Specific Interaction with Cardiolipin Triggers Functional Activation of Dynamin-Related Protein 1

Dynamin-Related Protein 1 (Drp1), a large GTPase of the dynamin superfamily, is required for mitochondrial fission in healthy and apoptotic cells. Drp1 activation is a complex process that involves translocation from the cytosol to the mitochondrial outer membrane (MOM) and assembly into rings/spirals at the MOM, leading to membrane constriction/division. Similar to dynamins, Drp1 contains GTPase (G), bundle signaling element (BSE) and stalk domains. However, instead of the lipid-interacting Pleckstrin Homology (PH) domain present in the dynamins, Drp1 contains the so-called B insert or variable domain that has been suggested to play an important role in Drp1 regulation. Different proteins have been implicated in Drp1 recruitment to the MOM, although how MOM-localized Drp1 acquires its fully functional status remains poorly understood. We found that Drp1 can interact with pure lipid bilayers enriched in the mitochondrion-specific phospholipid cardiolipin (CL). Building on our previous study, we now explore the specificity and functional consequences of this interaction. We show that a four lysine module located within the B insert of Drp1 interacts preferentially with CL over other anionic lipids. This interaction dramatically enhances Drp1 oligomerization and assembly-stimulated GTP hydrolysis. Our results add significantly to a growing body of evidence indicating that CL is an important regulator of many essential mitochondrial functions.

Sinalização da grelina no coração de camundongos obesos após hipernutrição durante a lactação

A grelina é um ligante endógeno do receptor secretagogo do hormônio do crescimento (GHSR), potente estimulador da liberação do hormônio de crescimento (GH), ingestão alimentar, e adiposidade. Além disso, sua ação hormonal inclui regulação do metabolismo energético cardíaco. Entretanto, a hipernutrição no início da vida leva ao desenvolvimento da obesidade, induz hipertrofia cardíaca, compromete a função cardíaca, e gera insuficiência cardíaca na vida adulta. Avaliar proteínas chaves no processo de sinalização da grelina no remodelamento cardíaco no coração de camundongos obesos após a hipernutrição na lactação. A obesidade foi induzida por redução de ninhada e camundongos adultos (180 dias) foram divididos em: grupo hiperalimentado, GH com obesidade decorrente de hipernutrição na lactação e controle, GC. Cardiomiócitos (cmi) do ventrículo esquerdo foram analisados por microscopia de luz e estereologia, o conteúdo e fosforilação de proteínas cardíacas: receptor de grelina (hormônio do crescimento secretagogo receptor 1a, GHSR-1a), proteína quinase-B (AKT e pAKT), phosphatidil inositol 3-quinase (PI3K), proteína quinase ativada por AMP (AMPK e pAMPK), m-TOR, pmTOR, Bax, Bcl2 e actina foram analizados por western blotting. A expressão gênica do GHSR-1a foi analisada por PCR em tempo real. A respirometria de alta resolução dos cardiomiócitos foi analisada por oxígrafo OROBOROS. Significância estatística (P< 0,05) determinada por teste t-Student não-pareado. Nossos dados demonstram que a hipernutrição na lactação induz aumento no peso corporal, iniciado aos 10 dias de idade, persistindo até os 180 dias de idade. A glicemia, peso do fígado, e da gordura visceral foram maiores no grupo GH. Além disso, o grupo GH também apresentou aumento no peso do coração e razão peso do coração/CT (comprimento da tíbia), indicando hipertrofia e remodelamento cardíaco, aumento na expressão e conteúdo de GHSR-1a no coração, associado ao maior conteúdo de PI3K e maior conteúdo e fosforilação de AKT, diminuição no conteúdo de Bcl2. Em contraste, o conteúdo e fosforilação da AMPK e mTOR no coração não foram diferentes entre os grupos. Os níveis de grelina plasmático no GH foram menores. A respiração do GH com grelina foi menor que no GC com grelina. A incubação das fibras cardíacas com grelina resultou em aumento do fluxo respiratório após adição de citocromo c nos grupos com grelina, indicando dano à membrana mitocondrial e extravazamento de citocromo c. Os grupos GC com grelina e GH sem grelina apresentaram RCR menor comparado ao GC sem grelina, indicando desacoplamento mitocondrial. Nossos resultados mostram que a hipernutrição na lactação induz diminuição do nível de grelina plasmática e aumento da expressão do GHS-R1a no cardiomiócito do animal quando adulto. Tal processo determina aumento da sensibilidade a grelina no coração, processo que ocorre independentemente de variações do AMPK e mTOR. Sugerimos uma redução no efeito protetor da ação da grelina na AMPK. Também, demonstramos que o remodelamento do miocárdio nestes animais adultos associa-se a GHSR-1a, PI3K, e fosforilação da AKT, mas não com AMPK e mTOR na vida adulta.

Papel de metaloproteases de Estreptococos do grupo B na interação,viabilidade celular e indução de apoptose e necrose em células endoteliais e epiteliais humanas

Estreptococos do grupo B (EGB) é a principal causa de sepse e meningite neonatal e tem sido recentemente reconhecido como patógeno responsável por infecções invasivas em adultos imunocomprometidos (idosos ou portadores de doenças crônicas). Os EGB produzem inúmeras enzimas extracelulares, várias das quais interagem com o sistema imune do hospedeiro e são importantes durante a interação EGB-hospedeiro, bem como para o desenvolvimento da doença. Estudos anteriores mostraram que metaloproteases estão envolvidas em várias vias metabólicas em diferentes tipos celulares. Por esta razão, nós decidimos investigar o possível envolvimento de metaloproteases de EGB durante a interação celular e apoptose/necrose induzida pelo micro-organismo em células endoteliais da veia umbilical humana (HUVEC) e da linhagem de epitélio respiratório (A549). Tratamento de EGB com inibidores de metaloproteases (EDTA, EGTA e FEN) não induziu alterações no crescimento bacteriano, mas promoveu alterações na expressão de proteínas de superfície, capacidade adesiva e perfil de sobrevivência intracelular do patógeno. O EGB e o sobrenadante do crescimento bacteriano (meio condicionado; MC) promoveram a morte das células HUVEC e A549. Contudo, o tratamento com inibidores de metaloproteases restauraram a viabilidade celular induzida pelos EGB e o MC, sugerindo que metaloproteases bacteriana estão envolvidas no rompimento da barreira celular, promovendo a disseminação bacteriana. Este trabalho descreve pela primeira vez apoptose e necrose induzidas pelo EGB e MC em HUVEC e células A549 após 24h de incubação, respectivamente. Nós também observamos redução da pró-caspase-3 após infecção das HUVEC com EGB e MC, sugerindo ativação da caspase-3. Além disso, o aumento da expressão da proteína pró-apoptótica Bax e diminuição dos níveis da proteína anti-apoptótica Bcl-2 em HUVEC, demonstram o envolvimento do mecanismo apoptótico mitocondrial (via intrínseca). A melhor compreensão das bases moleculares da patogênese do EGB contribui para identificar novas moléculas bacterianas e hospedeiras que podem representar novos alvos terapêuticos ou imunoprofiláticos contra a doença causada por esse patógeno neonatal.

CGP37157, an inhibitor of the mitochondrial Na+/Ca2+ exchanger, protects neurons from excitotoxicity by blocking voltage-gated Ca2+ channels

Inhibition of the mitochondrial Na+/Ca2+ exchanger (NCLX) by CGP37157 is protective in models of neuronal injury that involve disruption of intracellular Ca2+ homeostasis. However, the Ca2+ signaling pathways and stores underlying neuroprotection by that inhibitor are not well defined. In the present study, we analyzed how intracellular Ca2+ levels are modulated by CGP37157 (10 mu M) during NMDA insults in primary cultures of rat cortical neurons. We initially assessed the presence of NCLX in mitochondria of cultured neurons by immunolabeling, and subsequently, we analyzed the effects of CGP37157 on neuronal Ca2+ homeostasis using cameleon-based mitochondrial Ca2+ and cytosolic Ca2+ ([Ca2+](i)) live imaging. We observed that NCLX-driven mitochondrial Ca2+ exchange occurs in cortical neurons under basal conditions as CGP37157 induced a decrease in [Ca-2](i) concomitant with a Ca2+ accumulation inside the mitochondria. In turn, CGP37157 also inhibited mitochondrial Ca2+ efflux after the stimulation of acetylcholine receptors. In contrast, CGP37157 strongly prevented depolarization-induced [Ca2+](i) increase by blocking voltage-gated Ca2+ channels (VGCCs), whereas it did not induce depletion of ER Ca2+ stores. Moreover, mitochondrial Ca2+ overload was reduced as a consequence of diminished Ca2+ entry through VGCCs. The decrease in cytosolic and mitochondrial Ca2+ overload by CGP37157 resulted in a reduction of excitotoxic mitochondrial damage, characterized here by a reduction in mitochondrial membrane depolarization, oxidative stress and calpain activation. In summary, our results provide evidence that during excitotoxicity CGP37157 modulates cytosolic and mitochondrial Ca2+ dynamics that leads to attenuation of NMDA-induced mitochondrial dysfunction and neuronal cell death by blocking VGCCs.

Estudo estrutural e funcional das proteínas ligadoras de ácidos graxos (FABP- Fatty Acid Binding Proteins) de Fasciola hepatica

As proteínas ligadoras de ácidos graxos (Fatty Acid Binding Proteins, FABPs) de parasitos têm um papel importante no processo de infecção por estes organismos. Por este motivo, estas proteínas são antígenos candidatos para vacina contra a infecção por Schistosoma mansoni e Fasciola hepatica. No presente trabalho foram caracterizadas FABPs de F. hepatica e comparadas com a proteína Sm14 de S. mansoni, a FABP de parasito melhor caracterizada, mediante análise de sequências e estruturas modeladas. Também foram clonadas, expressas e purificadas as FABPs tipo 1 e tipo 3 de F. hepatica. Os resultados do presente estudo indicam que a FABP tipo 3 de F. hepatica é relacionada estrutural, imunológica e funcionalmente com a Sm14, um candidato vacinal amplamente estudado. Devido à importância da Sm14 como alvo para o desenvolvimento de vacina para a esquistossomose, as características apresentadas pela FhFABP3 de F. hepatica apontam esta proteína como um candidato importante também para o desenvolvimento de uma vacina contra a fasciolose

Disfunção mitocondrial e cardíaca em camundongos induzida por dieta rica em ácidos graxos poliinsaturados

Indivíduos obesos apresentam maior risco de morbidade e mortalidade atribuída às doenças cardiovasculares. A composição da dieta é um fator que prediz o fenótipo cardíaco em resposta a obesidade e, o tipo de ácido graxo pode afetar de forma diferencial a estrutura e a função do miocárdio. Estudos têm mostrado que a disfunção mitocondrial exerce um papel chave na patogênese da insuficiência e hipertrofia cardíaca, e as alterações mitocondriais observadas em falhas cardíacas apontam para defeitos em sítios específicos da cadeia transportadora de elétrons. Desta forma, o objetivo deste estudo foi avaliar a função contrátil ventricular em camundongos, alimentados com dieta hiperlipídica, rica em ácidos graxos poliinsaturados, buscando elucidações através da bioenergética mitocondrial. Após desmame, camundongos machos C57Bl/6 passaram a receber dieta manipulada contendo 7% (C) ou 19% (HF) de óleo de soja, até os 135 dias de idade. A ingestão alimentar e a massa corporal foram monitoradas e foi realizado teste de tolerância à glicose. No final do período experimental, os animais foram anestesiados e submetidos à avaliação da composição corporal por Absortimetria de Raios X de Dupla Energia (DXA), e em seguida, sacrificados por exsanguinação. No plasma foram determinados o perfil lipídico e a insulina. O coração, o tecido adiposo intra-abdominal e o subcutâneo foram coletados, pesados, processados para análise histomorfológica. Fibras cardíacas do ventrículo esquerdo foram utilizadas para análise da respiração mitocondrial através de oxígrafo. O coração também foi utilizado para a técnica de perfusão de coração isolado de Langendorff, e para análise da expressão de proteínas relacionadas à bioenergética de cardiomiócitos, através de Western Blotting. O índice de HOMA e de adiposidade foram calculados. O grupo HF apresentou maior adiposidade, sem alteração na ingestão alimentar. Foi observada intolerância a glicose, hiperinsulinemia e resistência à insulina, além de alterações desfavoráveis no perfil lipídico. Foi observado alteração na morfologia cardíaca e quadro de cardiomiopatia hipertrófica, refletindo em alteração hemodinâmica, determinando maior contratilidade, maior pressão ventricular e função diastólica prejudicada. Em relação à atividade mitocondrial dos cardiomiócitos foi observada menor oxidação de carboidratos (-47%) e de ácidos graxos (-60%). Porém, sem alteração na expressão de proteínas relacionadas à bioenergética de cardiomiócitos, CPT1, UCP2, GLUT1, GLUT4, AMPK e pAMPK. A partir desses resultados, concluímos que o tipo e a quantidade de ácidos graxos predizem o fenótipo cardíaco na obesidade, promovendo alteração na capacidade oxidativa mitocondrial, na morfologia e na hemodinâmica cardíaca

Evolutionary associations between sand seatrout (Cynoscion arenarius) and silver seatrout (C. nothus) inferred from morphological characters, mitochondrial DNA, and microsatellite markers

The evolutionary associations between closely related fish species, both contemporary and historical, are frequently assessed by using molecular markers, such as microsatellites. Here, the presence and variability of microsatellite loci in two closely related species of marine fishes, sand seatrout (Cynoscion arenarius) and silver seatrout (C. nothus), are explored by using heterologous primers from red drum (Sciaenops ocellatus). Data from these loci are used in conjunction with morphological characters and mitochondrial DNA haplotypes to explore the extent of genetic exchange between species offshore of Galveston Bay, TX. Despite seasonal overlap in distribution, low genetic divergence at microsatellite loci, and similar life history parameters of C. arenarius and C. nothus, all three data sets indicated that hybridization between these species does not occur or occurs only rarely and that historical admixture in Galveston Bay after divergence between these species was unlikely. These results shed light upon the evolutionary history of these fishes and highlight the genetic properties of each species that are influenced by their life history and ecology.

Mitochondrial DNA markers to identify commercial spiny lobster species (Panulirus spp.) from the Pacific coast of Mexico: an application on phyllosoma larvae

Molecular markers based on mitochondrial DNA (mtDNA) are extensively used to study genetic relationships. mtDNA has been used in phylogenetic studies to understand the evolutionary history of species because it is maternally inherited and is not subject to genetic recombination (Gyllensten et al., 1991). The high mutation rate of mtDNA makes it a useful tool for differentiating between closely related species (Brown et al., 1979)—a tool that is especially important when significant variations occur between species, but not within species (Hill et al., 2001; Blair et al., 2006; Chow et al., 2006a).

Comparing the identification of southern California juvenile rockfishes (genus Sebastes spp.) by restriction site analysis of the mitochondrial ND3/ND4 region and by morphological characteristics

Rockfish (Sebastes spp.) juveniles are often difficult to identify by using morphological characters. This study independently applies morphological characters and a key based on mitochondrial restriction site variation to identify juvenile rockf ishes collected in southern California during juvenile rockfish surveys. Twenty-four specimens of Sebastes were examined genetically without knowledge of the morphological assignment. Seventeen fish were identified genetically as S. semicinctus, S. goodei, S. auriculatus, S. jordani, S. levis, S. rastrelliger, and S. saxicola. Identities for the remaining fish were narrowed to two or three species: 1) three fish were either S. carnatus or S. chrysomelas; 2) one fish was either S. chlorosticus, S. eos, or S. rosenblatti; and 3) three fish could have been either S. hopkinsi or S. ovalis, the latter for which we now have distinguishing mitochondrial markers. The genetic and morphological assignments concurred except for the identity of one fish that could only be narrowed down to S. hopkinsi or S. semicinctus by using morphological characters. Genetics excluded more species from multispecies groupings than did the morphological approach, especially species within the subgenus Sebastomus. Species in the genetically unresolvable groups may be similar because of recent divergence or because of interspecies introgression.

Study on the activation mechanism of BCL-2 related ovarian killer (BOK)

BCL-2 family proteins are key regulators of the mitochondrial apoptotic machinery, controlling the mitochondrial outer membrane (MOM) permeabilization (MOMP). BCL-2 related Ovarian Killer (BOK) is a poorly understood pro-apoptotic member of this protein family. It has been reported that BOK localizes predominantly (although not exclusively) at membranes of the endoplasmic reticulum and of the Golgi apparatus. However, it is unclear whether BOK also operates at the MOM to promote apoptosis, as other pro-apoptotic BCL-2 family members do. Basing on the fact that the other two BAX-like pro-apoptotic members have been reported to oligomerize in order to induce MOMP, site-directed mutagenesis was used to generate two point mutations that predictably eliminated BOK’s oligomerization capacity. Then, the effect of such mutations on BOK’s membrane activity was examined using fluorescence spectroscopy.

Relação entre fatores genéticos envolvidos em vias metabólicas mitocondriais e a doença de Parkinson

A doença de Parkinson (DP) é uma das desordens neurodegenerativas mais comuns associada ao envelhecimento, alcançando 2% aos 70 anos. É uma doença caracterizada pela degeneração progressiva de neurônios dopaminérgicos nigrais nos gânglios basais e pela presença de inclusões protéicas citoplasmáticas denominadas corpúsculos e neuritos de Lewy nos neurônios sobreviventes. A etiologia da DP é pouco conhecida, sendo considerada, na maioria dos casos, idiopática. Conhecimentos alcançados nos últimos 15 anos sobre a base genética da DP demonstram, claramente, que os fatores genéticos desempenham um importante papel na etiologia desta desordem. Neste trabalho, rastreamos mutações nos genes que codificam proteínas participantes de vias metabólicas mitocondriais (Parkin, PINK1 e DJ-1) em 136 pacientes brasileiros com manifestação precoce da DP, através do sequenciamento automático e da técnica de MLPA. Avaliamos a presença de variantes de sequência por meio do sequenciamento dos exons 1 a 12 do gene Parkin e dos exons 1 a 8 do gene PINK1. Em Parkin foram identificadas três mutações patogênicas ou potencialmente patogênicas, ambas em heterozigose: p.T240M, p.437L e p.S145N. Em PINK1 não encontramos variantes de ponto patogênicas. Através da técnica de MLPA investigamos alterações de dosagem nos genes Parkin, PINK1 e DJ-1. Identificamos cinco alterações no gene Parkin em quatro pacientes: uma duplicação heterozigota do exon 4 no paciente PAR2256, uma deleção heterozigota do exon 4 no probando PAR2099, uma deleção homozigota do exon 4 na paciente PAR3380 e um probando heterozigoto composto (PAR2396) com duas alterações, uma duplicação do exon 3 e uma deleção dos exons 5 e 6. No gene PINK1 identificamos uma deleção heterozigota do exon 1, que nunca foi descrita na literatura, em um paciente (PAR2083). Não encontramos alteração quantitativa no gene DJ-1. Neste estudo obtivemos uma frequência total de mutações patogênicas (pontuais e de dosagem) nos genes estudados de 7,3%, sendo 6,6% no gene Parkin e 0,7% no gene PINK1.

Pharmacological Blockade of Cannabinoid CB1 Receptors in Diet-Induced Obesity Regulates Mitochondrial Dihydrolipoamide Dehydrogenase in Muscle

Cannabinoid CB1 receptors peripherally modulate energy metabolism. Here, we investigated the role of CB1 receptors in the expression of glucose/pyruvate/tricarboxylic acid (TCA) metabolism in rat abdominal muscle. Dihydrolipoamide dehydrogenase (DLD), a flavoprotein component (E3) of alpha-ketoacid dehydrogenase complexes with diaphorase activity in mitochondria, was specifically analyzed. After assessing the effectiveness of the CB1 receptor antagonist AM251 (3 mg kg(-1), 14 days) on food intake and body weight, we could identified seven key enzymes from either glycolytic pathway or TCA cycle-regulated by both diet and CB1 receptor activity-through comprehensive proteomic approaches involving two-dimensional electrophoresis and MALDI-TOF/LC-ESI trap mass spectrometry. These enzymes were glucose 6-phosphate isomerase (GPI), triosephosphate isomerase (TPI), enolase (Eno3), lactate dehydrogenase (LDHa), glyoxalase-1 (Glo1) and the mitochondrial DLD, whose expressions were modified by AM251 in hypercaloric diet-induced obesity. Specifically, AM251 blocked high-carbohydrate diet (HCD)-induced expression of GPI, TPI, Eno3 and LDHa, suggesting a down-regulation of glucose/pyruvate/lactate pathways under glucose availability. AM251 reversed the HCD-inhibited expression of Glo1 and DLD in the muscle, and the DLD and CB1 receptor expression in the mitochondrial fraction. Interestingly, we identified the presence of CB1 receptors at the membrane of striate muscle mitochondria. DLD over-expression was confirmed in muscle of CB1-/- mice. AM251 increased the pyruvate dehydrogenase and glutathione reductase activity in C2C12 myotubes, and the diaphorase/oxidative activity in the mitochondria fraction. These results indicated an up-regulation of methylglyoxal and TCA cycle activity. Findings suggest that CB1 receptors in muscle modulate glucose/pyruvate/lactate pathways and mitochondrial oxidative activity by targeting DLD.