Efeito dos ácidos D-2-hidroxiglutárico e L-2-hidroxiglutárico sobre vários parâmetros do metabolismo energético em cérebro, músculo esquelético e músculo cardíaco de ratos

As acidúrias L-2-hidroxiglutárica (LHGA) e D-2-hidroxiglutárica (DHGA) são distúrbios neurometabólicos hereditários caracterizados por extenso e severo dano cerebral, ocasionando predominantemente convulsões, coma e atrofia cerebral. Na LHGA, as lesões cerebrais ocorrem principalmente no cerebelo enquanto a maior parte do cérebro é afetada na DHGA. Além disso, hipotonia, fraqueza e hipotrofia muscular, bem como cardiomiopatia têm sido observadas nos pacientes afetados por essas acidemias orgânicas, com maior freqüência na DHGA. Bioquimicamente, ocorre acúmulo tecidual dos ácidos L- 2-hidroxiglutárico (LGA) e D-2-hidróxiglutárico (DGA), respectivamente, na LHGA e na DHGA. Além disso, elevadas concentrações urinárias de lactato, 2-cetoglutarato e outros metabólitos do ciclo de Krebs têm sido descritas em pacientes acometidos por essas patologias, sugerindo uma disfunção mitocondrial. mitocondrial. Tendo em vista que a etiopatogenia da disfunção tecidual nesses pacientes é desconhecida, o presente trabalho investigou o efeito in vitro dos ácidos LGA e DGA sobre diversos parâmetros do metabolismo energético celular. Inicialmente, avaliamos o efeito dos ácidos DGA e LGA sobre a utilização de glicose e produção de CO2 em homogeneizados e fatias de córtex cerebral. Verificamos que o DGA reduziu significativamente tanto o consumo de glicose quanto a produção de CO2 pelo córtex cerebral, enquanto o LGA não demonstrou efeito sobre esses parâmetros. Além disso, o DGA inibiu significativamente a atividade da citocromo c oxidase em homogeneizado de córtex cerebral de ratos (35-95%), de forma dose-dependente, sem alterar a atividade dos demais complexos da cadeia respiratória. A inibição verificada foi do tipo acompetitiva. Por outro lado, o LGA não alterou a atividade de nenhum dos complexos enzimático estudados. Posteriormente, avaliamos o efeito in vitro dos ácidos DGA e LGA sobre a atividade da creatina quinase (CK) em homogeneizado total e nas frações citosólica e mitocondrial de tecido cerebral, muscular esquelético e cardíaco de ratos. Os resultados mostraram que o DGA inibiu significativamente a atividade das isoformas mitocondrial e citosólica da CK em preparações de córtex cerebral, músculo esquelético de cardíaco. Por outro lado, tanto DGA quanto LGA inibiram seletivamente a isoforma mitocondrial em preparações de cerebelo. Estudos cinéticos mostraram um perfil não competitivo de inibição com relação à fosfocreatina para ambos os ácidos nos tecidos estudados. Além IV disso, observamos também que o efeito inibitório de ambos os ácidos foi totalmente revertido por glutationa reduzida, sugerindo uma modificação causada pelos metabólitos sobre os grupos sulfidrila, essenciais para a atividade da enzima. Nossos resultados sugerem que a inibição significativa causada pelo DGA sobre as atividades da citocromo c oxidase e da creatina quinase no córtex cerebral, assim como nos músculos cardíaco e esquelético poderiam explicar, ao menos em parte, a fisiopatogenia da disfunção neurológica e anormalidades estruturais no sistema nervoso central, bem como a mitocondriopatia esquelética e a cardiomiopatia presente nos pacientes afetados por DHGA. Por outro lado, é possível que a inibição seletiva da creatina quinase mitocondrial provocada pelo LGA em cerebelo possa estar associada à degeneração cerebelar característica dos pacientes com LHGA.

Efeito da administração de arginina sobre o metabolismo energético em cérebro de ratos adultos

A hiperargininemia é um erro inato do ciclo da uréia causado pela deficiência na atividade da arginase hepática. Esta doença é caracterizada bioquimicamente pelo acúmulo tecidual de arginina (Arg). Retardo mental e outras alterações neurológicas, cujos mecanismos são ainda desconhecidos, são sintomas comuns em pacientes hiperargininêmicos. O óxido nítrico (NO) é gerado em todas as células do sistema nervoso central (SNC) pela enzima óxido nítrico sintase (NOS), a qual, na presença de oxigênio molecular, tetraidrobiopterina e outros cofatores, catalisa a conversão de Arg em NO e citrulina. Em condições normais, o NO desempenha importante papel fisiológico no SNC, como por exemplo, na liberação de neurotransmissores e expressão gênica. Quando há formação excessiva, o NO torna-se um importante mediador de neurotoxicidade Trabalhos realizados em nosso laboratório mostraram que a administração aguda de Arg em ratos diminui a atividade da Na+,K+-ATPase e aumenta o estresse oxidativo cerebral. Outros estudos mostraram que a administração de Arg prejudica a memória em ratos. Estes resultados foram prevenidos pelo Nϖ-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME), um inibidor competitivo da NOS, sugerindo que a administração de Arg altera estes parâmetros através do NO e/ou estresse oxidativo. Considerando que a administração de Arg aumenta o estresse oxidativo e que estudos mostram que o NO inibe a cadeia de transporte de elétrons provavelmente comprometendo a produção de energia, no presente trabalho, nós investigamos o efeito da administração aguda de Arg sobre alguns parâmetros do metabolismo energético (produção de CO2, captação de glicose, produção de lactato e atividades da succinato desidrogenase, complexo II e IV da cadeia respiratória) em hipocampo de ratos. Também testamos o efeito do L-NAME sobre os efeitos produzidos pela Arg Ratos adultos de 60 dias foram tratados com uma única injeção intraperitoneal de Arg, de acordo com o protocolo estabelecido por Buchmann e colaboradores (1996). A dose de Arg (0,8 g/Kg) usada atinge níveis plasmáticos semelhantes àqueles encontrados em pacientes hiperargininêmicos (1,5 mM). Os resultados do presente trabalho mostraram que a administração de Arg aumentou significativamente a produção de lactato e diminuiu a produção de CO2 e a captação de glicose, bem como as atividades da succinato desidrogenase e do complexo II, e que a injeção simultânea de L-NAME preveniu estes efeitos, exceto a produção de CO2 e a produção de lactato. No entanto, não houve alteração na atividade da citocromo c oxidase (complexo IV). Se estes achados também ocorrerem em humanos, pode-se presumir que a Arg prejudica o metabolismo energético, possivelmente através da geração de radicais livres induzida pela formação de NO e/ou da formação de poliaminas, contribuindo assim para a disfunção cerebral observada na hiperargininemia.

Alterações bioquímicas e comportamentais em ratos submetidos ao modelo químico experimental de hiperhomocisteinemia

A homocistinúria é uma doença metabólica hereditária causada pela deficiência severa na atividade da enzima cistationina β-sintase e é bioquimicamente caracterizada pelo acúmulo tecidual de homocisteína e metionina. Retardo mental, deficiência cognitiva, isquemia, convulsões e aterosclerose são achados clínicos comuns em pacientes homocistinúricos. No entanto, os mecanismos fisiopatológicos da doença são pouco conhecidos. Modelos animais experimentais de erros inatos do metabolismo são úteis para compreender a fisiopatologia dessas doenças em humanos. No nosso laboratório, já foram criados alguns modelos animais de algumas doenças metabólicas hereditárias, como, por exemplo, fenilcetonúria e hiperprolinemia tipo II. A Na+,K+-ATPase é uma enzima fundamental responsável pela manutenção do gradiente iônico necessário para a excitabilidade neuronal e consome de 40 a 60% do ATP formado no cérebro. Essa enzima é inibida por radicais livres e sua atividade está diminuída na isquemia cerebral, epilepsia e em doenças neurodegenerativas como a doença de Alzheimer. A diminuição de energia cerebral e o estresse oxidativo têm sido associados com algumas doenças que afetam o sistema nervoso central, como as doenças de Alzheimer, Parkinson e Huntington e isquemia cerebral. Por outro lado, a homocisteína tem sido considerada um fator de risco para o aparecimento dessas doenças. No sentido de ampliar o conhecimento das alterações bioquímicas envolvidas na gênese da disfunção neurológica característica da homocistinúria, esse trabalho teve como principal objetivo desenvolver um modelo químico experimental de hiperhomocisteinemia em ratos. Utilizando esse modelo, verificamos a atividade da Na+,K+-ATPase e alguns parâmetros de metabolismo energético (produção de CO2, captação de glicose, produção de lactato e atividades das enzimas succinato desidrogenase e citocromo c oxidase) em hipocampo de ratos. A aprendizagem e a memória na tarefa do labirinto aquático de Morris foram avaliadas em ratos submetidos ao modelo químico experimental de hiperhomocisteinemia. Nesse trabalho, também estudamos o efeito in vitro dos metabólitos acumulados na homocistinúria, homocisteína e metionina, sobre a atividade da Na+,K+-ATPase e sobre alguns parâmetros de metabolismo energético (produção de CO2, captação de glicose, produção de lactato e atividade da enzima citocromo c oxidase). Além disso, o efeito in vitro da homocisteína sobre alguns parâmetros de estresse oxidativo (potencial antioxidante total (TRAP), substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) e atividades das enzimas antioxidantes catalase, superóxido dismutase e glutationa peroxidase) em hipocampo de ratos foi investigado. O tratamento crônico foi realizado do 6o ao 28o dia de vida, através de administrações subcutâneas de homocisteína, duas vezes ao dia, com intervalos de 8 horas. As doses de homocisteína administradas foram escolhidas com o objetivo de induzir concentrações plasmáticas de 0,4 a 0,5 mM, semelhantes àquelas encontradas em pacientes homocistinúricos. Através desse tratamento, também foram induzidas concentrações elevadas de homocisteína no cérebro de ratos. Os controles receberam solução salina em volumes semelhantes. Os resultados mostram que a administração crônica de homocisteína inibiu a atividade da Na+,K+-ATPase de membrana plasmática sináptica, a produção de CO2 e a captação de glicose, assim como as atividades das enzimas succinato desidrogenase e citocromo c oxidase em hipocampo de ratos. Os animas tratados com homocisteína também apresentaram diminuição de memória na tarefa do labirinto aquático de Morris. Além disso, a homocisteína e a metionina inibiram a atividade da Na+,K+-ATPase de hipocampo de ratos in vitro. Estudos cinéticos sobre a inibição da Na+,K+-ATPase, causada pela homocisteína, também foram realizados. Os resultados mostraram que a homocisteína inibe a enzima de forma não-competitiva com o ATP como substrato. Também foi verificado que a incubação de homogeneizados de hipocampo com homocisteína diminuiu a atividade da Na+,K+-ATPase e que a incubação simultânea com alguns antioxidantes, tais como glutationa, ditiotreitol, cisteína e a enzima antioxidante superóxido dismutase preveniram esse efeito. Os metabólitos acumulados na homocistinúria também alteraram alguns parâmetros de metabolismo energético cerebral (produção de CO2 e lactato, captação de glicose e atividades das enzimas succinato desidrogenase e citocromo c oxidase) in vitro. Além disso, verificou-se que a homocisteína in vitro diminuiu o TRAP e aumentou a quantidade de TBARS, um marcador de lipoperoxidação, mas não alterou as atividades das enzimas antioxidantes catalase, superóxido dismutase e glutationa peroxidase. Os achados sugerem que a inibição da atividade da Na+,K+-ATPase, a diminuição do metabolismo energético e o aumento do estresse oxidativo podem estar relacionados com as disfunções neurológicas características dos pacientes homocistinúricos.

Deteção e caracterização molecular das estirpes de Wolbachia nos afídeos

A Wolbachiapertence a um grupo de bactérias intracelulares, transmitidas maternalmente, que se encontram amplamente distribuídas nos artrópodes. Estes endossimbiontes encontram-se normalmente nos tecidos do sistema reprodutor dos artrópodes e têm a capacidade manipular a sua reproduçãode modo a garantir a sua transmissão à descendência e rápida dispersão na população.A capacidade de manipulação reprodutiva da Wolbachia tornou-a o alvo de diversos estudos para uma maior e melhor perceção da sua implicação em processos biológicos e evolutivos e por acreditar-se que esta bactéria é uma promissora ferramenta no controlo de populações de insetos que são pragas agrícolas. Os afídeos são um grupo de insetos associados às plantas que podem ter um efeito devastador nas culturas agrícolas e hortícolas pois não só retiram nutrientes às plantas como podem ser vetores de doenças. Embora durante muito tempo se pensasse que estes insetos não albergavam a Wolbachia estudos recentes mostram que são várias as espécies de afídeos infetados com esta bactéria. O principal objetivo deste trabalho é estudar a prevalência de infeção por Wolbachia assim como a caracterização das suas estirpes em amostras de afídeos dos Arquipélagos da Madeira e dos Açores. Neste estudo foram analisadas 545 amostras de afídeos, 361 provenientes do Arquipélago da Madeira e 184 dos Açores. Utilizando a técnica da “Polymerase Chain Reaction” (reação em cadeia da polimerase) amplificou-se o gene 16S rRNA (RNA ribossomal) e verificou-se que 32 destas amostras encontravam-se infetadas com Wolbachia sendo a maior parte das amostras infetadas provenientes dos Açores. Para determinar a estirpe que infeta estes afídeos utilizou-se a tipagem sequencial multilocus (MLST) com os genesglutamil-tRNA amidotransferase, subunidade B (gatB), citocromo c oxidase, subunidade I (coxA), proteína hipotética conservativa (hcpA) e proteína da divisão celular (ftsZ). A análise filogenética realizada para os diferentes genes mostrou que grande parte das amostras analisadas estão incluídas em dois dos novos supergrupos descobertos para Wolbachia, supergrupo M e N.Foi detetada a presença da mesma estirpe de Wolbachia, supergrupo N, em duas espécies diferentes de afídeos, Neophyllaphis podocarpi e Aphis spiraecola da mesma planta hospedeira, Podocarpus macrophyllus. Esta infeção reforça a ideia de que a Wolbachia não recorre só a transmissão vertical para se difundir na população mas utiliza também a transmissão horizontal. A deteção e caracterização das estirpes de Wolbachia é essencial para um maior entendimento sobre a sua origem e forma de disseminação. Esta informação é importante para desenvolvimento de estratégias de controlo de pestes recorrendo a estes endossimbiontes.

DNA barcodes identify marine fishes of São Paulo State, Brazil

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

DNA barcoding of Podonomus (Chironomidae, Podonominae) enables stage association of a named species and reveals hidden diversity in Brazilian inselbergs

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Color pattern variation in Trichomycterus iheringi (Eigenmann, 1917) (Siluriformes: Trichomycteridae) from rio Itatinga and rio Claro, São Paulo, Brazil

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Exploitation of mitochondrial nad6 as a complementary marker for studying population variability in Lepidoptera

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

COX24 codes for a mitochondrial protein required for processing of the COX1 transcript

In most strains of Saccharomyces cerevisiae the mitochondrial gene COX1, for subunit 1 of cytochrome oxidase, contains multiple exons and introns. Processing of COX1 primary transcript requires accessory proteins factors, some of which are encoded by nuclear genes and others by reading frames residing in some of the introns of the COX1 and COB genes. Here we show that the low molecular weight protein product of open reading frame YLR204W, for which we propose the name COX24, is also involved in processing of COX1 RNA intermediates. The growth defect of cox24 mutants is partially rescued in strains harboring mitochondrial DNA lacking introns. Northern blot analyses of mitochondrial transcripts indicate cox24 null mutants to be blocked in processing of introns aI2 and aI3. The dependence of intron aI3 excision on Cox24p is also supported by the growth properties of the cox24 mutant harboring mitochondrial DNA with different intron compositions. The intermediate phenotype of the cox24 mutant in the background of intronless mitochondrial DNA, however, suggests that in addition to its role in splicing of the COX1 pre-mRNA, Cox24p still has another function. Based on the analysis of a cox14-cox24 double mutant, we propose that the other function of Cox24p is related to translation of the COX1 mRNA. © 2006 by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.

Nuclear mitochondrial-like sequences in ants: Evidence from Atta cephalotes (Formicidae: Attini)

Nuclear mitochondrial-like sequences (numts) are copies of mitochondrial DNA that have migrated to the genomic DNA. We present the first characterization of numts in ants, these numts being homologues to a mitochondrial DNA fragment containing loci the 3′ portion of the cytochrome oxidase I gene, an intergenic spacer, the tRNA leucine gene and the 5′ portion of the cytochrome oxidase II gene. All 67 specimens of Atta cephalotes (Hymenoptera: Formicidae: Attini) investigated had these homologues, which are within two monophyletic groups that we called numt1 and numt2. Numt1 and numt2 sequences are less variable than mitochondrial sequences and released from the severe purifying selection constraining the evolution of mitochondrial genes. Their formation probably involved bottlenecks related to two distinct transfer events of ancient and fast evolving mitochondrial DNA fragments to comparative slowly evolving nuclear DNA regions. © 2007 The Authors.

Illegal hunting cases detected with molecular forensics in Brazil

Background: Illegal hunting is one of the major threats to vertebrate populations in tropical regions. This unsustainable practice has serious consequences not only for the target populations, but also for the dynamics and structure of tropical ecosystems. Generally, in cases of suspected illegal hunting, the only evidence available is pieces of meat, skin or bone. In these cases, species identification can only be reliably determined using molecular technologies. Here, we reported an investigative study of three cases of suspected wildlife poaching in which molecular biology techniques were employed to identify the hunted species from remains of meat.Findings: By applying cytochrome b (cyt-b) and cytochrome oxidase subunit I (COI) molecular markers, the suspected illegal poaching was confirmed by the identification of three wild species, capybara (Hydrochoerus hydrochaeris), Chaco Chachalaca (Ortalis canicollis) and Pampas deer (Ozotoceros bezoarticus). In Brazil, hunting is a criminal offense, and based on this evidence, the defendants were found guilty and punished with fines; they may still be sentenced to prison for a period of 6 to 12 months.Conclusions: The genetic analysis used in this investigative study was suitable to diagnose the species killed and solve these criminal investigations. Molecular forensic techniques can therefore provide an important tool that enables local law enforcement agencies to apprehend illegal poachers. © 2012 Sanches et al.; licensee BioMed Central Ltd.

Mapping five repetitive DNA classes in sympatric species of Hypostomus (Teleostei: Siluriformes: Loricariidae): analysis of chromosomal variability

Fish belonging to the genus Hypostomus are known for exhibiting a striking diversity in its karyotype structure, however the knowledge concerning the distribution patterns of heterochromatin and location of repetitive DNA sequences in the karyotypes is still limited. Aiming a better understanding of the chromosomal organization in this group, we analyzed three sympatric species of Hypostomus collected in the Hortelã stream, a component of the Paranapanema River basin, Botucatu/SP/Brazil. The analyses involved the cytogenetic characterization and chromosomal mapping of repetitive sequences and intra/interspecific comparisons using sequences of the cytochrome C oxidase subunit I. The results revealed that H. ancistroides presents a karyotype with 2n = 68 chromosomes, H. strigaticeps 2n = 72 chromosomes, and H. nigromaculatus 2n = 76 chromosomes. In addition to differences found in the diploid number, it was also observed variations in karyotypic formulae, amount of constitutive heterochromatin, and location of nucleolus organizer regions. The cytogenetic mapping of 5S and 18S rDNA, as well as of the H3 histone gene, disclosed a differential dispersion process among the three species. In some cases the Rex1 transposable element showed to be co-located with 5S rDNA sites. The molecular analyses support the cytogenetic data and represent an additional tool for the characterization of the analyzed species. The results evidenced that chromosomal variations are not restricted to differences in diploid number or karyotypic macrostructure in the genus Hypostomus, indicating that events such as transposition of heterochromatin and rDNA segments may participate in the differentiation process occurred in these species. © 2013 Springer Science+Business Media Dordrecht.

Effects of sublethal dose of fipronil on neuron metabolic activity of africanized honeybees

Fipronil is a neurotoxic insecticide that inhibits the gamma-aminobutyric acid receptor and can affect gustative perception, olfactory learning, and motor activity of the honeybee Apis mellifera. This study determined the lethal dose (LD50) and the lethal concentration (LC50) for Africanized honeybee and evaluated the toxicity of a sublethal dose of fipronil on neuron metabolic activity by way of histochemical analysis using cytochrome oxidase detection in brains from worker bees of different ages. In addition, the present study investigated the recovery mechanism by discontinuing the oral exposure to fipronil. The results showed that mushroom bodies of aged Africanized honeybees are affected by fipronil, which causes changes in metabolism by increasing the respiratory activity of mitochondria. In antennal lobes, the sublethal dose of fipronil did not cause an increase in metabolic activity. The recovery experiments showed that discontinued exposure to a diet contaminated with fipronil did not lead to recovery of neural activity. Our results show that even at very low concentrations, fipronil is harmful to honeybees and can induce several types of injuries to honeybee physiology. © 2012 Springer Science+Business Media New York.

Sistemática da seção Virescentia do gênero Batrachospermum (Rhodophyta, Batrachospermales) no Brasil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Identificação molecular de peixes marinhos das regiões Sudeste e Sul do Brasil com ênfase no Estado de São Paulo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)