Effects of TI-299423 on Neuronal Nicotinic Acetylcholine Receptors

Nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) are pentameric, ligand-gated, cation channels found throughout the central and peripheral nervous system, whose endogenous ligand is acetylcholine, but which can also be acted upon by nicotine. The subunit compositions of nAChR determine their physiological and pharmacological properties, with different subunits expressed in different combinations or areas throughout the brain. The behavioral and physiological effects of nicotine are elicited by its agonistic and desensitizing actions selectively on neuronal nAChRs. The midbrain is of particular interest due to its population of nAChRs expressed on dopaminergic neurons, which are important for reward and reinforcement, and possibly contribute to nicotine dependence. The α6-subunit is found on dopaminergic neurons but very few other regions of the brain, making it an interesting drug target. We assayed a novel nicotinic agonist, called TI-299423 or TC299, for its possible selectivity for α6-containing nAChRs. Our goal was to isolate the role of α6-containing nAChRs in nicotine reward and reinforcement, and provide insight into the search for more effective smoking cessation compounds. This was done using a variety of in vitro and behavioral assays, aimed dually at understanding TI-299423’s exact mechanism of action and its downstream effects. Additionally, we looked at the effects of another compound, menthol, on nicotine reward. Understanding how reward is generated in the cholinergic system and how that is modulated by other compounds contributes to a better understand of our complex neural circuitry and provides insight for the future development of therapeutics.

Mitigating Scarring and Inflammation during Corneal Wound Healing using Nanofiber-Hydrogel Scaffolds

Due to the universal lack of donor tissue, there has been emerging interest in engineering materials to stimulate living cells to restore the features and functions of injured organs. We are particularly interested in developing materials for corneal use, where the necessity to maintain the tissue’s transparency presents an additional challenge. Every year, there are 1.5 – 2 million new cases of monocular blindness due to irregular healing of corneal injuries, dwarfing the approximately 150,000 corneal transplants performed. The large gap between the need and availability of cornea transplantation motivates us to develop a wound-healing scaffold that can prevent corneal blindness.

To develop such a scaffold, it is necessary to regulate the cells responsible for repairing the damaged cornea, namely myofibroblasts, which are responsible for the disordered and non-refractive index matched scar that leads to corneal blindness. Using in vitro assays, we identified that protein nanofibers of certain orientation can promote cell migration and modulate the myofibroblast phenotype. The nanofibers are also transparent, easy to handle and non-cytotoxic. To adhere the nanofibers to a wound bed, we examined the use of two different in situ forming hydrogels: an artificial extracellular matrix protein (aECM)-based gel and a photo-crosslinkable heparin-based gel. Both hydrogels can be formed within minutes, are transparent upon gelation and are easily tunable.

Using an in vivo mouse model for epithelial defects, we show that our corneal scaffolds (nanofibers together with hydrogel) are well-tolerated (no inflammatory response or turbidity) and support epithelium regrowth. We developed an ex vivo corneal tissue culture model where corneas that are wounded and treated with our scaffold can be cultured while retaining their ability to repair wounds for up to 21 days. Using this technique, we found that the aECM-based treatment induced a more favorable wound response than the heparin-based treatment, prompting us to further examine the efficacy of the aECM-based treatment in vivo using a rabbit model for stromal wounds. Results show that treated corneas have fewer myofibroblasts and immune cells than untreated ones, indicating that our corneal scaffold shows promise in promoting a calmer wound response and preventing corneal haze formation.

Citotoxicidade e genotoxicidade do Listerine em culturas de Escherichia coli e plamídios

A utilização de testes de biocompatibilidade de materiais odontológicos é necessária para avaliar a segurança dos mesmos. Listerine é um enxaguatório comercial usado para a prevenção e tratamento da gengivite. O objetivo do estudo foi avaliar os efeitos citotóxico e genotóxico do Listerine em culturas de Escherichia coli e plasmídios. Na avaliação da citotoxicidade, culturas de E. coli AB1157 e BW9091 foram incubadas com Listerine (10, 50 e 100%) e o crescimento acompanhado pela densidade óptica (DO) em 600nm por 7 horas(h). Para avaliar a sobrevivência, culturas de E. coli AB1157, em fase exponencial, foram centrifugadas, ressuspensas em solução salina (NaCl 0,9%) e incubadas (1h, 37C) com Listerine (10, 50, 100%, 1h, 37 C). Alíquotas foram semeadas em placas de Petri contendo meio nutritivo nos tempos 0, 30 e 60 minutos e armazenadas em estufa bacteriológica (18h, 37 C). As unidades formadoras de colônias contadas e as frações de sobrevivência (FS) calculadas. Como controles, culturas tratadas salina ou etanol (21,6%). Para genotoxicidade, plasmídios pBSK foram incubados com Listerine (10, 50 e 100%) e com etanol (2,16%, 10,8% e 21,6%), associados ou não ao SnCl2(200g/mL, 30 minutos, temperatura ambiente), realizada eletroforese em gel de agarose (0,8%, 8V/cm), observados por transiluminação UV e obtido o percentual da forma superespiralada (%SE). Os resultados indicam que o enxaguatório Listerine foi capaz de inibir o crescimento bacteriano de culturas de E. coli na maior concentração utilizada. O enxaguatório, na maior concentração, diminuiu a sobrevivência das culturas bacterianas testadas. Listerine não modificou o perfil eletroforético do plasmídios, indicando ausência de efeito genotóxico e também foi capaz de proteger os plamídios da ação do SnCl2. Além disso, o etanol, na mesma concentração presente no Listerine, não alterou o perfil eletroforético dos plasmídios, sendo capaz de protegê-lo da ação do SnCl2. Os resultados indicaram que o Listerine apresentou efeito citotóxico em culturas de E. coli e ausência de potencial genotóxico em plamídios, sendo capaz de protegê-los, bem como o etanol, dos efeitos genotóxicos do SnCl2.

DNA-Mediated Charge Transport Devices for Protein Detection

Detection of biologically relevant targets, including small molecules, proteins, DNA, and RNA, is vital for fundamental research as well as clinical diagnostics. Sensors with biological elements provide a natural foundation for such devices because of the inherent recognition capabilities of biomolecules. Electrochemical DNA platforms are simple, sensitive, and do not require complex target labeling or expensive instrumentation. Sensitivity and specificity are added to DNA electrochemical platforms when the physical properties of DNA are harnessed. The inherent structure of DNA, with its stacked core of aromatic bases, enables DNA to act as a wire via DNA-mediated charge transport (DNA CT). DNA CT is not only robust over long molecular distances of at least 34 nm, but is also especially sensitive to anything that perturbs proper base stacking, including DNA mismatches, lesions, or DNA-binding proteins that distort the π-stack. Electrochemical sensors based on DNA CT have previously been used for single-nucleotide polymorphism detection, hybridization assays, and DNA-binding protein detection. Here, improvements to (i) the structure of DNA monolayers and (ii) the signal amplification with DNA CT platforms for improved sensitivity and detection are described.

First, improvements to the control over DNA monolayer formation are reported through the incorporation of copper-free click chemistry into DNA monolayer assembly. As opposed to conventional film formation involving the self-assembly of thiolated DNA, copper-free click chemistry enables DNA to be tethered to a pre-formed mixed alkylthiol monolayer. The total amount of DNA in the final film is directly related to the amount of azide in the underlying alkylthiol monolayer. DNA monolayers formed with this technique are significantly more homogeneous and lower density, with a larger amount of individual helices exposed to the analyte solution. With these improved monolayers, significantly more sensitive detection of the transcription factor TATA binding protein (TBP) is achieved.

Using low-density DNA monolayers, two-electrode DNA arrays were designed and fabricated to enable the placement of multiple DNA sequences onto a single underlying electrode. To pattern DNA onto the primary electrode surface of these arrays, a copper precatalyst for click chemistry was electrochemically activated at the secondary electrode. The location of the secondary electrode relative to the primary electrode enabled the patterning of up to four sequences of DNA onto a single electrode surface. As opposed to conventional electrochemical readout from the primary, DNA-modified electrode, a secondary microelectrode, coupled with electrocatalytic signal amplification, enables more sensitive detection with spatial resolution on the DNA array electrode surface. Using this two-electrode platform, arrays have been formed that facilitate differentiation between well-matched and mismatched sequences, detection of transcription factors, and sequence-selective DNA hybridization, all with the incorporation of internal controls.

For effective clinical detection, the two working electrode platform was multiplexed to contain two complementary arrays, each with fifteen electrodes. This platform, coupled with low density DNA monolayers and electrocatalysis with readout from a secondary electrode, enabled even more sensitive detection from especially small volumes (4 μL per well). This multiplexed platform has enabled the simultaneous detection of two transcription factors, TBP and CopG, with surface dissociation constants comparable to their solution dissociation constants.

With the sensitivity and selectivity obtained from the multiplexed, two working electrode array, an electrochemical signal-on assay for activity of the human methyltransferase DNMT1 was incorporated. DNMT1 is the most abundant human methyltransferase, and its aberrant methylation has been linked to the development of cancer. However, current methods to monitor methyltransferase activity are either ineffective with crude samples or are impractical to develop for clinical applications due to a reliance on radioactivity. Electrochemical detection of methyltransferase activity, in contrast, circumvents these issues. The signal-on detection assay translates methylation events into electrochemical signals via a methylation-specific restriction enzyme. Using the two working electrode platform combined with this assay, DNMT1 activity from tumor and healthy adjacent tissue lysate were evaluated. Our electrochemical measurements revealed significant differences in methyltransferase activity between tumor tissue and healthy adjacent tissue.

As differential activity was observed between colorectal tumor tissue and healthy adjacent tissue, ten tumor sets were subsequently analyzed for DNMT1 activity both electrochemically and by tritium incorporation. These results were compared to expression levels of DNMT1, measured by qPCR, and total DNMT1 protein content, measured by Western blot. The only trend detected was that hyperactivity was observed in the tumor samples as compared to the healthy adjacent tissue when measured electrochemically. These advances in DNA CT-based platforms have propelled this class of sensors from the purely academic realm into the realm of clinically relevant detection.

Biological Activity of Rhodium Metalloinsertors and the Design of Bifunctional Conjugates

The Barton laboratory has established that octahedral rhodium complexes bearing the sterically expansive 5,6-chrysene diimine ligand can target thermodynamically destabilized sites, such as base pair mismatches, in DNA with high affinity and selectivity. These complexes approach DNA from the minor groove, ejecting the mismatched base pairs from the duplex in a binding mode termed metalloinsertion. In recent years, we have shown that these metalloinsertor complexes also exhibit cytotoxicity preferentially in cancer cells that are deficient in the mismatch repair (MMR) machinery.

Here, we establish that a sensitive structure-activity relationship exists for rhodium metalloinsertors. We studied the relationship between the chemical structures of metalloinsertors and their effect on biological activity for ten complexes with similar DNA binding affinities, but wide variation in their lipophilicity. Drastic differences were observed in the selectivities of the complexes for MMR-deficient cells. Compounds with hydrophilic ligands were highly selective, exhibiting preferential cytotoxicity in MMR-deficient cells at low concentrations and short incubation periods, whereas complexes with lipophilic ligands displayed poor cell-selectivity. It was discovered that all of the complexes localized to the nucleus in concentrations sufficient for mismatch binding; however, highly lipophilic complexes also exhibited high mitochondrial uptake. Significantly, these results support the notion that mitochondrial DNA is not the desired target for our metalloinsertor complexes; instead, selectivity stems from targeting mismatches in genomic DNA.

We have also explored the potential for metalloinsertors to be developed into more complex structures with multiple functionalities that could either enhance their overall potency or impart mismatch selectivity onto other therapeutic cargo. We have constructed a family of bifunctional metalloinsertor conjugates incorporating cis-platinum, each unique in its chemical structure, DNA binding interactions, and biological activity. The study of these complexes in MMR-deficient cells has established that the cell-selective biological activity of rhodium metalloinsertors proceeds through a critical cellular pathway leading to necrosis.

We further explored the underlying mechanisms surrounding the biological response to mismatch recognition by metalloinsertors in the genome. Immunofluorescence assays of MMR-deficient and MMR-proficient cells revealed that a critical biomarker for DNA damage, phosphorylation of histone H2AX (γH2AX) rapidly accumulates in response to metalloinsertor treatment, signifying the induction of double strand breaks in the genome. Significantly, we have discovered that our metalloinsertor complexes selectively inhibit transcription in MMR-deficient cells, which may be a crucial checkpoint in the eventual breakdown of the cell via necrosis. Additionally, preliminary in vivo studies have revealed the capability of these compounds to traverse the complex environments of multicellular organisms and accumulate in MMR-deficient tumors. Our ever-increasing understanding of metalloinsertors, as well as the development of new generations of complexes both monofunctional and bifunctional, enables their continued progress into the clinic as promising new chemotherapeutic agents.

Investigations of Pyrrole-Imidazole Polyamide Effects on DNA Replication

Pyrrole–Imidazole polyamides are programmable, cell-permeable small molecules that bind in the minor groove of double-stranded DNA sequence-specifically. Polyamide binding has been shown to alter the local helical structure of DNA, disrupt protein-DNA interactions, and modulate endogenous gene expression. Py–Im polyamides targeted to the androgen receptor-DNA interface have been observed to decrease expression of androgen-regulated genes, upregulate p53, and induce apoptosis in a hormone-sensitive prostate cancer cell line. Here we report that androgen response element (ARE)-targeted polyamides induced DNA replication stress in a hormone-insensitive prostate cancer cell line. The ATR checkpoint kinase was activated in response to this stress, causing phosphorylation of MCM2, and FANCD2 was monoubiquitinated. Surprisingly, little single-stranded DNA was exhibited, and the ATR targets RPA2 and Chk1 were not phosphorylated. We conclude that polyamide induces relatively low level replication stress, and suggest inhibition of the replicative helicase as a putative mechanism based on in vitro assays. We also demonstrate polyamide-induced inhibition of DNA replication in cell free extracts from X. laevis oocytes. In this system, inhibition of chromatin decondensation is observed, preventing DNA replication initiation. Finally, we show that Py-Im polyamides targeted to the ARE and ETS binding sequence downregulate AR- and ERG-driven signaling in a prostate cancer cell line harboring the TMPRSS2-ERG fusion. In a mouse xenograft model, ARE-targeted polyamide treatment reduced growth of the tumor.

Avaliação de diferentes estratégias de biorremediação no tratamento de solo contaminado por diesel B5

No Brasil, a contaminação do solo por derramamentos de combustíveis representa um dos mais graves problemas ambientais e o impacto da introdução de novas misturas como diesel/biodiesel na matriz energética requer investigação quanto a tecnologias apropriadas de remediação. O presente estudo teve por objetivo avaliar diferentes estratégias de biorremediação no tratamento de solo contaminado experimentalmente com óleo diesel B5. Foram conduzidos três experimentos. No primeiro, quatro microcosmos em duplicata, contendo 500 g de solo e 5% (p/p) de óleo diesel B5, todos suplementados com oxigênio através de revolvimento manual e com ajuste de umidade, tiveram como tratamentos: bioestímulo com ajuste de pH (BE1); bioestímulo com ajuste de pH e nutrientes (BE2); bioaumento com ajuste de pH, nutrientes e adição de consórcio microbiano comercial KMA (BAM) e; controle abiótico, com ajuste de pH e solo esterilizado em autoclave (PA). Paralelamente, foi conduzido tratamento por bioaumento com ajuste de pH e nutrientes, suplementação de oxigênio e consórcio KMA, em solo contaminado apenas por diesel a 5% (BAD). A população microbiana foi monitorada através da contagem de UFC e os tratamentos, avaliados pela remoção de carbono orgânico e de hidrocarbonetos de petróleo (n-alcanos C10-C36). No segundo experimento, o metabolismo microbiano aeróbio foi avaliado através da produção de CO2 em respirômetros de Bartha (triplicatas), em solo contaminado com 5% (p/p) de óleo diesel B5, ajustado para pH e umidade, nas seguintes condições: solo com adição do consórcio KMA; solo com adição de cultura microbiana obtida a partir de outro solo proveniente de um posto de combustível com histórico de vazamento de tanques (RES) e; solo esterilizado por adição de azida de sódio a 0,3% (p/p). Como controle, solo sem contaminação, com sua população microbiana autóctone. No terceiro experimento, a capacidade da microbiota autóctone (EX), assim como do consórcio KMA e da cultura RES, em biodegradar óleo diesel B5, diesel e biodiesel de soja foi testada através do uso de indicadores de oxirredução DCPIP e TTC. Os experimentos em microcosmos indicam que houve uma complementaridade metabólica entre a população nativa e o consórcio comercial de microorganismos KMA, cuja presença promoveu um decaimento mais rápido de n-alcanos nas primeiras semanas do experimento. No entanto, após 63 dias de experimento, os tratamentos BAM, BAD e BE2 apresentaram, respectivamente, em média, 92,7%, 89,4% e 81,7% de remoção dos hidrocarbonetos n-alcanos C10-C36, sendo tais diferenças, sem significância estatística. Nos respirômetros, o bioaumento com cultura microbiana RES apresentou a maior produção de CO2 e a maior remoção de hidrocarbonetos (46,2%) após 29 dias. Tanto nos ensaios em microcosmos quanto nos respirométricos, não foi possível estimar a contribuição dos processos abióticos, tendo em vista evidências da existência de atividade microbiana no solo esterilizado térmica ou quimicamente. Os ensaios com os dois indicadores redox mostraram que apenas a microbiota nativa do solo em estudo e a cultura microbiana RES apresentaram potencial para degradar óleo diesel B5, biodiesel de soja ou diesel, quando colocadas em meio mineral contendo tais combustíveis como única fonte de carbono.

Desenvolvimento e validação de modelo preditivo e avaliação de testes de diagnóstico por classe latente para o parasitismo por L. chagasi em cães atendidos no Hospital Veterinário Universitário da UFPI, Teresina

A leishmaniose visceral americana (LVA) é uma doença em expansão no Brasil, para a qual se dispõem de poucas, e aparentemente ineficientes, estratégias de controle. Um dos grandes problemas para a contenção da leishmaniose visceral americana é a falta de um método acurado de identificação dos cães infectados, considerados os principais reservatórios da doença no meio urbano. Neste sentido, a caracterização de marcadores clínico-laboratoriais da infecção neste reservatório e a avaliação mais adequada do desempenho de testes para diagnóstico da infecção podem contribuir para aumentar a efetividade das estratégias de controle da LVA. Com isso, o presente estudo tem dois objetivos principais: (1) desenvolver e validar um modelo de predição para o parasitismo por Leishmania chagasi em cães, baseado em resultados de testes sorológicos e sinais clínicos e (2) avaliar a sensibilidade e especificidade de critérios clínicos, sorológicos e parasitológicos para detecção de infecção canina por L. chagasi mediante análise de classe latente. O primeiro objetivo foi desenvolvido a partir de estudo em que foram obtidos dados de exames clínico, sorológico e parasitológico de todos os cães, suspeitos ou não de LVA, atendidos no Hospital Veterinário Universitário da Universidade Federal do Piauí (HVU-UFPI), em Teresina, nos anos de 2003 e 2004, totalizando 1412 animais. Modelos de regressão logística foram construídos com os animais atendidos em 2003 com a finalidade de desenvolver um modelo preditivo para o parasitismo com base nos sinais clínicos e resultados de sorologia por Imunofluorescência Indireta (IFI). Este modelo foi validado nos cães atendidos no hospital em 2004. Para a avaliação da área abaixo da curva ROC (auROC), sensibilidade, especificidade, valores preditivos positivo (VPP), valores preditivos negativo (VPN) e acurácia global, foram criados três modelos: um somente baseado nas variáveis clínicas, outro considerando somente o resultado sorológico e um último considerando conjuntamente a clínica e a sorologia. Dentre os três, o último modelo apresentou o melhor desempenho (auROC=90,1%, sensibilidade=82,4%, especificidade=81,6%, VPP=73,4%, VPN=88,2% e acurácia global=81,9%). Conclui-se que o uso de modelos preditivos baseados em critérios clínicos e sorológicos para o diagnóstico da leishmaniose visceral canina pode ser de utilidade no processo de avaliação da infecção canina, promovendo maior agilidade na contenção destes animais com a finalidade de reduzir os níveis de transmissão. O segundo objetivo foi desenvolvido por meio de um estudo transversal com 715 cães de idade entre 1 mês e 13 anos, com raça variada avaliados por clínicos veterinários no HVU-UFPI, no período de janeiro a dezembro de 2003. As sensibilidades e especificidades de critérios clínicos, sorológicos e parasitológicos para detecção de infecção canina por Leishmania chagasi foram estimadas por meio de análise de classe latente, considerando quatro modelos de testes e diferentes pontos de corte. As melhores sensibilidades estimadas para os critérios clínico, sorológico e parasitológico foram de 60%, 95% e 66%, respectivamente. Já as melhores especificidades estimadas para os critérios clínico, sorológico e parasitológico foram de 77%, 90% e 100%, respectivamente. Conclui-se que o uso do exame parasitológico como padrão-ouro para validação de testes diagnósticos não é apropriado e que os indicadores de acurácia dos testes avaliados são insuficientes e não justificam que eles sejam usados isoladamente para diagnóstico da infecção com a finalidade de controle da doença.

Melatonina, isoenzimas de glutationa S-transferases e estresse oxidante em pacu Piaractus mesopotamicus (Holmberg, 1887)

O oxigênio é fundamental para os vertebrados. No entanto, variações dos níveis de oxigênio na água podem provocar estresse oxidante em peixes porque privação de oxigênio seguida de reoxigenação forma espécies reativas de oxigênio (ERO) em células. Níveis intracelulares de ERO aumentados favorecem que moléculas de proteínas, fosfolipídios e ácidos nucleicos sofram alterações, vindo a prejudicar muitas funções celulares. No Pantanal, habitat do pacu, o nível de oxigênio varia circadianamente na água das lagoas rasas que acabam isoladas dos rios na seca. O pacu evoluiu sob a pressão contínua da exposição aos efeitos prejudiciais das ERO causados pelos pulsos de inundação. A melatonina, uma indolamina produzida na glândula pineal, influencia os níveis de atividade de enzimas antioxidantes que reduzem ERO, além de ser capaz de doar elétrons ou captar radicais livres de forma não enzimática. Os níveis de melatonina no pacu são mais altos no verão e menores no inverno. Isoenzimas de glutationa S-transferases que conjugam o tripetídeo glutationa com o 4-hidroxinonenal, aldeído derivado da peroxidação de ácidos graxos por ERO, são importantes para evitar alteração funcional de proteínas por ligação do 4-hidroxinonenal à sua estrutura. Neste trabalho procuramos relação entre estresse oxidante, níveis de atividades de glutationa S-transferase e melatonina, para estabelecer se a melatonina ajudaria pacus a superar os efeitos deletérios das espécies reativas de oxigênio. Ensaiamos atividades de isoenzimas de glutationa S-transferases no citosol de fígado de pacus mantidos em normoxia, hipoxia, reoxigenação e hiperoxia no inverno e no verão. Medimos o efeito da melatonina in vitro e in vivo sobre as atividades de isoenzimas de glutationa S-transferase. Medimos os efeitos do estresse oxidante sobre a ligação do 4-hidroxinonenal com proteínas nos fígados de pacus tratados com melatonina. Somente as isoenzimas que conjugam 4-hidroxinonenal com glutationa mostraram menor atividade no inverno em relação ao verão; outras isoenzimas de glutationa S-transferases não alteram suas atividades sazonalmente. In vitro a melatonina não alterou a atividade de isoenzimas de glutationa S-transferase que conjugam o 4-hidroxinonenal, mas inibiu outras isoenzimas de glutationa S-transferase. In vivo a melatonina aumentou a atividade encontrada no inverno das isoenzimas que conjugam o 4-hidroxinonenal para os níveis do verão. A ligação de 4-hidroxinonenal com proteínas foi menor em pacus inoculados com melatonina. Nossos resultados mostram que a melatonina pode influenciar os efeitos de ERO em fígado de pacus. Ficou claro que a melatonina do plasma mantém os níveis de atividade conjugadora de 4-hidroxinonenal do fígado em pacus e que a baixa produção de melatonina no inverno não é adequada para a conjugação do 4-hidroxinonenal em fígado de pacus.

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.

Effects of stress on the immune system of fish

The effects of stress on the immune system of various fish species including dab Limanda limanda, flounder Platichthys flesus, sea bass Dicentrarchus labrax and gobies Zosterisessor ophiocephalus, were investigated from laboratory and field experiments, using various assays to measure immunocompetence, correlated with histological and ultrastructural observations. Modulation of the immune system was demonstrated at tissue, cellular and biochemical levels following exposure to various stressors. The spleen somatic index was depressed in dab stressed in the laboratory and gobies collected from polluted sites in the Venice Lagoon. Differential blood cell counts consistently showed an increase in phagocytes and decrease in thrombocytes in fish exposed to various stressors. Phagocytic activity from spleen and kidney adherent cells was stimulated in dab stressed by transportation but depressed in fish exposed to chemical pollutants. Respiratory burst activity in phagocytic cells was also stimulated in stressed dab but depressed in sea bass exposed to cadmium. The results are discussed in relation to current concepts on stress in fish and the regulation of the immune system.

Poluentes marinhos como fatores de estresse em esponjas e mexilhões

A biota marinha está exposta a uma elevada quantidade de substâncias tóxicas que podem causar graves problemas ao ambiente. As esponjas (Porifera) e os mexilhões (Mollusca) por serem sésseis e filtradores são utilizados como bioindicadores de poluição. A experimentação com aquários permite a realização de ensaios controlados, acompanhamento da resposta a diversos poluentes, concentrações e tempo de exposição. Os objetivos deste estudo foram: I). avaliar a imunocompetência através da expressão de proteínas do sistema imune Fator Inflamatório de Enxerto AIF -1 e pP38 por teste de ELISA (do inglês, Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay) em esponjas expostas a poluentes, II) acompanhar a expressão das proteínas AIF-1 e pP38 nas cinco espécies de esponjas marinhas: Aplysina fulva (Pallas, 1766), Chondrilla aff. nucula Schimidt, 1862, Dysidea robusta Vilanova e Muricy 2001, Polymastia janeirensis (Boury-Esnault, 1973) e Hymeniacidon heliophila (Parker, 1910) após exposição a lipopolisacarídeo (LPS) de E. Coli III) avaliar a expressão das proteínas AIF-1 e pP38 nas espécies C. aff. nucula e P. janeirensis após exposição a dodecil sulfato de sódio (SDS) IV) avaliar a mortalidade de mexilhões quando expostos ao dispersante Triton X-100 e esgoto doméstico in natura. Os resultados indicam que as esponjas A. fulva, C. aff. nucula, D. robusta e P. janeirensis expostas a 20 μg/mL de LPS por 30 minutos, uma, três, 24 e 48 horas apresentaram aumento de expressão da proteína AIF-1 em relação ao controle, com diferentes tempos de resposta para cada espécie. A esponja H. heliophila exposta a 30 μg/mL de LPS apresentou diferença significativa na expressão de AIF-1 em relação ao controle na exposição por 30 min, uma, quatro, 24 e 48 horas. Contudo, não houve diferença significativa na expressão de outra proteína, a quinase pP38, nesses ensaios. As esponjas C. aff. nucula e P. janeirensis foram expostas a 0,25 mg/L de dodecil sulfato de sódio (SDS) por 24 e 48 horas. C. aff. nucula apresentou aumento da expressão de AIF -1 quando comparada ao controle em 24 e 48 horas, mas para P. janeirensis não houve diferença significativa. Os mexilhões Perna perna foram expostos a poluentes de duas maneiras a detergente Triton X-100 0,10 g/L por três, seis, 12 e 18 horas que induziu diferença significativa na mortalidade em seis, 12 e 18 horas em comparação com o controle e a a esgoto doméstico in natura diluído na proporção de 1:50 não houve mortalidade no tratamento ou no controle. A variação da expressão da proteína AIF-1 observada nas cinco espécies de esponjas marinhas confirma a utilização dessa proteína como eficiente biomarcador de estresse. Os mexilhões foram bons bioindicadores da poluição por detergente.

Papel das hemaglutininas 67-72p de Corynebacterium diphtheriae na ligação a proteínas plasmáticas, superfícies celulares, invasão e indução de apoptose

Corynebacterium diphtheriae pode ser isolado tanto de quadros de difteria clássica, quanto de infecções sistêmicas, como endocardite. O fibrinogênio (Fbn) e a fibronectina (Fn) são glicoproteínas presentes na matriz extracelular de tecidos conjuntivos. A influência destas proteínas na patogênese das infecções locais e invasivas causadas por C. diphtheriae é objeto de estudo devido ao fato do bacilo diftérico poder ser encontrado em lesões nas quais o Fbn e a Fn são predominantes, incluindo a pseudomembrana diftérica e vegetações cardíacas presentes na endocardite infecciosa. São crescentes as evidências de que o C. diphtheriae pode, além de aderir, ser internalizado por células em cultura. No presente estudo, investigou-se a participação de C. diphtheriae e das proteínas de superfície 67-72p na aderência à Fn e ao Fbn de plasma humano e a eritrócitos. A aderência às células HEp-2 e internalização também foram analisadas. A participação de 67-72p nos mecanismos de morte celular foi avaliada através das colorações por Azul de Tripan e 46-diamidino-2-fenil indol (DAPI), pelo ensaio de redução utilizando dimetil-tiazol-difenil tetrazólio (MTT) e por citometria de fluxo. As 67-72p foram extraídas da superfície da amostra toxigênica C. diphtheriae subsp. mitis CDC-E8392 através de processos mecânicos e precipitação com sulfato de amônio saturado. Análises por SDS-PAGE e immunoblotting detectaram a presença das bandas protéicas de 67 e 72kDa nas amostras toxinogênicas e atoxinogênicas analisadas, as quais pertenciam aos biotipos fermentador e não fermentador de sacarose. C. diphtheriae foi capazes não só de formar agregados na presença de plasma de coelho, mas também de converter Fbn em fibrina independentemente da presença do gene tox. No entanto, a amostra atoxinogênica ATCC 27010 (tox-) foi menos aderente ao Fbn do que a homóloga ATCC 27012 (tox+). A interação bacteriana com eritrócitos foi inibida somente pela Fn. Ligações entre Fn e/ou Fbn com 67-72p foram demonstradas por dot blotting, ELISA e/ou ensaios utilizando fluorescência. As 67-72p foram capazes de inibir as interações bacterianas com o Fbn, indicando que 67-72p podem participar do processo de aderência do patógeno aos tecidos do hospedeiro. Através da microscopia óptica, demonstrou-se a ligação de 67-72p adsorvidas em microesferas de látex com células HEp-2. Anticorpos de coelho do tipo IgG anti 67-72p interferiram somente com a expressão do padrão de aderência do tipo difuso, normalmente apresentado pela amostra CDC-E8392. A Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e a inibição da internalização bacteriana pela IgG anti 67-72p ou por 67-72p indicaram o papel de 67-72p como invasina. Alterações do citoesqueleto de células HEp-2 com acumulação de actina polimerizada, induzida por microesferas sensibilizadas com 67-72p, foi observada pelo fluorescent actin staining (FAS) test. Foi visualizado um aumento no número de bactérias viáveis no compartimento intracelular após tratamento de células HEp-2 ou dos microrganismos com Fn. A presença de partículas de látex adsorvidas com 67-72p no interior de vacúolos frouxos em células HEp-2 sugeriu que estas proteínas podem causar efeito citotóxico. A avaliação através das colorações com Azul de Tripan, DAPI e os ensaios de redução utilizando MTT demonstraram um decréscimo na viabilidade de células tratadas com 67-72p. As mudanças morfológicas observadas 3 horas após o início do tratamento com 67-72p incluíram vacuolização, fragmentação nuclear e formação de corpúsculos apoptóticos. A citometria de fluxo revelou um decréscimo de 15,13% no volume/tamanho de células tratadas com 67-72p. Além disso, o ensaio utilizando Iodeto de Propídio (IP) e Anexina V (AV)-FITIC demonstrou que havia 66,1% de células vivas (IP-/AV-), 16,6% de células em apoptose inicial (IP-/AV+) e 13,8% de células em apoptose tardia ou necrose secundária. Em conclusão, as 67-72p estão diretamente envolvidas na interação com Fn e Fbn. As proteínas não fimbriais 67-72p são hemaglutininas implicadas na aderência a células respiratórias e na internalização. Além disso, estas proteínas podem atuar como fatores de virulência em potencial para induzir apoptose de células epiteliais nos estágios iniciais da difteria e nas infecções invasivas causadas pelo C. diphtheriae

Apaf-1 Inhibitors Protect from Unwanted Cell Death in In Vivo Models of Kidney Ischemia and Chemotherapy Induced Ototoxicity

Background: Excessive apoptosis induces unwanted cell death and promotes pathological conditions. Drug discovery efforts aimed at decreasing apoptotic damage initially targeted the inhibition of effector caspases. Although such inhibitors were effective, safety problems led to slow pharmacological development. Therefore, apoptosis inhibition is still considered an unmet medical need. Methodology and Principal Findings: The interaction between Apaf-1 and the inhibitors was confirmed by NMR. Target specificity was evaluated in cellular models by siRNa based approaches. Cell recovery was confirmed by MTT, clonogenicity and flow cytometry assays. The efficiency of the compounds as antiapoptotic agents was tested in cellular and in vivo models of protection upon cisplatin induced ototoxicity in a zebrafish model and from hypoxia and reperfusion kidney damage in a rat model of hot ischemia. Conclusions: Apaf-1 inhibitors decreased Cytc release and apoptosome-mediated activation of procaspase-9 preventing cell and tissue damage in ex vivo experiments and in vivo animal models of apoptotic damage. Our results provide evidence that Apaf-1 pharmacological inhibition has therapeutic potential for the treatment of apoptosis-related diseases.

Prediction of Multi-Target Networks of Neuroprotective Compounds with Entropy Indices and Synthesis, Assay, and Theoretical Study of New Asymmetric 1,2-Rasagiline Carbamates

In a multi-target complex network, the links (L-ij) represent the interactions between the drug (d(i)) and the target (t(j)), characterized by different experimental measures (K-i, K-m, IC50, etc.) obtained in pharmacological assays under diverse boundary conditions (c(j)). In this work, we handle Shannon entropy measures for developing a model encompassing a multi-target network of neuroprotective/neurotoxic compounds reported in the CHEMBL database. The model predicts correctly >8300 experimental outcomes with Accuracy, Specificity, and Sensitivity above 80%-90% on training and external validation series. Indeed, the model can calculate different outcomes for >30 experimental measures in >400 different experimental protocolsin relation with >150 molecular and cellular targets on 11 different organisms (including human). Hereafter, we reported by the first time the synthesis, characterization, and experimental assays of a new series of chiral 1,2-rasagiline carbamate derivatives not reported in previous works. The experimental tests included: (1) assay in absence of neurotoxic agents; (2) in the presence of glutamate; and (3) in the presence of H2O2. Lastly, we used the new Assessing Links with Moving Averages (ALMA)-entropy model to predict possible outcomes for the new compounds in a high number of pharmacological tests not carried out experimentally.