Investigating the role of glutathione and glutathione biosynthetic genes in the adaptation of Anopheles gambiae to insecticides

Malaria remains a serious public health challenge in the tropical world, with 584,000 deaths globally in 2013, of which 90% occurred in Africa, and mostly in pregnant women and children under the age of five. Anopheles gambiae (An. gambiae) is the principal malaria vector in Africa, where vector control measures involve the use of insecticides in the forms of long-lasting insecticide-treated nets (LLINs) and indoor residual spraying (IRS). The development of insecticides resistance mitigates these approaches. Glutathione (GSH) is widely distributed among all living organisms, and is associated with detoxification pathways, especially the Glutathione S-transferases (GSTs). Its direct involvement and relevance in insecticide resistance in An. gambiae has not been determined. Thus, this work examines the contribution of GSH, its biosynthetic genes (GCLM, GCLC) and their possible transcriptional regulator Nrf2 in insecticide resistance in An. gambiae sampled from agricultural setting (areas of intensive agriculture) and residential setting (domestic area). Bioinformatics analysis, W.H.O. adult susceptibility bioassays and molecular techniques were employed to investigate. Total RNA was first isolated from the adults An. gambiae mosquitoes raised from agricultural and residential field-caught larvae which had been either challenged or unchallenged with insecticides. Semi-quantitative RT-PCR using gel image densitometry was used to determine the expression levels of GCLM, GCLC genes and Nrf2. Bioinformatics’ results established the presence of putative AGAP010259 (AhR) and AGAP005300 (Nf2e1) transcription factor binding sites in An. gambiae GCLC and GCLM promoters in silico. An. gambiae s.l. studied here were highly resistant to DDT and permethrin but less resistant to bendiocarb. Both knockdown resistance (kdr) mutation variants L1014S and L1014F that confers resistance to pyrethroid insecticides were identified in both An. coluzzii and An. arabiensis sampled from northern Nigeria. The L1014F was much associated with An. coluzzii. A significant positive correlation (P=0.04) between the frequency of the L1014F point mutation and resistance to DDT and permethrin was observed. However, a weak or non-significant correlation (P=0.772) between the frequency of the L1014S point mutation and resistance was also found. L1014S and L1014F mutations co-occurred in both agricultural and residential settings with high frequencies. However, the frequencies of the two mutations were greater in the agricultural settings than in the residential settings. The levels of total, reduced and oxidized GSH were significantly higher in mosquitoes from agricultural sites than those from residential sites. Increased oxidized GSH levels appears to correlate with higher DDT resistance. The expression levels of GCLM, GCLC and Nrf2 were also significantly up-regulated in adults An. gambiae raised from agricultural and residential field-caught larvae when challenged with insecticide. However, there was higher constitutive expression of GCLM, GCLC and Nrf2 in mosquitoes from agricultural setting. The increased expression levels of these genes and also GSH levels in this population suggest their roles in the response and adaptation of An. gambiae to insecticide challenges. There exists the feasibility of using GSH status in An. gambiae to monitor adaptation and resistance to insecticides.

Exposure to toxic Alexandrium minutum activates the detoxifying and antioxidant systems in gills of the oyster Crassostrea gigas

Harmful algal blooms of Alexandrium spp. dinoflagellates regularly occur in French coastal waters contaminating shellfish. Studies have demonstrated that toxic Alexandrium spp. disrupt behavioural and physiological processes in marine filter-feeders, but molecular modifications triggered by phycotoxins are less well understood. This study analyzed the mRNA levels of 7 genes encoding antioxidant/detoxifying enzymes in gills of Pacific oysters (Crassostrea gigas) exposed to a cultured, toxic strain of A. minutum, a producer of paralytic shellfish toxins (PST) or fed Tisochrysis lutea (T. lutea, formerly Isochrysis sp., clone Tahitian (T. iso)), a non-toxic control diet, in four repeated experiments. Transcript levels of sigma-class glutathione S-transferase (GST), glutathione reductase (GR) and ferritin (Fer) were significantly higher in oysters exposed to A. minutum compared to oysters fed T. lutea. The detoxification pathway based upon glutathione (GSH)-conjugation of toxic compounds (phase II) is likely activated, and catalyzed by GST. This system appeared to be activated in gills probably for the detoxification of PST and/or extra-cellular compounds, produced by A. minutum. GST, GR and Fer can also contribute to antioxidant functions to prevent cellular damage from increased reactive oxygen species (ROS) originating either from A. minutum cells directly, from oyster hemocytes during immune response, or from other gill cells as by-products of detoxification.

Biofloc contribution to antioxidant defence status, lipid nutrition and reproductive performance of broodstock of the shrimp Litopenaeus stylirostris: Consequences for the quality of eggs and larvae

The aim of this study was to determine biofloc contributions to the antioxidant status and lipid nutrition of broodstock of Litopenaeus stylirostris in relationship with their reproductive performance and the health of larvae produced. Shrimp broodstock reared with Biofloc technology (BFT) compared to Clear water (CW) exhibited a higher health status with (i) a better final survival rate during the reproduction period (52.6% in CW against 79.8% in BFT); (ii) higher glutathione level (GSH) and total antioxidant status (TAS), reduced oxidized/reduced glutathione ratio and a higher spawning rate and frequency as well as higher gonado-somatic index and number of spawned eggs. Finally, larvae from broodstock from BFT exhibited higher survival rates at the Zoe 2 (+ 37%) and Post Larvae 1 (+ 51%) stages when compared with those from females from CW treatment. The improved reproductive performance of the broodstock and higher larvae survival rate resulting from BFT treatment may be linked to the dietary supplement obtained by the shrimp from natural productivity during BFT rearing. Indeed, our study confirms that biofloc particulates represent a potential source of dietary glutathione and a significant source of lipids, particularly essential phospholipids and n-3 highly unsaturated fatty acids (HUFA) for shrimps. Thus, broodstock from BFT treatment accumulated phospholipids, n-3 HUFA and arachidonic acid, which are necessary for vitellogenesis, embryogenesis and pre-feeding larval development. The predominant essential fatty acids, arachidonic acid (ARA), eicopentaeonic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA), had levels in the eggs that were, respectively, 2.5, 2.8 and 3 fold higher for BFT compared to the CW treatment. Statement of Relevance Today, the influence of biofloc technology on shrimp broodstock is not enough described and no information was available on the larvae quality. Moreover, two key pieces of new information emerge from the present study. Firstly, biofloc is a source of further dietary lipids that can act as energetic substrates, but also as a source of phospholipids and essential fatty acids necessary to sustain reproduction, embryonic and larval development. Second, improving the reproduction of the broodstock also leads to an improvement in the quality of the larvae. We think that our research is new and important to increase knowledge on biofloc topic. We believe the paper will contribute to the development of more efficient and therefore more sustainable systems.

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.

Parâmetros do metabolismo oxidativo na anêmona-do-mar Bunodosoma cangicum: variação sazonal e efeitos da exposição ao ar

Bunodosoma cangicum é uma anêmona-do-mar que habita a faixa intermarés nas regiões sul e sudeste do Brasil. Assim como outros animais característicos destes locais, esta espécie de anêmona enfrenta diariamente as mudanças nos parâmetros ambientais decorrentes do ciclo de marés, os quais podem variar conforme a estação do ano. Estas mudanças podem alterar o metabolismo oxidativo dos animais destes habtats, que pode também ser influenciado pelas diferentes estações ao longo do ano. Portanto, a influência de dois períodos distintos durante o ano além da exposição ao ar sobre parâmetros oxidativos (Capacidade antioxidante total contra radicais peroxil - ACAP, atividade da glutamato cisteína ligase - GCL, conteúdo de glutationa reduzida - GSH e nível de perxidação lipídica - LPO) foi avaliada em anêmonas-do-mar coletadas em situação de submersão ou de emersão em um perío do frio e um quente (final de inverno/começo de primavera e início de outono). A resposta destes parâmetros, bem como do conteúdo de espécies reativas de oxigênio (ERO) e de adenosina trifosfato (ATP), também foi avaliada em animais submetidos diariamente à exposição ao ar (3 h) em laboratório por 30 dias. Com relação aos parâmetros oxidativos considerando apenas os diferentes períodos do ano, uma maior atividade da GCL foi observada durante o período mais frio, assim como um maior nível de LPO neste mesmo período. Com relação à exposição ao ar, no que diz respeito às defesas antioxidantes, em animais coletados em emersão foi observado uma maior atividade da GCL durante o período quente, além de uma maior ACAP e um menor conteúdo de GSH em anêmonas-do-mar coletadas, tanto no período frio como quente. Com relação aos danos oxidativos, um maior nível de LPO foi encontrado em anêmonas-do-mar coletadas durante emersão no período mais (outono). De forma geral, não foi observado um padrão de variação dos parâmetros oxidativos em função da hora do dia, evidenciando-se apenas uma diminuição na ACAP e um aumento da GSH, em torno das 13h, em animais coletados durante a estação mais quente. As 7 anêmonas-do-mar expostas ao ar sob condições controladas de laboratório mostraram variações transitórias da ACAP (aumento) e do conteúdo de GSH (redução) após a reoxigenação. Estes resultados indicam que alguns parâmetros oxidativos de B. cangicum apresentam variação sazonal enquanto outros são afetados pela exposição ao ar. No entanto, o padrão de resposta destes parâmetros é diferente em campo e em laboratório, sugerindo que os parâmetros controlados em laboratório, tais como temperatura, fotoperíodo e iluminação, modificam a resposta do metabolismo oxidativo de B. cangicum à exposição ao ar em campo.

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.

Influência dos ácidos graxos do tipo ômega-3 ou ômega-6 e o nanomaterial de carbono fulereno (C60) no estado antioxidante em suspensões celulares de cérebro de Cyprinus carpio (Pisces, Cyprinidae)

Os nanomateriais de carbono como o fulereno (C60) apresenta comportamentos bioquímicos distintos, podendo atuar como antioxidante ou pró-oxidante em diferentes sistemas biológicos. Outra evidência ao C60 refere-se a sua característica lipofilica, na qual oferece ação mais direta a diferentes tipos de membranas celulares. Do mesmo modo ácidos graxos poliinsaturados (AGPs) como o ômega-3 (DHA) e o ômega-6 (LA) são importantes para funções celulares da membrana, sendo considerados antioxidantes clássicos. Dessa forma este estudo avaliou em suspensões celulares de cérebro da carpa (Cyprinus carpio, Cyprinidae), o efeito de C60 após um pré-tratamento com DHA ou LA. Para tal avaliação os ensaios consistiram em um pré-tratamento com AGPs (48h) e após exposição a C60 (2h). Como resultados observamos que a viabilidade celular e a capacidade antioxidante total não apresentaram diferença (p> 0.05) entre todos os grupos. Em relação a valores de espécies ativas de oxigênio e dano lipídico foi observado redução nos seus valores nos grupos expostos ao C60 pré – tratados com AGPs (p<0.05). Em termos de cisteína, ocorre uma redução da sua concentração em todos os grupos expostos ao C60. Porém para glutationa a exposição ao C60 provoca um aumento de sua concentração nos grupo controle (sem AGPs) e no grupo pré – tratado com DHA. Dessa forma consideramos que o pré – tratamento com AGPs é benéfico às células, uma vez que um aumento nos níveis de glutationa e uma diminuição na concentração de espécies ativas de oxigênio e peroxidação lipídica foram observados nos grupos expostos ao C60. Sendo assim um bom estado nutritivo em termos da concentração de AGPs foi considerado benéfico na exposição ao fulereno.

3-Dichloroacetyl oxazolidine protect maize from imazethapyr herbicide injury

Safeners are an important tool used to ensure the safe using of herbicide. The objective of this paper was to investigate the protective effect of four 3-dichloroacetyl oxazolidine safeners (3-dichloroacetyl-2,2-dimethyl-1,3-oxazolidine [R-28725], racemate of 3-dichloroacetyl-2,2-dimethyl-4- ethyl-1,3-oxazolidine, and its two chiral stereoisomers) in reducing the injury caused by imazethapyr. Physiological and biochemical tests were conducted under laboratory condition, by using seed treatment with safeners and soil treatment with imazethapyr, respectively. The interaction of two safeners (R-28725 and R-stereoisomer) and imazethapyr reduced the injury of maize significantly, and also increased glutathione content, activity of glutathione S-transferases, and activity of acetolactate synthase in maize. When induced by R-stereoisomer, the GSH content in root and in shoot increased 100.7% and 73.6%, respectively. When induced by R-28725, the GST activity in vivo increased threefold and the GST activity in vitro more than doubled. The kinetic parameter Vmax of GST in the maize treated with R-28725 and R-stereoisomer increased by 102.2% and 81.9%, respectively, compared with the control. The results also showed that R-28725 and R-stereoisomer induced glutathione S-transferases affinity for the substrate of conjugation reaction significantly.

Refolding of omega conotoxin peptide derived from marine snail, Conus magus, to evaluate its analgesic effects

Oxidative refolding is one of the key challenges hampering the development of peptide based compounds as therapeutics. The correct refolding for three disulfide peptide like w-Conotoxi n MVIIA is difficult and crucial for biological activity. This work advanced knowledge of chemical and biological for improve oxidative refolding of synthetic w-Conotoxi n MVIIA in base of Conus magus venom. The present study aimed to set up an appropriate and effective protocols for refolding of disulfide-rich w-Conotoxin MVIIA. In this study, the crude peptide was protected with Acm group, according to the right amino acid sequences (Synthesized by Australian Company). The crude peptide was purified by H PLC. To prepare the peptide to refolding, innovative deprotection applied molar ratio (AMR) method was performed based on mercury. Accuracy of deprotection was approved by reverse phase chromatography. The deprotected target peptide (omega-conotoxin) was determined by SDS-PAGE. Then the Oxidative refolding of target peptide was performed in six protocol based on Guanidinium chloride and oxidized and reduced Glutathione. Analgesic effect of refolded peptide was surveyed with formalin test in mice Balb/c. Non neurotoxic effects of target peptides were survey with ICV injection in mice model (C57/BL6). The innovative deprotection protocol performed based on the best ratio of mercury/2-mercaptoethanol adjusted to 1mg/10p1 in 90 minute. The results showed the yield and purity of omega-conotoxin MVIIA as 93 and 95%, respectively. Refolding of 40 mg omega Conotoxin with GSSG and GSH on ratio of 10:1 and 20 mM ammonium acetate showed the best analgesic effect compared with the other methods. The result showed 95.5% yield and 98% purity of omega-conotoxin MVIIA in this refolding method. Related refolding method reduced 85% pain in experimented mice using 7 ng of the peptide. That was 71.5 fold stronger than morphine and 2 times than standard Prialt®. And it was not neurotoxic in mice. In this study, refolding method for omega-conotoxin MVIIA was optimized in the fourth factor including: reducing the time, amount and number of reagent and increase the efficiency. We introduced new method for deprotection of omega-conotoxin MVIIA. Effective, economic and applied refolding and deprotecti on method was performed in this research may al so be applied to similar omega conotoxin peptides.

Glutathione Transferases as Detoxification Agents: Structural and Functional Studies

Glutathione transferases (GSTs) are a diverse family of enzymes that catalyze the glutathione-dependent detoxification of toxic compounds. GSTs are responsible for the conjugation of the tripeptide glutathione (GSH) to a wide range of electrophilic substrates. These include industrial pollutants, drugs, genotoxic carcinogen metabolites, antibiotics, insecticides and herbicides. In light of applications in biomedicine and biotechnology as cellular detoxification agents, detailed structural and functional studies of GSTs are required. Plant tau class GSTs play crucial catalytic and non-catalytic roles in cellular xenobiotic detoxification process in agronomically important crops. The abundant existence of GSTs in Glycine max and their ability to provide resistance to abiotic and biotic stresses such as herbicide tolerance is of great interest in agriculture because they provide effective and suitable tools for selective weed control. Structural and catalytic studies on tau class GST isoenzymes from Glycine max (GmGSTU10-10, GmGSTU chimeric clone 14 (Sh14), and GmGSTU2-2) were performed. Crystal structures of GmGSTU10-10 in complex with glutathione sulfenic acid (GSOH) and Sh14 in complex with S-(p-nitrobenzyl)-glutathione (Nb-GSH) were determined by molecular replacement at 1.6 Å and 1.75 Å, respectively. Major structural variations that affect substrate recognition and catalytic mechanism were revealed in the upper part of helix H4 and helix H9 of GmGSTU10-10. Structural analysis of Sh14 showed that the Trp114Cys point mutation is responsible for the enhanced catalytic activity of the enzyme. Furthermore, two salt bridges that trigger an allosteric effect between the H-sites were identified at the dimer interface between Glu66 and Lys104. The 3D structure of GmGSTU2-2 was predicted using homology modeling. Structural and phylogenetic analysis suggested GmGSTU2-2 shares residues that are crucial for the catalytic activity of other tau class GSTs–Phe10, Trp11, Ser13, Arg20, Tyr30, Leu37, Lys40, Lys53, Ile54, Glu66 and Ser67. This indicates that the catalytic and ligand binding site in GmGSTU2-2 are well-conserved. Nevertheless, at the ligandin binding site a significant variation was observed. Tyr32 is replaced by Ser32 in GmGSTU2-2 and thismay affect the ligand recognition and binding properties of GmGSTU2-2. Moreover, docking studies revealed important amino acid residues in the hydrophobic binding site that can affect the substrate specificity of the enzyme. Phe10, Pro12, Phe15, Leu37, Phe107, Trp114, Trp163, Phe208, Ile212, and Phe216 could form the hydrophobic ligand binding site and bind fluorodifen. Additionally, side chains of Arg111 and Lys215 could stabilize the binding through hydrogen bonds with the –NO2 groups of fluorodifen. GST gene family from the pathogenic soil bacterium Agrobacterium tumefaciens C58 was characterized and eight GST-like proteins in A. tumefaciens (AtuGSTs) were identified. Phylogenetic analysis revealed that four members of AtuGSTs belong to a previously recognized bacterial beta GST class and one member to theta class. Nevertheless, three AtuGSTs do not belong to any previously known GST classes. The 3D structures of AtuGSTs were predicted using homology modeling. Comparative structural and sequence analysis of the AtuGSTs showed local sequence and structural characteristics between different GST isoenzymes and classes. Interactions at the G-site are conserved, however, significant variations were seen at the active site and the H5b helix at the C-terminal domain. H5b contributes to the formation of the hydrophobic ligand binding site and is responsible for recognition of the electrophilic moiety of the xenobiotic. It is noted that the position of H5b varies among models, thus providing different specificities. Moreover, AtuGSTs appear to form functional dimers through diverse modes. AtuGST1, AtuGST3, AtuGST4 and AtuGST8 use hydrophobic ‘lock–and–key’-like motifs whereas the dimer interface of AtuGST2, AtuGST5, AtuGST6 and AtuGST7 is dominated by polar interactions. These results suggested that AtuGSTs could be involved in a broad range of biological functions including stress tolerance and detoxification of toxic compounds.

Nanotubos de carbono de parede simples funcionalizados com polietilenoglicol: avaliação de parâmetros in vivo e in vitro

Os nanomateriais apresentam uma escala na qual ao menos uma das dimensões varia entre 1 e 100 nm e possuem propriedades químicas, físicas ou biológicas dependentes da nanoestrutura e que lhes confere características funcionais de interesse para fins comerciais ou aplicações na área médica. Dentre os nanomateriais mais estudados e utilizados, destacam-se os de carbono, que incluem os fulerenos e os nanotubos de carbono (NT). Uma potencial utilização dos nanomateriais de carbono é na área biomédica, já que estes podem interagir com os sistemas biológicos em nível molecular e supramolecular com alto grau de especificidade. Em contrapartida, é importante considerar que os nanotubos de carbono podem exercer efeitos tóxicos, tendo como possível mecanismo o estresse oxidativo. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi investigar a ação dos nanotubos de carbono de parede única funcionalizados com polietilenoglicol (SWNT-PEG) em Danio rerio “zebrafish” (Teleostei, Cyprinidae). Avaliaram-se parâmetros bioquímicos, histológicos, comportamentais e de biodistribuição para entender como esse material se comporta in vitro e in vivo. Foi observado que o tipo de funcionalização é determinante para a ação desse material em meio biológico. No experimento in vitro o SWNT-PEG não mostrou efeito pró-oxidante nas avaliações de peroxidação lipídica, capacidade antioxidante total, conteúdo de GSH e atividade de GCL. Na exposição intraperitoneal em zebrafish constatou-se a agregação e geração de processo inflamatório, o que sugere que a cadeia de PEG utilizada para a funcionalização dos NT possui um tamanho inadequado e/ou uma funcionalização ineficiente para manter a estabilidade do material em meio biológico e evitar uma resposta inflamatória por parte do organismo exposto. Possivelmente devido a esta característica do nanomaterial, nas análises de biodistribuição, através de espectroscopia Raman, não se observou distribuição de SWNT-PEG no sistema nervoso central de zebrafish. No entanto, através da análise histológica foi observado processo inflamatório no tecido nervoso central, bem como alterações comportamentais avaliadas na tarefa de campo aberto.

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