L-arginina quanto a inibição do NOpela utilização do L-NAME foi eficiente na proteção do pulmão, apesar de não terem alcançado um resultado tão bom quanto a NAC.

Synthesis and matrix isolated photolysis of 2,3-dimethylbicyclo [2.2.0]hexa-2,5-diene-1,4-dicarboxylic acid anhydride: a potential percursor to 2,3-dimethyl-1,4-dehydrobenzene

The synthesis of the first member of a new class of Dewar benzenes has been achieved. The synthesis of 2,3- dimethylbicyclo[2.2.0]hexa-2,5-diene-1, 4-dicarboxylic acid and its anhydride are described. Dibromomaleic anhydride and dichloroethylene were found to add efficiently in a photochemical [2+2] cycloaddition to produce 1,2-dibromo- 3,4-dichlorocyclobutane-1,2-dicarboxylic acid. Removal of the bromines with tin/copper couple yielded dichloro- cyclobutenes which added to 2-butyne under photochemical conditions to yield 5,6-dichloro-2,3-dimethylbicyclo [2.2.0] hex-2-ene dicarboxylic acids. One of the three possible isomers yielded a stable anhydride which could be dechlorinated using triphenyltin radicals generated by the photolysis of hexaphenylditin.

Photolysis of argon matrix isolated 2,3-dimethylbicyclo [2.2.0]hexa-2, 5-diene-1,4-dicarboxylic acid anhydride produced traces whose strongest bands in the infrared were at 3350 and 600 cm^(-1). This suggested the formation of terminal acetylenes. The spectra of argon matrix isolated E- and Z- 3,4-dimethylhexa-1,5-diyne-3-ene and cis-and trans-octa- 2,6-diyne-4-ene were compared with the spectrum of the photolysis products. Possibly all four diethynylethylenes were present in the anhydride photolysis products. Gas chromatograph-mass spectral analysis of the volatiles from the anhydride photolysis again suggested, but did not confirm, the presence of the diethynylethylenes.

Homo- and Heteronuclear Transition Metal Complexes Supported by Multinucleating Ligands

This dissertation is mainly divided into two sub-parts: organometallic and bioinorganic/materials projects. The approach for the projects involves the use of two different multinucleating ligands to synthesize mono- and multinuclear complexes. Chapter 2 describes the synthesis of a multinucleating tris(phosphinoaryl)benzene ligand used to support mono-nickel and palladium complexes. The isolated mononuclear complexes were observed to undergo intramolecular arene C¬–H to C–P functionalization. The transformation was studied by nuclear magnetic resonance spectroscopy and X-ray crystallography, and represents a rare type of C–H functionalization mechanism, facilitated by the interactions of the group 10 metal with the arene π–system.

Chapter 3 describes the construction of multinickel complexes supported by the same triphosphine ligand from Chapter 2. This chapter shows how the central arene in the ligand’s triarylbenzene framework can interact with dinickel and trinickel moieties in various binding modes. X-ray diffraction studies indicated that all compounds display strong metal–arene interactions. A cofacial triangulo nickel(0) complex supported by this ligand scaffold was also isolated and characterized. This chapter demonstrates the use of an arene as versatile ligand design element for small molecular clusters.

Chapter 4 presents the syntheses of a series of discrete mixed transition metal Mn oxido clusters and their characterization. The synthesis of these oxide clusters displaying two types of transition metals were targeted for systematic metal composition-property studies relevant to mixed transition metal oxides employed in electrocatalysis. A series of heterometallic trimanganese tetraoxido cubanes capped with a redox-active metal [MMn₃O₄] (M = Fe, Co, Ni, Cu) was synthesized starting from a [CaMn₃O₄] precursor and structurally characterized by X-ray crystallography and anomalous diffraction to conclusively determine that M is incorporated at a single position in the cluster. The electrochemical properties of these complexes were studied via cyclic voltammetry. The redox chemistry of the series of complexes was investigated by the addition of a reductant and oxidant. X-ray absorption and electron paramagnetic resonance spectroscopies were also employed to evaluate the product of the oxidation/reduction reaction to determine the site of electron transfer given the presence of two types of redox-active metals. Additional studies on oxygen atom transfer reactivities of [MMn₃O₄] and [MMn₃O₂] series were performed to investigate the effect of the heterometal M in the reaction rates.

Chapter 5 focuses on the use of [CoMn₃O₄] and [NiMn₃O₄] cubane complexes discussed in Chapter 4 as precursors to heterogeneous oxygen evolution reaction (OER) electrocatalysts. These well-defined complexes were dropcasted on electrodes with/without heat treatment, and the OER activities of the resulting films were evaluated. Multiple spectroscopic techniques were performed on the surface of the electrocatalysts to gain insight into the structure-function relationships based on the heterometallic composition. Depending on film preparation, the Co-Mn-oxide was found to change metal composition during catalysis, while the Ni-Mn oxide maintained the NiMn3 ratio. These studies represent the use of discrete heterometallic-oxide clusters as precursors for heterogeneous water oxidation catalysts.

Appendix A describes the ongoing effort to synthesize a series of heteromultimetallic [MMn₃X] clusters (X = O, S, F). Complexes such as [ZnMn₃O], [CoMn₃O], [Mn₃S], and [Mn₄F] have been synthesized and structurally characterized. An amino-bis-oxime ligand (PRABO) has been installed on the [ZnMn₃O] cluster. Upon the addition of O₂, the desymmetrized [ZnMn₃O] cluster only underwent an outer-sphere, one-electron oxidation. Efforts to build and manipulate other heterometallic [MMn₃X] clusters are still ongoing, targeting O₂ binding and reduction. Appendix B summarizes the multiple synthetic approaches to build a [Co₄O₄]-cubane complex relevant to heterogeneous OER electrocatalysis. Starting with the tricobalt cluster [LCo₃(O₂CR)₃] and treatment various strong oxidants that can serve as oxygen atom source in the presence Co²⁺ salt only yielded tricobalt mono–oxo complexes. Appendix C presents the efforts to model the H-cluster framework of [FeFe]-hydrogenase by incorporating a synthetic diiron complex onto a protein-supported or a synthetic ligand-supported [Fe₄S₄]-cluster. The mutant ferredoxin with a [Fe₄S₄]-cluster and triscarbene ligand have been characterized by multiple spectroscopic techniques. The reconstruction of an H-cluster mimic has not yet been achieved, due to the difficulty of obtaining crystallographic evidence and the ambiguity of the EPR results.

Resposta adaptativa e efeitos das substâncias oxidantes - K2TeO3, H2O2 e paraquate - na produção de biofilme de amostras de Corynebacterium diphtheriae isolados de origens diversas

A difteria é uma doença imunoprevinível que permanece endêmica em diversas regiões do mundo. Além dos casos de difteria clássica, doenças invasivas como endocardite, osteomielite, pneumonia e infecções relacionadas à cateter, tem acometido indivíduos adultos parcialmente imunizados. A natureza multifatorial dos fatores de virulência que favorecem a formação de biofilme e sobrevivência em macrófagos tem sido evidenciada para o Corynebacterium diphtheriae. Entretanto, escassos são os trabalhos que investigaram a influência de condições ambientais na virulência do patógeno. Uma vez que agentes oxidantes são capazes de gerar radicais livres e levar ao estresse oxidativo que, consequentemente, podem resultar em resposta adaptativa e influenciar na formação do biofilme e na virulência bacteriana, o presente trabalho teve como objetivo geral avaliar os efeitos do peróxido de hidrogênio (H2O2), paraquate e telurito de potássio (K2TeO3) em propriedades biológicas de cepas de C. diphtheriae de origens diversas. Os resultados demonstraram que as amostras de C. diphtheriae apresentaram níveis de resistência ao K2TeO3, H2O2 e paraquate, porém em intensidades variadas e independentes da capacidade de produção da toxina diftérica. Algumas amostras, toxinogênicas ou não, isoladas do trato respiratório superior demonstraram resposta adaptativa para H2O2 passando, portanto, a expressar resistência aumentada após uma prévia exposição ao referido agente oxidante. C. diphtheriae não exibiu respostas adaptativas para o K2TeO3 e paraquate. C. diphtheriae foi capaz de produzir biofilme na superfície de substratos abióticos de natureza hidrofílica (vidro) e hidrofóbica (poliestireno) na presença de agentes oxidantes K2TeO3, H2O2 e paraquate. A presença dos agentes oxidantes influenciou na formação de biofilme de algumas amostras. O paraquate inibiu a produção de biofilme de todas amostras. A amostra TR241 teve a produçao de biofilme inibida na presença dos três agentes oxidantes analisados. Por outro lado, a presença de H2O2 e do K2TeO3 estimulou a produção de biofilme de algumas amostras. Para todas as amostras de C. diphtheriae testadas, independentes das origens, biotipos e da capacidade de produção de toxina diftérica, os ensaios moleculares indicaram a presença de sequências gênicas cromossômicas homólogas, codificadores da proteína DIP 0906 (TeR) e da proteína DIP 1421 (OxyR), envolvidos na resistência ao telurito e na proteção contra o estresse oxidativo, respectivamente. Não foi observada correlação da suscetibilidade e a resposta adaptativa aos agentes oxidantes com as diferentes características bacterianas: origem, sítio de isolamento, produção de toxina diftérica, metabolização de sacarose e produção de biofilme. Em conclusão, o estresse oxidativo foi capaz de influenciar fatores de virulência do C. diphtheriae, como a capacidade de produçao de biofilme, que podem estar contribuindo para a patogenia da difteria clássica assim como de doenças invasivas causadas por cepas atoxinogênicas.

Metalloporphyrin-based MOFs: new strategies for catalyst immobilization

Comunicacion a congreso (Presentación): ICCC 40. International Conference on Coordination Chemistry. Valencia, September 09-13, 2012

Characterization of cobalt based TPP-bipy coordination polymer

Comunicación a congreso: Póster presentado en The 4th EuCheMS Chemistry Congress (4ECC), Prague, Czech Republic, August 26–30, 2012

Crystal structure and characterization of a new μ-oxo bridged iron porphyrin

Comunicacion a congreso: Póster presentado en VIII Reunión Científica de Bioinorgánica – Bioburgos 2013 (Burgos, 7 al 10 de julio de 2013)

Vanadyl arsenates as catalysts for selective oxidation of organic sulfides and alkenes

artículo científico (postprint)

A influência do metabolismo redox na transmissão da doença de Chagas

As formas epimastigotas de Trypanosoma cruzi proliferam e se diferenciam no interior de diferentes compartimentos do trato digestivo dos triatomíneos. Esses ambientes antagônicos, no que diz respeito à concentração de nutrientes, pH e status redox, constituem um desafio para o protozoário por conterem moléculas e fatores capazes de deflagrar diferentes sinalizações e respostas no parasito. Por isso, testamos a influência de produtos abundantes do metabolismo do vetor e de status redox distintos, frente aos processos de proliferação e diferenciação in vivo e in vitro. Como exemplo temos o heme e a hemozoína, subprodutos da digestão da hemoglobina, e o urato, rico na urina dos insetos. O heme é uma importante molécula em todos os seres vivos. Nosso grupo mostrou seu papel na proliferação in vitro de T. cruzi e que esse sinal é governado pela enzima redox-sensível CaMKII (Lara et al., 2007; Souza et al., 2009). Esse efeito parece depender de uma sinalização redox, onde o heme e não seus análigos induz a formação de EROs, modulando a atividade da CaMKII (Nogueira et al, 2011). Apesar de gerar espécies reativas de oxigênio (EROs) em formas epimastigotas, o heme não alterou a ultraestrutura desses parasitos mostrando uma adaptação a ambientes oxidantes. Além disso, a adição de FCCP inibiu a formação de EROs mitocondrial, diminuindo a proliferação dos parasitos. Em contrapartida, a AA aumentou drasticamente a produção de EROs mitocondrial levando à morte dos epimastigotas. Estes resultados confirmam a hipótese de regulação redox do crescimento de epimastigotas. A formação de β- hematina (hemozoína) constitui uma elegante estratégia para minimizar o efeito tóxico do heme nos insetos hematófagos. Contudo, a β-hematina não influenciou a proliferação ou a metaciclogênese in vitro. Já o urato, e outros antioxidantes clássicos como o GSH e o NAC prejudicaram a proliferação in vitro de epimastigotas. Estes efeitos foram parcialmente revertidos quando os antioxidantes foram incubados juntamente com o heme. Durante a metaciclogênese in vitro, o NAC e o urato induziram um aumento significativo das formas tripomastigotas e levaram a diminuição da porcentagem de formas epimastigotas. Em contrapartida, o heme e a β-hematina apresentaram o efeito oposto, diminuindo a porcentagem de formas tripomastigotas e aumentando a de epimastigotas. No intuito de confirmar a influencia do status redox na biologia do parasito in vivo, nós quantificamos a carga parasitária nas porções anterior e posterior e no reto do triatomíneo alimentado na presença ou na ausência de NAC e urato por qPCR. O tratamento com os antioxidantes aumentou a carga parasitária em todas as partes do intestino analisadas. Posteriormente, para diferenciar as formas evolutivas responsáveis pelo incremento da carga parasitária, foram realizadas contagens diferenciais nas mesmas porções do intestino do inseto vetor. Cinco dias após a infecção foi observado aumento significativo de formas tripomastigotas e diminuição de formas epimastigotas in vivo. Em conjunto, estes dados sugerem que, assim como a concentração de nutrientes e o pH, o status redox também pode influenciar a biologia do T. cruzi no interior do inseto vetor. Neste cenário, moléculas oxidantes agiriam a favor da proliferação, e em contraste, antioxidantes parecem favorecer a metaciclogênese.

Curta administração de GW501516 melhora o estado inflamatório do tecido adiposo branco, o dano hepático e a inflamação renal de camundongos alimentados com dieta rica em frutose

A superativação do eixo ECA/AT1r está intimamente relacionada à síndrome metabólica e no organismo tem grande relação com o quadro de inflamação. A administração de frutose, seja por dieta ou pela água, tem sido usada como um modelo para a indução da superatividade desse eixo e para o estudo das vias inflamatórias relacionadas ao AT1r. Com isso, o objetivo deste trabalho foi avaliar se a administração de GW510156 poderia diminuir a superativação do eixo ECA/AT1r e consequentemente diminuir os danos causados pela dieta rica em frutose. Para isso foram utilizados camundongos machos C57Bl/6 que receberam uma dieta contendo 47% de frutose durante oito semanas ou uma dieta controle. Após oito semanas, os grupos foram redivididos aleatoriamente para o início da administração do GW501516 durante três semanas, totalizando quatro grupos experimentais. Os animais tratados apresentaram uma melhora da pressão arterial sistólica e também dos parâmetros urinários como proteinúria e ácido úrico. Houve ainda uma melhora dos triglicerídeo e ácido úrico plasmáticos. No tecido adiposo branco, o GW501516 foi capaz de diminuir a expressão dos componentes do eixo ECA/AT1r e também amenizou a inflamação causada pela dieta rica em frutose. No fígado, não houve alterações significativa do eixo, porém a fosforilação de JAK2 dependente de AT1r foi diminuída e consequentemente houve uma menor ativação das células estreladas no grupo que recebeu o GW501516. Além disso, as proteínas e genes relacionados à β-oxidação foram aumentados com o tratamento e aqueles relacionados à lipogênese de novo, diminuídos o que resultou em menor esteatose no parênquima hepático. Os rins apresentaram uma melhora da inflamação induzida pelo eixo, apesar de o eixo também não ter apresentado diferenças significativas com o tratamento. Também não foram encontradas diferenças significativas na expressão proteica e gênica das proteínas antioxidantes. Com esses resultados podemos concluir que a curta administração do GW501516 pôde aliviar os efeitos inflamatórios e a esteatose hepática causada pela dieta rica em frutose, podendo ser pensado como uma nova ferramenta terapêutica no tratamento da superativação do eixo ECA/AT1r.

Avaliação da indução de lesões no DNA por lasers terapêuticos de baixa potência

Na medicina regenerativa há uma crescente utilização de lasers de baixa intensidade em protocolos terapêuticos para tratamento de doenças em tecidos moles e no tecido ósseo. Lasers emitem feixes de luz com características específicas, nas quais o comprimento de onda, a frequência, potência e modo de missão são propriedades determinantes para as respostas fotofísica, fotoquímica e fotobiológica. Entretanto, sugere-se que lasers de baixa potência induzem a produção de radicais livres, que podem reagir com biomoléculas importantes, como o DNA. Essas reações podem causar lesões e induzir mecanismos de reparo do DNA para preservar a integridade do código genético e homeostase celular. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar lesões no DNA de células do sangue periférico de ratos Wistar e a expressão dos genes ERCC1 e ERCC2 em tecidos biológicos expostos a lasers de baixa intensidade em comprimentos de onda, fluências, potências e modos de emissão utilizados em protocolos terapêuticos. Para tal, amostras de sangue periférico foram expostas ao laser vermelho (660 nm) e infravermelho (808 nm) em diferentes fluências, potências e modos de emissão, e a indução de lesões no DNA foi avaliada através do ensaio cometa. Em outros experimentos, lesões no DNA foram analisadas através do ensaio cometa modificado, utilizando as enzimas de reparo: formamidopirimidina DNA glicosilase (FPG) e endonuclease III. Pele e músculo de ratos Wistar foram expostos aos lasers e amostras desses tecidos foram retiradas para extração de RNA, síntese de cDNA e avaliação da expressão dos genes por PCR quantitativo em tempo real. Os dados obtidos neste estudo sugeriram que a exposição aos lasers induz lesões no DNA dependendo da fluência, potência e modo de emissão, e que essas lesões são alvos da FPG e endonuclease III. A expressão relativa do RNAm de ERCC1 e de ERCC2 foi alterada nos tecidos expostos dependendo do comprimento de onda e fluência utilizada. Os resultados obtidos neste estudo sugerem que danos oxidativos no DNA poderiam ser considerados para segurança do paciente e eficácia terapêutica, bem como alterações na expressão dos genes de reparo do DNA participariam dos efeitos de bioestimulação que justificam as aplicações terapêutica de lasers de baixa potência.

Atmospheric nutrient input to coastal areas: reducing the uncertainties

A significant fraction of the total nitrogen entering coastal and estuarine ecosystems along the eastern U.S. coast arises from atmospheric deposition; however, the exact role of atmospherically derived nitrogen in the decline of the health of coastal, estuarine, and inland waters is still uncertain. From the perspective of coastal ecosystem eutrophication, nitrogen compounds from the air, along with nitrogen from sewage, industrial effluent, and fertilizers, become a source of nutrients to the receiving ecosystem. Eutrophication, however, is only one of the detrimental impacts of the emission of nitrogen containing compounds to the atmosphere. Other adverse effects include the production of tropospheric ozone, acid deposition, and decreased visibility (photochemical smog). Assessments of the coastal eutrophication problem indicate that the atmospheric deposition loading is most important in the region extending from Albemarle/Parnlico Sounds to the Gulf of Maine; however, these assessments are based on model outputs supported by a meager amount of actual data. The data shortage is severe. The National Research Council specifically mentions the atmospheric role in its recent publication for the Committee on Environmental and Natural Resources, Priorities for Coastal Ecosystem Science (1994). It states that, "Problems associated with changes in the quantity and quality of inputs to coastal environments from runoff and atmospheric deposition are particularly important [to coastal ecosystem integrity]. These include nutrient loading from agriculture and fossil fuel combustion, habitat losses from eutrophication, widespread contamination by toxic materials, changes in riverborne sediment, and alteration of coastal hydrodynamics. "