Avaliação do estrese oxidativo e da via L-arginina-óxido nítrico em plaquetas na gestação normal e na pré-eclâmpsia

A Pré-eclâmpsia (PE) é uma síndrome hipertensiva específica da gravidez, atualmente compreendida como uma doença sistêmica que cursa com inflamação, distúrbios da coagulação, desordens metabólicas, disfunção endotelial e desequilíbrio entre agentes vasoconstrictores e vasodilatadores. Contudo, a fisiopatologia da PE ainda não foi completamente elucidada. Este estudo investigou, em 51 gestantes, o estresse oxidativo, a via L-arginina-óxido nítrico e agregação plaquetária, na gestação normal (n=27) e na PE (n=24). Amostras de soro e plaquetas de gestantes normotensas e com PE, foram utilizadas para a medida de espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), a carbonilação de proteínas, a atividade das enzimas superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e glutationa peroxidase (GPx), assim como a produção de óxido nítrico (NO) pela formação de nitrito. Nas plaquetas foram avaliados, também, o transporte de L-arginina, a atividade da óxido nítrico sintase (NOS) e a agregação plaquetária. Em amostras de plasma foram realizadas medidas da proteína C reativa ultra-sensível (PCRus) e do aminoácido L-arginina. Estes resultados demonstram que não há diferença nas medidas da proteína C reativa e da L-arginina entre gestantes normotensas e com PE. A formação de nitritos e a atividade das enzimas antioxidantes SOD, CAT e GPx se encontram reduzidas no soro de gestantes com PE, enquanto a medida de TBARS e a carbonilação de proteínas não foi diferente das gestantes normotensas. Em plaquetas, o transporte de L-arginina pelo sistema y+L está diminuído na PE, ao passo que, a atividade da NOS, a formação de nitrito e a agregação plaquetária não modificaram em relação a gestação normal. A carbonilação de proteínas está aumentada em plaquetas na PE e a atividade da CAT está reduzida. Concluiu-se, que a menor formação de nitrito no soro sugere uma menor produção de NO em pacientes com PE. Este dado correlaciona com uma redução da defesa antioxidante observada pela menor atividade das enzimas SOD, CAT, GPx que deve contribuir para uma maior inativação do NO. Apesar dos níveis plasmáticos normais de L-arginina na PE, o sistema de transporte via y+L está reduzido em plaquetas, o que pode estar associado em parte ao estresse oxidativo que contribui para alterações físicas e estruturais da membrana, podendo afetar o influxo do aminoácido. Apesar do transporte de L-arginina reduzido e do aumento do estresse oxidativo em plaquetas na PE, não houve alteração da atividade da NOS, da produção de NO e da agregação plaquetária, indicando que mecanismos compensatórios possam estar contribuindo para a manutenção da produção de NO e de sua função modulatória sobre a agregação

Estudos dos efeitos antioxidantes e anti-inflamatórios da própolis sobre as células RAW 264.7 e na resposta inflamatória pulmonar aguda causada pela exposição à fumaça de cigarro em camundongos

A doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) causa a redução da capacidade respiratória e seu desenvolvimento é associado à fumaça de cigarro. O cigarro possui mais de 4800 substâncias tóxicas e causa a morte de seis milhões de pessoas por ano no mundo. Estudos buscam meios de reverter os males causados pela fumaça de cigarro. A própolis (P) é um produto produzido por abelhas que possui várias propriedades. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos antioxidantes da P em macrófagos murinos e na inflamação pulmonar aguda induzida pela fumaça de cigarro (CS) em camundongos. A análise dos compostos fitoquímicos do extrato alcóolico da P (EAP) foi feita por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massa (GC-MS). Células da linhagem RAW 264.7 foram tratadas em diversas concentrações de P durante 24 horas. Após tratamento, as seguintes análises foram realizadas: polifenóis totais; viabilidade celular (MTT); potencial redutor (DPPH); espécies reativas de oxigênio totais (ROS) e de malondialdeído (MDA). Trinta camundongos C57BL/6 foram divididos em 3 grupos (n=10/grupo): Controle+P, CS e CS+P. Ambos os grupos CS foram expostos a 6 cigarros/dia durante 5 dias. O grupo CS foi tratado com veículo. O pulmão e o lavado broncoalveolar (BAL) foram coletados para análise histológica e contagem diferencial de células. As análises para mieloperoxidase (MPO), superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa peroxidase (GPx), glutationa reduzida (GSH) e oxidada (GSSG), MDA, nitrito e western blotting para TNF-alfa foram realizadas. A análise fitoquímica do EAP mostrou a presença dos ácidos hidrocinâmicos e coumárico, a artepilina C e a drupanina. Foi observado o aumento concentração-dependente dos níveis de polifenóis totais (p<0,001), do MTT (p<0,001) e do DPPH (p<0,001), e o inverso com o MDA (p<0,001). Os níveis de ROS diminuem nas concentrações de 15,6 e 31,2 mg/mL (p<0,05, ambos). A histologia pulmonar do grupo Controle+P foi similar ao do CS+P e foi observado um influxo de macrófagos e neutrófilos no grupo CS (p<0,01 e p<0,001, respectivamente). Os níveis de MPO foram aumentados no grupo CS (526,534,72 mU/mg ptn, p<0,01), mas houve uma redução no grupo CS+P (385,127,64 mU/mg ptn, p<0,05) comparável ao Controle+P (13412,99 mU/mg ptn, p<0,001), o mesmo aconteceu com as enzimas antioxidantes: SOD (Controle+P: 523,529,6 U/mg ptn; CS: 523,529,6 U/mg ptn, p<0,001; CS+P: 246,815,69 U/mg ptn, p<0,001); CAT (Controle+P: 37,383,39 U/mg ptn; CS: 92,686,24 U/mg ptn, p<0,001; CS+P: 59,844,55 U/mg ptn, p<0,05); GPx (Controle+P: 2,230,17 (M/min/mg ptn) x 10-1; CS: 4,510,31 (M/min/mg ptn) x 10-1, p<0,001; CS+P: 2,640,19 (M/min/mg ptn) x 10-1, p<0,05). O inverso ocorreu com a relação GSH/GSSG (Controle+P: 1,0880,17; CS: 0,7360,07, p<0,05; CS+P: 1,2580,10, p<0,05). Os níveis de MDA (Controle+P: 0,2660,05 nMol/mg ptn; CS: 0,940,076 nMol/mg ptn, p<0,001; CS+P: 0,4980,06 nMol/mg ptn, p<0,01) e de nitrito (Controle+P: 50,014,19 Mol/mg ptn; CS: 108,77,73 Mol/mg ptn, p<0,001; CS+P: 58,843,42 nMol/mg ptn, p<0,01) estavam aumentados no CS que em outros grupos. A expressão de TNF-α foi observada no grupo CS. O tratamento da P apresentou ação anti-inflamatória e antioxidante em macrófagos e em camundongos expostos à fumaça de cigarro, possivelmente pela ação dos polifenóis presentes nela

Função pulmonar, estresse oxidativo e marcadores inflamatórios na lesão pulmonar aguda induzida por lipopolissacarídeo: diferentes efeitos da atorvastatina, pravastatina e simvastatina

Nosso objetivo foi determinar que tipo de estatina pode atenuar a lesão pulmonar aguda (LPA) induzida por lipopolissacarídeo (LPS) em camundongos da linhagem C57Bl/6. Trinta camundongos machos ( 23 g) foram divididos em 5 grupos (n=6 cada): grupo LPS (10 mg/kg) administrado intraperitonealmente (i.p.), LPS mais atorvastatina (10 mg/kg/dia; grupo LPS+A), LPS mais pravastatina (5 mg/kg/dia; grupo LPS+P) e LPS mais sinvastatina (20 mg/kg/dia; grupo LPS+S). O grupo controle recebeu salina i.p.. Em um grupo separado de camundongos (n=5), a soma das pressões pulmonares resistivas e viscoelásticas (DeltaPtot) e elastância estática (E[st]) foram medidas. Um dia após a administração de LPS os camundongos foram sacrificados (24 h) por deslocamento cervical e logo em seguida foi realizado lavado broncoalveolar (LBA). Os pulmões foram removidos para análise histopatológica e homogeneizados para análises bioquímicas (ELISA, catalase, superóxido dismutase, mieloperoxidase, substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico, carbonilação de proteínas e método de Griess). A quantidade de leucócitos foi menor no grupo LPS+P (p<0,01) e LPS+S (p<0,05) em comparação ao grupo LPS. Os níveis de MCP-1 e IL-6 reduziram no grupo LPS+P (p<0,01), enquanto o grupo LPS + S mostrou redução apenas nos níveis de IL-6 (p<0,05) em comparação ao grupo LPS. Marcadores redox (superóxido dismutase e catalase) foram menores no grupo LPS+A (p<0,01) em comparação ao grupo LPS. A peroxidação lipídica (malondialdeído e hidroperóxidos) diminuiu em todos os grupos tratados (p<0,05) quando comparados ao grupo LPS. A mieloperoxidase foi menor no grupo LPS+P (p<0,01) quando comparado ao grupo LPS. DeltaPtot e E(st) foram, significativamente, maiores no grupo LPS do que nos outros grupos. Nossos resultados sugerem que atorvastatina e pravastatina, mas não a sinvastatina, exibiram ações anti-inflamatórias e antioxidantes na LPA induzida por LPS.

Efeito antimutagênico, antigenotóxico, antiobesidade e antioxidante da Ilex paraguariensis (erva-mate)

O extrato aquoso de erva-mate, obtido a partir de folhas secas de Ilex paraguariensis, é uma bebida amplamente consumida na América do Sul. Inicialmente, nosso objetivo foi caracterizar os compostos presentes nas amostras de erva-mate disponíveis no mercado brasileiro (CH: chimarrão; T: chá mate torrado; G: chá mate torrado, comercialmente acondicionado em garrafas ou C: em copos; TS: chá mate torrado solúvel A mutagenicidade, citotoxicidade e antimutagenicidade de todas as amostras também foram avaliadas atavés do Teste de Ames na presença e na ausência de ativação metabólica. Em seguida, analisamos a amostra TS (2,5, 5,0 e 10 mg/mL) quanto a sua atividade antioxidante e antigenotóxica. Além disso, avaliamos também os efeitos da amostra TS sobre a sinalização da leptina e da insulina no hipotálamo e o estresse oxidativo hepático de ratos adultos obesos programados pela superalimentação neonatal (S). Para induzir S, o tamanho da ninhada foi reduzido a três filhotes por lactante e as ninhadas com número padrão de filhotes (dez/lactante) foram utilizadas como controle. Aos 150 dias de vida, as proles S foram subdivididas em: TS - tratados com extrato aquoso de erva-mate (1g/kg de peso corporal/dia, por gavagem) e S - recebendo água por gavagem durante 30 dias. A prole controle (C) também recebeu água nas mesmas condições do grupo S. Em nossos resultados, verificamos a presença de ácido clorogênico, cafeína e teobromina em todas as amostras analisadas. O conteúdo de compostos fenólicos nas infusões estudadas foram CH: 5,140,23; T: 4,330,01; G: 0,930,25; C: 0,800,3 e TS: 8,350,5 mg/ml. Não observamos efeito mutagênico ou citotóxico nas amostras analisadas. Um efeito antimutagênico significativo foi observado para a cepa TA97 (pré-, co- e pós-tratamento), na presença de ativação metabólica, em todas as amostras testadas. A amostra TS também apresentou um efeito antimutagênico significativo para a TA102 (pré-, co-e e pós-tratamento), na presença de ativação metabólica. Na análise exclusiva da amostra TS, observamos uma atividade antioxidante quando utilizado o ensaio de DPPH, apresentando IC50 69,3+3,1 μg/ml. Além disso, a amostra TS apresentou um efeito protetor sobre a quebra do DNA plasmidial induzida por radicais superóxido e hidroxila, de maneira dose dependente. No teste do cometa, detectamos um efeito antigenotóxico induzido pelo TS em cultura primária de células epiteliais de esôfago. Em nossos testes in vivo observamos que os animais TS não desenvolveram sobrepeso, obesidade visceral e hiperfagia. A resistência hipotalâmica à leptina não foi significativamente revertida, porém a resistência à insulina foi minimizada pelo tratamento com TS no grupo programado pela S. No fígado, TS normalizou as atividades das enzimas antioxidantes (SOD, GPx e CAT) e diminuiu os marcadores de estresse oxidativo, MDA e 4-HNE. O tratamento com TS também reduziu o conteúdo de glicogênio e triglicerídios hepáticos. Nossos resultados sugerem que a erva-mate foi capaz de proteger o DNA contra danos oxidativos, aumentou as defesas antioxidantes, melhorou a função hepática em ratos superalimentados na lactação, talvez através da modulação da sinalização hipotalâmica da insulina podendo ser, portanto, uma importante ferramenta para prevenção e tratamento de doenças relacionadas ao estresse oxidativo.

Papel do sistema renina-angiotensina e do desequilíbrio redox em modelo experimental de pré-eclâmpsia induzida por L-NAME

Pré-eclâmpsia (PE), uma síndrome sistêmica da gestação caracterizada por proteinúria e hipertensão, está associada a uma significativa mortalidade tanto materna quanto fetal. Eentretanto, sua fisiopatologia ainda não é totalmente compreendida. Apesar de um expressivo aumento da atividade do sistema renina-angiotensina (SRA) na gestação normal, a pressão arterial não aumenta. Além disso, a redução da pressão de perfusão intra-uterina promove um aumento na liberação de espécies reativas de oxigênio que podem contribuir para a hipertensão na gestação. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi estudar o papel do SRA vascular, assim como, do estresse oxidativo plasmático, cardiorenal e placentário para a regulação cardiovascular materna em ratas normotensas e em modelo de PE induzida por L-NAME. Foi observado um aumento da pessão arterial em animais que receberal L-NAME. As ratas grávidas + L-NAME apresentaram um menor ganho de massa corporal durante a gestação, menor múmero de filhotes vivos, maior número de abortos, menor massa placentária total e fetos com menor massa corporal. Foi observada uma redução na resposta vasodilatadora induzida por acetilcolina (ACh) e angiotensina (Ang) II, aumento na resposta vasodilatadora induzida por nitroglicerina (NG) e aumento na resposta vasoconstritora induzida por fenilefrina (Phe) e Ang II em LAM de ratas grávida e não grávidas que receberam L-NAME. Não foi observada diferença na expressão dos receptores AT1 e AT2 e das enzimas ECA, ECA2 e eNOS. Foi observado um aumento na concentração plasmática de renina e bradicinina (BK) em ratas grávidas + L-NAME e uma redução na concentração de Ang 1-7. As ratas grávidas e grávidas + L-NAME apresentaram um aumento nos níveis séricos de estradiol. Os níveis de malondialdeído e carbonilação de proteínas estava aumentados e a atividade das enzimas antioxidantes SOD e GPx estavam reduzidas em ratas grávidas e não grávidas que receberam L-NAME. A atividade da CAT não apresentou diferença entre os grupos. Em conclusão, uma redução na vasodilatação induzida pela Ang II associada a um aumento da vasoconstrição promovida por este peptídeo, sugerem uma contribuição do SRA no desenvolvimento das complicações características da PE observadas no modelo experimental de PE induzido por L-NAME. Do mesmo modo, a peroxidação lipídica e oxidação de proteínas aumentadas, assim como, as atividades enzimáticas antioxidantes reduzidas sugerem a contribuição de uma defesa antioxidante comprometida e um dano oxidativo aumentado para o desenvolvimento da hipertensão e disfunção endotelial, aumento da mortalidade fetal e retardo do crescimento intra-uterino observados no modelo de PE estudado.

Alterações eritrocitárias induzidas pelo exercício físico

Evidências crescentes têm demonstrado que o exercício prejudica a estrutura da membrana eritrocitária, como consequência do aumento do estresse físico e químico. O óxido nítrico (NO) derivado dos eritrócitos afeta a fluidez da membrana e a sua biodisponibilidade depende do equilíbrio entre a sua síntese e eliminação por espécies reativas de oxigênio. Nós investigamos se o exercício realizado em diferentes intensidades afetaria biodisponibilidade do NO eritrocitário e se levaria a um quadro de estresse oxidativo. Dez homens (26 4 anos, VO2pico 44,1 4,3 mL.kg-1.min-1) realizaram um teste cardiopulmonar máximo em esteira e um teste de exercício submáximo a 70% VO2pico durante 30 min. O sangue foi coletado em repouso e imediatamente após os exercícios para isolamento dos eritrócitos. O exercício máximo aumentou a contagem de eritrócitos, hemoglobina e hematócrito, sem levar a qualquer alteração na massa corporal que pudesse sugerir hemoconcentração devido a uma redução do volume plasmático. Observou-se uma diminuição do influxo de L-arginina depois do teste submáximo, mas não no teste máximo. No entanto, a atividade da óxido nítrico sintase, ou seja, a produção de NO, foi aumentada após o teste máximo. Os níveis de GMPc não se alteraram após ambos os teste de exercício. Em relação aos biomarcadores de estresse oxidativo, o exercício submáximo reduziu a oxidação proteica e aumentou a atividade da catalase e a expressão da glutationa peroxidase, enquanto que o exercício máximo levou a uma maior peroxidação lipídica e diminuição da atividade da SOD. Nem a atividade glutationa peroxidase ou a expressão NADPH oxidase foram afetadas pelo exercício. Estes resultados sugerem que o exercício induziu alterações no estresse oxidativo de eritrócitos, que parecem estar mais associadas com a intensidade do que a duração do execicio. Além disso, nas intensidades recomendadas para a promoção da saúde, o exercício mostrou ser protetor, aumentando a atividade e a expressão de enzimas antioxidantes importantes e reduzindo os danos oxidativos.

Estudo do efeito do transplante de células mononucleares de medula óssea na bioenergética mitocondrial de ratos com fibrose hepática

A disfunção mitocondrial tem sido associada a várias doenças, incluindo a colestase hepática, caracterizada pela ativação de células de Kupffer e células fibrogênicas, as quais produzem matriz extracelular excessiva. O acúmulo de sais biliares tóxicos no parênquima hepático leva à lesão crônica com dano mitocondrial, redução da síntese de ATP, aumento de espécies reativas de oxigênio (ROS) e apoptose, resultando em comprometimento da função hepática. Trabalhos anteriores do nosso grupo mostraram o efeito positivo do transplante de células mononucleares da medula óssea (CMMO) na resolução da fibrose hepática e recuperação da função hepática em ratos com colestase, induzida pela ligadura de ducto biliar (LDB). Assim, o presente estudo teve como objetivo analisar a bioenergética mitocondrial após o transplante de CMMO no fígado de ratos com fibrose induzida por ligadura de ducto bilar (LDB). Ratos Wistar machos foram divididos em quatro grupos: animais normais, animais com fibrose hepática após 14 e 21 dias de LDB (F14d e F21d, respectivamente), e animais que após 14 dias de LDB receberam 1x107 CMMO, e foram eutanasiados sete dias após. Nossos dados demonstraram aumento do conteúdo de colágeno tipo I no grupo F21d em relação ao grupo normal, indicativo de fibrose, e sua diminuição após o transplante de CMMO. A análise da fisiologia mitocondrial do fígado mostrou diminuição significativa da taxa respiratória máxima estimulada por ADP (estado 3) nos grupos F14d e F21d, indicando redução da capacidade de oxidação de carboidratos e ácidos graxos. Além disso, a razão do controle respiratório (RCR), indicativa de acoplamento da fosforilação oxidativa com a produção de ATP, apresentou-se significativamente diminuída nos grupos F14d e F21d, sugerindo desacoplamento mitocondrial. No entanto, o transplante de CMMO aumentou significativamente nestes grupos tanto a capacidade oxidativa quanto o acoplamento mitocondrial a níveis semelhantes aos do grupo normal. Estes resultados foram confirmados por análise de western blotting, que mostrou aumento significativo no conteúdo de UCP2 e diminuição do conteúdo de PGC-1α no grupo F21d, com consequente restauração após o transplante de CMMO. Além disso, os resultados mostraram um aumento significativo do conteúdo de 4-HNE no grupo F14d com redução após o transplante CMMO. Assim, podemos concluir que o transplante de CMMO tem um efeito positivo sobre a bioenergética mitocondrial de fígados de ratos com colestase, com aumento da capacidade oxidativa e redução do estresse oxidativo, o que, por sua vez, contribui para a recuperação da função hepática.

Alterações na biodisponibilidade de óxido nítrico e no estresse oxidativo em plaquetas de mulheres na pós-menopausa

O risco de desenvolver doença cardiovascular aumenta com o avançar da idade, sendo exponencialmente maior em mulheres após a menopausa em relação a mulheres em idade reprodutiva. Esse aumento pode ser, em parte, explicado por uma hiperatividade plaquetária e disfunção endotelial nessas mulheres. Em plaquetas, o óxido nítrico é uma molécula essencial para a inibição da sua ativação e agregação; cuja biodisponibilidade depende de sua síntese e inativação por espécies reativas de oxigênio. Assim, o presente estudo visa determinar os efeitos da menopausa sobre a função plaquetária, biodisponibilidade de óxido nítrico e estresse oxidativo. Para tal, a amostra foi constituída por mulheres sendo elas 15 jovens entre 20 e 40 anos (grupo controle), 12 mulheres entre 45 e 60 anos pós-menopausadas há no mínimo 12 meses que não faziam uso de reposição hormonal e que não possuíam fatores de risco para doença cardiovascular. Os resultados demonstraram que mulheres pós-menopausadas apresentam uma hiperagregação plaquetária induzida por colágeno em relação a mulheres jovens. Essas mulheres também apresentaram o influxo de L-arginina aumentado em relação ao grupo controle. No entanto, a atividade da enzima óxido nítrico sintase estava diminuída nas mulheres após a menopausa, assim como os níveis plasmáticos de L-arginina. A expressão das enzimas iNOS e eNOS não diferiu significativamente entre os grupos. A expressão das subunidades 1 e 1 da enzima guanilato ciclase, e a fosfodiesterase 5 não se apresentaram diferentes entre os grupos. A expressão das enzimas glutationa peroxidase, subunidades gp91phox e p47phox da NADPH oxidase não estavam alteradas em plaquetas de mulheres pós-menopausadas, já a catalase estava mais expressa neste grupo. Em relação à atividade das enzimas antioxidantes, foi observado um aumento na superóxido dismutase em mulheres pós-menopausadas. Esse grupo apresentou ainda níveis mais elevados de grupamentos sulfidrila. Já em relação a danos proteicos não foi possível observar diferença entre os grupos. Dessa forma, esses resultados podem contribuir para uma melhor compreensão da hiperagregação plaquetária observada nas mulheres após a menopausa, o que, por sua vez, pode contribuir para a elucidação de mecanismos envolvidos na morbidade e mortalidade cardiovascular elevada nessa população.

Ultraviolet-B exposure induces photo-oxidative damage and subsequent repair strategies in a desert cyanobacterium Microcoleus vaginatus Gom.

Biological soil crusts are important in reversing desertification. Ultraviolet radiation, however, may be detrimental for the development of soil crusts. The cyanobacterium Microcoleus vaginatus can be a dominant species occurring in desert soil crusts all over the world. To investigate the physico-chemical consequences of ultraviolet-B radiation on M. vaginatus, eight parameters including the contents of chlorophyll a, reactive oxygen species, malondialdehyde and proline, as well as the activities of photosynthesis, superoxide dismutase (EC 1.15.1.1), peroxiclase (EC 1.11.1.7) and catalase (EC 1.11.1.6) were determined. As shown by the results of determinations, ultraviolet-B radiation caused decreases both in contents of chlorophyll a and in ratios of variable fluorescence over maximum fluorescence that indicate the growth and photosynthesis of M. vaginatus, besides, increases both in levels of reactive oxygen species and in contents of malondialdehyde and proline, while intensified activities of superoxide dismutase, peroxiclase and catalase reflecting the abilities of enzymatic preventive substances to oxidative stress of the treated cells. Therefore, ultraviolet-B radiation affects the growth of M. vaginatus and leads to oxidative stress in cells. Under ultraviolet-B radiation, the treated cells can improve their antioxidant abilities to alleviate oxidative injury. The change trends of reactive oxygen species, superoxide dismutase, peroxiclase and catalase are synchronous. These results suggest that a balance between the antioxidant system and the reactive oxygen species content may be one part of a complex stress response pathway in which multiple environmental factors including ultraviolet-B radiation affect the Survival of M. vaginatus. (C) 2009 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

The first study on the effects of microcystin-RR on gene expression profiles of antioxidant enzymes and heat shock protein-70 in Synechocystis sp PCC6803

Microcystins are heptapeptide toxins produced by cyanobacteria. Microcystin-RR(MC-RR) is a common variant among the 80 variants identified so far. There have been many investigations documenting the toxic effects of microcystins on animals and higher plants, but little is known on the toxic effects of microcystins on algae, especially at molecular level. We studied the effects of MC-RR on gene expression profile of a few antioxidant enzymes and heat shock protein-70 (Hsp70) in Synechocystis sp. PCC6803. After two days post-exposure, a high dose toxin (5 mg/l, about 4.8 x 10(-3) mM) significantly increased expression levels of the genes gpx1, sodB, katG, acnB, gamma-TMTand dnaK2, while a relatively low dose toxin (1 mg/l, about 9.63 x 10(-4) mM) induced a moderate and slow increase of gene expression. Our results indicate that MC-RR could induce the oxidative stress in Synechocystis sp. PCC6803 and the increase in gene expression of antioxidant enzymes and Hsp70 might protect the organism from the oxidative damage. in addition, cell aggregation was observed during the early period of exposure, which might be a specific oxidative stress reaction to MC-RR. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effects of pure microcystin-LR on the transcription of immune related genes and heat shock proteins in larval stage of zebrafish (Danio rerio)

Microcystins (MCs) are cyanobacterial toxins in water blooms that have received increasing attention as a public biohazard for human and animal health. Previous studies were mainly focused on the toxic effects on adult fish, rather than juvenile or larvae, and the response of fish immune system were usually neglected. This paper presents the first data of the effects of microcystin-LR (MC-LR) on transcription of several genes essential for early lymphoid development (Rag1, Rag2, Ikaros, GATA1, Lck and TCR alpha) and heat shock proteins (HSP90, HSP70, HSP60, HSP27) in zebrafish larvae. Relative changes of mRNA transcription were analyzed by real time PCR. The transcription of Rag1, Rag2, Ikaros, GATA1, Lck and TCR alpha were up-regulated when following exposure to 800 mu g/L MC-LR, which may indicate that specific lymphocytes differentiation and TCR/lg arrangement are induced to counteract the toxic effects of MC-LR. It was also interesting to note the dramatically increased transcription of HSP90. HSP70, HSP60 and HSP27, which may indicate their important roles as molecular chaperones under oxidative stress. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

The profound effects of microcystin on cardiac antioxidant enzymes, mitochondrial function and cardiac toxicity in rat

Deaths from microcystin toxication have widely been attributed to hypovolemic shock due to hepatic interstitial hemorrhage, while some recent studies suggest that cardiogenic complication is also involved. So far, information on cardiotoxic effects of MC has been rare and the underlying mechanism is still puzzling. The present study examined toxic effects of microcystins on heart muscle of rats intravenously injected with extracted MC at two doses, 0.16LD(50) (14 mu g MC-LReq kg(-1) body weight) and 1LD(50) (87 mu g MC-LReq kg(-1) body weight). In the dead rats, both TTC staining and maximum elevations of troponin I levels confirmed myocardial infarction after MC exposure, besides a serious interstitial hemorrhage in liver. In the 1LD(50) dose group, the coincident falls in heart rate and blood pressure were related to mitochondria dysfunction in heart, while increases in creatine kinase and troponin I levels indicated cardiac cell injury. The corresponding pathological alterations were mainly characterized as loss of adherence between cardiac myocytes and swollen or ruptured mitochondria at the ultrastructural level. MC administration at a dose of 1LD(50) not only enhanced activities and up-regulated mRNA transcription levels of antioxidant enzymes, but also increased GSH content. At both doses, level of lipid peroxides increased obviously, suggesting serious oxidative stress in mitochondria. Simultaneously. complex I and III were significantly inhibited, indicating blocks in electron flow along the mitochondrial respiratory chain in heart. In conclusion, the findings of this study implicate a role for MC-induced cardiotoxicity as a potential factor that should be considered when evaluating the mechanisms of death associated with microcystin intoxication in Brazil. (C) 2009 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Cloning, characterization, and gene expression analysis of a novel cadmium metallothionein gene in Tetrahymena pigmentosa

A novel cadmium-inducible metallothionein (MT) gene (Tpig-MT1) was cloned and sequenced from the ciliate Tetrahymena pigmentosa. The number of deduced amino acids is 118. The polypeptide possesses CCC and CC clusters characteristic of typical Tetrahymena Cd-inducible MTs. The structure of Tpig-MT1 is different from the reported Cd-MT in T. pyriformis, T. thermophila and T. pigmentosa. Tpig-MT1 contains two intragenic tandem repeats with 72.9% identity described as Tpig-MT1 (repeat A1) and Tpig-MT1 (repeat A2). The transcriptional response of Tpig-MT1 gene to different heavy metals (Cd, Cu, Zn, Hg, Pb) and oxidative stress (H2O2) was measured using real-time quantitative PCR. The results showed that the gene was quickly induced (1 h) by the five heavy metals and the order of expression level was Hg>Pb>Cd>Cu>Zn. The induction effect of H2O2 was 5-fold after about 15 min, but soon decreased to a non-significant level (30 min). The genetic diversity of Tetrahymena MT genes is discussed in relation to the unique structure of the Tpig-MT1 gene and other reported Cd-MT isoforms. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

In vivo studies on the toxic effects of microcystins on mitochondrial electron transport chain and ion regulation in liver and heart of rabbit

This study examined the toxic effects of microcystins on mitochondria of liver and heart of rabbit in vivo. Rabbits were injected i.p. with extracted microcystins (mainly MC-RR and -LR) at two doses, 12.5 and 50 MCLReq. mu g/kg bw, and the changes in mitochondria of liver and heart were studied at 1, 3,12, 24 and 48 h after injection. MCs induced damage of mitochondrial morphology and lipid peroxidation in both liver and heart. MCs influenced respiratory activity through inhibiting NADH dehydrogenase and enhancing succinate dehydrogenase (SDH). MCs altered Na+-K+-ATPase and Ca2+-Mg2+-ATPase activities of mitochondria and consequently disrupted ionic homeostasis, which might be partly responsible for the loss of mitochondrial membrane potential (MMP). MCs were highly toxic to mitochondria with more serious damage in liver than in heart. Damage of mitochondria showed reduction at 48 h in the low dose group, suggesting that the low dose of MCs might have stimulated a compensatory response in the rabbits. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Acute effects of microcystins on the transcription of antioxidant enzyme genes in crucian carp Carassius auratus

Recent evidences suggested that oxidative stress may play a significant role in the pathogenesis of MCs toxicity. In the present study, the acute effects of microcystins on the transcription of antioxidant enzyme genes were investigated in liver of crucian carp i.p.-injected with 50 mu g MC-LReq per kg body weight (BW). We reported the cDNA sequences for four kinds of antioxidant enzyme (GSH-PX, CAT, Cu/Zn SOD, and GR) genes, and evaluated the oxidant stress induced by MCs through analyzing the transcription abundance of antioxidant enzyme genes using real-time PCR method. The time-dependent change of relative transcription abundance and expression of the antioxiclant enzyme genes were determined at 1, 3, 12, 24, and 48 h. The transcription abundance varied among antioxiclant enzymes, with GSH-PX and GR down-regulation, and CAT and SOD significantly upregulation. Based on these data, we tentatively concluded that the oxidant stress was induced by MCs, and caused the different response of the antioxiclant enzyme genes. (c) 2008 Wiley Periodicals, Inc.