Mechanism of Trypanosoma cruzi death induced by Cratylia mollis seed lectin

Incubation of T. cruzi epimastigotes with the lectin Cramoll 1,4 in Ca(2+) containing medium led to agglutination and inhibition of cell proliferation. The lectin (50 A mu g/ml) induced plasma membrane permeabilization followed by Ca(2+) influx and mitochondrial Ca(2+) accumulation, a result that resembles the classical effect of digitonin. Cramoll 1,4 stimulated (five-fold) mitochondrial reactive oxygen species (ROS) production, significantly decreased the electrical mitochondrial membrane potential (Delta I(m)) and impaired ADP phosphorylation. The rate of uncoupled respiration in epimastigotes was not affected by Cramoll 1,4 plus Ca(2+) treatment, but oligomycin-induced resting respiration was 65% higher in treated cells than in controls. Experiments using T. cruzi mitochondrial fractions showed that, in contrast to digitonin, the lectin significantly decreased Delta I(m) by a mechanism sensitive to EGTA. In agreement with the results showing plasma membrane permeabilization and impairment of oxidative phosphorylation by the lectin, fluorescence microscopy experiments using propidium iodide revealed that Cramoll 1,4 induced epimastigotes death by necrosis.

Gene profiling reveals hydrogen sulphide recruits death signaling via the N-methyl-D-aspartate receptor identifying commonalities with excitotoxicity

Recently the role of hydrogen sulphide (H₂S) as a gasotransmitter stimulated wide interest owing to its involvement in Alzheimer's disease and ischemic stroke. Previously we demonstrated the importance of functional ionotropic glutamate receptors (GluRs) by neurons is critical for H₂S-mediated dose- and time-dependent injury. Moreover N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR) antagonists abolished the consequences of H₂S-induced neuronal death. This study focuses on deciphering the downstream effects activation of NMDAR on H₂S-mediated neuronal injury by analyzing the time-course of global gene profiling (5, 15, and 24 h) to provide a comprehensive description of the recruitment of NMDAR-mediated signaling. Microarray analyses were performed on RNA from cultured mouse primary cortical neurons treated with 200 µM sodium hydrosulphide (NaHS) or NMDA over a time-course of 5–24 h. Data were validated via real-time PCR, western blotting, and global proteomic analysis. A substantial overlap of 1649 genes, accounting for over 80% of NMDA global gene profile present in that of H₂S and over 50% vice versa, was observed. Within these commonly occurring genes, the percentage of transcriptional consistency at each time-point ranged from 81 to 97%. Gene families involved included those related to cell death, endoplasmic reticulum stress, calcium homeostasis, cell cycle, heat shock proteins, and chaperones. Examination of genes exclusive to H₂S-mediated injury (43%) revealed extensive dysfunction of the ubiquitin-proteasome system. These data form a foundation for the development of screening platforms and define targets for intervention in H₂S neuropathologies where NMDAR-activated signaling cascades played a substantial role. J. Cell. Physiol. 226: 1308–1322, 2011.

Mitochondrial dysfunction in schizophrenia : Pathways, mechanisms and implications.

Mitochondria play a critical role in regulating cellular functions including bioenergetics, calcium homeostasis, redox signalling, and apoptotic cell death. Mitochondria are also essential to many aspects of neurodevelopment and neuronal functions. However, mitochondrial impairment may affect bioenergetics in the developing brain and alter critical neuronal processes leading to neurodevelopmental abnormalities. Schizophrenia is a chronic and severe neuropsychiatric disorder of neurodevelopmental origin. Immuno-inflammatory pathway is one of the widely appreciated mechanisms that has consistently been implicated in the neurodevelopmental origin of schizophrenia. However, the source of inflammation and the underlying neurobiological mechanisms leading to schizophrenia are yet to be fully ascertained. Recent understanding reveals that perturbation of mitochondrial network dynamics might lead to various nervous system disorders with inflammatory pathologies. Mitochondrial deficit, altered redox balance and chronic low-grade inflammation are evident in schizophrenia. It is hypothesized that oxidative/nitrosative stress responses due to mitochondrial dysfunctions might activate immuno-inflammatory pathways and subsequently lead to neuroprogressive changes in schizophrenia. Herein, we summarise the current understanding of molecular links between mitochondrial dysfunctions and pathogenesis of schizophrenia based on evidence from genomics, proteomics and imaging studies, which together support a role for mitochondrial impairment in the pathogenetic pathways of schizophrenia.

Mechanisms for consideration for intervention in the development of organophosphorus-induced delayed neuropathy

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Miocardiopatia diabética

A miocardiopatia diabética é uma doença do músculo cardíaco causada pelo diabetes mellitus e não relacionada às patologias vascular e valvular ou à hipertensão arterial sistêmica. Observações experimentais e clínicas têm demonstrado hipertrofia, necrose, apoptose e aumento do tecido intersticial miocárdico. Acredita-se que a miocardiopatia diabética seja decorrente de anormalidades metabólicas como hiperlipidemia, hiperinsulinemia e hiperglicemia, e de alterações do metabolismo cardíaco. Tais alterações podem causar aumento do estresse oxidativo, fibrose intersticial, perda celular e comprometimento do trânsito intracelular de íons e da homeostase do cálcio. Clinicamente, é possível a detecção de disfunção diastólica assintomática na fase inicial. No momento em que surgem os sinais e sintomas de insuficiência cardíaca, observamos disfunção diastólica isolada, sendo que o comprometimento da função sistólica, habitualmente, é tardio. O tratamento da miocardiopatia diabética com insuficiência cardíaca não difere das miocardiopatias de outras etiologias e deve seguir as diretrizes de acordo com o comprometimento da função ventricular, se diastólica isolada ou diastólica e sistólica.

Hiperparatireoidismo em gatos com hipertireoidismo experimental

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The role of mitochondria and biotransformation in abamectin-induced cytotoxicity in isolated rat hepatocytes

Abamectin (ABA), which belongs to the family of avermectins, is used as a parasiticide; however, ABA poisoning can impair liver function. In a previous study using isolated rat liver mitochondria, we observed that ABA inhibited the activity of adenine nucleotide translocator and FoF1-ATPase. The aim of this study was to characterize the mechanism of ABA toxicity in isolated rat hepatocytes and to evaluate whether this effect is dependent on its metabolism. The toxicity of ABA was assessed by monitoring oxygen consumption and mitochondrial membrane potential, intracellular ATP concentration, cell viability, intracellular Ca2+ homeostasis, release of cytochrome c, caspase 3 activity and necrotic cell death. ABA reduces cellular respiration in cells energized with glutamate and malate or succinate. The hepatocytes that were previously incubated with proadifen, a cytochrome P450 inhibitor, are more sensitive to the compound as observed by a rapid decrease in the mitochondrial membrane potential accompanied by reductions in ATP concentration and cell viability and a disruption of intracellular Ca2+ homeostasis followed by necrosis. Our results indicate that ABA biotransformation reduces its toxicity, and its toxic action is related to the inhibition of mitochondrial activity, which leads to decreased synthesis of ATP followed by cell death. © 2012 Elsevier Ltd.

Efeitos cardiovasculares da exposição pré-natal à permetrina, isoladamente ou em associação à desnutrição intra-uterina, em ratos adultos e o comportamento materno nessas condições

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influência da deficiência de taurina no coração

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Marcadores do metabolismo ósseo e homeostase do cálcio no hipertireoidismo felino

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Remodelação miocárdia e função ventricular em ratos espontaneamente hipertensos observados durante o envelhecimento

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Comparative effects of fipronil and its metabolites sulfone and desulfinyl on the isolated rat liver mitochondria

Fipronil is an insecticide extensively used to control pests in crops and animals. There are relates of poisoning due to exposure of fipronil in mammals and the liver has been suggested as potential target. In this study, we evaluated the effects of fipronil and its metabolites sulfone and desulfinyl on the bioenergetics, reactive oxygen species (ROS) production and calcium efflux from mitochondria isolated from rat liver. Fipronil (5-25 μM) inhibited state-3 respiration in mitochondria energized with glutamate plus malate, substrates of complex I of the respiratory chain and decreased the mitochondrial membrane potential resulting in inhibition of ATP synthesis. Fipronil also caused uncoupling in succinate-energized mitochondria and calcium efflux. The metabolites sulfone and desulfinyl also acted as mitochondrial inhibitors and uncouplers and caused calcium efflux, but with different potencies, being the sulfone the more potent one. These effects of fipronil and its metabolites on mitochondrial bioenergetics and calcium homeostasis may be related to toxic effects of the insecticide in the liver.

Mecanismos de toxicidade dos metabólitos do fipronil, dessulfinil e sulfona, em mitocôndrias isoladas de fígado de rato

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia Animal - FEIS

Modulation der Genexpression und des neuronalen Zelltods durch das Amyloid-Vorläufer-Protein (APP)

Das Amyloid-Vorläufer-Protein (APP) spielt eine zentrale Rolle in der Entstehung und Entwicklung von Morbus Alzheimer. Hierbei ist die proteolytische Prozessierung von APP von entscheidender Bedeutung. Das Verhältnis von neurotoxischen und neuroprotektiven Spaltprodukten, die über den amyloidogenen und nicht-amyloidogenen Weg der APP-Prozessierung gebildeten werden, ist für das Überleben von Neuronen und deren Resistenz gegen zytotoxische Stress-Stimuli von hoher Relevanz. Störungen der Calcium-Homöostase sind ein bekanntes Phänomen bei Morbus Alzheimer. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle von überexprimiertem APP in der Regulation des neuronalen Zelltods nach Calcium Freisetzung untersucht. Die Calcium Freisetzung aus dem endoplasmatischen Retikulum wurde durch die Inhibition der sarko- und endoplasmatischen Calcium-ATPasen (SERCA) ausgelöst. Dies führt zur Induktion der sogenannten „unfolded protein response“ (UPR) und zu einer Aktivierung von Effektor-Caspasen. Für APP-überexprimierende PC12 Zellen konnte bereits zuvor eine im Vergleich zur Kontrolle nach der durch Calcium Freisetzung-induzierten Apoptose eine erhöhte intrazelluläre Calcium Konzentration nachgewiesen werden. Über die Messung der Aktivierung von Effektor-Caspasen konnte zudem ein gesteigerter Zelltod in den APP-überexprimierenden Zellen gemessen werden. Zudem konnte gezeigt werden, dass der pro-apoptotische Transkriptionsfaktor CHOP, nicht aber die klassischen UPR-Zielgene spezifisch hochreguliert wurden. Die APP-modulierte gesteigerte Induktion von Apoptose nach Calcium Freisezung konnte durch Komplexierung der intrazellulären Calcium Ionen und durch Knockdown von CHOP im Vergleich zur Kontrolle gänzlich unterdrückt werden. Ferner bewirkte die Inhibition der Speicher-aktivierten Calcium-Kanälen (SOCC) eine signifikante Unterdrückung der beobachteten erhöhten intrazellulären Calcium Konzentration und der gesteigerten Apoptose in den APP-überexprimierenden PC12 Zellen. In diesem Teil der Arbeit konnte eindeutig gezeigt werden, dass APP in der Lage ist den durch Calcium-Freisetzung-induzierten Zelltod zu potenzieren. Diese Modulation durch APP verläuft in einer UPR-unabhängigen Reaktion über die Aktivierung von SOCC’s, einer erhöhten Aufnahme von extrazellulärem Calcium und durch erhöhte Induktion des pro-apoptotischen Transkriptionsfaktors CHOP. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die sAPPα-vermittelte Neuroprotektion untersucht. Dabei handelt es sich um die N-terminale Ektodomäne von APP, die über die Aktivität der α-Sekretase prozessiert wird und anschließend extrazellulär abgegeben wird. Ziel dieser Versuchsreihe war die neuroprotektive physiologische Funktion von APP im Hinblick auf den Schutz von neuronalen Zellen vor diversen für Morbus Alzheimer relevanten Stress-Stimuli bzw. Apoptose-Stimuli zu untersuchen. Durch die Analyse der Effektor-Caspasen konnte gezeigt werden, dass sAPPα in der Lage ist PC12 Zellen potent vor oxidativem Stress, DNA-Schäden, Hypoxie, proteasomalem Stress und Calcium-Freisetzung zu schützen. Außerdem konnte gezeigt werden, dass sAPPα in der Lage ist den pro-apoptotischen Stress-induzierten JNK/Akt-Signalweg zu inhibieren. Eine Beteiligung des anti-apoptotischen PI3K/Akt-Signalwegs bei der sAPPα-vermittelten Protektion konnte über die Inhibition der PI3-Kinase ebenfalls demonstriert werden, die eine Aufhebung der sAPPα-vermittelten Neuroprotektion bewirkte. Diese Daten zeigen neue molekulare Mechanismen auf, die dem sAPPα-vermittelten Schutz vor pathophysiologisch relevanten Stress-Stimuli in neuronalen Zellen zugrunde liegen. Im letzten Teil der Arbeit wurden verschieden Gruppen von pharmakologischen Substanzen im Hinblick auf ihre neuroprotektive Wirkung untersucht und mit ihren Effekten auf den APP-Metabolismus korreliert. Die Untersuchungen ergaben, dass Galantamin, ein schwacher Acetycholinesterase Inhibitor und allosterisch potenzierender Ligand von nikotinischen Acetylcholin-Rezeptoren in der Lage war, naive, und mit noch höherer Effizienz APP-überexprimierende Zelllinien vor dem Stress-induzierten Zelltod zu schützen. Zudem bewirkte Galantamin in APP-überexprimierenden HEK293 Zellen eine rasche Erhöhung der sAPPα Sekretion, so dass hier von einer Rezeptor-vermittelten Modulation des APP Metabolismus ausgegangen werden kann. Omega-3 Fettsäuren wirken sich positiv auf die Membranfluidität von Zellen aus und es konnte bereits gezeigt werden, dass die Bildung des toxischen Aβ Peptids hierdurch vermindert wird. In Analogie zu Galantamin schützte die Omega-3 Fettsäure Docosahexaensäure (DHA) neuronale Zellen vor dem Stress-induzierten Zelltod, wobei der Schutz in APP-überexprimierenden Zellen besonders effizient war. Diese Daten legen nahe, dass die Aktivierung des antiamyloidogenen Wegs der APP-Prozessierung ein viel versprechender Ansatz für die Entwicklung neuer Therapien gegen Morbus Alzheimer sein könnte.

Funktionelle Analyse der Plasmamembran-Ca 2+-ATPase 2 -PMCA2- in Modellen der Neurodegeneration

Calcium (Ca2+) ist ein ubiquitär vorkommendes Signalmolekül, das an der Regulation zahlreicher zellulärer Prozesse, von der Proliferation bis zum programmierten Zelltod, beteiligt ist. Daher müssen die intrazellulären Ca2+-Spiegel streng kontrolliert werden. Veränderungen der Ca2+-Homöostase während der altersassoziierten Neurodegeneration können dazu beitragen, dass Neuronen vulnerabler sind. So wurden erhöhte Ca2+-Konzentrationen in gealterten Neuronen, begleitet von einer erhöhten Vulnerabilität, beobachtet (Hajieva et al., 2009a). Weiterhin wird angenommen, dass der selektive Untergang von dopaminergen Neuronen bei der Parkinson Erkrankung auf eine erhöhte Ca2+-Last zurückzuführen sein könnte, da diese Neuronen einem ständigen Ca2+-Influx,rnaufgrund einer besonderen Isoform (CaV 1.3) spannungsgesteuerter Ca2+-Kanäle des L-Typs, ausgesetzt sind (Chan et al., 2007). Bislang wurden die molekularen Mechanismen, die einem Ca2+-Anstieg zu Grunde liegen und dessen Auswirkung jedoch nicht vollständig aufgeklärt und daher in der vorliegenden Arbeit untersucht. Um Veränderungen der Ca2+-Homöostase während der altersassoziiertenrnNeurodegeneration zu analysieren wurden primäre Mittelhirnzellen aus Rattenembryonen und SH-SY5Y-Neuroblastomazellen mit dem Neurotoxin 1-Methyl-4-Phenyl-Pyridin (MPP+), das bei der Etablierung von Modellen der Parkinson-Erkrankung breite Anwendung findet, behandelt. Veränderungen der intrazellulären Ca2+-Konzentration wurden mit einem auf dem grün fluoreszierenden Protein (GFP)-basierten Ca2+-Indikator,rn„Cameleon cpYC 3.6“ (Nagai et al., 2004), ermittelt. Dabei wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass MPP+ die Abregulation der neuronenspezifischen ATP-abhängigen Ca2+-Pumpe der Plasmamembran (PMCA2) induziert, die mit der Ca2+-ATPase des endoplasmatischen Retikulums (SERCA) und dem Na+/Ca2+-Austauscher (NCX) das zelluläre Ca2+-Effluxsystem bildet, was zu einer erhöhten zytosolischen Ca2+-Konzentration führt. Die PMCA2-Abnahme wurde sowohl auf Transkriptionsebene als auch auf Proteinebene demonstriert, während keine signifikanten Veränderungen der SERCA- und NCX-Proteinmengen festgestellt wurden. Als Ursache der Reduktion der PMCA2-Expression wurde eine Abnahme des Transkriptionsfaktors Phospho-CREB ermittelt, dessen Phosphorylierungsstatus abhängig von der Proteinkinase A (PKA) war. Dieser Mechanismus wurde einerseits unter MPP+-Einfluss und andererseits vermittelt durch endogene molekulare Modulatoren gezeigt. Interessanterweise konnten die durch MPP+ induzierte PMCA2-Abregulation und der zytosolische Ca2+-Anstieg durch die Aktivierung der PKA verhindert werden. Parallel dazu wurde eine MPP+-abhängige verringerte mitochondriale Ca2+-Konzentration nachgewiesen, welche mit einer Abnahme des mitochondrialen Membranpotentials korrelierte. Darüber hinaus kam es als Folge der PMCA2-Abnahme zu einem verminderten neuronalen Überleben.rnVeränderungen der Ca2+-Homöostase wurden auch während der normalen Alterung inrnprimären Fibroblasten und bei Mäusen nachgewiesen. Dabei wurden verringerte PMCA und SERCA-Proteinmengen in gealterten Fibroblasten, einhergehend mit einem Anstieg der zytosolischen Ca2+-Konzentration demonstriert. Weiterhin wurden verringerte PMCA2-Proteinmengen im Mittelhirn von gealterten Mäusen (C57B/6) detektiert.rnDer zelluläre Ca2+-Efflux ist somit sowohl im Zuge der physiologischen Alterung als auch in einem altersbezogenen Krankheitsmodell beeinträchtigt, was das neuronale Überleben beeinflussen kann. In zukünftige Studien soll aufgeklärt werden, welche Auswirkungen einer PMCA2-Reduktion genau zu dem Verlust von Neuronen führen bzw. ob durch eine PMCA2-Überexpression neurodegenerative Prozesse verhindert werden können.