Modelo integrador para las rutas de señalización diferencial del receptor ionotrópico de glutamato activado por el N-metil-D-aspartato

El receptor ionotrópico de glutamato activado por N-metil-D-aspartato (iGluR-NMDA) es un complejo macromolecular heteromultimérico constituido por entre 3 y 5 subunidades de tres diferentes tipos, a saber: NR1, NR2A-D y NR3A y B. Se ha demostrado su participación activa en prácticamente todos los procesos fisiológicos, patológicos e intermediarios de efectos farmacológicos que ocurren en las células de tejidos excitables, inclusive se ha reportado su presencia en otros tejidos no excitables. En el sistema nervioso central (SNC) participa en los procesos de aprendizaje, memoria, plasticidad, diferenciación, migración de la célula neural y apoptosis. Además, en los eventos de índole farmacológica se ha demostrado su intervención en excitotoxicidad, drogadicción y alcoholismo. Surge entonces la pregunta de cómo un mismo complejo macromolecular puede participar en tantos y tan diversos procesos. La revisión de literatura en la que se demuestra la interacción del iGluR-NMDA con proteínas de señalización, soporte, adaptadoras, moduladoras, de adhesión celular, de citoesqueleto y enzimas reporta un conjunto de más de 160 moléculas que participan en las cascadas que generan las señales a diferentes niveles de interacción y con diferentes sustratos. En este artículo se presenta un modelo predictivo estructural y funcional que permite distinguir, por lo menos, tres rutas diferenciadas de señalización.

Expressão de genes relacionados a cálcio e glutamato no hipocampo de pacientes com epilepsia do lobo temporal

A epilepsia do lobo temporal (ELT) é a principal forma de epilepsia, e a principal lesão desenvolvida por pacientes com ELT é a esclerose mesial temporal (EMT) apresentando perda neuronal, gliose e atrofia da região do hipocampo. Os íons cálcio são fundamentais para o funcionamento de inúmeras vias metabólicas em todos os níveis fisiológicos e desempenham papel fundamental nas respostas de despolarização neuronal. Foi comprovado que a ativação tanto de receptores ionotrópicos quanto metabotrópicos de glutamato promove o influxo anormal de Ca2+ para o meio intracelular, potencializando o efeito de excitação associado à EMT. O cálcio atua tanto como mensageiro celular secundário, quanto primário através da interação com um receptor específico na superfície celular, o Receptor Sensor de Cálcio (CASR). O CASR é expresso em diversas regiões do cérebro, incluindo o hipocampo, no entanto são desconhecidas muitas das possíveis funções desempenhadas por este receptor no cérebro. Ele pertence à família de receptores acoplados a proteína-G, e exibe homologia significativa com os receptores metabotrópicos de glutamato (mGluRs). Ademais, os mGluRs regulam a expressão da família de proteínas ligantes de cálcio neuronal, da qual faz parte a proteína VILIP-1, associada especificamente com o fenômeno da plasticidade sináptica no cérebro. O objetivo deste projeto foi determinar a expressão das proteínas CASR, mGluR1 e VILIP-1 em tecidos de hipocampo de pacientes com epilepsia do lobo temporal comparando com a expressão de tecidos de indivíduos normais. Os três genes encontraram-se subexpressos nos tecidos de pacientes com ELT, sendo que os tecidos dos pacientes, em grau crônico da doença, justificam tais graus de expressão. Sugere-se uma possível interação entre CASR e mGluR1 e...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)

Identificação, purificação e determinação da estrutura e função de componentes de baixas massas moleculares do do veneno da aranha Phoneutria nigriventer (Araneae; Ctenidae)

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Biologia Celular e Molecular) - IBRC

Bioquímica quântica na diferenciação dos níveis de ativação de receptores AMPA por agonistas parciais Wilardina

In the central nervous system (CNS) of mammalian, fast synaptic transmission between nerve cells is performed primarily by α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4- isoxazolepropionic acid (AMPA) receptors, an ionotropic glutamate receptor that is related with learning, memory and homeostasis of the nervous system. Impairments in their functions are correlated with development of many brain desorders, such as epilepsy, schizophrenia, autism, Parkinson and Alzheimer. The use of willardiine analogs has been shown a powerful tool to understanding of activation and desensitization mechanisms of this receptors, because the modification of a single ligand atom allows the observation of varying levels of efficacy. In this work, taking advantage of Fluorine Willardiine (1.35Å), Hydrogen Willardiine (1.65Å), Bromine Willardiine (1.8Å) and Iodine Willardiine (2.15Å) structures co-crystalized with GluA2 with codes 1MQI, 1MQJ, 1MQH and 1MQG, we attempted to energetically differentiate the four ligands efficacy. The complexes were submitted to energetic calculations based on density functional theory (DFT), under the optics of molecular fractionation with conjugate caps (MFCC) method. Obtained results show a relationship between the energetic values and willardiines efficacy order (FW> HW > BrW > IW), also show the importance of E705, R485, Y450, S654, T655, T480 e P478 as the amino acids that contribute most strongly with the interaction of four partial agonists. Furthermore, we outlined the M708 behaviour, attracted by FW and HW ligands, and repels by BrW and IW. With the datas reported on this work, it is possible for a better understanding of the AMPA receptor, which can serve as an aid in the development of new drugs for this system.

Inibição do receptor de glutamato do tipo NMDA em um modelo de hipóxia-isquemia prenatal: avaliação morfofuncional do cerebelo

Lesões sistêmicas peri e pré-natais alteram o desenvolvimento do SNC, levando a problemas cognitivos e motores em crianças que podem perdurar por toda a vida. Um tipo particular de lesão é a hipóxia-isquemia (HI), caracterizada pela interrupção momentânea ou permanente do fluxo sanguíneo. Um dos mecanismos propostos para as lesões decorrentes da HI é a excitotoxicidade glutamatérgica. O uso de inibidores da neurotransmissão glutamatérgica tem sido estudados em diversos modelos de HI. Neste trabalho, avaliamos os efeitos morfofuncionais da administração de um antagonista não-competitivo do receptor de glutamato NMDA sobre o desenvolvimento do cerebelo. Ratas no 18 dia de gestação foram anestesiadas, os cornos uterinos expostos e as 4 artérias uterinas obstruídas por 45 minutos (Grupo H). Animais controle tiveram os úteros expostos, sem a obstrução (Grupo S). Após a cirurgia a gestação prosseguiu. Somente animais nascidos a termo foram utilizados. Um dia após o nascimento, metade de cada ninhada foi designada para receber MK801, 0,3mg/kg/dia, (grupos SM e HM) e a outra metade recebeu solução salina (grupos SS e HS), por 5 dias. Após anestesia e perfusão-fixação com paraformaldeído 4% aos 9, 23, 30 e 60 dias pós-natais, cortes parassagitais do cerebelo foram obtidos em criótomo e submetidos à imunohistoquímica para calbindina, GFAP, GLAST, PDGFRα e MBP. A partir de 45 dias de vida, os animais foram testados em vários de testes comportamentais: labirinto em cruz elevado (LCE), campo vazado (CV), ROTAROD, teste de caminhada sobre barras (ladder test) e teste do comprimento da passada (stride length). Aos 9 dias, a espessura da árvore dendrítica era menor nos animais SM, HS/HM, demonstrando efeitos deletérios tanto do MK801 quanto da HI. Menor número de células PDGFRα+ foi observado nos animais HS/HM, sem efeitos da administração de MK801. Aos 23 dias, maior número de células PDGFRα+ foi observado nos animais HM comparado aos outros 3 grupos, indicando efeito neuroprotetor do MK801. Nessa idade, menor número de fibras mielinizadas (MBP+) foi observada nos animais HS, e a administração de MK801 parece reverter estes efeitos. Aos 9 dias a distribuição de GLAST estava alterada nos animais HS, com os efeitos da HI parcialmente revertidos pelo MK801. Não foram observados efeitos da HI ou do MK801 sobre comportamentos relacionados a ansiedade pelo LCE, assim como na latência de queda no ROTAROD. HI piora a performance motora no ladder test. No teste do CV, não observamos efeitos da HI sobre a busca por novidade assim como sobre a atividade locomotora espontânea. No entanto, MK801 diminui comportamentos de autolimpeza e a atividade locomotora espontânea. Menor variação das passadas foi observada em decorrência da administração de MK801 no stride length, com nenhum efeito da HI. Nossos resultados demonstram que a inibição do receptor NMDA tem um efeito neuroprotetor sobre os progenitores de oligodendrócitos e mielinização, provavelmente pela manutenção da capacidade proliferativa por um período maior. A atividade do receptor NMDA exerce importante papel na diferenciação das células de Purkinje, assim como na distribuição do transportador GLAST, corroborando a importância deste receptor na gênese das lesões causadas pela HI.

Papel das reservas intracelulares de cálcio no efeito de aminoácidos excitatórios sobre a fosforilação da proteína ácida fibrilar glial (GFAP) em hipocampo de ratos jovens

A proteína ácida fibrilar glial (GFAP) é uma proteína da classe dos filamentos intermediários, exclusivamente expressa em astrócitos no sistema nervoso central (SNC). A função específica da fosforilação desta proteína é ainda desconhecida. No entanto, tem sido demonstrado que o equilíbrio dinâmico entre o estado fosforilado e desfosforilado de sítios específicos da GFAP pode regular a polimerização e despolimerização dos filamentos intermediários durante eventos de estruturação do citoesqueleto glial. Nosso grupo de pesquisa demonstrou que a fosforilação da GFAP em hipocampo de ratos jovens (P12-P16) é estimulada no mesmo nível por glutamato, via um receptor glutamatérgico metabotrópico do grupo II (mGluR II), e pela ausência de Ca2+ externo (presença de EGTA). Entretanto, o tratamento simultâneo com glutamato e EGTA não resulta em efeito sinergístico, sugerindo um mesmo mecanismo de ação para estas duas situações estimulatórias da fosforilação da GFAP (WofchuK & Rodnight, 1994; Kommers et al., 1999; Rodnight et al., 1997). Este mecanismo provavelmente não envolve reservas intracelulares de Ca2+ associadas a receptores de IP3, uma vez que mGluRs II estão envolvidos com o mecanismo de transdução de sinal via adenilato ciclase e não via hidrólise de fosfoinositídios. Uma hipótese proposta é de que o glutamato, via mGluR, bloqueia canais de Ca2+ tipo L, inibindo uma cascata de desfosforilação dependente de Ca2+, associada a GFAP (Rodnight et al., 1997). Interessantemente, os receptores rianodina (RyRs) presentes nas reservas intracelulares de Ca2+ reguladas por tais receptores estão associados com canais de Ca2+ tipo L (Chavis et al., 1996). Com base nestes dados, buscou-se neste trabalho avaliar se a modulação glutamatérgica da fosforilação da GFAP em fatias de hipocampo de ratos jovens envolve as reservas intracelulares de Ca2+ reguladas por RyRs e se o Ca2+ proveniente destas reservas atua de maneira semelhante ao Ca2+ oriundo do espaço extracelular. Nossos resultados mostraram que há uma evidente participação do Ca2+ proveniente das reservas intracelulares reguladas por RyRs no mecanismo modulatório da fosforilação da GFAP via ativação de mGluRs em fatias de hipocampo de ratos jovens, uma vez que a cafeína e a rianodina (agonistas de RyRs) revertem totalmente o efeito estimulatório do agonista glutamatérgico metabotrópico 1S,3R-ACPD sobre a fosforilação da proteína e este efeito da cafeína é inibido por dantrolene (antagonista de RyRs). Talvez o Ca2+ oriundo das reservas reguladas por RyRs tenha o mesmo papel do Ca2+ proveniente do espaço extracelular, ou seja, desencadeia uma cascata de desfosforilação associada à GFAP mediada pela calcineurina, uma vez que quelando o Ca2+ intracelular livre com BAPTA-AM, após a mobilização destas reservas, tal efeito não ocorre. A participação de receptores adenosina (AdoRs) e do AMP cíclico (AMPc) ainda permanece a ser estudada. Entretanto, é sabido que em ratos jovens a ativação de mGluRs aumenta a formação de AMPc potenciando o efeito de outros tipos de receptores, como os AdoRs e, provavelmente, isto é mediado por um mGluR II (Schoepp & Johnson, 1993; Winder & Conn, 1996). Neste trabalho mostrou-se justamente o possível envolvimento de tais mecanismos de transdução de sinal na modulação da fosforilação da GFAP, pois a adenosina deaminase (enzima que metaboliza adenosina endógena) e a forscolina (agente que estimula a enzima adenilato ciclase) alteraram o nível de fosforilação da GFAP. Estes resultados evidenciam o envolvimento das reservas intracelulares de Ca2+ reguladas por RyRs no mecanismo de transdução de sinal que modula o estado de fosforilação GFAP mediado pela ativação de mGluRs.

Papel dos mecanismos mediados pelo fator de liberação de corticotrofina e pelo complexo receptor N-Metil-D-Aspartato-Óxido Nítrico nas reações associadas a estímulos aversivos

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

Estudo do estresse oxidativo e expressão da aromatase e receptor relacionado ao estrógeno gama na placenta humana

 Introdução: Durante a gravidez, devido ao aumento da exigência metabólica placentária há um aumento na produção das espécies reativas de oxigénio (ROS) que podem causar, por exemplo, oxidação de ácidos graxos poli-insaturados na placenta, além disso, nesta fase ocorre um aumento na expressão da aromatase e do receptor relacionado ao estrógeno gama (ERRgama) na placenta humana. Objetivo: O objetivo do estudo foi avaliar os parâmetros de estresse oxidativo e imunomarcação da aromatase e do ERRgama na placenta humana. Métodologia: A capacidade antioxidante total (ACAP), atividade da glutamato cisteína ligase (GCL), concentração glutationa (GSH), peroxidação lipídica e imunomarcação da aromatase e do ERRgama foram analisados em tecido placentário de 58 parturientes. Estas análises foram relacionadas com os dados socio-demográficos das participantes. Resultados: Os recém-nascidos de mães fumantes nasceram com menor peso (p=0,001). A concentração de GSH diminuiu a produção da peroxidação lipídica (p<0,05), por outro lado, a atividade de GCL teve efeito oposto (p<0,001). Encontramos uma diminuição na capacidade antioxidante total e aumento da peroxidação lipídica (p<0,05) na placenta. A placenta de mães fumantes tinham menos marcação da aromatase (p=0,037) já, as mães mais velhas tiveram menos marcação do ERRgama (p=0,009) na placenta. A GSH teve efeito positivo na imunomarcação de ERRgama (p=0,001). Conclusões: A expressão da aromatase e do ERRgamma na placenta são alterados tanto por fatores exógenos, tais como o fumo do cigarro, como por fatores endógenos, tais como a concentração de GSH e a idade da mãe. Os marcadores de estresse oxidativo na placenta são mais elevados em mães mais velhas e em placenta com menor capacidade antioxidante total. 

A re-examination of the Ghrelin and Ghrelin receptor genes

The last few years have seen dramatic advances in genomics, including the discovery of a large number of non-coding and antisense transcripts. This has revolutionised our understanding of multifaceted transcript structures found within gene loci and their roles in the regulation of development, neurogenesis and other complex processes. The recent and continuing surge of knowledge has prompted researchers to reassess and further dissect gene loci. The ghrelin gene (GHRL) gives rise to preproghrelin, which in turn produces ghrelin, a 28 amino acid peptide hormone that acts via the ghrelin receptor (growth hormone secretagogue receptor/GHSR 1a). Ghrelin has many important physiological and pathophysiological roles, including the stimulation of growth hormone (GH) release, appetite regulation, and cancer development. A truncated receptor splice variant, GHSR 1b, does not bind ghrelin, but dimerises with GHSR 1a, and may act as a dominant negative receptor. The gene products of ghrelin and its receptor are frequently overexpressed in human cancer While it is well known that the ghrelin axis (ghrelin and its receptor) plays a range of important functional roles, little is known about the molecular structure and regulation of the ghrelin gene (GHRL) and ghrelin receptor gene (GHSR). This thesis reports the re-annotation of the ghrelin gene, discovery of alternative 5’ exons and transcription start sites, as well as the description of a number of novel splice variants, including isoforms with a putative signal peptide. We also describe the discovery and characterisation of a ghrelin antisense gene (GHRLOS), and the discovery and expression of a ghrelin receptor (growth hormone secretagogue receptor/GHSR) antisense gene (GHSR-OS). We have identified numerous ghrelin-derived transcripts, including variants with extended 5' untranslated regions and putative secreted obestatin and C-ghrelin transcripts. These transcripts initiate from novel first exons, exon -1, exon 0 and a 5' extended 1, with multiple transcription start sites. We used comparative genomics to identify, and RT-PCR to experimentally verify, that the proximal exon 0 and 5' extended exon 1 are transcribed in the mouse ghrelin gene, which suggests the mouse and human proximal first exon architecture is conserved. We have identified numerous novel antisense transcripts in the ghrelin locus. A candidate non-coding endogenous natural antisense gene (GHRLOS) was cloned and demonstrates very low expression levels in the stomach and high levels in the thymus, testis and brain - all major tissues of non-coding RNA expression. Next, we examined if transcription occurs in the antisense orientation to the ghrelin receptor gene, GHSR. A novel gene (GHSR-OS) on the opposite strand of intron 1 of the GHSR gene was identified and characterised using strand-specific RT-PCR and rapid amplification of cDNA ends (RACE). GHSR-OS is differentially expressed and a candidate non-coding RNA gene. In summary, this study has characterised the ghrelin and ghrelin receptor loci and demonstrated natural antisense transcripts to ghrelin and its receptor. Our preliminary work shows that the ghrelin axis generates a broad and complex transcriptional repertoire. This study provides the basis for detailed functional studies of the the ghrelin and GHSR loci and future studies will be needed to further unravel the function, diagnostic and therapeutic potential of the ghrelin axis.

P2 purinergic receptor mRNA in rat and human sinoatrial node and other heart regions.

It is known that adenosine 5'-triphosphate (ATP) is a cotransmitter in the heart. Additionally, ATP is released from ischemic and hypoxic myocytes. Therefore, cardiac-derived sources of ATP have the potential to modify cardiac function. ATP activates P2X(1-7) and P2Y(1-14) receptors; however, the presence of P2X and P2Y receptor subtypes in strategic cardiac locations such as the sinoatrial node has not been determined. An understanding of P2X and P2Y receptor localization would facilitate investigation of purine receptor function in the heart. Therefore, we used quantitative PCR and in situ hybridization to measure the expression of mRNA of all known purine receptors in rat left ventricle, right atrium and sinoatrial node (SAN), and human right atrium and SAN. Expression of mRNA for all the cloned P2 receptors was observed in the ventricles, atria, and SAN of the rat. However, their abundance varied in different regions of the heart. P2X(5) was the most abundant of the P2X receptors in all three regions of the rat heart. In rat left ventricle, P2Y(1), P2Y(2), and P2Y(14) mRNA levels were highest for P2Y receptors, while in right atrium and SAN, P2Y(2) and P2Y(14) levels were highest, respectively. We extended these studies to investigate P2X(4) receptor mRNA in heart from rats with coronary artery ligation-induced heart failure. P2X(4) receptor mRNA was upregulated by 93% in SAN (P < 0.05), while a trend towards an increase was also observed in the right atrium and left ventricle (not significant). Thus, P2X(4)-mediated effects might be modulated in heart failure. mRNA for P2X(4-7) and P2Y(1,2,4,6,12-14), but not P2X(2,3) and P2Y(11), was detected in human right atrium and SAN. In addition, mRNA for P2X(1) was detected in human SAN but not human right atrium. In human right atrium and SAN, P2X(4) and P2X(7) mRNA was the highest for P2X receptors. P2Y(1) and P2Y(2) mRNA were the most abundant for P2Y receptors in the right atrium, while P2Y(1), P2Y(2), and P2Y(14) were the most abundant P2Y receptor subtypes in human SAN. This study shows a widespread distribution of P2 receptor mRNA in rat heart tissues but a more restricted presence and distribution of P2 receptor mRNA in human atrium and SAN. This study provides further direction for the elucidation of P2 receptor modulation of heart rate and contractility.

Kallikrein-related peptidase 4 activation of protease-activated receptor family members and association with prostate cancer

Two areas of particular importance in prostate cancer progression are primary tumour development and metastasis. These processes involve a number of physiological events, the mediators of which are still being discovered and characterised. Serine proteases have been shown to play a major role in cancer invasion and metastasis. The recently discovered phenomenon of their activation of a receptor family known as the protease activated receptors (PARs) has extended their physiological role to that of signaling molecule. Several serine proteases are expressed by malignant prostate cancer cells, including members of the kallikreinrelated peptidase (KLK) serine protease family, and increasingly these are being shown to be associated with prostate cancer progression. KLK4 is highly expressed in the prostate and expression levels increase during prostate cancer progression. Critically, recent studies have implicated KLK4 in processes associated with cancer. For example, the ectopic over-expression of KLK4 in prostate cancer cell lines results in an increased ability of these cells to form colonies, proliferate and migrate. In addition, it has been demonstrated that KLK4 is a potential mediator of cellular interactions between prostate cancer cells and osteoblasts (bone forming cells). The ability of KLK4 to influence cellular behaviour is believed to be through the selective cleavage of specific substrates. Identification of relevant in vivo substrates of KLK4 is critical to understanding the pathophysiological roles of this enzyme. Significantly, recent reports have demonstrated that several members of the KLK family are able to activate PARs. The PARs are relatively new members of the seven transmembrane domain containing G protein coupled receptor (GPCR) family. PARs are activated through proteolytic cleavage of their N-terminus by serine proteases, the resulting nascent N-terminal binds intramolecularly to initiate receptor activation. PARs are involved in a number of patho-physiological processes, including vascular repair and inflammation, and a growing body of evidence suggests roles in cancer. While expression of PAR family members has been documented in several types of cancers, including prostate, the role of these GPCRs in prostate cancer development and progression is yet to be examined. Interestingly, several studies have suggested potential roles in cellular invasion through the induction of cytoskeletal reorganisation and expression of basement membrane-degrading enzymes. Accordingly, this program of research focussed on the activation of the PARs by the prostate cancer associated enzyme KLK4, cellular processing of activated PARs and the expression pattern of receptor and agonist in prostate cancer. For these studies KLK4 was purified from the conditioned media of stably transfected Sf9 insect cells expressing a construct containing the complete human KLK4 coding sequence in frame with a V5 epitope and poly-histidine encoding sequences. The first aspect of this study was the further characterisation of this recombinant zymogen form of KLK4. The recombinant KLK4 zymogen was demonstrated to be activatable by the metalloendopeptidase thermolysin and amino terminal sequencing indicated that thermolysin activated KLK4 had the predicted N-terminus of mature active KLK4 (31IINED). Critically, removal of the pro-region successfully generated a catalytically active enzyme, with comparable activity to a previously published recombinant KLK4 produced from S2 insect cells. The second aspect of this study was the activation of the PARs by KLK4 and the initiation of signal transduction. This study demonstrated that KLK4 can activate PAR-1 and PAR-2 to mobilise intracellular Ca2+, but failed to activate PAR-4. Further, KLK4 activated PAR-1 and PAR-2 over distinct concentration ranges, with KLK4 activation and mobilisation of Ca2+ demonstrating higher efficacy through PAR-2. Thus, the remainder of this study focussed on PAR-2. KLK4 was demonstrated to directly cleave a synthetic peptide that mimicked the PAR-2 Nterminal activation sequence. Further, KLK4 mediated Ca2+ mobilisation through PAR-2 was accompanied by the initiation of the extra-cellular regulated kinase (ERK) cascade. The specificity of intracellular signaling mediated through PAR-2 by KLK4 activation was demonstrated by siRNA mediated protein depletion, with a reduction in PAR-2 protein levels correlating to a reduction in KLK4 mediated Ca2+mobilisation and ERK phosphorylation. The third aspect of this study examined cellular processing of KLK4 activated PAR- 2 in a prostate cancer cell line. PAR-2 was demonstrated to be expressed by five prostate derived cell lines including the prostate cancer cell line PC-3. It was also demonstrated by flow cytometry and confocal microscopy analyses that activation of PC-3 cell surface PAR-2 by KLK4 leads to internalisation of this receptor in a time dependent manner. Critically, in vivo relevance of the interaction between KLK4 and PAR-2 was established by the observation of the co-expression of receptor and agonist in primary prostate cancer and prostate cancer bone lesion samples by immunohistochemical analysis. Based on the results of this study a number of exciting future studies have been proposed, including, delineating differences in KLK4 cellular signaling via PAR-1 and PAR-2 and the role of PAR-1 and PAR-2 activation by KLK4 in prostate cancer cells and bone cells in prostate cancer progression.