Endoplasmic reticulum stress and cell death mechanisms in the cell model of Huntington’s disease

This thesis clarifies important molecular pathways that are activated during the cell death observed in Huntington’s disease. Huntington’s disease is one of the most common inherited neurodegenerative diseases, which is primarily inherited in an autosomal dominant manner. HD is caused by an expansion of CAG repeats in the first exon of the IT15 gene. IT15 encodes the production of a Huntington’s disease protein huntingtin. Mutation of the IT15 gene results in a long stretch of polyQ residues close to the amino-terminal region of huntingtin. Huntington’s disease is a fatal autosomal neurodegenerative disorder. Despite the current knowledge of HD, the precise mechanism behind the selective neuronal death, and how the disease propagates, still remains an enigma. The studies mainly focused on the control of endoplasmic reticulum (ER) stress triggered by the mutant huntingtin proteins. The ER is a delicate organelle having essential roles in protein folding and calcium regulation. Even the slightest perturbations on ER homeostasis are effective enough to trigger ER stress and its adaptation pathways, called unfolded protein response (UPR). UPR is essential for cellular homeostasis and it adapts ER to the changing environment and decreases ER stress. If adaptation processes fail and stress is excessive and prolonged; irreversible cell death pathways are engaged. The results showed that inhibition of ER stress with chemical agents are able to decrease cell death and formation of toxic cell aggregates caused by mutant huntingtin proteins. The study concentrated also to the NF-κB (nuclear factor-kappaB) pathway, which is activated during ER stress. NF-κB pathway is capable to regulate the levels of important cellular antioxidants. Cellular antioxidants provide a first line of defence against excess reactive oxygen species. Excess accumulation of reactive oxygen species and subsequent activation of oxidative stress damages motley of vital cellular processes and induce cell degeneration. Data showed that mutant huntingtin proteins downregulate the expression levels of NF-κB and vital antioxidants, which was followed by increased oxidative stress and cell death. Treatment with antioxidants and inhibition of oxidative stress were able to counteract these adverse effects. In addition, thesis connects ER stress caused by mutant huntingtin to the cytoprotective autophagy. Autophagy sustains cellular balance by degrading potentially toxic cell proteins and components observed in Huntington’s disease. The results revealed that cytoprotective autophagy is active at the early points (24h) of ER stress after expression of mutant huntingtin proteins. GADD34 (growth arrest and DNA damage-inducible gene 34), which is previously connected to the regulation of translation during cell stress, was shown to control the stimulation of autophagy. However, GADD34 and autophagy were downregulated at later time points (48h) during mutant huntingtin proteins induced ER stress, and subsequently cell survival decreased. Overexpression GADD34 enhanced autophagy and decreased cell death, indicating that GADD34 plays a critical role in cell protection. The thesis reveales new interesting data about the neuronal cell death pathways seen in Huntington’s disease, and how cell degeneration is partly counteracted by various therapeutic agents. Expression of mutant huntingtin proteins is shown to alter signaling events that control ER stress, oxidative stress and autophagy. Despite that Huntington’s disease is mainly an untreatable disorder; these findings offer potential targets and neuroprotective strategies in designing novel therapies for Huntington’s disease.

Polymorphic low penetrance genes and breast cancer : The role of genes involved in metabolism of xenobiotics, estrogens and reactive oxygen species

Various endogenous and exogenous factors have been reported to increase the risk of breast cancer. Many of those are related to prolonged lifetime exposure to estrogens. Furthermore, a positive family history of breast cancer and certain benign breast diseases are known to increase the risk of breast cancer. The role of lifestyle factors, such as use of alcohol and smoking has been an area of intensive study. Alcohol has been found to increase the risk of breast cancer, whereas the role of smoking has remained obscure. A multitude of enzymes are involved in the metabolism of estrogens and xenobiotics including the carcinogens found in tobacco smoke. Many of the metabolic enzymes exhibit genetic polymorphisms that can lead to inter-individual differences in their abilities to modify hazardous substrates. Therefore, in presence of a given chemical exposure, one subgroup of women may be more susceptible to breast carcinogenesis, since they carry unfavourable forms of the polymorphic genes involved in the metabolism of the chemical. In this work, polymorphic genes encoding for cytochrome P450 (CYP) 1A1 and 1B1, N-acetyl transferase 2 (NAT2), sulfotransferase 1A1 (SULT1A1), manganese superoxide dismutase (MnSOD) and vitamin D receptor (VDR) were investigated in relation to breast cancer susceptibility in a Finnish population. CYP1A1, CYP1B1 and SULT1A1 are involved in the metabolism of both estrogens and xenobiotics, whereas NAT2 is involved only in the latter. MnSOD is an antioxidant enzyme protecting cells from oxidative damage. VDR, in turn, mediates the effects of the active form of vitamin D (1,25(OH)2D3, calcitriol) on maintenance of calcium homeostasis and it has anti-proliferative effects in many cancer cells. A 1.3-fold (95% CIs 1.01-1.73) increased risk of breast cancer was seen among women who carried the NAT2 slow acetylator genotype and a 1.5-fold (95% CI 1.1-2.0) risk was found in women with a MnSOD variant A allele containing genotypes compared to women with the NAT2 rapid acetylator genotype or to those with the MnSOD VV genotype, respectively. Instead, women with the VDR a allele containing genotypes were found to be at a decreased risk for breast cancer (OR 0.73; 95% CI 0.54-0.98) compared to women with the AA genotype. No significant overall associations were found between SULT1A1 or CYP genotypes and breast cancer risk, whereas a combination of the CYP1B1 432Val allele containing genotypes with the NAT2 slow acetylator genotypes posed a 1.5-fold (95% CI 1.03-2.24) increased risk. Moreover, NAT2 slow acetylator genotype was found to be confined to women with an advanced stage of breast cancer (stages III and IV). Further evidence for the association of xenobiotic metabolising genes with breast cancer risk was found when active smoking was taken into account. Women who smoked less than 10 cigarettes/day and carried at least one CYP1B1 432Val variant allele, were at 3.1-fold (95% CI 1.32-7.12) risk of breast cancer compared to women who smoked the same amount but did not carry the variant allele. Furthermore, the risk was significantly increased with increasing number of the CYP1B1 432Val alleles (p for trend 0.005). In addition, women who smoked less than 5 pack-years and carried the NAT2 slow acetylator genotype were at a 2.6-fold (95% CI 1.01-6.48) increased risk of breast cancer compared to women who smoked the same amount but carried the NAT2 rapid acetylator genotype. Furthermore, the combination of the CYP1B1 432Val allele and the NAT2 slow acetylator genotype increased the risk of breast cancer by 2.5-fold (95% CI 1.11-5.45) among ever smokers. Instead, the MnSOD A allele was found to be a risk factor among postmenopausal long-term smokers (>15 years of smoking) (OR 5.1; 95% CI 1.4-18.4) or among postmenopausal women who had smoked more than 10 cigarettes/day (OR 5.5; 95% CI 1.3-23.4) compared to women who had similar smoking habits but carried the MnSOD V/V genotype. Similarly, within subgroups of postmenopausal women who were using oral contraceptives, hormone replacement therapy or alcohol, women carrying the MnSOD A allele genotypes seemed to be at increased risk of breast cancer compared to women with the MnSOD V/V genotype. A positive family history of breast cancer and high parity were shown to be inversely associated with breast cancer risk among women carrying the VDR ApaI a allele or among premenopausal women carrying the SULT1A1*2 allele, respectively.

Barrett's Esophagus and Associated Adenocarcinoma : studies on pathogenesis, clinical staging and cost-utility of cancer treatment

Esophageal and gastroesophageal junction (GEJ) adenocarcinoma is rapidly increasing disease with a pathophysiology connected to oxidative stress. Exact pre-treatment clinical staging is essential for optimal care of this lethal malignancy. The cost-effectiviness of treatment is increasingly important. We measured oxidative metabolism in the distal and proximal esophagus by myeloperoxidase activity (MPA), glutathione content (GSH), and superoxide dismutase (SOD) in 20 patients operated on with Nissen fundoplication and 9 controls during a 4-year follow-up. Further, we assessed the oxidative damage of DNA by 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG) in esophageal samples of subjects (13 Barrett s metaplasia, 6 Barrett s esophagus with high-grade dysplasia, 18 adenocarcinoma of the distal esophagus/GEJ, and 14 normal controls). We estimated the accuracy (42 patients) and preoperative prognostic value (55 patients) of PET compared with computed tomography (CT) and endoscopic ultrasound (EUS) in patients with adenocarcinoma of the esophagus/GEJ. Finally, we clarified the specialty-related costs and the utility of either radical (30 patients) or palliative (23 patients) treatment of esophageal/GEJ carcinoma by the 15 D health-related quality-of-life (HRQoL) questionnaire and the survival rate. The cost-utility of radical treatment of esophageal/GEJ carcinoma was investigated using a decision tree analysis model comparing radical, palliative, and hypothetical new treatment. We found elevated oxidative stress ( measured by MPA) and decreased antioxidant defense (measured by GSH) after antireflux surgery. This indicates that antireflux surgery is not a perfect solution for oxidative stress of the esophageal mucosa. Elevated oxidative stress in turn may partly explain why adenocarcinoma of the distal esophagus is found even after successful fundoplication. In GERD patients, proximal esophageal mucosal anti-oxidative defense seems to be defective before and even years after successful antireflux surgery. In addition, antireflux surgery apparently does not change the level of oxidative stress in the proximal esophagus, suggesting that defective mucosal anti-oxidative capacity plays a role in development of oxidative damage to the esophageal mucosa in GERD. In the malignant transformation of Barrett s esophagus an important component appears to be oxidative stress. DNA damage may be mediated by 8-OHdG, which we found to be increased in Barrett s epithelium and in high-grade dysplasia as well as in adenocarcinoma of the esophagus/GEJ compared with controls. The entire esophagus of Barrett s patients suffers from increased oxidative stress ( measured by 8-OhdG). PET is a useful tool in the staging and prognostication of adenocarcinoma of the esophagus/GEJ detecting organ metastases better than CT, although its accuracy in staging of paratumoral and distant lymph nodes is limited. Radical surgery for esophageal/GEJ carcinoma provides the greatest benefit in terms of survival, and its cost-utility appears to be the best of currently available treatments.

Protection against UVB inactivation (in vitro) of rat lens enzymes by natural antioxidants

Oxidative damage, through increased production of free radicals, is believed to be involved in UV-induced cataractogenesis (eye lens opacification). The possibility of UVB radiation causing damage to important lenticular enzymes was assessed by irradiating 3 months old rat lenses (in RPMI-1640 medium) at 300 nm (100 mu Wcm(-2)) for 24 h, in the absence and presence of ascorbic acid, alpha-tocopherol acetate and beta-carotene. UVB irradiation resulted in decreased activities of hexokinase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, aldose reductase, and Na, K- ATPase by 42, 40, 44 and 57% respectively. While endopeptidase activity (229%) and lipid peroxidation (156%) were increased, isocitrate dehydrogenase activity was not altered on irradiation. In the presence of externally added ascorbic acid, tocopherol and beta-carotene (separately) to the medium, the changes in enzyme activities (except endopeptidase) and increased lipid peroxidation, due to UVB exposure, were prevented. These results suggest that UVB radiation exerts oxidative damage on lens enzymes and antioxidants were protective against this damage.

Magmas functions as a ROS regulator and provides cytoprotection against oxidative stress-mediated damages

Redox imbalance generates multiple cellular damages leading to oxidative stress-mediated pathological conditions such as neurodegenerative diseases and cancer progression. Therefore, maintenance of reactive oxygen species (ROS) homeostasis is most important that involves well-defined antioxidant machinery. In the present study, we have identified for the first time a component of mammalian protein translocation machinery Magmas to perform a critical ROS regulatory function. Magmas overexpression has been reported in highly metabolically active tissues and cancer cells that are prone to oxidative damage. We found that Magmas regulates cellular ROS levels by controlling its production as well as scavenging. Magmas promotes cellular tolerance toward oxidative stress by enhancing antioxidant enzyme activity, thus preventing induction of apoptosis and damage to cellular components. Magmas enhances the activity of electron transport chain (ETC) complexes, causing reduced ROS production. Our results suggest that J-like domain of Magmas is essential for maintenance of redox balance. The function of Magmas as a ROS sensor was found to be independent of its role in protein import. The unique ROS modulatory role of Magmas is highlighted by its ability to increase cell tolerance to oxidative stress even in yeast model organism. The cytoprotective capability of Magmas against oxidative damage makes it an important candidate for future investigation in therapeutics of oxidative stress-related diseases.

Methotrexate Promotes Platelet Apoptosis via JNK-Mediated Mitochondrial Damage: Alleviation by N-Acetylcysteine and N-Acetylcysteine Amide

Thrombocytopenia in methotrexate (MTX)-treated cancer and rheumatoid arthritis (RA) patients connotes the interference of MTX with platelets. Hence, it seemed appealing to appraise the effect of MTX on platelets. Thereby, the mechanism of action of MTX on platelets was dissected. MTX (10 mu M) induced activation of pro-apoptotic proteins Bid, Bax and Bad through JNK phosphorylation leading Delta psi m dissipation, cytochrome c release and caspase activation, culminating in apoptosis. The use of specific inhibitor for JNK abrogates the MTX-induced activation of pro-apoptotic proteins and downstream events confirming JNK phosphorylation by MTX as a key event. We also demonstrate that platelet mitochondria as prime sources of ROS which plays a central role in MTX-induced apoptosis. Further, MTX induces oxidative stress by altering the levels of ROS and glutathione cycle. In parallel, the clinically approved thiol antioxidant N-acetylcysteine (NAC) and its derivative N-acetylcysteine amide (NACA) proficiently alleviate MTX-induced platelet apoptosis and oxidative damage. These findings underpin the dearth of research on interference of therapeutic drugs with platelets, despite their importance in human health and disease. Therefore, the use of antioxidants as supplementary therapy seems to be a safe bet in pathologies associated with altered platelet functions.

Relação dos sistemas de reparo de DNA em Escherichia coli K-12 com resistência a antibióticos, características adesivas e formação de biofilme

As espécies reativas de oxigênio (ERO) são geradas durante o metabolismo celular normal e podem produzir vários danos oxidativos no DNA, tais como lesões nas bases nitrogenadas ou sítios apurínico/apirimidínico (AP). Essas lesões podem acarretar acúmulo de sítios de mutações, caso esses danos não sejam reparados. Entretanto, as bactérias possuem vários mecanismos de defesa contra as ERO que desempenham um importante papel na manutenção da fisiologia. O objetivo deste trabalho foi o de avaliar se sistemas enzimáticos, como o reparo por excisão de bases (BER), sistema SOS e SoxRS, interferem em respostas como a sensibilidade aos antibióticos, aderência das células bacterianas a superfícies bióticas ou abióticas e formação de biofilme. Os mutantes utilizados no presente estudo são todos derivados de Escherichia coli K-12 e os resultados obtidos mostraram que, dos mutantes BER testados, o único que apresentou diferença no perfil de sensibilidade aos antimicrobiamos em relação à cepa selvagem (AB1157) foi o mutante xthA- (BW9091), deficiente em exonuclease III. No teste de aderência qualitativo realizado com linhagem de células HEp-2 (originária de carcinoma de laringe humana) foi observado que onze cepas da nossa coleção, apresentaram um padrão denominando like-AA, contrastando com o que era esperado para as cepas de E. coli utilizadas como controle negativo, que apresentam aderência discreta sem padrão típico. A aderência manose-sensível via fímbria do tipo I avaliada nesse estudo mostrou que essa fimbria, possui um papel relevante na intensidade da aderência e filamentação nessas cepas estudas. A filamentação é uma resposta SOS importante para que o genoma seja reparado antes de ser partilhado pelas células filhas. Além disso, com relação à formação de biofilme, oito cepas apresentaram um biofilme forte sendo que essa resposta não foi acompanhada pelo aumento da intensidade de filamentação. Nossos resultados em conjunto sugerem o envolvimento de estresse oxidativo na definição de parâmetros como sensibilidade a antimicrobianos, padrão e intensidade de aderência, filamentação e formação de biofilme nas amostras de E. coli K-12 avaliadas neste trabalho. Sugerimos que a aderência gera estresse oxidativo causando danos no DNA, o que leva a indução do sistema SOS resultando na resposta de filamentação observada.

Estudo das alterações cardiovasculares e metabólicas em modelo experimental de programação metabólica: efeito de extrato da casca de uva Vitis vinífera

Estudos epidemiológicos e experimentais têm sugerido que fatores de risco cardiovasculares podem ser parcialmente atribuídos às influências do ambiente em que vive o indivíduo, e que a nutrição materna influencia na programação de alterações metabólicas e cardiovasculares no indivíduo adulto e que caracterizam a síndrome metabólica (SM). Em contrapartida, estudos prévios de nosso laboratório demonstram que o extrato da casca de uva Vitis labrusca (GSE) possui efeito vasodilatador, antihipertensivo e antioxidante. Desta forma, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do tratamento oral com GSE (200mg/kg/dia), sobre as alterações cardiovasculares e metabólicas e estresse oxidativo observados na prole adulta (fêmea e machos) com 3 e 6 meses, cujas mães foram submetidas a uma dieta rica em gordura (hiperlipídica) durante a lactação. Quatro grupos de ratas foram alimentados com dietas experimentais: controle (7% de gordura); controle + GSE (7% de gordura + GSE), hiperlipídica (24% de gordura); hiperlipídica + GSE (24% de gordura + GSE) durante a lactação. Após o desmame, todos os filhotes passaram a ser alimentados com uma dieta controle e foram sacrificados aos 3 ou 6 meses de idade. A pressão arterial sistólica (PAS) foi medida por pletismografia de cauda e o efeito vasodilatador da acetilcolina (ACh) foi avaliado em leito arterial mesentérico (LAM) perfundido. Foram avaliados o peso corporal, adiposidade (intra-abdominal e gonadal), níveis plasmáticos de colesterol total, triglicerídeos, glicose e insulina, e a resistência à insulina (RI) foi calculada pelo índice de HOMA IR. As expressões do IRS-1, Akt e GLUT-4 foram determinadas em músculo soleus. O dano oxidativo, níveis de nitritos e a atividade das enzimas antioxidantes: superóxido dismutase, catalase e glutationa peroxidase foram dosados no plasma e homogenato de LAM. A PAS e tecido adiposo foram aumentados nas proles adultas de ambos os sexos e idades do grupo hiperlipídico e revertidos pelo tratamento com o GSE. A resposta vasodilatadora à ACh em LAM não foi diferente entre os grupos de ambos os sexos, mas foram reduzidas com o envelhecimento. Nas proles fêmeas e machos do grupo hiperlipídico também foram observados o aumento dos níveis de triglicerídeos, de glicose e RI em ambas as idades e foram reduzidos pelo GSE. No grupo hiperlipídico houve redução nas expressões de IRS-1, Akt e GLUT-4 e o GSE reverteu estas expressões. Os níveis plasmáticos de malondialdeído estavam aumentados e os níveis de nitrito diminuídos no grupo hiperlipídico, de ambos os sexos e idades e foram revertidos pelo GSE. As atividades das enzimas antioxidantes no plasma e no mesentério foram reduzidas no grupo hiperlipídico e restauradas pelo GSE. Em conclusão, O GSE parece proteger as proles fêmeas e machos, cujas mães foram expostas a uma dieta hiperlipídica durante a lactação, dos fatores de riscos cardiovasculares, proporcionando uma fonte alternativa nutricional para a prevenção da SM.

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.

Alterações comportamentais e a análise do estresse oxidativo na idade adulta de animais expostos a hipóxia pré-natal

A Hipóxia-Isquêmica (HI) pré-natal é caracterizada por uma redução no aporte de oxigênio e nutrientes para o feto durante o período gestacional, que pode acarretar, a longo prazo, em dificuldade de concentração e aprendizagem, hiperatividade e déficit de memória. Esses prejuízos podem persistir ou se agravar até a idade adulta, levando ainda ao aparecimento de doenças como epilepsia e paralisia cerebral (PC). A privação de oxigênio e nutrientes, assim como o estresse materno, anemia, eclâmpsia e uso de drogas durante a gestação, podem causar estresse oxidativo durante os períodos críticos do desenvolvimento, e pode ser a principal razão para as mudanças que levam a programação fetal. O objetivo deste estudo foi relacionar a geração de espécies reativas e a consequente formação de estresse oxidativo nos animais adultos, com as alterações da biodisponibilidade do óxido nítrico de forma sistêmica, além de mudanças nos comportamentos motor e de ansiedade, manutenção da memória e aprendizado. Para a hipóxia, foi utilizado o modelo de clampeamento das artérias uterinas das ratas no 18 dia gestacional por 45 min, analisando os filhotes após 90 dias de nascidos. Foram utilizados os testes Open Field e labirinto em cruz elevada para a análise comportamental, e análises das enzimas glutationa peroxidase (GPx), superóxido desmutase (SOD) e catalase, além de quantificação de nitritos, TBARs e carbonilação de proteínas para avaliação de mecanismos oxidantes e antioxidantes. Os resultados demonstraram que o insulto durante a gestação pode acarretar em redução na formação da enzima GPx, além de maior concentração de nitritos analisados nos soros dos animais hipoxiados quando comparados aos controles, contribuindo para o dano oxidativo. Também foi observada redução na memória de habituação e comportamento motor, além de elevado comportamento ansioso em animais hipoxiados, diferentemente de controles. Concluímos assim que a hipóxia isquêmica pré-natal pode alterar permanentemente o estado oxidativo dos animais, além de atuar na formação do comportamento motor, memória de habituação e ansiedade. As descobertas aqui apresentadas contribuem para ampliar o entendimento acerca do evento de hipóxia isquêmica pré-natal, além de prover ferramentas para o desenvolvimento de mecanismos protetores e preventivos aos possíveis danos por ela causados.

Associações da espessura do complexo médio-intimal da carótida com o estado oxidativo, metabólico e nutricional em crianças pré-púberes obesas e eutróficas

A prevalência de obesidade infantil vem crescendo em todo o mundo e está associada com aumento da morbimortalidade por doenças cardiovasculares na vida adulta. A obesidade na infância, somada às alterações no metabolismo glicêmico e lipídico e ao aumento do estresse oxidativo e estado inflamatório contribuem para o aumento da espessura do complexo médio-intimal da carótida (carotid artery intima-medial thickness - cIMT) em tenra idade, possibilitando o desenvolvimento precoce do processo aterosclerótico. O objetivo deste estudo foi avaliar e comparar a cIMT, os indicadores do metabolismo glicídico e lipídico, o estado oxidativo e antioxidante, a composição corporal e o consumo alimentar em crianças pré-púberes obesas e eutróficas e determinar as inter-relações entre as variáveis. Foram medidos massa corporal total (MCT), estatura (E), circunferência da cintura (CC); glicemia, insulina, colesterol total (CT), lipoproteína de baixa densidade (LDL-colesterol), lipoproteína de alta densidade (HDL-colesterol), ácido úrico, proteína C-reativa ultra-sensível (PCR-us) e capacidade antioxidante (DPPH) sanguíneos; cIMT (USG, General Eletric); consumo alimentar (3 recordatórios de 24 h) para análise de macronutrientes e ácidos graxos. Foram, ainda, calculados o índice de massa corporal por idade (IMC/I) e HOMA-IR. O grupo de crianças obesas (n = 30) apresentava IMC/I acima do p97 (WHO, 2007) cujos dados foram comparados com os de um grupo controle (n = 25), composto por crianças eutróficas, da mesma faixa etária. As análises estatísticas acompanharam as características da amostra para dados não-paramétricos, com graus de significância de p < 0,05. A idade das crianças, em média, foi de 7,8 1,3 anos. A comparação dos indicadores entre os grupos mostrou valores significativamente maiores de MCT, IMC/I, CC, consumo calórico e de carboidratos, CT, LDL-colesterol, insulina, HOMA-IR, ácido úrico, PCR-us e cIMT no grupo de crianças obesas. Foram encontradas associações positivas da cIMT com MCT, IMC/I e CC. Essa última associou-se positivamente com ácido úrico, insulina e HOMA-IR. A PCR-us mostrou associação positiva com MCT, IMC/I, CC, ácido úrico, insulina e HOMA-IR. Os resultados analisados nos permitem concluir que as crianças obesas apresentaram maior massa adiposa abdominal, maior consumo energético, proveniente de carboidratos e valores maiores dos fatores de risco para doenças cardiovasculares do que seus pares eutróficos. Nossos resultados analisados em conjunto, mostram que a obesidade infantil acarreta danos cardiometabólicos que poderão causar prejuízos a saúde na vida adulta. O processo de aterosclerose precoce sofre influência da massa de gordura total e abdominal, a qual está diretamente relacionada à resistência à insulina, ao estado inflamatório e antioxidante. O conhecimento dos fatores de risco desta população deverá embasar estratégias de tratamento com o objetivo de reduzir a morbimortalidade por doenças cardiovasculares na idade adulta.

Alterações no reparo tecidual cutâneo em um modelo de resistência à insulina

A obesidade associada às alterações metabólicas, tais como a resitência à insulina, provoca significativas modificações no decorrer do processo de cicatrização. O objetivo desse estudo foi inicialmente avaliar os efeitos da resistência à insulina induzida por uma dieta com elevado teor de gordura durante o reparo tecidual. E, em seguida, investigar o papel dos macrófagos neste processo. Observamos que os animais submetidos à dieta hiperlipídica (RHL) tornaram-se intolerantes à glicose e resistentes à insulina, além de aumentarem as taxas plasmáticas de colesterol e triglicerídeos em relação aos animais alimentados com ração padrão (RP). O grupo RHL apresentou uma menor taxa de contração da lesão e reepitelização em relação ao grupo RP. Observamos ainda maior quantidade de células inflamatórias (células NOS 2-positivas, macrófagos, e neutrófilos), menor densidade de fibras do sistema colágeno e maior densidade de miofibroblastos e vasos sanguíneos no grupo RHL. O dano oxidativo estava maior no grupo RHL bem como a expressão proteica do fator de crescimento transformante-β1 (TGF-β1) e α-actina de músculo liso (α-SMA). O grupo RHL apresentou altos níveis plasmáticos de TNF-α quando comparado com o grupo RP. Além disso, a proporção das células M1 (macrófagos ativados classicamente) e M2 (macrófagos ativados alternativamente) foi a mesma em ambos os grupos. Em relação a síntese e liberação de citocinas e fatores de crescimento avaliados através dos ensaios in vitro, observamos ainda que os níveis do fator de necrose tumoral-α (TNF-α) e interleucina-1β (IL-1β) estavam maiores no meio condicionado de macrófagos isolados dos animais do grupo RHL (MCRHL) em relacão ao meio condicionado de macrófagos isolados dos animais do grupo RP (MCRP). Além disso, os nossos resultados demonstraram claramente que os fatores solúveis produzidos por macrófagos isolados a partir de animais resistentes à insulina inibem a proliferação e a migração de fibroblastos. Através desses resultados podemos mostrar que a resistência à insulina retarda o processo de cicatrização e sugerir os macrófagos participam deste retardo.

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.

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.

Efeito do tratamento com o extrato hidro-alcoólico do açaí (Euterpe oleracea Mart.) sobre as alterações cardiovasculares em ratos espontaneamente hipertensos (SHR)

A hipertensão é uma das mais importantes causas de morte prematura no mundo. Estudos sobre a Euterpe oleracea Mart. (açaí), uma planta típica do Brasil e rica em polifenóis, têm mostrado grande potencial terapêutico contra a hipertensão, uma vez que seus benefícios podem ser associados às ações antioxidante, vasodilatadora e anti-hipertensiva. O rato espontaneamente hipertenso (SHR) é um modelo experimental utilizado para o estudo da hipertensão essencial. Neste estudo, investigamos o efeito do tratamento crônico do extrato hidroalcoólico do caroço de açaí (ASE) sobre a hipertensão de SHR. Animais SHR e Wistar receberam tratamento com ASE (200 mg/Kg/dia) na água de beber, ou veículo, desde 21 dias até 4 meses de idade e tiveram a pressão arterial sistólica (PAS) aferida por pletismografia de cauda. Os efeitos vasodilatadores da acetilcolina (ACh) e nitroglicerina (NG) foram estudados em leito arterial mesentérico (LAM) perfundido e pré-contraído com norepinefrina. A atividade das enzimas superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa peroxidase (GPx), os níveis de malondialdeído (MDA), a carbonilação de proteínas e os níveis de nitrito foram avaliados em plasma, LAM, coração e rim por espectrofotometria. A expressão das proteínas SOD e eNOS foram avaliadas por western blot em LAM e as alterações vasculares pela espessura da túnica média em aorta. A PAS foi maior (p<0.05) nos animais SHR, e reduzida pelo tratamento com ASE. O efeito vasodilatador reduzido da ACh em SHR foi recuperado pelo ASE e o da NG não foi diferente entre os grupos. Não houve diferença nos níveis de glicose e insulina em SHR comparados aos controles. Entretanto, a insulina se apresentou reduzida no grupo SHR+ASE. O nível de renina foi maior nos SHR e normalizado pelo ASE (p<0.05). Os níveis de MDA não foram diferentes entre SHR e controles, entretanto o tratamento com ASE reduziu esses níveis em rim de SHR (p<0.05). Os níveis de carbonilação de proteínas foram maiores em amostras de rim e coração de SHR e o ASE reduziu o dano sobre proteínas (p<0.05), não tendo diferença em plasma e LAM. A atividade da SOD foi menor em amostras de rim nos animais SHR e aumentada pelo tratamento com ASE (p<0.05). Entretanto, a atividade aumentada da SOD em coração e LAM dos SHR, foi reduzida pelo tratamento com ASE, não havendo diferença em amostras de plasma. Não houve diferença na atividade da GPx em amostras de LAM e coração dos diferentes grupos, porém sua atividade foi aumentada em rim dos SHR, e o tratamento com ASE normalizou essa atividade. Em plasma, a atividade da GPx foi reduzida em SHR e aumentada pelo tratamento (p<0.05). A atividade da enzima CAT foi reduzida em plasma e rim de SHR e o ASE aumentou sua atividade. Não houve diferença em amostras de LAM, entretanto em amostras de coração o tratamento aumentou a atividade da CAT em SHR (p<0.05). Em amostras de plasma, coração e rim, não houve diferença nos níveis de nitrito entre os diferentes grupos, porém em amostras de LAM foram menores em SHR e SHR+ASE (p<0.05). A expressão das proteínas eNOS e SOD apresentaram-se aumentadas em SHR (p<0.05) sem alteração com o tratamento. Os SHR apresentaram um aumento na espessura da camada média da aorta que foi reduzido (p<0.05) pelo ASE. Este estudo demonstrou que o tratamento crônico com ASE em SHR reduziu a hipertensão, preveniu a disfunção endotelial e o remodelamento vascular. O aumento da defesa antioxidante e redução do dano oxidativo devem contribuir para os efeitos benéficos de ASE. Portanto, sugerimos que o ASE pode ser uma ferramenta importante para o tratamento das alterações cardiovasculares associadas à hipertensão essencial.