Estudo dos efeitos da radioterapia no tecido cardíaco e sua associação com o metabolismo energético / Study of the effects of radiation therapy in cardiac tissue and its association with energy metabolism

Durante o tratamento radioterápico para tumores localizados na região torácica, parte do coração frequentemente é incluída no campo de tratamento e pode receber doses de radiação ionizante, significativas em relação à terapêutica. A irradiação do coração é capaz de causar importantes complicações cardíacas ao paciente, caracterizadas por alterações funcionais progressivas cerca de 10 a 20 anos após a exposição do órgão. Devido ao seu alto grau de contração e grande consumo energético, o tecido cardíaco é altamente dependente do metabolismo oxidativo que ocorre nas mitocôndrias. Danos as estas organelas podem levar ao decréscimo da produção de energia, tendo um impacto direto sobre a performance cardíaca. Ainda, ao interagir com as células, a radiação ionizante pode gerar uma série de eventos bioquímicos que conduzem a uma resposta celular complexa, em que muitas proteínas parecem estar envolvidas. Tendo em vista tais conhecimentos, o objetivo do estudo foi avaliar o aspecto ultraestrutural do tecido cardíaco, a bioenergética mitocondrial e a expressão diferencial de proteínas após irradiação. Os ensaios foram realizados em amostras de tecido cardíaco de ratos Wistar irradiados com dose única de 20 Gy direcionada ao coração. As análise tiveram início 4 e 32 semanas após irradiação. A análise ultraestrutural foi realizada através de microscopia eletrônica de transmissão. A respiração mitocondrial foi mensurada em oxígrafo, a partir das taxas de consumo de oxigênio pelas fibras cardíacas. A identificação de proteínas diferencialmente expressas foi investigada através de duas técnicas proteômicas: 2D-DIGE (2-D Fluorescence Difference Gel Electrophoresis) e uma abordagem label-free seguida de espectrometria de massas. Os resultados mostraram que os efeitos tardios da radiação incluem a degeneração das mitocôndrias e das unidades contráteis do tecido cardíaco, disfunções na cadeia respiratória mitocondrial e expressão diferencial de proteínas...

During radiotherapy for tumors located at toracic region, part of the heart is often included in the treatment field and may receive a significant ionizing radiation dose comparing to the therapeutics. Heart irradiation is able to cause substantial cardiac complications to patient, characterized by functional progressive changes from 10 to 20 years after the exposure of the organ. Because of its high level of contraction and large energetic consumption, cardiac tissue is highly depending on oxidative metabolism which happens at mitochondrias. Damage to these organelles can lead to decreased energy production, having a direct impact on cardiac performance. Even when interacting with cells, ionizing radiation can generate a series of biochemical events that lead to a complex cellular response, in many proteins seem to be involved. Given this knowledge, the aim of the study was to evaluate the ultrastructural appearance of cardiac tissue, mitochondrial bioenergetics and differential expression of proteins after irradiation. The tests were performed on samples of cardiac tissue of rats irradiated with single dose of 20 Gy directed to the heart. The analysis started 4 to 32 weeks after irradiation. The ultrastructural analysis was performed by transmission electron microscopy. Mitochondrial respiration was measured in oxigraph from rates of oxygen consumption by cardiac fibers. The identification of differentially expressed proteins was investigated using two proteomic techniques: 2D-DIGE (2-D Fluorescence Difference Gel Electrophoresis) and a label-free approach followed by mass spectrometry. The results showed that the late effects of radiation include degeneration of mitochondria and contractile units of cardiac tissue, dysfunction in the mitochondrial respiratory chain and differential expression of proteins involved in energy metabolism of carbohydrates, lipids and phosphocreatine. In general, the study showed that the cardiac irradiation damages...

Catechol inhibits FADH2-linked respiration in rat liver mitochondrial fraction

PURPOSE: The aim of this work was to investigate the hypothesis that catechol inhibits FADH2-linked basal respiration in mitochondria isolated from rat liver homogenates. Moreover, catechol ability to induce peroxidation of biomolecules in liver nuclear fractions was also studied. METHODS: Rat liver homogenates were incubated with 1mM 1,2-dihydroxybenzene (catechol) at pH 7.4 for up to 30 minutes. After that, mitochondrial fractions were isolated by differential centrifugation. Basal oxygen uptake was measured using a Clark-type electrode after the addition of 10 mM sodium succinate. Nuclear fractions were incubated in the presence of 1 mM catechol for 17 hours at room temperature and the peroxidation of biomolecules was investigated by the reaction with thiobarbituric acid, which was determined spectrophotometrically at 535 nm. RESULTS: Catechol induced a time-dependent partial inhibition of FADH2-linked basal mitochondrial respiration, however this substance was unable to induce a direct peroxidation of biomolecules in hepatic nuclear fractions. CONCLUSION: Catechol produced an inhibition of basal respiration associated to FADH2 in isolated liver mitochondria that could lead to cytotoxicity, ROS generation and cell death.

OBJETIVO: Testar a hipótese do catecol inibir a respiração basal associada ao FADH2 em frações mitocondriais hepáticas de rato. Além disso, estudou-se também a capacidade do catecol de induzir peroxidação de biomoléculas nas frações nucleares. MÉTODOS: Os homogeneizados de fígado de ratos foram incubados com catecol a 1 mM em pH fisiológico. Depois disso, as frações mitocondriais foram isoladas por centrifugação diferencial. O consumo basal de oxigênio foi medido com um eletrodo do tipo Clark após injeção de succinato a 10 mM. Frações nucleares foram incubadas com catecol por 17 horas à temperatura ambiente e a peroxidação de biomoléculas foi investigada pela reação com o ácido tiobarbitúrico e mensurada espectrofotometricamente. RESULTADOS: O catecol induziu uma inibição parcial da respiração basal mitocondrial associada ao FADH2 de forma dependente do tempo, contudo essa substância não induziu peroxidação direta das biomoléculas presentes nas frações nucleares hepáticas. CONCLUSÃO: O catecol produz inibição da respiração basal associada ao FADH2 em mitocôndrias isoladas de fígado, o que pode levar à toxicidade, produção de espécies reativas e morte celular.

Análise da respiração mitocondrial em tecido cerebral de gato após isquemia e reperfusão

OBJECTIVE: Brain ischemia is considered a disease difficult to be treated. Despite many other clinical situations, of particular interest for neurosurgery is its occurrence in cerebral vasoespam following subarachnoid hemorrhage, in temporary occlusion of intracranial vessels during neurosurgeries and, in intracranial arterial thrombosis. The cerebral lesion caused by isquemia is time-related and it can aggravated by the reperfusion of the ischemic site. Many clinical and experimental studies have been perfomed aiming the better understanding of these phenomena. This study aimed to analyse the precocious effects of focal isquemia and reperfusion uppon the brain of cats. METHODS: Focal brain ischemia was performed by temporary clipping of the middle cerebral artery for determined times followed by reperfusion during 10 minutes. The effects of isquemia were assessed through mitochondrial respiration analysis in the ischemic tissue. RESULTS: The results showed a significant decrease in O2 consumption in samples of brain tissue submitted to 60 minutes of ischemia and 10 minutes of reperfusion when compared with not ischemic brain tissue, indicating compromising of the mitocondrial function. CONCLUSION: Based on the results we can conclude that time of ischemia was a determinant factor in the mitochondrial respiration alterations in brain tissue of cats submitted to ischemia and reperfusion of short duration (significant alterations observed only after 60 minutes of ischemia followed by 10 minutes of reperfusion).

INTRODUÇÃO: A isquemia cerebral é uma doença freqüente e de difícil tratamento médico. De particular interesse neurocirúrgico são as situações de vasoespasmo após hemorragia subaracnóidea, de oclusão temporária de vasos nas neurocirurgias e de tromboses de artérias intracranianas. A lesão cerebral resultante da isquemia depende da sua duração e pode ser agravada pela reperfusão do território isquêmico. Vários estudos clínicos e experimentais têm sido realizados para melhor entender esses fenômenos. OBJETIVO: Este trabalho visou a avaliação precoce dos efeitos da isquemia focal seguida da reperfusão no cérebro de gatos. MÉTODOS: A isquemia cerebral foi provocada por clipagem temporária da artéria cerebral média por tempos determinados com reperfusão durante 10 minutos, e avaliação foi efetuada através da análise da respiração mitocondrial no tecido isquemiado. Resultados - Houve redução significativa no consumo de O2 nas amostras de tecido cerebral isquemiado por 60 minutos, seguidos de 10 minutos de reperfusão, quando comparadas ao tecido cerebral contralateral (não isquemiado). CONCLUSÕES: Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que o tempo de duração da isquemia foi um fator determinante na alteração da respiração mitocondrial de gatos submetidos à isquemia e reperfusão de curta duração (alterações significativas apenas após 60 minutos de isquemia seguidos de 10 de reperfusão).