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

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

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

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

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

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

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

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

Estudo do estresse oxidativo e expressão da aromatase e receptor relacionado ao estrógeno gama na placenta humana

 Introdução: Durante a gravidez, devido ao aumento da exigência metabólica placentária há um aumento na produção das espécies reativas de oxigénio (ROS) que podem causar, por exemplo, oxidação de ácidos graxos poli-insaturados na placenta, além disso, nesta fase ocorre um aumento na expressão da aromatase e do receptor relacionado ao estrógeno gama (ERRgama) na placenta humana. Objetivo: O objetivo do estudo foi avaliar os parâmetros de estresse oxidativo e imunomarcação da aromatase e do ERRgama na placenta humana. Métodologia: A capacidade antioxidante total (ACAP), atividade da glutamato cisteína ligase (GCL), concentração glutationa (GSH), peroxidação lipídica e imunomarcação da aromatase e do ERRgama foram analisados em tecido placentário de 58 parturientes. Estas análises foram relacionadas com os dados socio-demográficos das participantes. Resultados: Os recém-nascidos de mães fumantes nasceram com menor peso (p=0,001). A concentração de GSH diminuiu a produção da peroxidação lipídica (p<0,05), por outro lado, a atividade de GCL teve efeito oposto (p<0,001). Encontramos uma diminuição na capacidade antioxidante total e aumento da peroxidação lipídica (p<0,05) na placenta. A placenta de mães fumantes tinham menos marcação da aromatase (p=0,037) já, as mães mais velhas tiveram menos marcação do ERRgama (p=0,009) na placenta. A GSH teve efeito positivo na imunomarcação de ERRgama (p=0,001). Conclusões: A expressão da aromatase e do ERRgamma na placenta são alterados tanto por fatores exógenos, tais como o fumo do cigarro, como por fatores endógenos, tais como a concentração de GSH e a idade da mãe. Os marcadores de estresse oxidativo na placenta são mais elevados em mães mais velhas e em placenta com menor capacidade antioxidante total. 

Połączenia krzyżowe pochodnych cysteiny z aldehydowymi adduktami nukleozydów adeninowych

Wydział Chemii

Impact of weight loss on oxidative stress and inflammatory cytokines in obese type 2 diabetic patients.

Background: Type 2 diabetes mellitus is associated with abnormal markers of inflammatory cytokines and oxidative stress markers. Although, these abnormalities could be modulated with weight reduction; there is limitation in clinical studies that have addressed the beneficial effects of weight reduction in modulating biomarkers of inflammatory cytokines and oxidative stress for obesity associated with type 2 diabetes mellitus. Objective: This study was designed to detect the effects of weight loss on the inflammatory cytokines, oxidative stress markers in obese type 2 diabetic patients. Material and Methods: Eighty obese patients with type 2 diabetes mellitus, their age ranged from 35-57 years and their body mass index ranged from 31-35 kg/m2 were equally assigned into 2 groups: the weight reduction group received aerobic exercises, diet regimen, where as the control group received medical treatment only for 12 weeks. Results: The mean values of body mass index (BMI), tumor necrosis factor–alpha (TNF-α), interleukin-6 (IL-6), C-reactive protein (sCRP), conjugated dienes (CD) and malondialdehyde (MDA) were significantly decreased, while the mean values of glutathione peroxidase (GPx), superoxide dismutase (SOD) and glutathione (GSH) were significantly increased in patients of group (A), while changes were not significant in group (B). Also, there were significant differences between mean levels of the investigated parameters in group (A) and group (B) at the end of the study. Conclusion: Weight loss ameliorates inflammatory cytokines and oxidative stress markers in obese type 2 diabetic patients.

Effect of Astragalus membranaceus (Fisch) Bunge extract on streptozocin-induced diabetic in rats

Purpose: To investigate the effect of Astragalus membranaceus (Fisch.) Bunge. extract (AMBE) on streptozotocin-induced diabetic rats. Methods: The aqueous extract of AMB was obtained by steeping the dried Astragalus membranaceus (Fisch.) Bunge. in water at 60 oC three times, each for 1 h, before first drying in an oven at 100 oC and then freeze-drying the last extract thus obtained. Diabete model rats was induced by a single intraperitoneal injection of a freshly prepared solution of streptozotocin (50 mg/kg). The rats were randomly divided into 6 groups of ten rats each: negative control group, normal control group, reference group (glibenclamide1 mg/kgbody weight) as well as AMB extract groups, namely, 40, 80 and 160 mg/kg body weight. Antihyperglycemic effect was measured by blood glucose and plasma insulin levels. Oxidative stress was evaluated in liver and kidney by antioxidant markers, viz, lipidperoxidation (LPO), superoxide dismutase (SOD), reduced glutathione (GSH), glutathione peroxidase (GPx) and catalase (CAT), while blood serum levels of creatinine and urea were also determined in both diabetic control and treated rats. Results: Compared with diabetic rats, oral administration of AMBE at a concentration of 160 mg/kg daily for 30 days showed a significant decrease in fasting blood glucose (109.438 ± 3.52, p < 0.05) and increased insulin level (13.96 ± 0.74, p < 0.05). Furthermore, it significantly reduced biochemical parameters (serum creatinine, 0.86 ± 0.29, p < 0.05) and serum urea (45.14 ± 1.79, p < 0.05). The treatment also resulted in significant increase in GSH (49.21 ± 2.59, p < 0.05), GPx (11.96 ± 1.16, p < 0.05), SOD (14.13 ± 0.49, p < 0.05), CAT (83.25 ± 3.14, p < 0.05) level in the liver and kidney of diabetic rats. Conclusion: The results suggest that AMBE may effectively normalize impaired antioxidant status in streptozotocin-induced diabetes in a dose-dependent manner. AMBE has a protective effect against lipid peroxidation by scavenging free radicals and is thus capable of reducing the risk of diabetic complications.

Protective effect of rhamnopyranosyl vanilloyl isolated from Scrophularia ningpoensis Hemsl (Scrophulariaceae) root against acute liver injury in mice

Purpose: To investigate the protective effect of rhamnopyranosyl vanilloyl (RV) from Scrophularia ningpoensis root against tetrachloromethane (CCl4)-induced acute liver injury (ALI) in mice. Methods: RV was isolated from S. ningpoensis by column chromatography. ALI model of mice was established by intraperitoneal injection of CCl4. Liver index, liver function indices, as well as serum alanine transaminase (ALT), aspartate aminotransferase (AST) and total bilirubin (TBIL) were evaluated. Lipid peroxidation (LPO)-related indices, including malonaldehyde (MDA), glutathione (GSH), superoxide dismutase (SOD) and glutathione peroxidase (GSH-Px). Apoptotic proteins (Bcl-2, Bax and caspase-3) in liver tissue were determined by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and Western blot. Results: After treatment with RV (10, 20 or 40 mg/kg), liver index (5.65 - 5.21 vs. 6.68 %), ALT (90.18 - 79.68 vs. 112.47 U/L), AST (64.44 - 57.63 vs. 75.41 U/L) and TBIL (2.68 - 1.95 vs. 3.21 U/L) activities, as well as MDA (3.58 - 2.88 vs. 4.13 μmol/g), Bax and caspase-3 levels significantly (p < 0.05 or 0.01) decreased, compared with those in control group. After treatment with RV (10, 20 or 40 mg/kg), GSH (16.58 - 22.14 vs. 12.34 μmol/g), Bcl-2, SOD (86.45 - 107.61 vs. 68.43 U/mg) and GSH-Px (295.64 - 329.47 vs. 268.49 U/mg) levels or activities significantly (p < 0.05 or 0.01) increased, compared with those in control group. Conclusion: RV has protective effect against CCl4-induced ALI in mice, and the mechanisms involve the inhibition of LPO and apoptosis in liver cells. Thus, RV is a potential drug for the treatment of liver injury

Preservation of Nitric Oxide Availability as Nitrite and Nitrosothiols

Nitric Oxide (NO) has been known for long to regulate vessel tone. However, the close proximity of the site of NO production to “sinks” of NO such as hemoglobin (Hb) in blood suggest that blood will scavenge most of the NO produced. Therefore, it is unclear how NO is able to play its physiological roles. The current study deals with means by which this could be understood. Towards studying the role of nitrosothiols and nitrite in preserving NO availability, a study of the kinetics of glutathione (GSH) nitrosation by NO donors in aerated buffered solutions was undertaken first. Results suggest an increase in the rate of the corresponding nitrosothiol (GSNO) formation with an increase in GSH with a half-maximum constant EC50 that depends on NO concentration, thus indicating a significant contribution of ∙NO2 mediated nitrosation in the production of GSNO. Next, the ability of nitrite to be reduced to NO in the smooth muscle cells was evaluated. The NO formed was inhibited by sGC inhibitors and accelerated by activators and was independent of O2 concentration. Nitrite transport mechanisms and effects of exogenous nitrate on transport and reduction of nitrite were examined. The results showed that sGC can mediate nitrite reduction to NO and nitrite is transported across the smooth muscle cell membrane via anion channels, both of which can be attenuated by nitrate. Finally, a 2 – D axisymmetric diffusion model was constructed to test the accumulation of NO in the smooth muscle layer from reduction of nitrite. It was observed that at the end of the simulation period with physiological concentrations of nitrite in the smooth muscle cells (SMC), a low sustained NO generated from nitrite reduction could maintain significant sGC activity and might affect vessel tone. The major nitrosating mechanism in the circulation at reduced O2 levels was found to be anaerobic and a Cu+ dependent GSNO reduction activity was found to deliver minor amounts of NO from physiological GSNO levels in the tissue.

Effect of Brazil nut supplementation on the blood levels of selenium and glutathione peroxidase in hemodialysis patients

Objective: In patients who have undergone hemodialysis, large amounts of reactive oxygen species (ROS) are produced and, at higher concentrations, ROS are thought to be involved in the pathogenesis of cardiovascular disease. It has been proposed that selenium (Se) may exert an anti-atherogenic influence by reducing oxidative stress. The richest known food source of selenium is the Brazil nut (Bertholletia excelsa, family Lecythidaceae), found in the Amazon region. We evaluated the effect of Brazil nut supplementation on blood levels of Se and glutathione peroxidase (GSH-Px) activity in patients on hemodialysis. Methods: A total of 81 patients on hemodialysis (52.0 +/- 15.2 y old, average time on dialysis 82.3 +/- 91.4 mo, body mass index 24.9 +/- 4.4 kg/m(2)) from the RenalCor and RenalVida Clinics in Rio de Janeiro, Brazil, were studied. All patients received one nut (around 5 g, averaging 58.1 mu g Se/g) a day for 3 mo. The Se concentrations in the nuts and in plasma and erythrocytes were determined by atomic absorption spectrophotometry with hydride generation (Hitachi, Z-500). GSH-Px levels were measured using Randox commercial kits. Results: Plasma Se (18.8 +/- 17.4 mu g/L) and erythrocyte (72.4 +/- 37.9 mg/L) levels were below the normal, range before nut supplementation. After supplementation, the plasma level increased to 104.0 +/- 65.0 mu g/L and erythrocytes to 244.1 +/- 119.5 mg/L (P<0.0001). The activity of GSH-Px also increased after supplementation, from 46.6 +/- 14.9 to 55.9 +/- 23.6 U/g of hemoglobin (P<0.0001). Before supplementation, 11% of patients had GSH-Px activity below the normal range (27.5-73.6 U/g of hemoglobin). After supplementation, all patients showed GSH-Px activity within the normal range. Conclusion: The data revealed that the investigated patients presented Se deficiency and that the consumption of only one Brazil nut a day (5 g) during 3 mo was effective to increase the Se concentration and GSH-Px activity in these patients, thus improving their antioxidant status. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Mecanismos apoptóticos desencadenados por vitamina D y drogas que deplecionan glutatión en células de cáncer de mama. Apoptotic mechanisms triggered by vitamin D and glutathione depleting drugs in breast cancer cells.

El cáncer de mama es una de las neoplasias más frecuentes de nuestro medio. El calcitriol y sus análogos son una alternativa nueva al uso convencional de antiestrógenos como quimioterapia. Sin embargo, los efectos hipercalcemiantes, secundarios a su aplicación, constituyen una limitación para su uso. Este proyecto está orientado al conocimiento de las bases moleculares antiproliferativas del uso del calcitriol en forma conjunta con drogas que deplecionan glutatión (GSH) tales como menadiona (MEN) y DL-butionina-S,R-sulfoximina (BSO). La hipótesis que se sostiene es que MEN y BSO, al disminuir el contenido de GSH, generan estrés oxidativo el cual puede potenciar el efecto antineoplásico del calcitriol, permitiendo lograr un mayor efecto antiproliferativo con dosis menores del secoesteroide, evitándose los efectos hipercalcemiantes. El objetivo general de este proyecto es dilucidar los mecanismos moleculares de apoptosis desencadenados por calcitriol (D) y/o drogas que deplecionan GSH (MEN o BSO) sobre las células de cáncer de mama MCF-7 en cultivo. Para ello, se tratarán células MCF-7 con concentraciones variables de D (en ausencia y presencia de MEN ó BSO) a diferentes tiempos. Se medirá proliferación celular mediante las técnicas de incorpororación de bromodeoxiuridina y de violeta de cristal. Se analizará el ciclo celular por medio de técnicas de citometría de flujo. Se determinará la participación tanto de la vía intrínseca como de la vía extrínseca de apoptosis. El contenido de GSH y la medición de las actividades del sistema antioxidante se llevará a cabo con técnicas espectrofotométricas. La expresión proteica de diversas caspasas se analizará por Western blots y la expresión génica por transcriptasa reversa-reacción en cadena de la polimerasa. Además, se desarrollarán artificialmente tumores de mama en ratas y se aplicará el tratamiento combinado midiéndose el efecto antitumoral mediante análisis histológicos. Se espera que el tratamiento combinado inhiba la proliferación de las células MCF-7, a través de incremento en la producción de especies reactivas derivadas del oxígeno involucrando la participación de las principales vías apoptóticas, extrínseca e intrínseca. En consecuencia, habría desrregulación de la función mitocondrial. Las defensas antioxidantes podrían estar alteradas. De ocurrir así, el tamaño de los tumores de mama desarrollados experimentalmente y tratados con el tratamiento combinado, estaría disminuido. La importancia de este estudio consiste en la exploración de una nueva estrategia terapéutica para el tratamiento de cáncer de mama.

Curcumin, quercetin, and tBHQ modulate glutathione levels in astrocytes and neurons: importance of the glutamate cysteine ligase modifier subunit.

A decrease in GSH levels, the main redox regulator, can be observed in neurodegenerative diseases as well as in schizophrenia. In search for substances able to increase GSH, we evaluated the ability of curcumin (polyphenol), quercetin (flavonoid), and tert-butylhydroquinone (tBHQ) to up-regulate GSH-synthesizing enzymes. The gene expression, activity, and product levels of these enzymes were measured in cultured neurons and astrocytes. In astrocytes, all substances increased GSH levels and the activity of the rate-limiting synthesizing enzyme, glutamate cysteine ligase (GCL). In neurons, curcumin and to a lesser extent tBHQ increased GCL activity and GSH levels, while quercetin decreased GSH and led to cell death. In the two cell types, the gene that showed the greatest increase in its expression was the one coding for the modifier subunit of GCL (GCLM). The increase in mRNA levels of GCLM was 3 to 7-fold higher than that of the catalytic subunit. In astrocytes from GCLM-knock-out mice showing low GSH (-80%) and low GCL activity (-50%), none of the substances succeeded in increasing GSH synthesis. Our results indicate that GCLM is essential for the up-regulation of GCL activity induced by curcumin, quercetin and tBHQ.

Effect of chronic ethanol feeding on rat hepatocytic glutathione. Compartmentation, efflux, and response to incubation with ethanol.

Hepatocytes from rats that were fed ethanol chronically for 6-8 wk were found to have a modest decrease in cytosolic GSH (24%) and a marked decrease in mitochondrial GSH (65%) as compared with pair-fed controls. Incubation of hepatocytes from ethanol-fed rats for 4 h in modified Fisher's medium revealed a greater absolute and fractional GSH efflux rate than controls with maintenance of constant cellular GSH, indicating increased net GSH synthesis. Inhibition of gamma-glutamyltransferase had no effect on these results, which indicates that no degradation of GSH had occurred during these studies. Enhanced fractional efflux was also noted in the perfused livers from ethanol-fed rats. Incubation of hepatocytes in medium containing up to 50 mM ethanol had no effect on cellular GSH, accumulation of GSH in the medium, or cell viability. Thus, chronic ethanol feeding causes a modest fall in cytosolic and a marked fall in mitochondrial GSH. Fractional GSH efflux and therefore synthesis are increased under basal conditions by chronic ethanol feeding, whereas the cellular concentration of GSH drops to a lower steady state level. Incubation of hepatocytes with ethanol indicates that it has no direct, acute effect on hepatic GSH homeostasis.

Effect of chronic ethanol feeding on glutathione and functional integrity of mitochondria in periportal and perivenous rat hepatocytes.

Chronic ethanol feeding selectively impairs the translocation of cytosol GSH into the mitochondrial matrix. Since ethanol-induced liver cell injury is preferentially localized in the centrilobular area, we examined the hepatic acinar distribution of mitochondrial GSH transport in ethanol-fed rats. Enriched periportal (PP) and perivenous (PV) hepatocytes from pair- and ethanol-fed rats were prepared as well as mitochondria from these cells. The mitochondrial pool size of GSH was decreased in both PP and PV cells from ethanol-fed rats either as expressed per 10(6) cells or per microliter of mitochondrial matrix volume. The rate of reaccumulation of mitochondrial GSH and the linear relationship of mitochondrial to cytosol GSH from ethanol-fed mitochondria were lower for both PP and PV cells, effects observed more prominently in the PV cells. Mitochondrial functional integrity was lower in both PP and PV ethanol-fed rats, which was associated with decreased cellular ATP levels and mitochondrial membrane potential, effects which were greater in the PV cells. Mitochondrial GSH depletion by ethanol feeding preceded the onset of functional changes in mitochondria, suggesting that mitochondrial GSH is critical in maintaining a functionally competent organelle and that the greater depletion of mitochondrial GSH by ethanol feeding in PV cells could contribute to the pathogenesis of alcoholic liver disease.