Negative regulators of a growth factor-mediated signaling pathway in the nematode Caenorhabditis elegans

Vulval differentiation in C. elegans is mediated by an Epidermal growth factor (EGF)- EGF receptor (EGFR) signaling pathway. I have cloned unc-101, a negative regulator of vulval differentiation of the nematode C. elegans. unc-101 encodes a homolog of AP47, the medium chain of the trans-Golgi clathrin-associated protein complex. This identity was confirmed by cloning and comparing sequence of a C. elegans homolog of AP50, the medium chain of the plasma membrane clathrin-associated protein complex. I provided the first genetic evidence that the trans-Golgi clathrin-coated vesicles are involved in regulation of an EGF signaling pathway. Most of the unc-101 alleles are deletions or nonsense mutations, suggesting that these alleles severely reduce the unc-101 activity. A hybrid gene that contains parts of unc-101 and mouse AP4 7 rescued at least two phenotypes of unc-101 mutations, the Unc and the suppression of vulvaless phenotype of let-23(sy1) mutation. Therefore, the functions of AP47 are conserved between nematodes and mammals.

unc-101 mutations can cause a greater than wild-type vulval differentiation in combination with certain mutations in sli-1, another negative regulator of the vulval induction pathway. A mutation in a new gene, rok-1, causes no defect by itself, but causes a greater than wild-type vulval differentiation in the presence of a sli-1 mutation. The unc-101; rok-1; sli-1 triple mutants display a greater extent of vulval differentiation than any double mutant combinations of unc-101, rok-1 and sli-1. Therefore, rok-1 locus defines another negative regulator of the vulval induction pathway.

I analyzed a second gene encoding an AP47 homolog in C. elegans. This gene, CEAP47, encodes a protein 72% identical to both unc-101 and mammalian AP47. A hybrid gene containing parts of unc-101 and CEAP47 sequences can rescue phenotypes of unc-101 mutants, indicating that UNC- 101 and CEAP47 proteins can be redundant if expressed in the same set of cells.

Wnt and FGF signaling in C. elegans vulval cell lineage polarity

The interpretation of extracellular cues leading to the polarization of intracellular components and asymmetric cell divisions is a fundamental part of metazoan organogenesis. The C. elegans vulva, with its invariant cell lineage and interaction of multiple cell signaling pathways, provides an excellent model for the study of cell polarity within an organized epithelial tissue. Herein I discuss the interaction of Wnt and FGF signaling in controlling vulval cell lineage polarity with emphasis on the posterior-most cell that forms the vulva, P7.p.

The mirror symmetry of the C. elegans vulva is achieved by the opposite division orientation of the vulval precursor cells (VPCs) flanking the axis of symmetry. Opposing Wnt signals control the division patterns of the VPCs by controlling the localization of SYS-1/ β-catenin toward the direction of the Wnt gradient. Multiple Wnt signals, expressed at the axis of symmetry, promote the wild-type, anterior-facing, P7.p orientation, whereas Wnts EGL-20 and CWN-1 from the tail and posterior body wall muscle, respectively, promote the daughter cells of P7.p to face the posterior. EGL-20 acts through a member of the LDL receptor superfamily, LRP-2, along with Ror/CAM-1 and Van Gogh/VANG-1. All three transmembrane proteins control orientation through the localization of the SYS-1.

The Fibroblast Growth Factor (FGF) pathway acts in concert with LIN-17/Frizzled to regulate the localization of SYS-1. The source of the FGF ligand is the 1° VPC, P6.p, which controls the polarity of the neighboring 2° VPC, P7.p, by signaling through the sex myoblasts (SMs), activating the FGF pathway. The Wnt, cwn-1, is expressed in the posterior body wall muscle of the worm as well as the SMs, making it the only Wnt expressed on the posterior and anterior sides of P7.p at the time of the polarity decision. Both sources of cwn-1 act instructively to influence P7.p polarity in the direction of the Wnt gradient. The FGF pathway leads to the regulation of cwn-1 transcripts in the SMs. These results illustrate the first evidence of the interaction between FGF and Wnt in C. elegans development and vulval cell lineage polarity as well as highlight the promiscuous nature of Wnt signaling within C. elegans.

Expanding the repertoire of DNA-mediated signaling in DNA repair

DNA damage is extremely detrimental to the cell and must be repaired to protect the genome. DNA is capable of conducting charge through the overlapping π-orbitals of stacked bases; this phenomenon is extremely sensitive to the integrity of the π-stack, as perturbations attenuate DNA charge transport (CT). Based on the E. coli base excision repair (BER) proteins EndoIII and MutY, it has recently been proposed that redox-active proteins containing metal clusters can utilize DNA CT to signal one another to locate sites of DNA damage.

To expand our repertoire of proteins that utilize DNA-mediated signaling, we measured the DNA-bound redox potential of the nucleotide excision repair (NER) helicase XPD from Sulfolobus acidocaldarius. A midpoint potential of 82 mV versus NHE was observed, resembling that of the previously reported BER proteins. The redox signal increases in intensity with ATP hydrolysis in only the WT protein and mutants that maintain ATPase activity and not for ATPase-deficient mutants. The signal increase correlates directly with ATP activity, suggesting that DNA-mediated signaling may play a general role in protein signaling. Several mutations in human XPD that lead to XP-related diseases have been identified; using SaXPD, we explored how these mutations, which are conserved in the thermophile, affect protein electrochemistry.

To further understand the electrochemical signaling of XPD, we studied the yeast S. cerevisiae Rad3 protein. ScRad3 mutants were incubated on a DNA-modified electrode and exhibited a similar redox potential to SaXPD. We developed a haploid strain of S. cerevisiae that allowed for easy manipulation of Rad3. In a survival assay, the ATPase- and helicase-deficient mutants show little survival, while the two disease-related mutants exhibit survival similar to WT. When both a WT and G47R (ATPase/helicase deficient) strain were challenged with different DNA damaging agents, both exhibited comparable survival in the presence of hydroxyurea, while with methyl methanesulfonate and camptothecin, the G47R strain exhibits a significant change in growth, suggesting that Rad3 is involved in repairing damage beyond traditional NER substrates. Together, these data expand our understanding of redox-active proteins at the interface of DNA repair.

Experimental and theoretical studies of Notch signaling-mediated spatial pattern

Notch signaling acts in many diverse developmental spatial patterning processes. To better understand why this particular pathway is employed where it is and how downstream feedbacks interact with the signaling system to drive patterning, we have pursued three aims: (i) to quantitatively measure the Notch system's signal input/output (I/O) relationship in cell culture, (ii) to use the quantitative I/O relationship to computationally predict patterning outcomes of downstream feedbacks, and (iii) to reconstitute a Notch-mediated lateral induction feedback (in which Notch signaling upregulates the expression of Delta) in cell culture. The quantitative Notch I/O relationship revealed that in addition to the trans-activation between Notch and Delta on neighboring cells there is also a strong, mutual cis-inactivation between Notch and Delta on the same cell. This feature tends to amplify small differences between cells. Incorporating our improved understanding of the signaling system into simulations of different types of downstream feedbacks and boundary conditions lent us several insights into their function. The Notch system converts a shallow gradient of Delta expression into a sharp band of Notch signaling without any sort of feedback at all, in a system motivated by the Drosophila wing vein. It also improves the robustness of lateral inhibition patterning, where signal downregulates ligand expression, by removing the requirement for explicit cooperativity in the feedback and permitting an exceptionally simple mechanism for the pattern. When coupled to a downstream lateral induction feedback, the Notch system supports the propagation of a signaling front across a tissue to convert a large area from one state to another with only a local source of initial stimulation. It is also capable of converting a slowly-varying gradient in parameters into a sharp delineation between high- and low-ligand populations of cells, a pattern reminiscent of smooth muscle specification around artery walls. Finally, by implementing a version of the lateral induction feedback architecture modified with the addition of an autoregulatory positive feedback loop, we were able to generate cells that produce enough cis ligand when stimulated by trans ligand to themselves transmit signal to neighboring cells, which is the hallmark of lateral induction.

The logic of receptor-ligand interactions in the Notch signaling pathway

The Notch signaling pathway enables neighboring cells to coordinate developmental fates in diverse processes such as angiogenesis, neuronal differentiation, and immune system development. Although key components and interactions in the Notch pathway are known, it remains unclear how they work together to determine a cell's signaling state, defined as its quantitative ability to send and receive signals using particular Notch receptors and ligands. Recent work suggests that several aspects of the system can lead to complex signaling behaviors: First, receptors and ligands interact in two distinct ways, inhibiting each other in the same cell (in cis) while productively interacting between cells (in trans) to signal. The ability of a cell to send or receive signals depends strongly on both types of interactions. Second, mammals have multiple types of receptors and ligands, which interact with different strengths, and are frequently co-expressed in natural systems. Third, the three mammalian Fringe proteins can modify receptor-ligand interaction strengths in distinct and ligand-specific ways. Consequently, cells can exhibit non-intuitive signaling states even with relatively few components.

In order to understand what signaling states occur in natural processes, and what types of signaling behaviors they enable, this thesis puts forward a quantitative and predictive model of how the Notch signaling state is determined by the expression levels of receptors, ligands, and Fringe proteins. To specify the parameters of the model, we constructed a set of cell lines that allow control of ligand and Fringe expression level, and readout of the resulting Notch activity. We subjected these cell lines to an assay to quantitatively assess the levels of Notch ligands and receptors on the surface of individual cells. We further analyzed the dependence of these interactions on the level and type of Fringe expression. We developed a mathematical modeling framework that uses these data to predict the signaling states of individual cells from component expression levels. These methods allow us to reconstitute and analyze a diverse set of Notch signaling configurations from the bottom up, and provide a comprehensive view of the signaling repertoire of this major signaling pathway.

DNA-mediated charge transport signaling within the cell

DNA possesses the curious ability to conduct charge longitudinally through the π-stacked base pairs that reside within the interior of the double helix. The rate of charge transport (CT) through DNA has a shallow distance dependence. DNA CT can occur over at least 34 nm, a very long molecular distance. Lastly, DNA CT is exquisitely sensitive to disruptions, such as DNA damage, that affect the dynamics of base-pair stacking. Many DNA repair and DNA-processing enzymes are being found to contain 4Fe-4S clusters. These co-factors have been found in glycosylases, helicases, helicase-nucleases, and even enzymes such as DNA polymerase, RNA polymerase, and primase across the phylogeny. The role of these clusters in these enzymes has remained elusive. Generally, iron-sulfur clusters serve redox roles in nature since, formally, the cluster can exist in multiple oxidation states that can be accessed within a biological context. Taken together, these facts were used as a foundation for the hypothesis that DNA-binding proteins with 4Fe-4S clusters utilize DNA-mediated CT as a means to signal one another to scan the genome as a first step in locating the subtle damage that occurs within a sea of undamaged bases within cells.

Herein we describe a role for 4Fe-4S clusters in DNA-mediated charge transport signaling among EndoIII, MutY, and DinG, which are from distinct repair pathways in E. coli. The DinG helicase is an ATP-dependent helicase that contains a 4Fe-4S cluster. To study the DNA-bound redox properties of DinG, DNA-modified electrochemistry was used to show that the 4Fe-4S cluster of DNA-bound DinG is redox-active at cellular potentials, and shares the 80 mV vs. NHE redox potential of EndoIII and MutY. ATP hydrolysis by DinG increases the DNA-mediated redox signal observed electrochemically, likely reflecting better coupling of the 4Fe-4S cluster to DNA while DinG unwinds DNA, which could have interesting biological implications. Atomic force microscopy experiments demonstrate that DinG and EndoIII cooperate at long range using DNA charge transport to redistribute to regions of DNA damage. Genetics experiments, moreover, reveal that this DNA-mediated signaling among proteins also occurs within the cell and, remarkably, is required for cellular viability under conditions of stress. Knocking out DinG in CC104 cells leads to a decrease in MutY activity that is rescued by EndoIII D138A, but not EndoIII Y82A. DinG, thus, appears to help MutY find its substrate using DNA-mediated CT, but do MutY or EndoIII aid DinG in a similar way? The InvA strain of bacteria was used to observe DinG activity, since DinG activity is required within InvA to maintain normal growth. Silencing the gene encoding EndoIII in InvA results in a significant growth defect that is rescued by the overexpression of RNAseH, a protein that dismantles the substrate of DinG, R-loops. This establishes signaling between DinG and EndoIII. Furthermore, rescue of this growth defect by the expression of EndoIII D138A, the catalytically inactive but CT-proficient mutant of EndoIII, is also observed, but expression of EndoIII Y82A, which is CT-deficient but enzymatically active, does not rescue growth. These results provide strong evidence that DinG and EndoIII utilize DNA-mediated signaling to process DNA damage. This work thus expands the scope of DNA-mediated signaling within the cell, as it indicates that DNA-mediated signaling facilitates the activities of DNA repair enzymes across the genome, even for proteins from distinct repair pathways.

In separate work presented here, it is shown that the UvrC protein from E. coli contains a hitherto undiscovered 4Fe-4S cluster. A broad shoulder at 410 nm, characteristic of 4Fe-4S clusters, is observed in the UV-visible absorbance spectrum of UvrC. Electron paramagnetic resonance spectroscopy of UvrC incubated with sodium dithionite, reveals a spectrum with the signature features of a reduced, [4Fe-4S]+1, cluster. DNA-modified electrodes were used to show that UvrC has the same DNA-bound redox potential, of ~80 mV vs. NHE, as EndoIII, DinG, and MutY. Again, this means that these proteins are capable of performing inter-protein electron transfer reactions. Does UvrC use DNA-mediated signaling to facilitate the repair of its substrates?

UvrC is part of the nucleotide excision repair (NER) pathway in E. coli and is the protein within the pathway that performs the chemistry required to repair bulky DNA lesions, such as cyclopyrimidine dimers, that form as a product of UV irradiation. We tested if UvrC utilizes DNA-mediated signaling to facilitate the efficient repair of UV-induced DNA damage products by helping UvrC locate DNA damage. The UV sensitivity of E. coli cells lacking DinG, a putative signaling partner of UvrC, was examined. Knocking out DinG in E. coli leads to a sensitivity of the cells to UV irradiation. A 5-10 fold reduction in the amount of cells that survive after irradiation with 90 J/m2 of UV light is observed. This is consistent with the hypothesis that UvrC and DinG are signaling partners, but is this signaling due to DNA-mediated CT? Complementing the knockout cells with EndoIII D138A, which can also serve as a DNA CT signaling partner, rescues cells lacking DinG from UV irradiation, while complementing the cells with EndoIII Y82A shows no rescue of viability. These results indicate that there is cross-talk between the NER pathway and DinG via DNA-mediated signaling. Perhaps more importantly, this work also establishes that DinG, EndoIII, MutY, and UvrC comprise a signaling network that seems to be unified by the ability of these proteins to perform long range DNA-mediated CT signaling via their 4Fe-4S clusters.

I. Studies on the activation of Drosophila phenol oxidase. II. Studies on serum insulin in normal subjects and diabetics

Part I

Phenol oxidase is the enzyme responsible for hardening and pigmentation of the insect cuticle. In Drosophila, phenol oxidase is a latent enzyme. Enzyme activity is produced by the interaction of a number of protein components. A minimal activation scheme consisting of six protein components, designated Pre S, S activator, S, P. P' and Ʌ₁ is described. Quantitative assays have been developed for the S activator, S, P and P' proteins and these components have been partially purified. Experiments describing the interactions of the six components have been conducted and a model for the activation of phenol oxidase in a minimal system is proposed. Possible mechanisms of the reactions between the constituents of the activating system and potential regulatory mechanisms involved in phenol oxidase production and function are discussed.

Part II

A method has been developed for the partial purification of insulin from human serum. A procedure for the determination of the electrophoretic mobility of serum insulin on polyacrylamide gels is described. An electrophoretic analysis of insulin isolated from a normal subject is reported and in addition to a major band, the existence of a number of minor bands of immunoreactive insulin is described. A comparison of the electrophoretic patterns of insulin isolated from normal and diabetic subjects was carried out and indications that differences between them may occur are reported.

Alteração do ciclo menstrual na adolescência: manifestação precoce da Síndrome Metabólica?

Na última década, surgiram evidências de que a Síndrome Metabólica (SM), relatada de forma crescente entre adolescentes, tem início na vida intrauterina e seus sinais e sintomas já estão presentes na adolescência, porém, ainda faltam critérios diagnósticos específicos para essa faixa etária. O ciclo menstrual representa o resultado do funcionamento normal não apenas do eixo Hipotálamo-Hipófise-Ovário (HHO), do útero e do aparelho genital, mas também, do equilíbrio metabólico do organismo. Alterações no ciclo menstrual podem representar sinais de desequilíbrio e anormalidade. A SM está também relacionada à Síndrome dos Ovários Policísticos (SOP), disfunção ovariana caracterizada por oligoanovulação, hiperandrogenismo e/ou ovários policísticos. A resistência à insulina (RI) tem um papel central na fisiopatologia e na inter-relação dos componentes tanto da SM como também da SOP. A RI é compensada pelo aumento da produção de insulina pelas células beta pancreáticas, e essa hiperinsulinemia compensatória tem conseqüências no endotélio, nos fatores inflamatórios, no metabolismo glicídico e lipídico, além de afetar o ciclo menstrual pelo estímulo da androgênese ovariana, suprimindo a SHBG e possivelmente alterando o padrão da secreção pulsátil do GnRH. Estas alterações menstruais podem apresentar-se de forma precoce, antes das alterações metabólicas da RI, portanto, a avaliação atenta do padrão menstrual de adolescentes pode representar um valioso sinal que alerta para o risco metabólico e cardiovascular. Avaliamos o comportamento de parâmetros da Síndrome Metabólica e sua relação com o ciclo menstrual em adolescentes através de um estudo observacional transversal com 59 adolescentes do sexo feminino entre 12 e 19 anos e presença de pelo menos um dos seguintes fatores de risco para SM: Sobrepeso - Obesidade - Acantose Nigricans. Todas as adolescentes foram submetidas a uma avaliação clínica com levantamento de dados antropométricos, e laboratoriais composta de: Glicose de Jejum, Colesterol Total, HDL-Colesterol, Triglicerídeos, Teste Oral de Tolerância a Glicose (Glicose 120), Insulina pré (insulina jejum), pós TOTG (insulina 120), Folículo-Estimulante (FSH), Hormônio Luteinizante (LH), Testosterona Total (TT), Androstenediona, Foram criados 2 grupos:G-1- adolescentes com ciclos irregulares, e G-2- adolescentes com ciclos regulares. Das 59 adolescentes avaliadas, 36 formaram o G-1, e 23 o G-2. A média da idade ginecológica foi de 4,5 anos e da menarca 11,3 anos. Na análise estatística das diferenças nas variáveis clínicas e laboratoriais entre os grupos, observou-se que o G-1 apresentou: Cintura (p=0,026), Insulina de jejum (p=0,001), Glicose 120 (p=0,002), insulina 120 (p=0,0001), HOMA-IR (p=0,0008), Triglicerídeos (p=0,013), SM (p<0,0001) e SOP (p<0,0001) significativamente maiores e QUICK (p=0,008), G/I (p=0,002), HDL (p=0,001) significativamente menores que o G-2. (88,8% das adolescentes com ciclos irregulares no ultimo ano apresentavam irregularidade desde a menarca. Estes resultados demonstram uma associação significativa entre a irregularidade menstrual, RI, SM e SOP na população estudada. Todas as adolescentes com diagnóstico de SM apresentavam irregularidade desde a menarca e destas, 93,5% tiveram o diagnóstico de SOP. O nosso estudo chama a atenção para o comportamento do ciclo menstrual na adolescência em relação aos riscos cardiovasculares e metabólicos, sinalizando assim que outros estudos precisam ser desenvolvidos nesta população.

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.

TWEAK/Fn14 Signaling Is Required for Liver Regeneration after Partial Hepatectomy in Mice

Background & Aims: Pro-inflammatory cytokines are important for liver regeneration after partial hepatectomy (PH). Expression of Fibroblast growth factor-inducible 14 (Fn14), the receptor for TNF-like weak inducer of apoptosis (TWEAK), is induced rapidly after PH and remains elevated throughout the period of peak hepatocyte replication. The role of Fn14 in post-PH liver regeneration is uncertain because Fn14 is expressed by liver progenitors and TWEAK-Fn14 interactions stimulate progenitor growth, but replication of mature hepatocytes is thought to drive liver regeneration after PH. Methods: To clarify the role of TWEAK-Fn14 after PH, we compared post-PH regenerative responses in wild type (WT) mice, Fn14 knockout (KO) mice, TWEAK KO mice, and WT mice treated with anti-TWEAK antibodies. Results: In WT mice, rare Fn14(+) cells localized with other progenitor markers in peri-portal areas before PH. PH rapidly increased proliferation of Fn14(+) cells; hepatocytic cells that expressed Fn14 and other progenitor markers, such as Lgr5, progressively accumulated from 12-8 h post-PH and then declined to baseline by 96 h. When TWEAK/Fn14 signaling was disrupted, progenitor accumulation, induction of pro-regenerative cytokines, hepatocyte and cholangiocyte proliferation, and over-all survival were inhibited, while post-PH liver damage and bilirubin levels were increased. TWEAK stimulated proliferation and increased Lgr5 expression in cultured liver progenitors, but had no effect on either parameter in cultured primary hepatocytes. Conclusions: TWEAK-FN14 signaling is necessary for the healthy adult liver to regenerate normally after acute partial hepatectomy.

Mecanismos celulares e moleculares envolvidos com alterações na expressão de glicanos durante a progressão do câncer colorretal

O câncer colorretal representa uma das maiores causas de morbidade e mortalidade relacionadas ao câncer. No Brasil, é o terceiro tipo de câncer mais frequente em homens e mulheres. Muitos estudos estão sendo desenvolvidos no sentido de esclarecer os diversos aspectos moleculares que regulam as alterações fenotípicas exibidas pelas células que constituem o câncer colorretal, no entanto, comparativamente, ainda são poucos os que são dedicados a investigar o papel de modificações co- e pós-traducionais neste processo. Entre os vários tipos destas modificações que ocorrem em proteínas, a glicosilação é a mais comum. Cogita-se que aproximadamente cinquenta por cento de todas as proteínas são glicosiladas. Durante a transformação maligna, mudanças no perfil de expressão de glicanos (carboidratos covalentemente ligados a proteínas ou lipídios) estão envolvidas em uma variedade de mecanismos celulares, tais como: perda da adesão célula-célula e célula matriz, migração, invasão e evasão da apoptose. Neste estudo, foi investigada a atividade antitumoral de inibidores da biossíntese de N-glicanos, swainsonina e tunicamicina, em células derivadas de câncer colorretal (Caco-2, HCT-116 e HT-29). Os resultados obtidos mostram que o tratamento das células HCT-116 com tunicamicina inibe mecanismos celulares relacionados ao fenótipo maligno, como formação de colônia dependente e independente de ancoragem, migração e invasão. Estes resultados sugerem que modulação da biossíntese de N-glicanos parece ser uma potencial ferramenta terapêutica para o tratamento do câncer colorretal. Em outra etapa do trabalho, foram avaliados também o impacto da estimulação com insulina e IGF-1 na expressão N-glicanos bissectados em células tumorais MDA-MB-435. Os resultados obtidos confirmaram também a existência de uma relação entre a estimulação dos receptores de insulina e IGF-1 e a regulação da expressão de N-glicanos bissectados em células tumorais MDA-MB-435, fornecendo assim informações relevantes sobre o papel desempenhado pela sinalização de insulina e IGF-1 durante a progressão de carcinomas.

Dieta hiperlipídica materna, tecido adiposo, fígado, metabolismo de carboidratos e sinalização central de leptina na prole de camundongos C57BL/6

O consumo materno de dieta hiperlipídica saturada durante a gestação e lactação favorece o desenvolvimento obesidade e anormalidades metabólicas na prole. Este trabalho teve como objetivo testar a hipótese de que a prole proveniente de mães alimentadas com dieta hiperlipídica durante a gestação e lactação desenvolve obesidade e anormalidades metabólicas e de que essas alterações estão associadas a resistência central a leptina. As ratas grávidas da linhagem C57BL/6 (n=20) foram alimentadas com dieta standard chow (SC; 19% de lipídeos) ou dieta hiperlipídica (HF; 49% de lipídeos) durante todo período de gestação e lactação. Após o desmame, a prole de machos foi dividida em quatro grupos experimentais, de acordo com a dieta das mães e da prole: SC(mães)/SC(prole), SC/HF, HF/SC e HF/HF (n=12/gp). As características metabólicas foram avaliadas pela curva de ganho de peso; medida da pressão arterial; glicose de jejum, área sob a curva no teste oral de tolerância a glicose; concentrações de triglicerídeos hepáticos e estimativa da esteatose hepática; análise plasmática de insulina e leptina e; distribuição e análise morfológica do tecido adiposo. Para analisar a sensibilidade a leptina, os quatro grupos originais foram subdivididos em dois grupos cada (veículo ou leptina-5g) para verificar a resposta alimentar (g) após o tratamento agudo intracerebroventricular (ICV) e a sinalização hipotalâmica de leptina. A dieta HF durante o período pós-desmame (grupo SC/HF), durante gestação e lactação (grupo HF/SC), ou ambos os períodos (grupo HF/HF), promoveu aumento da massa corporal. No que concerne as alterações hepáticas e a ação da insulina, a dieta HF durante o período perinatal favoreceu 25% de esteatose hepática, hiperinsulinemia e hiperleptinemia, enquanto os demais grupos experimentais SC/HF e HF/HF, demonstraram um padrão mais exacerbado. A avaliação da distribuição e morfometria do tecido adiposo demonstra o importante papel da dieta HF perinatal em amplificar a habilidade de estocar gordura visceral na prole. Considerando a ação central da leptina nos grupos tratados, a resposta alimentar mostrou-se atenuada em SC/HF, indicando o efeito determinante da dieta pós-desmame sobre a ação da leptina nesse modelo. Os resultados indicam fortemente que a dieta HF materna afeta a saúde da prole adulta. Especificamente, a prole programada apresenta esteatose hepática, hipertrofia de adipócitos, aumento de gordura visceral, hiperleptinemia e resistência a insulina. Esse fenótipo não está associado a resistência central a leptina na prole aos três meses de idade.

Estudo do metabolismo energético hepático e da via de sinalização da grelina na obesidade induzida por dieta ocidental

A obesidade é um dos maiores problemas de saúde pública que cresce em todo o mundo, resultante de um desequilíbrio entre ingestão alimentar e gasto energético. Pode-se dizer que a obesidade é o principal fator de risco para o desenvolvimento de doenças crônicas de maior prevalência como dislipidemias, doenças cardiovasculares, diabetes do tipo 2 e esteatose hepática não alcóolica, acarretando na redução da qualidade e expectativa de vida. A Grelina é um hormônio sintetizado pelo estômago, que atua em diferentes tecidos através de um receptor específico (GHS-R1a), incluindo hipotálamo e tecidos periféricos, como o fígado. Esse hormônio está envolvido no comportamento alimentar e adiposidade, modulando o armazenamento ou utilização dos substratos energéticos no coração, músculo esquelético, adipócitos e fígado, além disso, revela-se de grande importância na manutenção do metabolismo energético hepático. Estes dados suportam a hipótese de que as vias de sinalização responsivas à grelina são um importante componente da regulação do metabolismo energético hepático e da homeostase glicêmica. O objetivo deste trabalho, foi estudar o metabolismo energético hepático e a sinalização da grelina em camundongos Swiss adultos obesos submetidos a dieta ocidental rica em gordura saturada e carboidratos simples. Avaliamos o efeito desta dieta a partir do 21 dia de idade (desmame) até o 133 dia destes animais, através de parâmetros biométricos e bioquímicos, avaliação histomorfológica, respirometria de alta resolução, conteúdo de glicogênio hepático e conteúdo de algumas proteínas envolvidas na sinalização de insulina e grelina, além do metabolismo energético hepático. Baseado em nossos resultados observamos que o consumo de dieta ocidental rica em gordura saturada e carboidrato simples durante 16 semanas causa hiperfagia, levando ao quadro de obesidade na idade adulta e prejuízo nas vias de sinalização dos hormônios insulina e grelina, que são importantes moduladores do metabolismo energético hepático, favorecendo o desenvolvimento de esteatose hepática não alcoólica.

Efeito da suplementação dietética com cálcio sobre a plasticidade ontogenética no modelo de superalimentação pós-natal

A obesidade está relacionada com o desenvolvimento da diabetes, estresse oxidativo, esteatose hepática, alteração da sensibilidade hormonal e redução da capacidade termogênica pelo tecido adiposo marrom (TAM). Na obesidade, alterações do sistema dopaminérgico mesocorticolímbico podem levar ao vício por alimentos palatáveis. Todas estas características contribuem para o baixo gasto energético e o alto consumo alimentar. Para estudar os efeitos em longo prazo da obesidade infantil, utilizamos o modelo de redução do tamanho da ninhada. Para induzir a superalimentação neonatal, o tamanho da ninhada foi reduzido para 3 filhotes machos de PN3 21 (grupo SL). O grupo controle permaneceu com 10 filhotes (grupo NL). Em PN120, o grupo SL foi dividido em: SL que recebeu ração controle e SL-Ca que recebeu dieta controle suplementada com 10g/kg de CaCO3. Os sacrifícios ocorreram em PN120 e PN180. Durante todo o período experimental, avaliamos o consumo alimentar e peso corporal. Em PN175, avaliamos a preferência alimentar dos animais por uma dieta rica em açúcar ou em lipídio. Avaliamos os hormônios por ELISA, RIA e quimioluminescência; o conteúdo proteico por Western blotting no fígado, tecido adiposo branco (TAB) e marrom (TAM), adrenal e regiões cerebrais; as atividades enzimáticas no soro e no fígado por cinética enzimática. Em PN21, PN120 e PN180, avaliamos in vivo a atividade simpática do TAM. Ao desmame, os ratos SL apresentaram maior estado pró-oxidativo no fígado e plasma e menor sensibilidade às catecolaminas no TAB. Na idade adulta, a suplementação é capaz de melhorar o estado pró-oxidativo no fígado e plasma, a sensibilidade à insulina e a microesteatose no fígado. Tanto a alteração de metabolismo/ação da vitamina D e do glicocorticóide no tecido adiposo como a menor capacidade termogênica do TAM contribuem para a maior adiposidade dos animais do grupo SL. A suplementação com cálcio corrigiu parte dessas alterações. A superalimentação pós-natal levou a redução da via dopaminérgica e a maior preferencia por gordura, enquanto a suplementação com cálcio normalizou esta via apenas a nível hipotalâmico e corrigiu a preferência alimentar. Nossos dados destacam o impacto benéfico da suplementação dietética com cálcio, que pode ter um papel nutricional promissor para auxiliar a perda de peso e minimizar os distúrbios relacionados a obesidade e a síndrome metabólica dos animais obesos que foram superalimentados na lactação.