DNA damage induced by acrylamide: roe of genetic polymorphisms in DNA damage levels

RESUMO:Em 1994 a acrilamida (AA) foi classificada pela IARC como um provável cancerígeno para o homem. Para além da utilização de AA em numerosas aplicações industriais, a AA está também presente numa grande variedade de alimentos ricos em amido e processados a temperaturas elevadas. Esta exposição através da ingestão de produtos alimentares despoletou elevadas preocupações ao nível do risco para a saúde pública e poderá implicar um risco adicional para o aparecimento de cancro. A glicidamida (GA), o metabolito epóxido formado a partir da oxidação da AA provavelmente através do citocromo P450 2E1, é considerada por vários estudos, o principal responsável pela carcinogenicidade da AA. Actualmente existe uma escassez de resultados relativamente aos mecanismos de genotoxicidade da AA e GA em células de mamífero. Por este motivo, o objectivo deste estudo centra-se na avaliação das consequências genéticas da exposição à AA e GA, recorrendo-se para tal ao uso de células de mamífero como modelo. Tendo como base este objectivo avaliou-se a citotoxicidade da AA e GA, através do ensaio do MTT, e realizaram-se dois testes citogenéticos, o teste das aberrações cromossómicas (CAs) e o teste da troca de cromátides irmãs (SCEs), de modo a avaliar as lesões de DNA induzidas por estes compostos em células de hamster Chinês V79. Os resultados globalmente mostraram que a GA é mais citotóxica e clastogénica do que a AA. No âmbito deste trabalho, foi também efectuada a quantificação de aductos específicos de DNA, nomeadamente N7-(2-carbamoil-2-hidroxietil)guanina (N7-GA-Gua) e N3-(2-carbamoil-2-hidroxietil)adenina (N3-GA-Ade). Os resultados obtidos permitem afirmar que os níveis de N7-GA-Gua e a concentração de GA apresentam uma relação linear dose-resposta. Foi também identificada uma óptima correlação entre os níveis de N7-GA-Gua e a frequência de troca de cromátides irmãs. Adicionalmente, e de forma a compreender os mecanismos de toxicidade da AA, estudaram-se os mecanismos dependentes da modulação do glutationo reduzido (GSH), nomeadamente da butionina sulfoximina (BSO), um inibidor da síntese de GSH, do GSH-monoetil estér (GSH-EE), um composto permeável nas células e que é intra-celularmente hidrolisado a GSH e ainda do GSH adicionado exogenamente ao meio de cultura, em células V79. Os resultados obtidos reforçaram o papel da modulação do GSH nos efeitos de citotoxicidade e clastogenicidade da AA. Para além dos estudos efetuados com células V79, procedeu-se também à determinação da frequência de SCEs, à quantificação de aductos específicos de DNA, bem como ao ensaio do cometa alcalino em amostras de dadores saudáveis expostos à AA e GA. Tanto os resultados obtidos através do ensaio das SCE, como pela quantificação de aductos específicos de DNA, ambos efectuados em linfócitos estimulados, originaram resultados comparáveis aos obtidos anteriormente para as células V79, reforçando a ideia de que a GA é bastante mais genotóxica do que a AA. Por outro lado, os resultados obtidos pelo ensaio do cometa para exposição à AA e GA mostraram que apenas esta última aumenta o nível das lesões de DNA. Outro objectivo deste trabalho, foi a identificação de possíveis associações existentes entre as lesões de DNA, quantificadas através do ensaio das SCEs e do cometa, e biomarcadores de susceptibilidade, tendo em conta os polimorfismos genéticos individuais envolvidos na destoxificação e nas vias de reparação do DNA (BER, NER, HRR e NHEJ) em linfócitos expostos à GA. Tal permitiu identificar associações entre os níveis de lesão de DNA determinados através do ensaio das SCEs, e os polimorfismos genéticos estudados, apontando para uma possível associação entre o GSTP1 (Ile105Val) e GSTA2 (Glu210Ala) e a frequência de SCEs. Por outro lado, os resultados obtidos através do ensaio do cometa sugerem uma associação entre as lesões de DNA e polimorfismos da via BER (MUTYH Gln335His e XRCC1 Gln39Arg) e da via NER (XPC Ala499val e Lys939Gln), considerando os genes isoladamente ou combinados. Estes estudos contribuem para um melhor entendimento da genotoxicidade e carcinogenicidade da AA e GA em células de mamífero, bem como da variabilidade da susceptibilidade individual na destoxificação e reparação de lesões de DNA provocadas pela exposição a estes xenobióticos alimentares. ----------- ABSTRACT:Acrylamide (AA) has been classified as a probable human carcinogen by IARC. Besides being used in numerous industrial applications, AA is also present in a variety of starchy cooked foods. This AA exposure scenario raised concerns about risk in human health and suggests that the oral consumption of AA is an additional risk factor for cancer. A considerable number of findings strongly suggest that the reactive metabolite glycidamide (GA), an epoxide generated presumably by cytochrome P450 2E1, plays a central role in AA carcinogenesis. Until now there are a scarcity of results concerning the mechanisms of genotoxicity of AA and GA in mammalian cells. In view of that, the study described in this thesis aims to unveil the genetic consequences of AA and GA exposure using mammalian cells as a model system. With this aim we evaluated the cytotoxicity of AA and GA using the MTT assay and subsequently performed two cytogenetic end-points: chromosomal aberrations (CAs) and sister chromatid exchanges (SCEs), in order to evaluate DNA damage induced by these compounds in V79 Chinese hamster cell line. The results showed that GA was more cytotoxic and clastogenic than AA. Within the scope of this thesis the quantification of specific DNA adducts were also performed, namely N7-(2-carbamoyl-2-hydroxyethyl)guanine (N7-GA-Gua) and N3-(2-carbamoyl-2-hydroxyethyl)adenine (N3-GA-Ade). Interestingly, the GA concentration and the levels of N7-GA-Gua presented a linear dose-response relationship. Further, a very good correlation between the levels of N7-GA-Gua and the extent of SCEs were observed. In order to understand the mechanisms of AA-induced toxicity, the modulation of reduced glutathione (GSH)-dependent mechanisms were studied, namely the evaluation of the effect of buthionine sulfoximine (BSO), an effective inhibitor of GSH synthesis, of GSH-monoethyl ester (GSH-EE), a cell permeable compound that is intracellularly hydrolysed to GSH and also of GSH endogenously added to culture medium,z in V79 cell line. The overall results reinforced the role of GSH in the modulation of the cytotoxic and clastogenic effects induced by AA.Complementary to the studies performed in V79 cells, SCEs, specific DNA-adducts and alkaline comet assay in lymphocytes from healthy donors exposed to AA and GA were also evaluated. Both, the frequency of SCE and the quantification of specific GA DNA adducts, produced comparable results with those obtained in V79 cell line, reinforcing the idea that GA is far more genotoxic than AA. Further, the DNA damaging potential of AA and GA in whole blood leukocytes evaluated by the alkaline comet assay, showed that GA, but not AA, increases DNA damage. Additionally, this study aimed to identify associations between DNA damage and biomarkers of susceptibility, concerning individual genetic polymorphisms involved in detoxification and DNA repair pathways (BER, NER, HRR and NHEJ) on the GA-induced genotoxicity assessed by the SCE assay and by the alkaline comet assay. The extent of DNA damage determined by the levels of SCEs induced by GA seems to be modulated by GSTP1 (Ile105Val) and GSTA2 (Glu210Ala) genotypes. Moreover, the results obtained from the comet assay suggested associations between DNA damage and polymorphisms of BER (MUTYH Gln335His and XRCC1 Gln399Arg) and NER (XPC Ala499Val and Lys939Gln) genes, either alone or in combination. The overall results from this study contribute to a better understanding of the genotoxicity and carcinogenicity of AA and GA in mammalian cells, as well as the knowledge about the variability in individual susceptibility involved in detoxification and repair of DNA damage due to these dietary xenobiotics.

The role of s-nitrosothiols and rho-kinase 1 in glucose and lipid metabolism

RESUMO: Na sociedade contemporânea a diabetes tipo 2 e a obesidade estão a aumentar exponencialmente, representando um grave problema de saúde pública. De acordo com a IDF “A diabetes e a obesidade são o principal problema de saúde pública do século XXI’. Para além destas duas patologias, a prevalência de esteatose hepática não-alcoólica (NAFLD), entre a população obesa e diabética, é de cerca de 90%. O aumento da obesidade, diabetes e NAFLD tem uma forte correlação com o aumento do consumo de gorduras e açúcares, acompanhado de um decréscimo acentuado da actividade física. A obesidade, diabetes e NAFLD tem sido escrupolosamente investigada mas as terapêuticas disponíveis continuam a ser muito limitadas. Tendo em conta o número crescente e alarmante de obesos e diabéticos o conhecimento detalhado da patofisiologia da obesidade, diabetes e NAFLD, tendo em vista a necessidade extrema de desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas, é da mais elevada urgência. O fígado é reconhecido como um orgão primordial no controlo da homeostase. No estado pós-prandial, o fígado converte a glucose em glicogénio e lípidos. Em contraste, no estado de jejum, o fígado promove a produção de glucose. Sistemas neuronais e hormonais, bem como o estado metabólico do fígado, controlam de forma muito precisa a alternância entre os diferentes substratos metabólicos, dependente do estado prandial. A insulina tem um papel central no controlo do metabolismo energético no fígado; se, por um lado, inibe a produção hepática de glucose e corpos cetónicos, por outro, promove a glicólise e a lipogénese. O metabolismo energético no fígado é também regulado por vários factores de transcrição e co-reguladores que, por sua vez, são regulados pela insulina, glucagina e outras hormonas metabólicas. Em conjunto, todos estes factores e reguladores vão controlar de forma muito estreita a gluconeogénese, a β-oxidação e a lipogénese, no fígado. Para além dos já conhecidos reguladores do metabolismo hepático, novas moléculas têm sido estudadas como tendo um papel fundamental na regulação do metabolismo energético no fígado. Qualquer desequilíbrio no metabolismo hepático vai contribuir para a insulino-resistência, NAFLD e diabetes tipo 2. O principal objectivo do trabalho de investigação aqui apresentado é o contributo para o estudo detalhado da patogénese da diabetes e obesidade, num contexto de dietas ricas em açúcares e gorduras, e com a perspectiva de explorar novas estratégias terapêuticas. Os objectivos específicos deste trabalho eram: primeiro, determinar se o tratamento com glutationo (GSH) e óxido nítrico (NO) era suficiente para melhorar a insulino-resistência associada ao elevado consumo de sacarose; segundo, determinar o papel da Rho-kinase 1 (ROCK1) na regulação do metabolismo hepático da glucose e dos lípidos; e terceiro, estudar o efeito do metilsulfonilmetano (MSM) em doenças metabólicas associadas à obesidade. Na primeira parte deste trabalho de investigação foram utilizados ratos Wistar machos sujeitos a uma dieta rica em sacarose (HS). Tal como esperado, estes animais apresentavam insulino-resistência e hiperinsulinémia. A dieta HS levou ao aumento dos níveis hepáticos de NO e ao decréscimo dos níveis de GSH no fígado. Em jejum, a administração intraportal de GSH e NO, a animais saudáveis promoveu um aumento significativo da sensibilidade à insulina. Também nestes animais, a administração intravenosa de S-nitrosotióis, compostos orgânicos que contém um grupo nitroso acoplado a um átomo de enxofre de um tiol, promoveu o aumento significativo da sensibilidade à insulina. Pelo contrário, em animais sujeitos à dieta HS, as doses padrão de GSH + NO e de S-nitrosotióis não conseguiram promover o aumento da sensibilidade à insulina. No entanto, ao aumentar a dose de S-nitrosotióis administrados por via intravenosa, foi possível observar o aumento da sensibilidade à insulina dependente da dose, indicando um possível papel dos S-nitrosotióis como sensibilizadores de insulina. O estudo detalhado do papel dos S-nitrosotióis na via de sinalização da insulina revelou que há um aumento da fosforilação do receptor da insulina (IR) e da proteína cinase B (Akt), sugerindo um efeito dos S-nitrosotióis nesta via de sinalização. Os resultados apresentados nesta primeira parte sugerem que os S-nitrosotióis promovem a correcta acção da insulina, podendo vir a ser importantes alvos terapêuticos. Na segunda parte deste trabalho de investigação utilizámos murganhos, com uma delecção específica da ROCK1 no fígado, e sujeitos a uma dieta rica em lípidos (HFD). Foi possível concluir que a ausência da ROCK1 no fígado previne a obesidade, melhora a sensibilidade à insulina e protege contra a esteatose hepática. A ausência de ROCK1 no fígado levou a um decréscimo significativo da expressão génica de genes associados à lipogénese, com uma diminuição acentuada do fluxo metabólico associado a esta via. Pelo contrário, a sobreexpressão de ROCK1, exclusivamente no fígado, promove a insulino-resistência e a esteatose hepática no contexto de obesidade induzida pela dieta. Para além disto, a delecção da ROCK1 no fígado de animais obesos e diabéticos, os murganhos deficientes em leptina, corroborou os dados obtidos no primeiro modelo animal, com a franca melhoria da hiperglicémia, hiperinsulinémia e esteatose hepática. Os dados que compõem esta parte do trabalho de investigação sugerem que a ROCK1 tem um papel crucial na regulação do metabolismo lipídico. Na terceira e última parte deste trabalho de investigação foi investigado o efeito do composto metilsulfunilmetano (MSM), um composto organosulfúrico naturalmente presente em plantas e utilizado também como suplemento dietético, em murganhos obesos e insulino-resistentes, por exposição a uma dieta rica em lípidos (DIO). O tratamento com MSM melhorou a insulino-resistência e protegeu contra a esteatose hepática. O conteúdo hepático em triglicéridos e colesterol também diminuíu de forma significativa nos animais DIO sujeitos ao tratamento com MSM, bem como a expressão génica associada à lipogénese. Para além disto, o tratamento com MSM levou a uma diminuição da expressão génica associada à inflamação. De realçar que o tratamento com MSM levou a uma melhoria do perfil hematopoiético destes animais, tanto na medula óssea como no sangue. Para comprovar o efeito benéfico do MSM na obesidade e insulino-resistência utilizámos murganhos deficientes no receptor da leptina, e por isso obesos e diabéticos, tendo observado um perfil semelhante ao obtido para murganhos sujeitos a uma dieta rica em lípidos e tratados com MSM. Concluímos, através dos dados recolhidos, que o MSM como suplemento pode ter efeitos benéficos na hiperinsulinémia, insulino-resistência e inflamação que caracterizam a diabetes tipo 2. Em resumo, os dados obtidos neste trabalho de investigação mostram que os S-nitrosotióis podem ter um papel importante como sensibilizadores da insulina, promovendo um aumento da sensibilidade à insulina num contexto de dietas ricas em sacarose. Para além disto, estudos in vitro, sugerem que os S-nitrosotióis regulam, especificamente, a via de sinalização da insulina. Este trabalho teve também como objectivo o estudo da ROCK1 como regulador do metabolismo da glucose e dos lípidos no fígado. Através do estudo de animais com uma delecção ou uma sobreexpressão da ROCK1 no fígado mostrou-se que esta tem um papel crucial na patogénese da obesidade e diabetes tipo 2, especificamente através do controlo da lipogénese de novo. Finalmente, foi também objectivo deste trabalho, explorar o efeito do MSM em animais DIO e deficientes em leptina. O tratamento com MSM protege de forma evidente contra a obesidade e insulino-resistência, com especial enfâse para a capacidade que esta molécula demonstrou ter na protecção contra a inflamação. Em conjunto os vários estudos aqui apresentados mostram que tanto os S-nitrosotióis como a ROCK1 têm um papel na patogénese da obesidade e diabetes tipo 2 e que a utilização de MSM como suplemento às terapêuticas convencionais pode ter um papel no tratamentos de doenças metabólicas.-------------------------------ABSTRACT: In modern western societies type 2 diabetes and obesity are increasing exponentially, representing a somber public concern. According to the International Diabetes Federation (IDF) ‘Diabetes and Obesity are the biggest public health challenges of the 21st century’. Aside from these the prevalence of nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD), among the diabetic and obese population, is as high as 90%. It is now well established that the increase in obesity, diabetes and NAFLD strongly correlates with an increase in fat and sugar intake in our diet, alongside physical inactivity. The pathogenesis of obesity, diabetes and NAFLD has been thoroughly studied but the treatment options available are still narrow. Considering the alarming number in the obese and diabetic population the complete understanding of the pathogenesis, keeping in mind that new therapeutic strategies need to be attained, is of the highest urgency. The liver has been well established as a fundamental organ in regulating whole-body homeostasis. In the fed state the liver converts the glucose into glycogen and lipids. Conversely, in the fasted state, glucose will be produced in the liver. Neuronal and hormonal systems, as well as the hepatic metabolic states, tightly control the fast to fed switch in metabolic fuels. Insulin has a central role in controlling hepatic energy metabolism, by suppressing glucose production and ketogenesis, while stimulating glycolysis and lipogenesis. Liver energy metabolism is also regulated by various transcription factors and coregulators that are, in turn, regulated by insulin, glucagon and other metabolic hormones. Together, these regulators will act to control gluconeogenesis, β-oxidation and lipogenesis in the liver. Aside from the well-established regulators of liver energy metabolism new molecules are being studied has having a role in regulating hepatic metabolism. Any imbalance in the liver energy metabolism is a major contributor to insulin resistance, NAFLD and type 2 diabetes. The overall goal of this research work was to contribute to the understanding of the pathogenesis of diabetes and obesity, on a setting of high-sucrose and high-fat diets, and to explore potential therapeutic options. The specific aims were: first, to determine if treatment with glutathione (GSH) and nitric oxide (NO) was sufficient to ameliorate insulin resistance induced by high-sucrose feeding; second, to determine the physiological role of rho-kinase 1 (ROCK1) in regulating hepatic and lipid metabolism; and third, to study the effect of methylsulfonylmethane (MSM) on obesity-linked metabolic disorders. In the first part of this research work we used male Wistar rats fed a high-sucrose (HS) diet. As expected, rats fed a HS diet were insulin resistant and hyperinsulinemic. HS feeding increased hepatic levels of NO, while decreasing GSH. In fasted healthy animals administration of both GSH and NO, to the liver, was able to increase insulin sensitivity. Intravenous administration of S-nitrosothiols, organic compounds containing a nitroso group attached to the sulfur atom of a thiol, in fasted control animals also increased insulin sensitivity. Under HS feeding the standard doses of GSH + NO and S-nitrosothiols were unable to promote an increase in insulin sensitivity. However, the intravenous administration of increasing concentrations of S-nitrosothiols was able to restore insulin sensitivity, suggesting that S-nitrosothiols have an insulin sensitizing effect. Investigation of the effect of S-nitrosothiols on the insulin signaling pathway showed increased phosphorylation of the insulin receptor (IR) and protein kinase B (Akt), suggesting that S-nitrosothiols may have an effect on the insulin signaling pathway. Together, these data showed that S-nitrosothiols promote normal insulin action, suggesting that they may act as potential pharmacological tools. In the second part of this research work we used liver-specific ROCK1 knockout mice fed a high-fat (HF) diet. Liver-specific deletion of ROCK1 prevented obesity, improved insulin sensitivity and protected against hepatic steatosis. Deficiency of ROCK1 in the liver caused a significant decrease in the gene expression of lipogenesis associated gene, ultimately leading to decreased lipogenesis. Contrariwise, ROCK1 overexpression in the liver promoted insulin resistance and hepatic steatosis in diet-induced obesity. Furthermore, liver-specific deletion of ROCK1 in obese and diabetic mice, the leptin-deficient mice, improved the typical hyperglycemia, hyperinsulinemia and liver steatosis. Together, these data identify ROCK1 as a crucial regulator of lipid metabolism. In the third and final part of this research work we investigated the effect of MSM, an organosulfur compound naturally found in plants and used as a dietary supplement, on diet-induced obese (DIO) and insulin resistant mice. MSM treatment ameliorated insulin resistance and protected against hepatosteatosis. Hepatic content in triglycerides and cholesterol was significantly decreased by MSM treatment, as well as lipogenesis associated gene expression. Furthermore, MSM treated mice had decreased inflammation associated gene expression in the liver. Importantly, FACS analysis showed that MSM treatment rescued the inflammatory hematopoietic phenotype of DIO mice in the bone marrow and the peripheral blood. Moreover, MSM treatment of the obese and diabetic mice, the leptin-deficient mice, resulted in similar effects as the ones observed for DIO mice. Collectively, these data suggest that MSM supplementation has a beneficial effect on hyperinsulinemia, insulin resistance and inflammation, which are often found in type 2 diabetes. In conclusion, this research work showed that S-nitrosothiols may play a role as insulin sensitizers, restoring insulin sensitivity in a setting of high-sucrose induced insulin resistance. Furthermore, in vitro studies suggest that S-nitrosothiols specifically regulate the insulin signaling pathway. This research work also investigated the role of hepatic ROCK1 in regulation of glucose and lipid metabolism. Using liver-specific ROCK 1 knockout and ROCK1 overexpressing mice it was shown that ROCK1 plays a role in the pathogenesis of obesity and type 2 diabetes, specifically through regulation of the de novo lipogenesis pathway. Finally, this research work aimed to explore the effect of MSM in DIO and leptin receptor-deficient mice. MSM strongly protects against obesity and insulin resistance, moreover showed a robust ability to decrease inflammation. Together, the individual studies that compose this dissertation showed that S-nitrosothiols and ROCK1 play a role in the pathogenesis of obesity and type 2 diabetes and that MSM supplementation may have a role in the treatment of metabolic disorders.

Pharmacological evaluation of plant extracts from Chapada Diamantina (Bahia, Brazil): Focus on antioxidant and cytotoxic properties

Tese de Doutoramento em Biologia de Plantas MAP - Bioplant

Efecto de los ácidos grasos poliinsaturados y sus metabolitos en la modulación de factores de transcripción sobre la carcinogénesis. Effects of Polyunsaturatd fatty acids and their metabolites on transcriptional factors modulation in carcinogenesis.

El cáncer se origina por mutaciones, competición y selección natural en células somáticas de tejidos de diferentes órganos,siendo un proceso complejo y multifactorial que ocurre en una secuencia de etapas: iniciación, promoción y progresión (1). Factores hereditarios,genéticos y epigenéticos como los lípidos dietarios, estrés oxidativo, hormonas, pesticidas y otros, influyen tanto en el desarrollo como en la inhibición de esta enfermedad (2). Datos epidemiológicos y experimentales tanto nuestros como de otros laboratorios han demostrado que el consumo de dietas ricas en ácidos grasos de la familia n-3, n-6 o n-9 cambian la fluidez, la actividad de enzimas, el nivel de proteínas y favorecen la formación de moléculas bioactivas derivadas de los lípidos como los eicosanoides y endocanabinoides que modulan el proceso carcinogénico (3-15). Estos derivados lípídicos activan vias de señalización produciendo cambios especificos en la expresión génica, un proceso fundamental durante la transformación neoplásica (1-2).También ha sido demostrado que estos cambios en la expresión génica inducidos por derivados lipídicos modulan funciones en células cancerosas como proliferación y muerte celular, migración y producción de matriz extracelular (16-17). A pesar de estos conocimientos, la identidad de los derivados lipídicos implicados en la modulación de la expresión génica durante la transformación neoplásica asi como los mecanismos utilizados por estas moléculas permanecen aun poco conocidos. HIPOTESIS: En los modelos a utilizar en el presente proyecto, la variación lipídica de las membranas que se induzca por manipulación dietaria deberán generar también variaciones en los eicosanoides . endocanabinoides y otros peróxidos que afecten factores de transcripción nucleares como el p53 y GLI incidiendo en los mecanismos responsables de la muerte y proliferación de células cancerosas. OBJETIVOS: Nos proponemos establecer el impacto de dietas enriquecidas con ácidos grasos de las familias n-3, n-6 o n-9 sobre modelos experimentales in-vivo e in-vitro. Se estudiarán los ácidos grasos de membrana plasmática, la generación de eicosanoides y endocanabinoides derivados de las vias COX y LOX Además se determinará el efecto de los peróxidos en la expresión y actividad de los factores nucleares de transcripción p53 y GLI como mecanismos responsables de la muerte y proliferación celular. MATERIALES Y MÉTODO: Se utilizará un modelo in-vivo de cáncer de mama empleando ratones C57BL6J inducidos con DMBA que se alimentarán con una dieta base semi-sintética suplemetada con diferentes PUFAs (Chia: n-3, Maíz: n-6 y Oleico: n-9 , empleada en estudios previos (8).Modelos in vitro: se utilizarán lineas celulares cancerígenas humanas de mama MCF-7 y MDA, las cuales se tratarán exógenamente con diferentes PUFAS (GLA:n-6,EPA:n-3, Oleico n-9)(9). Se determinarán ácidos grasos de membranas por Cromatografía de gas (CG)(10-11). El análisis de eicosanoides en células tumorales se realizará por HPLC (9-11). Los endocanabinoides por GC-Espectometría de Masa (18).La formación de peróxidos intracelulares se determinará por análisis de Glutation reducido (GSH)(16).La apoptosis se medirá por actividad caspasas y por Citometria de flujo usando Annexina V FICT (19).La expresión celular de Tp53 y GLI se realizará por Western Blot, PCR e inmunohistoquímica (20-21).RESULTADOS ESPERADOS: Se espera que los lípidos añadidos en las dietas de ratones inyectados con DMBA o al medio de cultivo de células tumorales de mama o páncreas modifiquen los ácidos grasos de membrana y sus derivados lipídicos los eicosanoides y endocanabionoides que suponemos afectarán la activación y expresión de factores de transcripción regulando la carcinogénesis. IMPORTANCIA: Diseñar nuevos modelos experimentales para implementar en terapias génicas y aplicar los resultados sobre factores nutricionales que pudieran actuar como inhibidores o promotores del desarrollo del cáncer en humanos.

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

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

Papel da lipoperoxidação na intensificação da remodelação causada pelo betacaroteno após o infarto

FUNDAMENTO: Os mecanismos envolvidos na maior remodelação causada pelo betacaroteno após o infarto são desconhecidos. OBJETIVO: Analisar o papel da lipoperoxidação na remodelação ventricular após o infarto do miocárdio, em ratos suplementados com betacaroteno. MÉTODOS: Ratos foram infartados e distribuídos em dois grupos: C (controle) e BC (500mg/kg/dieta). Após seis meses, foram realizados ecocardiograma e avaliação bioquímica. Utilizamos o teste t, com significância de 5%. RESULTADOS: Os animais do grupo BC apresentaram maiores médias das áreas diastólicas (C = 1,57 ± 0,4 mm²/g, BC = 2,09 ± 0,3 mm²/g; p < 0,001) e sistólicas (C = 1,05 ± 0,3 mm²/g, BC = 1,61 ± 0,3 mm²/g; p < 0,001) do VE, ajustadas ao peso corporal do rato. A função sistólica do VE, avaliada pela fração de variação de área, foi menor nos animais suplementados com betacaroteno (C = 31,9 ± 9,3 %, BC = 23,6 ± 5,1 %; p = 0,006). Os animais suplementados com betacaroteno apresentaram valores maiores da relação E/A (C = 2,7 ± 2,5, BC = 5,1 ± 2,8; p = 0,036). Não foram encontradas diferenças entre os grupos em relação aos níveis cardíacos de GSH (C = 21 ± 8 nmol/mg de proteína, BC = 37 ±15 nmol/mg de proteína; p = 0,086), GSSG (C = 0,4 (0,3-0,5) nmol/g de proteína, BC = 0,8 (0,4-1,0; p = 0,19) de proteína; p = 0,246) e lipoperóxidos (C = 0,4 ± 0,2 nmol/mg de tecido, BC = 0,2 ± 0,1 nmol/mg de tecido; p = 0,086). CONCLUSÃO: A maior remodelação em animais infartados e suplementados com betacaroteno não depende da lipoperoxidação.

Marcadores de desequilíbrio redox em sangue de pacientes hipertensos de uma comunidade no Nordeste do Brasil

FUNDAMENTO: Estudos recentes descrevem a participação de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio na hipertensão. OBJETIVO: Identificar o desbalanço redox em sangue de hipertensos. MÉTODOS: Superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa peroxidase (GPx), glutationa (GSH), vitamina C, transferrina, ceruloplasmina, malondialdeído (MDA) e o grupo carbonila, foram quantificados no sangue de 20 hipertensos e 21 controles. Os indivíduos tinham um Índice de Massa Corporal de > 18,5 e < 30 kg/m², glicemia < 100 mg/dL, colesterol sérico < 200 mg/dL, e eram mulheres não fumantes, não grávidas e não lactantes, não usuárias de alopurinol e probucol, e hipertensos em medicação anti-hipertensiva. Todos os indivíduos foram submetidos a um período preparatório de quatro semanas sem álcool, suplementos vitamínicos, dexametasona e paracetamol. RESULTADOS: Níveis reduzidos de CAT (p = 0,013), GSH ( p = 0,003) e MDA (p = 0,014), e altos níveis de GPx (p = 0,001) e ceruloplasmina (p = 0,015) foram obtidos no grupo de hipertensos, em comparação com os controles. Foi verificada uma correlação positiva entre a pressão sistólica e o MDA nos hipertensos e diastólica e CAT nos controles. CONCLUSÃO: Os dados obtidos são sugestivos de que os hipertensos apresentavam desequilíbrio em reações redox, a despeito do possível efeito atenuante de sua medicação anti-hipertensiva.

Glutathione deficit during development induces anomalies in the rat anterior cingulate GABAergic neurons: Relevance to schizophrenia.

A series of studies in schizophrenic patients report a decrease of glutathione (GSH) in prefrontal cortex (PFC) and cerebrospinal fluid, a decrease in mRNA levels for two GSH synthesizing enzymes and a deficit in parvalbumin (PV) expression in a subclass of GABA neurons in PFC. GSH is an important redox regulator, and its deficit could be responsible for cortical anomalies, particularly in regions rich in dopamine innervation. We tested in an animal model if redox imbalance (GSH deficit and excess extracellular dopamine) during postnatal development would affect PV-expressing neurons. Three populations of interneurons immunolabeled for calcium-binding proteins were analyzed quantitatively in 16-day-old rat brain sections. Treated rats showed specific reduction in parvalbumin immunoreactivity in the anterior cingulate cortex, but not for calbindin and calretinin. These results provide experimental evidence for the critical role of redox regulation in cortical development and validate this animal model used in schizophrenia research.

Reduced capacity of peritoneal exudate cells for oxidative killing of Schistosoma mansoni schistosomula

Peritoneal exudate cells from mice infected with Schistosoma mansoni (S-PEC) can kill schistosomula in vitro in the presence of immune serum. S-PEC produce a low level of respiratory burst, and schistosomula mortality in their presence is not reduced when exogenous antioxidants are added, suggesting that with S-PEC, oxidative killing is not important. Hydrogen peroxide (H2O2) and superoxide production by S-PEC, and cells from BCG and thioglycollate (THGL) injected non-infected mice, non-specifically stimulated with opsonized zymosan, were measured. Levels of H2O2 produced by S-PEC were significantly lower than BCG or THGL PEC, and were below the H2O2 threshold for schistosomula killing. This resulted in lower levels of cell-mediated killing of schistosomula in vitro by S-PEC than by BCG or THGL PEC. Superoxide levels, however, were similar between the three cell populations. The efficiency of PEC to kill schistosomules in vitro correlated with H2O2 rather than superoxide levels. The lower tolerance of schistosomula, compared to adult S. mansoni to GSH depleting agents increases their sensitivity to oxidative attack and resulted in higher levels of cell-mediated killing in vitro.

Developmental critical period in gentic redox dysregulation: animal and human studies in schizophrenia

Converging evidence favors an abnormal susceptibility to oxidative stress in schizophrenia. Decreased levels of glutathione (GSH), the major cellular antioxidant and redox regulator, was observed in cerebrospinal-fluid and prefrontal cortex of patients. Importantly, abnormal GSH synthesis of genetic origin was observed: Two case-control studies showed an association with a GAG trinucleotide repeat (TNR) polymorphism in the GSH key synthesizing enzyme glutamate-cysteine-ligase (GCL) catalytic subunit (GCLC) gene. The most common TNR genotype 7/7 was more frequent in controls, whereas the rarest TNR genotype 8/8 was three times more frequent in patients. The disease associated genotypes (35% of patients) correlated with decreased GCLC protein, GCL activity and GSH content. Similar GSH system anomalies were observed in early psychosis patients. Such redox dysregulation combined with environmental stressors at specific developmental stages could underlie structural and functional connectivity anomalies. In pharmacological and knock-out (KO) models, GSH deficit induces anomalies analogous to those reported in patients. (a) morphology: spine density and GABA-parvalbumine immunoreactivity (PV-I) were decreased in anterior cingulate cortex. KO mice showed delayed cortical PV-I at PD10. This effect is exacerbated in mice with increased DA from PD5-10. KO mice exhibit cortical impairment in myelin and perineuronal net known to modulate PV connectivity. (b) physiology: In cultured neurons, NMDA response are depressed by D2 activation. In hippocampus, NMDA-dependent synaptic plasticity is impaired and kainate induced g-oscillations are reduced in parallel to PV-I. (c) cognition: low GSH models show increased sensitivity to stress, hyperactivity, abnormal object recognition, olfactory integration and social behavior. In a clinical study, GSH precursor N-acetyl cysteine (NAC) as add on therapy, improves the negative symptoms and decreases the side effects of antipsychotics. In an auditory oddball paradigm, NAC improves the mismatched negativity, an evoked potential related to pre-attention and to NMDA receptors function. In summary, clinical and experimental evidence converge to demonstrate that a genetically induced dysregulation of GSH synthesis combined with environmental insults in early development represent a major risk factor contributing to the development of schizophrenia Conclusion Based on these data, we proposed a model for PSIP1 promoter activity involving a complex interplay between yet undefined regulatory elements to modulate gene expression.

Role of glutathione in macrophage activation: effect of cellular glutathione depletion on nitrite production and leishmanicidal activity.

We have examined the effects of two agents depleting the intracellular pool of glutathione (GSH) on macrophage activation induced by IFN-gamma + LPS, as measured by nitrite production and leishmanicidal activity. Diethylmaleate (DEM), which depletes intracellular GSH by conjugation via a reaction catalyzed by the GSH-S-transferase, strongly inhibited nitrite secretion and leishmanicidal activity when added before or at the time of addition of IFN-gamma + LPS; this inhibition was progressively lost when addition of DEM was delayed up to 10 hr. A close correlation was observed between levels of intracellular soluble GSH during activation and nitrite secretion. Inhibition was partially reversed by the addition of glutathione ethyl ester (GSH-Et). Buthionine sulfoximine (BSO), a specific inhibitor of gamma-glutamylcysteine synthetase, also inhibited macrophage activation, although to a lesser extent than DEM despite a more pronounced soluble GSH depletion. This inhibition was completely reversed by the addition of GSH-Et. DEM and BSO did not alter cell viability or PMA-triggered O2- production by activated macrophages, suggesting that the inhibitory effects observed on nitrite secretion and leishmanicidal activity were not related to a general impairment of macrophage function. DEM and BSO treatment reduced iNOS specific activity and iNOS protein in cytosolic extracts. DEM also decreased iNOS mRNA expression while BSO had no effect. Although commonly used as a GSH-depleting agent, DEM may have additional effects because it can also act as a sulhydryl reagent; BSO, on the other hand, which depletes GSH by enzymatic inhibition, has no effect on protein-bound GSH. Our results suggest that both soluble and protein-bound GSH may be important for the induction of NO synthase in IFN-gamma + LPS-activated macrophages.

Modification of oxidative status in Plasmodium berghei-infected erythrocytes by E-2-chloro-8-methyl-3-[(4'-methoxy-1'-indanoyl)-2'-methyliden]-quinoline compared to chloroquine

E-2-chloro-8-methyl-3-[(4'-methoxy-1'-indanoyl)-2'-methyliden]-quinoline (IQ) is a new quinoline derivative which has been reported as a haemoglobin degradation and ß-haematin formation inhibitor. The haemoglobin proteolysis induced by Plasmodium parasites represents a source of amino acids and haeme, leading to oxidative stress in infected cells. In this paper, we evaluated oxidative status in Plasmodium berghei-infected erythrocytes in the presence of IQ using chloroquine (CQ) as a control. After haemolysis, superoxide dismutase (SOD), catalase, glutathione cycle and NADPH + H+-dependent dehydrogenase enzyme activities were investigated. Lipid peroxidation was also assayed to evaluate lipid damage. The results showed that the overall activities of glucose-6-phosphate dehydrogenase and 6-phosphogluconate dehydrogenase were significantly diminished by IQ (by 53.5% and 100%, respectively). Glutathione peroxidase activity was also lowered (31%) in conjunction with a higher GSSG/GSH ratio. As a compensatory response, overall SOD activity increased and lipid peroxidation decreased, protecting the cells from the haemolysis caused by the infection. CQ shared most of the effects showed by IQ; however it was able to inhibit the activity of isocitrate dehydrogenase and glutathione-S-transferase. In conclusion, IQ could be a candidate for further studies in malaria research interfering with the oxidative status in Plasmodium berghei infection.

Efectos de la suplementación con glutamina sobre el sistema antioxidante y la peroxidación lipídica en pacientes críticos con nutrición parenteral

INTRODUCTION In the critically ill patient, there is a continuous production of reactive oxygen species (ROS) that need to be neutralized to prevent oxidative stress (OS). Quantitatively speaking, the glutathione system (GSH) is the most important anti-oxidant endogenous defense. To increase it, glutamine supplementation has been shown to be effective by protecting against the oxidative damage and reducing the morbimortality. OBJECTIVE To assess the effect of adding an alanylglutamine dipeptide to PN on lipid peroxidation lipidica and glutathione metabolism, as well as its relationship with morbidity in critically ill patients. METHODS Determination through spectrophotometry techniques of glutathione peroxidase, glutathione reductase, total glutathione, and maloniladdehyde at admission adn after seven days of hospitalization at the Intensive Care Unit (ICU) in 20 patients older than 18 years on parenteral nutrition therapy. RESULTS The group of patients receiving parenteral nutrition with glutamine supplementation had significant increases in total glutathione (42.35+/-13 vs 55.29+/-12 micromol/l; p<0.05) and the enzymatic activity of glutathione peroxidasa (470+/-195 vs 705+/-214 micromol/l; p<0.05) within one week of nutritional therapy, whereas the group on conventional parenteral nutrition did not show significant changes of any of the parameters studied (p>0.05). However, both mortality and ICU stay were not different between the study group, whereas the severity (assessed by the SOFA score) was lower in the group of patients receiving glutamine (SOFA 5+/-2 vs 8+/-1.8; p<0.05). CONCLUSIONS Glutamine intake in critically ill patients improves the antioxidant defenses, which leads to lower lipid peroxidation and lower morbidity during admission at the ICU.

Genetic dysregulation of glutathione synthesis predicts alteration of plasma thiol redox status in schizophrenia.

Abstract Genetic studies have shown an association between schizophrenia and a GAG trinucleotide repeat (TNR) polymorphism in the catalytic subunit (GCLC) of the glutamate cysteine ligase (GCL), the key enzyme for glutathione (GSH) synthesis. The present study was aimed at analyzing the influence of a GSH dysregulation of genetic origin on plasma thiols (total cysteine, homocysteine, and cysteine-glycine) and other free amino acid levels as well as fibroblast cultures GSH levels. Plasma thiols levels were also compared between patients and controls. As compared with patients with a low-risk GCLC GAG TNR genotype, patients with a high-risk genotype, having an impaired GSH synthesis, displayed a decrease of fibroblast GSH and plasma total cysteine levels, and an increase of the oxidized form of cysteine (cystine) content. Increased levels of plasma free serine, glutamine, citrulline, and arginine were also observed in the high-risk genotype. Taken together, the high-risk genotypes were associated with a subgroup of schizophrenia characterized by altered plasma thiols and free amino acid levels that reflect a dysregulation of redox control and an increased susceptibility to oxidative stress. This altered pattern potentially contributes to the development of a biomarker profile useful for early diagnosis and monitoring the effectiveness of novel drugs targeting redox dysregulation in schizophrenia. Antioxid. Redox Signal. 15, 2003-2010.

Glutathione Precursor, N-Acetyl-Cysteine, Modulates EEG Synchronization in Schizophrenia Patients

Background: Glutathione (GSH) dysregulation at the gene, protein and functional levels observed in schizophrenia patients, and schizophrenia-like anomalies in GSH deficit experimental models, suggest that genetic glutathione synthesis impairments represent one major risk factor for the disease (Do et al., 2009). In a randomized, double blind, placebo controlled, add-on clinical trial of 140 patients, the GSH precursor N-Acetyl-Cysteine (NAC, 2g/day, 6 months) significantly improved the negative symptoms and reduced sideeffects due to antipsychotics (Berk et al., 2008). In a subset of patients (n=7), NAC (2g/day, 2 months, cross-over design) also improved auditory evoked potentials, the NMDA-dependent mismatch negativity (Lavoie et al, 2008). Methods: To determine whether increased GSH levels would modulate the topography of functional brain connectivity, we applied a multivariate phase synchronization (MPS) estimator (Knyazeva et al, 2008) to dense-array EEGs recorded during rest with eyes closed at the protocol onset, the point of crossover, and at its end. Results: The whole-head imaging revealed a specific synchronization landscape in NAC compared to placebo condition. In particular, NAC increased MPS over frontal and left temporal regions in a frequency-specific manner. The topography and direction of MPS changes were similar and robust in all 7 patients. Moreover, these changes correlated with the changes in the Liddle's score of disorganization, thus linking EEG synchronization to the improvement of the clinical picture. Conclusions: The data suggest an important pathway towards new therapeutic strategies that target GSH dysregulation in schizophrenia. They also show the utility of MPS mapping as a marker of treatment efficacy.