Evaluation of bioactive sphingolipids in 4-HPR-resistant leukemia cells

Background -- N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR, fenretinide) is a synthetic retinoid with potent pro-apoptotic activity against several types of cancer, but little is known regarding mechanisms leading to chemoresistance. Ceramide and, more recently, other sphingolipid species (e.g., dihydroceramide and dihydrosphingosine) have been implicated in 4-HPR-mediated tumor cell death. Because sphingolipid metabolism has been reported to be altered in drug-resistant tumor cells, we studied the implication of sphingolipids in acquired resistance to 4-HPR based on an acute lymphoblastic leukemia model. Methods -- CCRF-CEM cell lines resistant to 4-HPR were obtained by gradual selection. Endogenous sphingolipid profiles and in situ enzymatic activities were determined by LC/MS, and resistance to 4-HPR or to alternative treatments was measured using the XTT viability assay and annexin V-FITC/propidium iodide labeling. Results -- No major crossresistance was observed against other antitumoral compounds (i.e. paclitaxel, cisplatin, doxorubicin hydrochloride) or agents (i.e. ultra violet C, hydrogen peroxide) also described as sphingolipid modulators. CCRF-CEM cell lines resistant to 4-HPR exhibited a distinctive endogenous sphingolipid profile that correlated with inhibition of dihydroceramide desaturase. Cells maintained acquired resistance to 4-HPR after the removal of 4-HPR though the sphingolipid profile returned to control levels. On the other hand, combined treatment with sphingosine kinase inhibitors (unnatural (dihydro)sphingosines ((dh)Sph)) and glucosylceramide synthase inhibitor (PPMP) in the presence or absence of 4-HPR increased cellular (dh)Sph (but not ceramide) levels and were highly toxic for both parental and resistant cells. Conclusions -- In the leukemia model, acquired resistance to 4-HPR is selective and persists in the absence of sphingolipid profile alteration. Therapeutically, the data demonstrate that alternative sphingolipid-modulating antitumoral strategies are suitable for both 4-HPR-resistant and sensitive leukemia cells. Thus, whereas sphingolipids may not be critical for maintaining resistance to 4-HPR, manipulation of cytotoxic sphingolipids should be considered a viable approach for overcoming resistance.

Structural Basis for Feed-Forward Transcriptional Regulation of Membrane Lipid Homeostasis in Staphylococcus aureus

11 p.

Evaluation of Alpha 1-Antitrypsin and the Levels of mRNA Expression of Matrix Metalloproteinase 7, Urokinase Type Plasminogen Activator Receptor and COX-2 for the Diagnosis of Colorectal Cancer

8 p.

Directed evolution of terpene synthases for non-natural substrates

Terpenes represent about half of known natural products, with terpene synthases catalyzing reactions to increase the complexity of substrates and generate cyclizations of the linear diphosphate substrates, therefore forming rings and stereocenters. With their diverse functionality, terpene synthases may be highly evolvable, with the ability to accept a wide range of non-natural compounds and with high product selectivity. Our hypothesis is that directed evolution of terpene synthases can be used to increase selectivity of the synthase on a specific substrate. In the first part of the work presented herein, three natural terpene synthases, Cop2, BcBOT2, and SSCG_02150, were tested for activity against the natural substrate and a non-natural substrate, called Surrogate 1, and the relative activities on both the natural and non-natural substrates were compared. In the second part of this work, a terpene synthase variant of BcBOT2 that has been evolved for thermostability, was used for directed evolution for increased activity and selectivity on the non-natural substrate referred to as Surrogate 2. Mutations for this evolution were introduced using random mutagenesis, with error prone polymerase chain reactions, and using site-specific saturation mutagenesis, in which an NNK library is designed with a specific active site amino acid targeted for mutation. The mutant enzymes were then screened and selected for enhancement of the desired functionality. Two neutral mutants, 19B7 W367F and 19B7 W118Q, were found to maintain activity on Surrogate 2, as measured by the screen.

Electron flow through cytochrome P450

The cytochromes P450 (P450s) are a remarkable class of heme enzymes that catalyze the metabolism of xenobiotics and the biosynthesis of signaling molecules. Controlled electron flow into the thiolate-ligated heme active site allows P450s to activate molecular oxygen and hydroxylate aliphatic C–H bonds via the formation of high-valent metal-oxo intermediates (compounds I and II). Due to the reactive nature and short lifetimes of these intermediates, many of the fundamental steps in catalysis have not been observed directly. The Gray group and others have developed photochemical methods, known as “flash-quench,” for triggering electron transfer (ET) and generating redox intermediates in proteins in the absence of native ET partners. Photo-triggering affords a high degree of temporal precision for the gating of an ET event; the initial ET and subsequent reactions can be monitored on the nanosecond-to-second timescale using transient absorption (TA) spectroscopies. Chapter 1 catalogues critical aspects of P450 structure and mechanism, including the native pathway for formation of compound I, and outlines the development of photochemical processes that can be used to artificially trigger ET in proteins. Chapters 2 and 3 describe the development of these photochemical methods to establish electronic communication between a photosensitizer and the buried P450 heme. Chapter 2 describes the design and characterization of a Ru-P450-BM3 conjugate containing a ruthenium photosensitizer covalently tethered to the P450 surface, and nanosecond-to-second kinetics of the photo-triggered ET event are presented. By analyzing data at multiple wavelengths, we have identified the formation of multiple ET intermediates, including the catalytically relevant compound II; this intermediate is generated by oxidation of a bound water molecule in the ferric resting state enzyme. The work in Chapter 3 probes the role of a tryptophan residue situated between the photosensitizer and heme in the aforementioned Ru-P450 BM3 conjugate. Replacement of this tryptophan with histidine does not perturb the P450 structure, yet it completely eliminates the ET reactivity described in Chapter 2. The presence of an analogous tryptophan in Ru-P450 CYP119 conjugates also is necessary for observing oxidative ET, but the yield of heme oxidation is lower. Chapter 4 offers a basic description of the theoretical underpinnings required to analyze ET. Single-step ET theory is first presented, followed by extensions to multistep ET: electron “hopping.” The generation of “hopping maps” and use of a hopping map program to analyze the rate advantage of hopping over single-step ET is described, beginning with an established rhenium-tryptophan-azurin hopping system. This ET analysis is then applied to the Ru-tryptophan-P450 systems described in Chapter 2; this strongly supports the presence of hopping in Ru-P450 conjugates. Chapter 5 explores the implementation of flash-quench and other phototriggered methods to examine the native reductive ET and gas binding events that activate molecular oxygen. In particular, TA kinetics that demonstrate heme reduction on the microsecond timescale for four Ru-P450 conjugates are presented. In addition, we implement laser flash-photolysis of P450 ferrous–CO to study the rates of CO rebinding in the thermophilic P450 CYP119 at variable temperature. Chapter 6 describes the development and implementation of air-sensitive potentiometric redox titrations to determine the solution reduction potentials of a series of P450 BM3 mutants, which were designed for non-native cyclopropanation of styrene in vivo. An important conclusion from this work is that substitution of the axial cysteine for serine shifts the wild type reduction potential positive by 130 mV, facilitating reduction by biological redox cofactors in the presence of poorly-bound substrates. While this mutation abolishes oxygenation activity, these mutants are capable of catalyzing the cyclopropanation of styrene, even within the confines of an E. coli cell. Four appendices are also provided, including photochemical heme oxidation in ruthenium-modified nitric oxide synthase (Appendix A), general protocols (Appendix B), Chapter-specific notes (Appendix C) and Matlab scripts used for data analysis (Appendix D).

A via L-arginina-óxido nítrico no transtorno depressivo e sua associação com a função plaquetária e o estresse oxidativo

O transtorno depressivo (TD) é um fator de risco cardiovascular independente que apresenta elevada morbi-mortalidade. Recentes evidências sugerem a participação do óxido nítrico (NO), potente vasodilatador e anti-agregante plaquetário, na patogênese de doenças cardiovasculares e psiquiátricas. A síntese do NO ocorre através da conversão do aminoácido L-arginina em L-citrulina e NO, pela ação da enzima NO sintase (NOS). Esta tese aborda o papel da via L-arginina-NO em plaquetas de pacientes com TD e sua associação com a função plaquetária e estresse oxidativo. Para análise comportamental da depressão em modelo animal, foi utilizado o modelo de estresse pós-natal de separação única (SMU). Os animais foram divididos em quatro grupos para a realização do estudo: Grupo Controle Sedentário (GCS), Grupo Controle Exercício (GCE), Grupo SMU Sedentário (SMUS) e Grupo SMU Exercício (SMUE). O treinamento físico (TF) dos animais englobou 8 semanas, com duração de 30 minutos e uma velocidade de treinamento estabelecida pelo teste máximo (TE). Para o estudo em humanos, 10 pacientes com TD com score Hamilton: 201, (média de idade: 384anos), foram pareados com 10 indivíduos saudáveis (média de idade: 383anos). Os estudos em humanos e animais foram aprovados pelos Comitês de Ética: 1436 - CEP/HUPE e CEUA/047/2010, respectivamente. Foi mensurado em humanos e em animais: transporte de L-arginina, concentração GMPc, atividade das enzimas NOS e superóxido dismutase (SOD) em plaquetas e cortisol sistêmico. Experimentos realizados somente em humanos: expressão das enzimas NOS, arginase e guanilato ciclase através de Western Blotting. A agregação plaquetária foi induzida por colágeno e foi realizada análise sistêmica de proteína C-reativa, fibrinogênio e L-arginina. Para o tratamento estatístico utilizou-se três testes estatísticos para avaliar as diferenças das curvas de sobrevida: Kaplan-Meier, e os testes de Tarone-Ware e Peto-Prentice. Em humanos, houve uma redução do transporte de L-arginina, da atividade das enzimas NOS e SOD, e da concentração de GMPc em plaquetas, e nas concentrações plasmáticas de L-arginina no grupo com TD em relação ao grupo controle. Foi observado um aumento dos níveis plasmáticos de fibrinogênio no TD. Esses resultados demonstram uma inibição da via L-arginina-NO-GMPc e da enzima anti-oxidante SOD em pacientes com TD sem afetar a função plaquetária. Em relação ao TF, para o modelo animal, foram encontradas alterações iniciais quanto à distância percorrida e tempo de execução do TE entre os grupos controles e o grupos SMUs, apresentando estes últimos menores valores para o TE. Após 8 semanas de TF, verificou-se um maior influxo no transporte de L-arginina para o SMUE em comparação ao grupo SMUS. As diferenças observadas para o tempo e a distância percorrida no TE inicial entre os grupos controle e no modelo de estresse foram revertidas após as 8 semanas de TF, demonstrando o efeito benéfico do exercício físico na capacidade cardiorespiratória em modelos de depressão.

The Molecular Basis of Lysine Acetylation: Addition, Removal, and Recognition

Acetyltransferases and deacetylases catalyze the addition and removal, respectively, of acetyl groups to the epsilon-amino group of protein lysine residues. This modification can affect the function of a protein through several means, including the recruitment of specific binding partners called acetyl-lysine readers. Acetyltransferases, deacetylases, and acetyl-lysine readers have emerged as crucial regulators of biological processes and prominent targets for the treatment of human disease. This work describes a combination of structural, biochemical, biophysical, cell-biological, and organismal studies undertaken on a set of proteins that cumulatively include all steps of the acetylation process: the acetyltransferase MEC-17, the deacetylase SIRT1, and the acetyl-lysine reader DPF2. Tubulin acetylation by MEC-17 is associated with stable, long-lived microtubule structures. We determined the crystal structure of the catalytic domain of human MEC-17 in complex with the cofactor acetyl-CoA. The structure in combination with an extensive enzymatic analysis of MEC-17 mutants identified residues for cofactor and substrate recognition and activity. A large, evolutionarily conserved hydrophobic surface patch distal to the active site was shown to be necessary for catalysis, suggesting that specificity is achieved by interactions with the alpha-tubulin substrate that extend outside of the modified surface loop. Experiments in C. elegans showed that while MEC-17 is required for touch sensitivity, MEC-17 enzymatic activity is dispensible for this behavior. SIRT1 deacetylates a wide range of substrates, including p53, NF-kappaB, FOXO transcription factors, and PGC-1-alpha, with roles in cellular processes ranging from energy metabolism to cell survival. SIRT1 activity is uniquely controlled by a C-terminal regulatory segment (CTR). Here we present crystal structures of the catalytic domain of human SIRT1 in complex with the CTR in an apo form and in complex with a cofactor and a pseudo-substrate peptide. The catalytic domain adopts the canonical sirtuin fold. The CTR forms a beta-hairpin structure that complements the beta-sheet of the NAD^+-binding domain, covering an essentially invariant, hydrophobic surface. A comparison of the apo and cofactor bound structures revealed conformational changes throughout catalysis, including a rotation of a smaller subdomain with respect to the larger NAD^+-binding subdomain. A biochemical analysis identified key residues in the active site, an inhibitory role for the CTR, and distinct structural features of the CTR that mediate binding and inhibition of the SIRT1 catalytic domain. DPF2 represses myeloid differentiation in acute myelogenous leukemia. Finally, we solved the crystal structure of the tandem PHD domain of human DPF2. We showed that DPF2 preferentially binds H3 tail peptides acetylated at Lys14, and binds H4 tail peptides with no preference for acetylation state. Through a structural and mutational analysis we identify the molecular basis of histone recognition. We propose a model for the role of DPF2 in AML and identify the DPF2 tandem PHD finger domain as a promising novel target for anti-leukemia therapeutics.

Efeitos de diferentes dietas hiperlipídicas na via L-arginina-óxido nítrico e no stress oxidativo em eritrócitos de camundongos C57BL/6

Introdução: o óxido nítrico (NO) é um gás inorgânico com uma meia-vida curta e tem um papel crítico na manutenção da homeostase vascular e fluidez sanguínea. O NO é sintetizado a partir do aminoácido L-arginina por uma família de enzimas NO sintases (NOS). Estudos têm mostrado que eritrócitos expressam NOS endotelial (eNOS) funcional, que serve como uma fonte de NO intraluminal. Além disso, eritrócitos participam da defesa antioxidante removendo os radicais livres e prevenindo o dano oxidativo às membranas biológicas e a destruição do NO. Dietas hiperlípidicas estão associadas a um risco aumentado de doença cardiovacular e síndrome metabólica, mas os exatos mecanismos não estão completamente esclarecidos. O objetivo deste estudo foi investigar os efeitos de diferentes dietas hiperlípidicas na via L-arginina-NO e o estresse oxidativo em eritrócitos de camundongos. Metodologia: camundongos machos C57BL/6 de três meses de idade receberam diferentes dietas por 10 semanas: dieta normolipídica ou dieta hiperlipídica contendo banha de porco (HB), óleo de oliva (HO), óleo de girassol (HG) ou óleo de canola (HC). Foram analisados o transporte de L-arginina mediado pelos transportadores catiônicos y+ e y+L, a atividade da NOS, a expressão da eNOS e da NOS induzível (iNOS), a formação de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) e a atividade das enzimas antioxidantes catalase (CAT) e superóxido dismutase (SOD). Resultados: o transporte total de L-arginina estava aumentado no grupo HO em comparação aos controles e aos outros grupos com dieta hiperlipídica. Quando o transporte foi fracionado, o sistema y+ estava mais ativado no grupo HO em relação aos controles e outros grupos que receberam dieta hiperlipídica. O transporte de L-arginina via sistema y+L estava maior nos grupos HO, HG e HC comparados aos grupos controle e HB. Adicionalmente, a atividade basal da NOS e a expressão de eNOS estavam aumentadas em eritrócitos independente do tipo de dieta hiperlípidica insaturada. Observou-se uma maior expressão da iNOS no grupo HO comparado ao controle. Em contraste, o grupo HB apresentou uma inibição da via L-arginina-NO. A análise da peroxidação lipídica, através da formação de TBARS, e da atividade da enzima antioxidante CAT não revelou diferenças entre os grupos, ao contrário do grupo HO, que induziu uma ativação de outra enzima antioxidante, a SOD. Conclusões: o presente estudo proporciona a primeira evidência de que os sistemas y+ e y+L regulam o transporte aumentado de L-arginina em eritrócitos de camundongos do grupo HO. Além disso, todas as dietas hiperlipídicas insaturadas induzem um aumento da atividade basal da NOS associada a uma expressão elevada da eNOS. É possível que diferentes mudanças na composição lipídica da membrana plasmática induzidas pelas dietas possam afetar transportadores e enzimas nos eritrócitos. Além disso, a inibição da via L-arginina-NO no grupo HB pode contribuir para o desenvolvimento da aterosclerose, enquanto dietas hiperlipídicas insaturadas podem ter um efeito protetor via aumento da geração de NO.

Efeitos do tratamento periodontal não-cirúrgico na via L-arginina-óxido nítrico e no estresse oxidativo em plaquetas

Estudos publicados nas duas últimas décadas sugerem um aumento do risco de doença cardiovascular (DCV) em pacientes com periodontite, mas os mecanismos fisiopatológicos dessa associação ainda não estão completamente esclarecidos. Uma vez que foi demonstrado aumento da ativação plaquetária e do estresse oxidativo na periodontite, o objetivo do presente estudo foi investigar a via L-arginina-óxido nítrico (NO)- guanosina monofosfato cíclica (GMPc) e parâmetros de estresse oxidativo em plaquetas de pacientes com periodontite, bem como avaliar o efeito do tratamento periodontal não-cirúrgico nessas variáveis. Um total de 10 pacientes sem periodontite (periodontalmente saudáveis ou com gengivite) e 10 pacientes com periodontite participaram do estudo. A avaliação clínica, laboratorial e experimental foi realizada no início do estudo e 90 dias após realização da terapia periodontal básica (grupo periodontite). A avaliação clínica periodontal incluiu registros de: profundidade de bolsa à sondagem (PBS), nível de inserção (NIC), percentual de placa e percentual de sangramento à sondagem. Os seguintes experimentos foram realizados: influxo de L-arginina; atividade e expressão das enzimas óxido nítrico sintase e da arginase; expressão das enzimas guanilato ciclase solúvel e fosfodiesterase 5; determinação dos níveis intraplaquetários de GMPc; agregação plaquetária; avaliação do estresse oxidativo (atividade oxidante total, atividade das enzimas antioxidantes catalase e da superóxido dismutase - SOD); medição dos níveis de proteína C reativa (CRP) e de fibrinogênio. Os resultados obtidos no início do estudo demonstraram ativação do influxo de L-arginina em plaquetas via sistema y+L nos pacientes com periodontite, bem como concentrações intraplaquetárias de GMPc diminuídas e aumento sistêmico da CRP. Após o tratamento periodontal, observou-se redução do percentual de sítios com PBS ≥ 6 mm, NIC 4-5 mm e NIC ≥ 6 mm, aumento nos níveis de GMPc, para níveis comparáveis aos dos pacientes sem periodontite, acompanhado por uma maior atividade das enzimas antioxidantes SOD e catalase. Os demais parâmetros avaliados não apresentaram alterações significativas tanto pré- quanto pós-tratamento. Esses resultados considerados em conjunto sugerem uma menor biodisponibilidade de NO em plaquetas na periodontite e que o tratamento periodontal não-cirúrgico foi capaz de reverter este quadro por um aumento das defesas antioxidantes. Portanto, alterações na via L-arginina-NO-GMPc e no estresse oxidativo podem levar à disfunção plaquetária, que poderia contribuir para um maior risco de DCV nos pacientes com periodontite.

Via L-arginina-óxido nítrico e insuficiência cardíaca: associação ao condicionamento físico

A insuficiência cardíaca (IC) é uma síndrome clínica de elevada incidência e com um prognóstico ruim a longo prazo. Ela é a via final comum da maioria das doenças que acometem o coração, sendo um dos mais importantes desafios clínicos na área da saúde. O óxido nítrico (NO) representa, por intermédio de sua influência sobre o endotélio e as plaquetas, um importante papel na regulação da homeostase vascular. Este gás de meia-vida curta é sintetizado a partir do aminoácido L-arginina, pela enzima NO sintase (NOS), levando à produção de guanosina monofosfato cíclica (GMPc). Estudos mostram que anormalidades na biodisponibilidade de NO em plaquetas podem contribuir para eventos trombóticos, não tendo sido ainda avaliada na IC. Na primeira parte do estudo, o objetivo foi investigar o efeito da IC na atividade e na expressão da NOS em plaquetas, no conteúdo intraplaquetário de GMPc, na agregação plaquetária, além dos parâmetros antropométricos e da composição corporal, das variáveis bioquímicas, dos aminoácidos plasmáticos, do estresse oxidativo (plasma e plaquetas) e da concentração sistêmica de marcadores inflamatórios em 15 pacientes com IC e 15 controles saudáveis. Na segunda parte do estudo, objetivou-se avaliar os efeitos do treinamento físico (TF) regular nessas mesmas variáveis (exceto a expressão da NOS) e nas variáveis hemodinâmicas e respiratórias. Para tal, foram avaliados 15 pacientes com IC que se mantiveram sedentários e 15 pacientes com IC que realizaram 30 minutos de atividade física aeróbia e treinamento contraresistência muscular localizada com pesos livres e máquinas, três vezes por semana, durante 24 semanas. Os resultados da primeira etapa do estudo demonstraram hiperagregabilidade plaquetária induzida tanto por colágeno como por ADP, com aumento do estresse oxidativo, da atividade basal da NOS e da concentração de GMPc, estando os níveis plasmáticos de L-arginina em pacientes com IC diminuído. A expressão da iNOS, estava aumentada em plaquetas de pacientes com IC em relação aos controles saudáveis.Também foi observado aumento da resposta inflamatória, com maiores níveis sistêmicos de proteína C reativa, fibrinogênio, interleucina-6 e fator de necrose tumoral α. Após o período de TF, houve aumento do VO2 máximo e a agregação plaquetária induzida tanto por colágeno quanto por ADP estava diminuída. Ocorreu um aumento dos níveis plasmáticos de L-arginina e, uma redução da atividade da NOS após o TF. Em relação ao estresse oxidativo, tanto a produção sistêmica, quanto a intraplaquetária de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARs) e a carbonilação diminuíram na presença da atividade aumentada das enzimas superóxido dismutase (SOD) e da catalase após o TF. Houve uma diminuição da resposta inflamatória, uma diminuição do colesterol total, do LDL e dos triglicerídeos e um aumento do HDL, após oTF. Nossos resultados sugerem que o TF tem efeitos antioxidantes, anti-inflamatórios e antiagregantes, que parece ser independente da produção de NO, sendo uma importante ferramenta não farmacológica no tratamento da IC

Differential activity of GSK-3 isoforms regulates NF-kappa B and TRAIL- or TNF alpha induced apoptosis in pancreatic cancer cells

While TRAIL is a promising anticancer agent due to its ability to selectively induce apoptosis in neoplastic cells, many tumors, including pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA), display intrinsic resistance, highlighting the need for TRAIL-sensitizing agents. Here we report that TRAIL-induced apoptosis in PDA cell lines is enhanced by pharmacological inhibition of glycogen synthase kinase-3 (GSK-3) or by shRNA-mediated depletion of either GSK-3 alpha or GSK-3 beta. In contrast, depletion of GSK-3 beta, but not GSK-3 alpha, sensitized PDA cell lines to TNF alpha-induced cell death. Further experiments demonstrated that TNF alpha-stimulated I kappa B alpha phosphorylation and degradation as well as p65 nuclear translocation were normal in GSK-3 beta-deficient MEFs. Nonetheless, inhibition of GSK-3 beta function in MEFs or PDA cell lines impaired the expression of the NF-kappa B target genes Bcl-xL and cIAP2, but not I kappa B alpha. Significantly, the expression of Bcl-xL and cIAP2 could be reestablished by expression of GSK-3 beta targeted to the nucleus but not GSK-3 beta targeted to the cytoplasm, suggesting that GSK-3 beta regulates NF-kappa B function within the nucleus. Consistent with this notion, chromatin immunoprecipitation demonstrated that GSK-3 inhibition resulted in either decreased p65 binding to the promoter of BIR3, which encodes cIAP2, or increased p50 binding as well as recruitment of SIRT1 and HDAC3 to the promoter of BCL2L1, which encodes Bcl-xL. Importantly, depletion of Bcl-xL but not cIAP2, mimicked the sensitizing effect of GSK-3 inhibition on TRAIL-induced apoptosis, whereas Bcl-xL overexpression ameliorated the sensitization by GSK-3 inhibition. These results not only suggest that GSK-3 beta overexpression and nuclear localization contribute to TNF alpha and TRAIL resistance via anti-apoptotic NF-kappa B genes such as Bcl-xL, but also provide a rationale for further exploration of GSK-3 inhibitors combined with TRAIL for the treatment of PDA.

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

Corpo carotídeo e hipertensão: alterações celulares e da matriz extracelular

O aumento de doenças cardiovasculares possui como fator primordial e, mais comum, o aumento da pressão arterial (PA). Esta, pode gerar complicações em outros órgãos e acarretar diversas patologias, podendo levar a morte. A hipertensão é uma síndrome multifatorial, cuja maior incidência ocorre em indivíduos obesos, sedentários e consumidores em excesso de bebidas alcoólicas e sal. O corpo carotídeo (CC) é um órgão quimiorreceptor localizado na bifurcação da artéria carótida, formado de estruturas básicas chamadas glomus. Cada glomus carotídeo é constituído de células tipo 1 envoltas por células tipo 2 ou sustentaculares. Este trabalho teve como objetivo analisar as alterações morfofuncionais que ocorrem no CC, causada por hipertensão arterial induzida pelo L-NAME, um inibidor da enzima óxido nítrico sintase. Para isso, o estudo utilizou 20 ratos Wistar divididos em dois grupos: controle (C) e L-NAME (LN). Após a administração de 40mg/kg/dia de L-NAME por 45 dias, o CC foi coletado. Observou-se aumento significativo da pressão arterial a partir da segunda semana de administração de L-NAME. Análise quantitativa mostrou uma redução no número de núcleos do glomus carotídeo e o aumento na área total do órgão no grupo LN. Não foi encontrado diferença significativa no número de núcleos totais do corpo carotídeo entre os grupos. Na análise morfológica do grupo LN, observamos a formação de vacúolos nas células tipo 1 do glomus, bem como uma redução do número total de núcleos das células de cada glomus carotídeo. A análise qualitativa sugeriu um aumento no número de fibras colágenas e fibras do sistema elástico na matriz extracelular e grânulos no grupo LN. Imunomarcações com anticorpo anti VEGF e NF-kB e nNOS mostram-se aumentadas e dispersas por todo CC no grupo LN em relação ao grupo C. Além disso, marcações para Substância-P também foram observadas em maior quantidade nas células tipo 1 do grupo LN. Quanto à marcação para PGP 9.5, houve a redução desta marcação caracterizada dentro do glomus carotídeo grupo LN comparado ao grupo C. O estudo sugere que o corpo carotídeo, em resposta à hipertensão induzida pela inibição da enzima óxido nítrico sintase, gera mudanças morfofisiológicas semelhantes as encontradas em hipóxia.

Malnutrição protéica e desenvolvimento hipocampal: estudo das implicações sobre memória/aprendizado e avaliação da distribuição da Óxido Nítrico Sintase

A nutrição inadequada é um dos principais fatores não-genéticos que afetam o desenvolvimento do encéfalo. O hipocampo é uma estrutura bastante sensível a alterações no aporte nutricional durante o desenvolvimento. No hipocampo a óxido nítrico sintase (ONS) é uma enzima altamente expressa e o óxido nítrico (ON) já foi apontado como tendo papel fundamental na potenciação de longa duração (LTP) e depressão de longa duração (LTD), responsáveis pelo processo de memória e aprendizado. Neste trabalho estudamos o efeito da malnutrição no comportamento associado à memória e aprendizado e na distribuição da ONS, através da técnica da nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato diaforase (NADPH-d). O presente trabalho foi aprovado pelo COMITÊ DE ÉTICA (CEA/055/2009). Foram utilizados ratos Wistar machos, divididos em dois grupos: grupo controle (GC) e grupo malnutrido (GM). A malnutrição se deu através da administração, para a mãe, de uma ração com 0% de proteína durante os 10 primeiros dias de lactação, iniciando-se no dia do nascimento dos filhotes. O GC recebeu ração comercial (22% de proteína). Os encéfalos foram processados histologicamente nas idades de P10, P20, P30, P45 e P90 (n=5 para cada idade e grupo estudado), sendo então realizada a histoquímica da NADPH-d para avaliar a distribuição da ONS. A avaliação dos comportamentos associados à ansiedade foi realizada através do labirinto em cruz elevado (LCE), o comportamento associados à busca por novos estímulos foi medida através do campo vazado (CV) e a memória/aprendizado foi avaliada através do labirinto aquático radial de 8 braços (LAROB) em animais P40 (n=10 para cada grupo) e P90 (n=11 para cada grupo). No GM em P10 observamos maior densidade de células NADPHd+ no giro denteado. Em P20, a marcação para NADPH-d no GM foi menor e esse padrão foi mantido em P30 e P45. No GM em P90 não observamos efeitos da dieta. Em P10, no GM observamos menor número de corpos marcados no stratum pyramidale (SPy). Em P20 o SPy encontrava-se intensamente marcado em ambos os grupos. Em P30 GM observamos maior número de células marcadas no SPy. Entretanto em P45, ambos os grupos apresentaram poucos corpos marcados. Em P90, o GM apresentou mais células marcadas no SPy. Não foram observadas diferenças significativas nas variáveis analisadas para o LCE. O GM em P90 explora maior número de orifícios, tanto na periferia (F=8,1; gl=1; P=0,014) quanto no número total (F=7,5; gl=1; P=0,017). Não foram observadas diferenças significativas para as variáveis analisadas no CV em P40. No teste de memória/aprendizagem foram observadas diferenças significativas entre o GM e o GC na latência de escape no 1 dia de testes em P90 (F=5,2; gl=1; P=0,033), com o GM apresentando melhor desempenho quando comparado ao GC. Esses valores podem ser explicados pela redução da latência para encontrar a plataforma de escape no GM. Não foram observadas diferenças significativas no LAROB em P40. Nossos resultados demonstram que a malnutrição protéica restrita aos 10 primeiros dias da lactação altera a distribuição da NADPH-d no hipocampo. A malnutrição afetou o comportamento dos animais em P40. Por outro lado, em P90 os primeiro dia de teste, sugerindo que o efeito observado está mais associado à novidade do ambiente de teste.

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.