Effect of tetrahydroquinoline derivatives on the intracellular Ca2+ homeostasis in breast cancer cells (MCF-7) and its relationship with apoptosis / Efecto de derivados de tetrahidroquinolinas sobre la homeostasis del Ca2+ intracelular en células de cáncer de mama (MCF-7) y su relación con la apoptosis

Abstract Tetrahydroquinoline derivatives are interesting structures exhibiting a wide range of biological activities, including antitumor effects. In this investigation, the effect of the synthesized tetrahydroquinolines JS-56 and JS-92 on apoptosis, intracellular Ca2+ concentration ([Ca2+]i), and the sarco(endo)plasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA) activity was determined on MCF-7 breast cancer cells. Colorimetric assays were used to assess MCF-7 cells viability and SERCA activity. Fura-2 and rhodamine 123 were used to measure the intracellular Ca2+ concentration and the mitochondrial electrochemical potential, respec tively. TUNEL assay was used to analyze DNA fragmentation, while caspase activity and NF-κB-dependent gene expression were assessed by luminescence. In silico models were used for molecular docking analysis. These compounds increase intracellular Ca2+ concentration; the main contribution is the Ca2+ entry from the extracellular milieu. Both JS-56 and JS-92 inhibit the activity of SERCA and dissipate the mitochondrial electrochemical potential through processes dependent and independent of the Ca2+ uptake by this organelle. Furthermore, JS-56 and JS-92 generate cytotoxicity in MCF-7 cells. The effect of JS-92 is higher than JS-56. Both compounds activate caspases 7 and 9, cause DNA fragmentation, and potentiate the effect of phorbol 12-myristate-13-acetate on NF-κB-dependent gene expression. Molecular docking analysis suggests that both compounds have a high interaction for SERCA, similar to thapsigargin. Both tetrahydroquinoline derivatives induced cell death through a combination of apoptotic events, increase [Ca2+]i, and inhibit SERCA activity by direct interaction.

Resumen Los derivados de tetrahidroquinolina son estructuras interesantes que exhiben una amplia gama de actividades biológicas, incluyendo efectos antitumorales. Se determinó el efecto de las tetrahidroquinolinas sintetizadas JS-56 y JS-92 sobre la apoptosis, concentración intracelular de Ca2+ ([Ca2+]i) y la actividad Ca2+-ATPasa del retículo sarco(endo)plásmico (SERCA) en células de cáncer de mama MCF-7. Se usaron ensayos colorimétricos para evaluar la viabilidad de las células MCF-7 y la actividad SERCA. Se emplearon Fura-2 y rodamina 123 para medir la concentración de Ca2+ intracelular y el potencial electroquímico mitocondrial, respectivamente. El ensayo TUNEL se utilizó para analizar la fragmentación del ADN, mientras que la actividad de caspasas y la expresión génica dependiente de NF-κB se evaluaron mediante luminiscencia. Modelos in silico permitieron el análisis del acoplamiento molecular. Estos compuestos aumentan la concentración de Ca2+ intracelular; la principal contribución es la entrada de Ca2+ desde el medio extracelular. Tanto JS-56 como JS-92 inhiben la actividad de SERCA y disipan el potencial electroquímico mitocondrial a través de procesos dependientes e independientes de la captación de Ca2+ por este orgánulo. Además, JS-56 y JS-92 generan citotoxicidad en células MCF-7. El efecto de JS-92 es mayor que JS-56. Ambos compuestos activan las caspasas 7 y 9, provocan la fragmentación del ADN y potencian el efecto del 12-miristato-13-acetato de forbol en la expresión génica dependiente de NF-κB. El análisis de acoplamiento molecular sugiere que ambos compuestos tienen una alta interacción con SERCA, similar a la tapsigargina. Ambos derivados de tetrahidroquinolina indujeron la muerte celular a través de una combinación de eventos apoptóticos, aumento de [Ca2+]i e inhibición de la actividad SERCA por interacción directa.

Diferencias fenotípicas de fibroblastos gingivales en sujetos con hiperplasia gingival idiopática frente a sujetos periodontalmente sanos: estudio piloto / Phenotypic differences of gingival fibroblasts in subjects with idiopathic gingival hyperplasia versus periodontally healthy subjects: a pilot study

Objetivo: identificar, describir y diferenciar las características fenotípicas de los fibroblastos gingivales (FGs) en pacientes con hiperplasia gingival idiopática (HGI) e individuos periodontalmente sanos. Métodos: los FGs fueron aislados a partir de tejido gingival de individuos periodontalmente sanos (n=2) y pacientes con HGI (n=2). Los FGs se cultivaron en el medio DMEM (Dulbecco's Modified of Eagle Medium) a 37°C con 5% de CO2. La identificación y localización de la actina, vimentina y mitocondrias en FGs fue realizada y evaluada microscópicamente mediante inmunofluorescencia con anticuerpos monoclonales. La capacidad de migración de los FGs en los pacientes con HGI e individuos sanos también fue estudiada. Resultados: todos los FGs fueron mononucleares, fusiformes y con prolongaciones citoplasmáticas visibles. La faloidina permitió identificar una densa red de actina en los FGs de pacientes con HGI, contrariamente a los FGs de individuos periodontalmente sanos. La vimentina y mitocondrias fueron identificadas en los FGs de individuos sanos y pacientes con HGI sin ninguna alteración en su expresión y localización. La migración de la monocapa de los FGs indicó una actividad de migración celular importante en los FGs de los pacientes con HGI, en relación a los FGs de los individuos periodontalmente sanos. Conclusión: los FGs de pacientes con HGI conservan características fenotípicas celulares similares a los FGs de individuos periodontalmente sanos. Sin embargo, los FGs de pacientes con HGI simulan tener una mayor capacidad migratoria que amerita ser explorada en futuros trabajos de investigación.

Objective: To identify and to describe the phenotypic characteristics of gingival fibroblasts from patients with idiopathic gingival hyperplasia (IGH) and periodontally healthy individuals. Methods: Gingival fibroblasts (GFs) were isolated from gingival tissue from periodontally healthy individuals (n=2) and patients with IGH (n=2). The GFs were grown in DMEM (Dulbecco's Modified of Eagle Medium) at 37°C with 5% CO2. The identification and location of actin, vimentin and mitochondria in GFs were performed and evaluated microscopically by immunofluorescence with monoclonal antibodies. The migration capacity of GFs from IGH and healthy individuals was also studied. Results: All the GFs were mononuclear, fusiform and with visible cytoplasmic extensions. The phalloidin allowed to identify a dense actin network in the GFs of patients with IGH, contrary to the GFs of periodontally healthy individuals. Vimentin and mitochondria were identified in the GFs of healthy individuals and patients with IGH without any alteration in their expression and location. Monolayer migration of GFs indicates significant cell migration activity in the GFs of patients with IGH in relation to the GFs of periodontally healthy individuals. Conclusion: GFs from patients with IGH retain cellular phenotypic characteristic similar to GFs from periodontally healthy individuals. However, the GFs of patients with IGH simulate having a greater migratory capacity that deserves to be explored in future research works.

Procedimiento para la infusión de mitocondrias autólogas por la arteria carótida en el cerebro porcino

Las mitocondrias son organelas complejas que desempeñan un papel fundamental en la célula, la disfunción mitocondrial puede ocasionar daños celulares significativos o la muerte. Estudios previos han demostrado los prometedores efectos terapéuticos del trasplante de mitocondrias autólogas a un tejido cardiaco isquémico, sin embargo, pocos estudios han evaluado los efectos in vivo de la infusión de mitocondrias en el cerebro. El presente trabajo tiene como objetivo dar a conocer el procedimiento para la infusión vía carótida de mitocondrias autólogas en cerebros porcinos. Mediante esta técnica de infusión, proponemos que una administración selectiva y mínimamente invasiva es factible y puede proporcionar beneficios en el tratamiento de diversas patologías del sistema nervioso central.

Mitochondria are complex organelles that play a critical role within the cell; mitochondrial dysfunction can result in significant cell damage or death. Previous studies have demonstrated the promising therapeutic effects of autologous mitochondria transplantation into ischemic cardiac tissue; however, few studies have examined the in vivo effects of mitochondria infusion into the brain. The aim of this study is to report a procedure for carotid infusion of autologous mitochondria into porcine brains. By using this infusion technique, we propose that a selective and minimally invasive administration is feasible and may provide benefits in the treatment of various central nervous system disorders.

Qualitative and quantitative ultrastructural analysis of the mitochondria from adrenal gland cortex under the action of viperidae family snake venoms / Análisis ultrastructural cualitativo y cuantitativo de la mitocondria de la glándula adrenal bajo la acción de los venenos de serpientes de la familia viperidae

SUMMARY: The Viperidae venoms are composed of a mixture of constituents with enzymatic and non-enzymatic actions, which act on ultrastructural components of cells and tissues. Here, the number of mitochondria, mitochondrial area and the number of mitochondrial cristae from adrenal glands cortex treated with snake venoms were tested after 3, 6 and 24 hours of venom injections. The mitochondria quantitative changes showed a statistically significant decrease, in the number of mitochondria past 3, 6 and 24 h. There was an increase in the mitochondrial area after 6 h, where Crotalus vegrandis venom did not present significant differences with Crotalus pifanorum or Bothrops venezuelensis venoms. After 24 h, there was an escalation of mitochondrial area in all tested venoms. The number of mitochondrial cristae after 3 h did not present important differences with the control treatment. After 6 h, the number of mitochondrial cristae initiated to decrease under the activities of the 3 venoms action, until 24 h of observation. In the qualitative observations it was possible to witness an intense damage of the mitochondria, with loss and swelling of membranes, disappearance of cristae and the appearance of myelin figures, which started at 3 h after the Crotalus and Bothrops venoms injections. These damages probably were due to cytotoxic effects of phospholipases, metalloproteases and/or other proteolytic activities present in Viperidae snake venoms, being more evident in Crotalus venoms. As far as we know, these results define a novel finding that suggest that Viperidae snake venoms are extremely toxic to mammalian mitochondria.

RESUMEN: Los venenos de Viperidae tienen acciones enzimáticas y no enzimáticas, que actúan sobre la estructura celular. Aquí se probaron, a las 3, 6 y 24 horas de la inyección del veneno, el número de mitocondrias, el área mitocondrial y el número de crestas mitocondriales de la corteza de las glándulas adrenales. Los cambios cuantitativos de las mitocondrias mostraron una disminución en el número de mitocondrias a las 3, 6 y 24 h. Hubo un aumento en el área mitocondrial a las 6 h, donde el veneno de la serpiente Crotalus vegrandis no presentó diferencias significativas con los venenos de Crotalus pifanorum o Bothrops venezuelensis. Después de 24 h, hubo un aumento del área mitocondrial en todos los venenos. El número de crestas mitocondriales a las 3 h no presentó alteraciones o diferencias importantes con el tratamiento de control. Después de 6 h, el número de crestas mitocondriales comenzó a disminuir bajo la acción de los 3 venenos, hasta las 24 h de observación. En las observaciones cualitativas se observó un daño intenso de las mitocondrias, con pérdida y edema de las membranas, desaparición de las cristae y aparición de figuras mielínicas, que comenzó a las 3 h después de las inyecciones de veneno de Crotalus y Bothrops. Estos daños se debieron factiblemente a los efectos citotóxicos de componentes proteolíticos de los venenos. Creemos que estos resultados definen un nuevo y original hallazgo, que sugiere que los venenos de serpiente Viperidae son extremadamente tóxicos para las mitocondrias de mamíferos.

Commentary on mitochondrial stereology in transmission electron microscopy / Comentario sobre estereología mitocondrial en microscopía electrónica de transmisión

Mitochondria (m) are responsible for the energy availability of cells, and their analysis is indicated for example, in studies related to metabolism and oxidative stress. The direct measurement of mitochondria (morphometry) is biased because of the section obliquity and position relative to the mitochondria length (non-equatorial cut). Therefore, stereology is an appropriate technique to evaluate mitochondria. However, before beginning the study, it is necessary to consider the premises to obtain random and uniform samples to be analyzed stereology. Mitochondria must have the chance to appear in all the possibilities of cut and orientation in the micrographs. The number of micrographs to be analyzed will depend on the distribution and occupation of mitochondria in the cell. After this is resolved, a proposal is the estimation of the following stereological data: volume density (Vv), surface density (Sv), and mean cross-sectional area (A). Overlapping a known test area at each micrograph, the density by area of mitochondria is estimated (NAT). Vv [m] can easily be estimated by point-counting (Vv = Pp/PT; Pp are the points hitting the structure, PT are the number of points of the test system). Sv is estimated overlaying a test-line (LT) on the micrographs and counting the intersections of the lines (I) with the outer membrane (om), inner membrane (im), and crests (c), thus, Sv [om], Sv [im], Sv [c] (Sv = 2I / LT). A [m] is obtained as the ratio: A = Vv / 2NAT.

Las mitocondrias (m) son responsables de la disponibilidad de energía de las células, y su análisis está indicado, por ejemplo, en estudios relacionados con el metabolismo y el estrés oxidativo. La medición directa de las mitocondrias (morfometría) está sesgada debido a la oblicuidad de la sección y la posición relativa a la longitud de las mitocondrias (corte no ecuatorial). Por lo tanto, la estereología es una técnica apropiada para evaluar las mitocondrias. Sin embargo, antes de comenzar el estudio, es necesario considerar las premisas para obtener muestras aleatorias y uniformes para analizar estereológicamente. Es esencial que las mitocondrias tengan la posibilidad de aparecer en todas las posibilidades de corte y orientación en las micrografías. El número de micrografías que se analizarán dependerá de la distribución y ocupación de las mitocondrias en la célula. Una vez resuelto esto, una propuesta es la estimación de los siguientes datos estereológicos: densidad de volumen (Vv), densidad de superficie (Sv) y área de sección transversal media (A). Superponiendo un área de prueba conocida en cada micrografía, se estima la densidad por área de mitocondrias (NAT). Vv [m] se puede estimar fácilmente contando puntos (Vv = Pp / PT; Pp son los puntos que llegan a la estructura, PT son el número de puntos del sistema de prueba). Sv se estima superponiendo una línea de prueba (LT) en las micrografías y contando las intersecciones de las líneas (I) con la membrana externa (om), la membrana interna (im) y las crestas (c), por lo tanto, Sv [om], Sv [im], Sv [c] (Sv = 2I / LT). A [m] se obtiene como la relación: A = Vv / 2NAT.

Dinámica mitocondrial en las enfermedades neurodegenerativas / Mitochondrial dynamics in neurodegenerative diseases

Resumen Las enfermedades neurodegenerativas son un grupo heterogéneo caracterizado por la disminución gradual, progresiva y selectiva de las funciones del sistema nervioso. La etiología de estas patologías aún se desconoce, sin embargo, se ha propuesto que la función mitocondrial pudiese estar participando en el establecimiento de estas enfermedades, debido al alto requerimiento energético que tienen las neuronas para realizar sus funciones fisiológicas. La mitocondria es un organelo dinámico que puede cambiar su morfología y función en respuesta a diferentes estímulos fisiológicos, por ello se ha empezado a estudiar a la dinámica mitocondrial como uno de los principales reguladores de la supervivencia celular. Este evento comprende diferentes procesos como la generación de nuevas mitocondrias y su eliminación cuando ya no son funcionales, así como los procesos de fusión y fisión mitocondrial y el tráfico de estos organelos en el entorno celular. Todos estos procesos son altamente regulados y tienen como finalidad la óptima funcionalidad de la mitocondria y la homeostasis celular.

Abstract Neurodegenerative diseases are a group of heterogeneous diseases characterized by a gradual, progressive and selective decrease in nervous system functions. The etiology of these pathologies remains unknown; however, mitochondrial function has been proposed as a common factor that could be involved in the establishment of these diseases, owing to the high energy requirement neurons have in order to carry out their physiological functions. Mitochondria are extremely dynamic organelles that can change their morphology and function in response to different physiological stimuli and, for this reason, mitochondrial dynamics have started being studied as one of cell survival main regulators. This event comprises different processes, such as the generation of new mitochondria and their elimination when they are no longer functional, as well as mitochondrial fusion and fission processes and the traffic of these organelles within the cellular environment. All these processes are highly regulated, and their main purpose is optimal functionality of mitochondria and cellular homeostasis.

Effects of nutritional status on mitochondrial Ca2+ handling / Efeitos do estado nutricional no manejo de Ca2+ mitocondrial

Mitochondria are central players in cell metabolism, responsible for the vast majority of ATP production in most cells. Although originally thought to be passive organelles focused only in keeping cellular ATP at adequate levels, complex interplay between mitochondrial function and cell signaling has been largely recognized over the last decades. Not surprisingly, given their role, changes in nutritional status promoted by chronic interventions like caloric restriction or short-term situations like fasting in animals or nutrient deprivation in cultured cells are one of the main factors that can activate those signaling mechanisms. One particular way in which this mitochondria-cell crosstalk can occur is through mitochondrial Ca2+ handling, a process in which Ca2+ signals generated by the cell are able to translate into elevations in mitochondrial matrix [Ca2+] due to the presence of the mitochondrial Ca2+ uniporter in the organelle. While the impact of mitochondrial Ca2+ handling on cellular function has been widely studied, the conditions which can modulate the process of mitochondrial Ca2+ handling itself are still not well characterized. In this work, we sought to test the effects of different interventions linked to nutritional status on mitochondrial Ca2+ handling. We found that caloric restriction, physiological fasting and modulations of mitochondrial dynamics resulted in modulation of mitochondrial Ca2+ handling through changes in their maximal Ca2+ retention capacity or Ca2+ uptake rates. These changes were, measured by following mitochondrial Ca2+ uptake using different strategies, employing the fluorescent Ca2+ probe Ca2+ Green 5N for experiments in isolated mitochondria and permeabilized cells and the cytosolic probe Fura2-AM in intact cells. Caloric restriction resulted in higher calcium uptake and retention in liver mitochondria, protecting against pathological conditions of Ca2+ overload during ischemia/reperfusion. On the other hand, overnight and short term fasting resulted in lower mitochondrial Ca2+ retention and oxidative phosphorylation capacity in the liver. Modulating mitochondrial morpholoy in C2C12 myoblasts showed that more fragmented mitochondria were less capable of taking up Ca2+, while more fusioned mitochondria showed the opposite phenotype. This modulation in Ca2+ handling through changes in mitochondrial morphology interfered with the process of Store-Operated Ca2+ entry in the cells, showing that these modulations can have impacts in physiological contexts as well. Overall, this work both establishes novel mechanisms of modulation of mitochondrial Ca2+ handling and demonstrates their relevance both in pathology and normal cellular physiology

Mitocôndrias possuem um papel central no metabolismo das células, sendo responsáveis pela maioria da produção de ATP na maioria dos tipos celulares. Embora originalmente se pensasse nas mitocôndrias como organelas estáticas, focadas somente em manter os níveis adequados de ATP na célula, a interação entre a função mitocondrial e a sinalização celular tem sido fortemente reconhecida nas ultimas décadas. Dado este papel, não é surpreendente que mudanças no estado nutricional, tanto crônicas como na restrição calórica quanto em situações como o jejum em animais e a privação de nutrientes em cultura de células foram demonstradas como sendo um dos principais fatores que podem ativar estes mecanismos de sinalização. Uma das formas em que esta interação entre a mitocôndria e a célula ocorre é através do manejo de Ca2+ mitocondrial, um processo em que sinais de Ca2+ gerados pela célula podem resultar em aumentos na [Ca2+] na matriz mitocondrial devido à presença do uniportador de Ca2+ mitocondrial na organelaEmbora o impacto do manejo de Ca2+ mitocondrial na função da célula tenha sido amplamente estudado, a regulação do processo de manejo de Ca2+ mitocondrial em si não é bem conhecida. Neste trabalho, nós nos propusemos a testar os efeitos de diferentes intervenções ligadas ao estado nutricional no manejo de Ca2+ mitocondrial e o possível impacto destas modulações nacapacidade de retenção e na taxa de captação de Ca2+ mitochondrial. As intervenções estudadas foram a restrição calórica, jejum e mudanças na dinâmica mitocondrial, e todas elas resultando em mudanças no manejo de Ca2+ mitocondrial, que foram medidos acompanhando a captação de Ca2+ em mitocôndrias isoladas ou células permeabilizadas utilizando a sonda Ca2+ Green 5N e em células intactas utilizando a sonda de Ca2+ citosólica Fura2-AM. Enquanto a restrição calórica resultou em uma maior capacidade de retenção de Ca2+ e em maiores taxas de captação, protegendo contra as condições patológicas de desregulação de Ca2+ observadas durante a isquemia/reperfusão, o jejum curto ou pela duração da noite resultou em uma diminuição na capacidade de retenção de Ca2+ e na oxidação fosforilativa mitocondriais. As mudanças observadas modulando a dinâmica mitocôndria (feitas utilizando-se mioblastos da linhagem C2C12) revelaram que mitocôndrias mais fragmentadas são menos capazes de captar Ca2+, enquanto mitocôndrias mais fusionadas possuem o fenótipo oposto. Essas mudanças no manejo de Ca2+ mitocondrial interferem com o processo de Store-Operated Ca2+ entry nestas células, demonstrando que essas modulações da captação de Ca2+ mitocondrial também podem ser relevantes em contextos fisiológicos. Em resumo, este trabalho ajudou a estabelecer novos mecanismos de modulação do manejo de Ca2+ mitocondrial que podem ser relevantes tanto em condições patológicas quanto na fisiologia normal das células

La teoría del estrés oxidativo como causa directa del envejecimiento celular / The theory of oxidative stress as a direct cause of cell aging

La pérdida de las capacidades funcionales, el envejecimiento y la muerte son inherentes a toda la materia viva debido a que el metabolismo y otros factores son causantes de la formación de sustancias que dañan irreparablemente los componentes de la arquitectura celular. Con el objetivo de actualizar sobre los últimos hallazgos que explican el papel del estrés oxidativo sobre el envejecimiento celular se realiza la presente revisión bibliográfica. Se concluyó que el oxígeno, necesario para la viabilidad celular, y otras sustancias exógenas muestran toxicidad pues dan lugar a la formación de los radicales libres, cuya acción es la causa fundamental del envejecimiento. Además, la administración de antioxidantes es muy importante para prevenir el envejecimiento y mejorar la calidad de vida de la población.

The loss of functional capacities, aging and death are inherent to all living matter due to metabolism and other factors causing the formation of substances which damage irreversibly cell structure components. With the objective of updating about the last findings which explain the role of oxidative stress on cell aging, a bibliographic review is done. It is concluded that oxygen which is necessary for cell viability and other exogenous substances show toxicity since they lead to the formation of free radicals whose action is the main cause of aging. In addition, the administration of anti- oxidants is very important to prevent aging and improve the population´s quality of life.

Cancer and mitochondrial function / El cáncer en la función mitochondrial

Abstract Metabolism alterations are associated with the loss of mitochondrial function in tumor cells. Current research discuss whether such loss is evident in function itself, or if cells can provide maximum stability to its functions. More studies are needed to determine the behavior of cancer in mitochondria. Tumor cells experience a limitation of oxygen and mutations in oncogenes, tumor suppressor genes and enzymes of the glycolytic pathway and/or mitochondrial oxidative metabolism, thus allowing the formation of aggressive cancer. This article is the result of a literature review of the scientific evidence that has been presented in the latest research on cancer and mitochondrial function.

Resumen Se ha descrito que algunas alteraciones del metabolismo están asociadas con la pérdida de función mitocondrial en células tumorales. Aún se discute si tal pérdida se evidencia en la función o si la célula brinda máxima estabilidad a sus funciones, se requieren más estudios para conocer el comportamiento del cáncer en la mitocondria. Cuando tiene limitación de oxígeno y mutaciones en oncogenes, genes supresores de tumor y enzimas de la vía glucolítica o del metabolismo oxidativo mitocondrial, la célula tumoral permite la formación de un cáncer agresivo. Este artículo es producto de la revisión bibliográfica de la evidencia científica que se ha presentado en las últimas investigaciones respecto al cáncer y la función mitocondrial.

Exercício físico aeróbico de intensidade moderada reduz a velocidade de crescimento e modula o metabolismo energético tumoral em modelo experimental de câncer de mama triplo-negativo / Moderate-intensity aerobic physical exercise reduces tumor growth velocity and modulates tumor energy metabolism in the experimental model of triple-negative breast cancer

O câncer de mama ocupa o primeiro lugar em mortalidade dentre todos os tipos de câncer. O subtipo triplo-negativo (triple-negative breast cancer - TNBC) representa 15-20% de todos os tipos de câncer de mama com alta prevalência em mulheres pré-menopausa e destaca-se pelo seu grande tamanho tumoral e agressividade no estabelecimento de metástases, com impacto direto na redução da sobrevida dos pacientes. Apesar das evidências sobre os efeitos anti-tumorigênicos do exercício físico, tanto na prevenção como durante a carcinogênese, é comum que pacientes alterem sua rotina após o diagnóstico de câncer, frequentemente reduzindo as atividades físicas durante e após o tratamento. Em adição, os mecanismos pelos quais o exercício físico exerce papel anti-tumoral são pouco compreendidos. O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos do exercício físico aeróbico moderado em modelo experimental de câncer de mama de tipo triplo-negativo, com ênfase na modulação do metabolismo energético tumoral. Foram utilizados camundongos fêmeas BALB/c em desenho experimental de 12 semanas, cuja inoculação de 1x104 células 4T1 foi realizada após 8 semanas de treinamento. Após protocolo de exercício aeróbico moderado em esteira, foram realizadas análises do metabolismo mitocondrial tumoral, composição lipídica e expressão de genes relacionados à bioenergética e proliferação celular. Os resultados mostraram que o exercício aeróbico moderado reduziu 54,5% do volume e 42% da massa tumoral de animais que foram treinados antes e após a inoculação tumoral. Animais treinados apresentaram fosforilação oxidativa mais próxima ao seu limite máximo respiratório e menor respiração mitocondrial no tecido tumoral quando comparados ao grupo sedentário. O treinamento ocasionou redução no conteúdo de ácido fosfatídico e fosfatidilcolina. Enquanto a análise de expressão relativa de mRNA demonstrou aumento na expressão de genes relacionados à via metabólica glicolítica, como Hif1a, Glut-1, HKII, Ldha e Pdk, além dos supressores tumorais p53 e Lats2. Nossos resultados sugerem que a redução na velocidade de crescimento tumoral proporcionada pelo exercício físico aeróbico de carga moderada seja devida, pelo menos em parte, à modulação do metabolismo energético tumoral. Em conjunto, os dados do nosso estudo abrem novas perspectivas para a identificação de vias metabólicas sensíveis ao exercício físico, permitindo o melhor o entendimento de seus efeitos antitumorigênicos

Breast cancer ranks first in mortality among all types of cancer. The triple-negative breast cancer (TNBC) accounts for 15-20% of all types of breast cancer with a high prevalence in premenopausal women and is notable for its large tumor size and aggressiveness in the establishment of metastasis, with a direct impact on the reduction of patients' survival. Altough evidence highlight the anti-tumorigenic effects of physical exercise both on the prevention as well as during carcinogenesis, patients commonly change their routine after cancer diagnostic, usually reducing physical activity during and after treatment. Moreover, the mechanisms underlying the anti-tumor role of physical exercise remain poorly understood. The objective of this study was to evaluate the effects of moderate aerobic physical exercise in an experimental model of triple-negative breast cancer, with emphasis on the modulation of tumor energy metabolism. Female BALB / c mice were used in a 12-week experimental design, whose inoculation of 1x104 4T1 cells was performed after 8 weeks of training. After the protocol of moderate aerobic exercise was carried out on the treadmill, analyzes of mitochondrial tumor metabolism, lipid content and qPCR of genes related to bioenergetics and tumorigenic process were performed. The results showed that moderate aerobic exercise reduced 54.5% of the volume and 42% the tumor mass of animals trained before and after tumor inoculation. Trained animals showed oxidative phosphorylation closest to the maximum respiratory limit and lower mitochondrial respiration in tumor tissue when compared to the sedentary group. The training resulted in a reduction in the content of phosphatidic acid and phosphatidylcholine. In the trained group, relative mRNA quantification analysis showed increased expression of genes related to the glycolytic metabolic pathway, such as Hif1a, Glut-1, HKII, Ldha, and Pdk, as well as of the tumor suppressors p53 and Lats2. Our results suggest that the reduction in tumor growth velocity provided by moderate-intensity aerobic physical exercise is due, at least in part, to the modulation of tumor energy metabolism. Together, data from our study open new perspectives for the identification of metabolic pathways sensitive to exercise, allowing better understanding of its anti-tumorigenic effects

Photosensitization of Lipofuscin in Skin Keratinocytes: Effect of Visible Light on Human Skin / Fotossensibilização de lipofuscina em queratinócitos da pele humana: Efeitos da luz visível na pele

Lipofuscin is an autofluorescent pigment progressively accumulated during cellular aging, in several tissues, such as heart, muscle and retina, especially in the postmitotic period. That phenomenon may result from oxidative stress, when biomolecules and organelles (mainly mitochondria) are damaged, generating non-degradable products inside lysosomes. Lipofuscin can be photosensitized, promoting photoxidative processes in cellular components. Many studies on lipofuscin were made using the human retinal pigment epithelial cells, but very little is known about lipofuscin from human skin. In this work we investigated the photoinduced formation (UVA and visible light) of lipofuscin and the consequence of its photosensitization by visible light. We also established an efficient protocol for the induction of lipofuscinogenesis, through specific damage in mitochondria and lysosomes. Cells that accumulated lipofuscin, after exposure to UVA and blue light, became sensitive to visible light (400-750 nm). We characterized the absorption and fluorescence emission of lipofuscin, as well as its fluorescence lifetime through the time resolved fluorescence microscopy (FLIM). We observed that lipofuscin in keratinocytes has absorption maximum in the blue region of light spectrum (420-450 nm), and maximum emission in the red. When photosensitized at 466 nm, lipofuscinloaded HaCaT cells had reduced cell viability, which was related with singlet oxygen generation, accumulated 8-oxo-dG premutagenic lesions and breaks in the DNA strand. Besides, we investigated the efficiency of different wavelengthsin visible light spectrum (408, 466, 522 and 650 nm) to promote lipofuscin formation due to damages in both mitochondria and lysosomes. Blue (408 and 466 nm) and green light (522 nm), but not red light (650 nm), promoted damage in mitochondria (membrane and DNA integrity) and lysosomes (membrane integrity and autophagic activity), effectively inducing lipofuscinogenesis. Thus, in addition to UVA, visible spectrum itself increases the sensitivity of keratinocytes to the visible light, through the generation of lipofuscin. Finally, we tested the carcinogenic potential of high-energy blue light (408 nm), by chronically irradiating HaCaT cells. For the first time in the literature, the formation of pyrimidine cyclobutane (CPD) dimers in the nuclear DNA of HaCaT cells was observed immediately or after several cycles of irradiation at 408 nm. We identified four major changes involved with the process of malignant transformation: genomic instability, decrease in the expression of tumor suppressor protein p16INK4a, increase in the proliferation rate and resistance to UVA-induced apoptosis

A lipofuscina é um pigmento autofluorescente acumulado progressivamente durante o envelhecimento celular em diversos tecidos, como o músculo cardíaco e retina, principalmente no período pós-mitótico. Esse fenômeno pode ocorrer em decorrência do estresse oxidativo, quando biomoléculas e organelas (principalmente mitocôndrias) sofrem danos, gerando produtos não degradáveis no interior dos lisossomos. A lipofuscina pode ser fotossensibilizada promovendo processos fotoxidativos nos componentes celulares. Muitos estudos de lipofuscina foram feitos em células do epitélio pigmentar da retina de olho humano, mas conhece-se muito pouco sobre a lipofuscina de pele humana. Neste trabalho nós investigamos a formação fotoinduzida (UVA e luz visível) de lipofuscina e as consequências da sua fotossensibilização pela luz visível. Nós também estabelecemos protocolos eficazes na indução de lipofuscinogênese, por meio de dano específico em mitocôndrias e lisossomos. Células que acumularam lipofuscina, após exposição à UVA ou luz azul, tornaram-se sensíveis à luz visível (400-750 nm). Caracterizamos as propriedades de absorção e de emissão da lipofuscina e seu tempo de vida de fluorescência, utilizando a microscopia de fluorescência resolvida no tempo (FLIM). Observamos que lipofuscina em queratinócitos tem máximo de absorção na região do azul (420-450 nm), com emissão máxima de fluorescência no vermelho. As células HaCaT carregadas com lipofuscina efotossensibilizadas no visível, tiveram redução da viabilidade celular, que foi relacionada com a geração de oxigênio singlete, bem como acumularam lesões pré-mutagênicas 8-oxo-dG e quebras na fita de DNA. Também, investigamos a eficiência de diferentes comprimentos de onda da luz visível (408, 466, 522 e 650 nm) em promover a formação de lipofuscina em consequência de lesões em mitocôndrias e lisossomos. Tanto a luz azul (408 e 466 nm) quanto a luz verde (522 nm), mas não vermelha (650 nm) promoveram dano em mitocôndrias (integridade de membrana e DNA) e lisossomos (integridade de membrana e atividade autofágica), induzindo eficientemente lipofuscinogênese. Logo, além de UVA, o próprio espectro do visível aumenta a sensibilidade de queratinócitos à luz visível, através da geração de lipofuscina. Por fim, testamos o potencial carcinogênico da luz azul de alta energia (408 nm), irradiando células HaCaT cronicamente. Identificamos quatro mudanças principais envolvidas com o processo de transformação maligna: instabilidade genômica, redução da expressão de proteína supressora de tumor p16INK4a, aumento da taxa de proliferação, e resistência à apoptose. Além disso, a formação de dímeros de pirimidina ciclobutano (CPD) no DNA nuclear de células HaCaT logo após ou depois de vários ciclos de irradiação com 408 nm foi observada pela primeira vez na literatura

La mitocondria como un sistema de multicapas ópticas para la propagación de los campos electromagnéticos

El artículo propone estudiar la propagación de los campos electromagnéticos a través de la mitocondria. Se presenta un modelo simplificado de la mitocondria como un sistema periódico de multicapas de índices de refracción alternantes. Mediante el método de transferencia matricial se calcula la dependencia, la reflectancia y transmitancia en función de la longitud de onda del campo electromagnético incidente. Se observa la existencia de una región de longitudes de onda (o frecuencia prohibidas) en la cual no existe propagación de los campos a través del sistema, esto corresponde a una reflectancia máxima R=1.

The article aims to study the propagation of electromagnetic fields through the mitochondria. We present a simplified model of the mitochondrion as a periodic multilayer of alternating refractive indices. Using the transfer matrix method calculates dependence reflectance and transmittance versus wavelength of incident electromagnetic field. Observe the existence of a wavelength region (or prohibited frequency) in which there is no spread of the fields through the system, this corresponds to a maximum reflectance R = 1.

O artigo tem como objetivo estudar a propagação de campos eletromagnéticos através das mitocôndrias. Nós apresentamos um modelo simplificado da mitocôndria como uma multicamada periódica de alternância de índices de refração. Utilizando o método de matriz de transferência calcula reflectância dependência e transmitância contra o comprimento de onda de campo eletromagnético incidente. Note-se a existência de uma região de comprimento de onda (ou frequência proibida) em que não há nenhuma propagação dos campos através do sistema, isto corresponde a um máximo de reflectância R = 1.

Effect of cigarette smoking on the structure of hepatocytes: TEM study / Efecto del tabaquismo sobre la estructura de los hepatocitos: estudio MET

The liver is one of the major organs that is indirectly affected by cigarette smoke. The aim of this project is to define the histologic and ultrastructural changes in normal liver cells after exposing animals to cigarette smoke. Thirty albino rats were exposed to cigarette smoke for 90 days, followed by morphologic examination of their livers under light microscope and electron microscope. The liver cells of cigarette smoke exposed rats showed mild swelling with increased eosinophilia. Ultrastructural examination of these cells demonstrated cytoplasm with highly proliferated and crowded mitochondria. There were many electron dense mitochondria. These mitochondria were pleomorphic in shape compared to mitochondrias of control rats. Also, loss of mitochondrial cristae and widening of the intermembranous space was noticed. It is concluded that smoking exerts cellular damage and oxidative stress on normal liver cells resulting in ultrastructural changes.

El hígado es uno de los principales órganos indirectamente afectado por el humo del cigarrillo. El objetivo de este trabajo fue definir los cambios histológicos y ultraestructurales de las células normales del hígado después de exponer a los animales al humo del cigarrillo. Treinta ratas albinas fueron expuestas al humo de cigarrillo durante 90 días, seguido de un examen morfológico de los hígados bajo microscopio de luz y microscopio electrónico. Las células hepáticas de las ratas expuestas al humo de cigarrillo mostraron una leve inflamación con un aumento de la eosinofilia. En el examen ultraestructural de estas células se observó el citoplasma mitocondrial altamente proliferado y saturado. Se observó gran cantidad de mitocondrias electrón-densas y éstas presentaban forma pleomórfica en comparación con las mitocondrias del grupo control. Además, se observó pérdida de las crestas mitocondriales y ensanchamiento del espacio intermembranoso. Se concluye que el tabaquismo ejerce daño celular y estrés oxidativo en las células hepáticas normales, lo que resulta en la aparición de cambios ultraestructurales.

Identification of ultrastructural and functional damages in sperm from six-banded armadillos (Euphractus sexcinctus) due to cryopreservation / Identificação de danos ultraestruturais e funcionais em espermatozoides de tatus-peba (Euphractus sexcinctus) oriundos da criopreservação

The aim of the study was to cryopreserve the semen of six-banded armadillos (Euphractus sexcinctus) in Tris-yolk and glycerol diluent, and to determine the damage caused by the freezing-thawing process, using fluorescent markers and ultrastructural analysis. Semen samples (n=11) collected from 4 adult six-banded armadillos by electroejaculation were cryopreserved in Tris diluent plus 20% egg yolk and 3% glycerol, in a fast freezing curve. Classical analysis of samples was performed after dilution, refrigeration and thawing, followed by fluorescence analysis, using a combination of fluorescent probes to assess membrane integrity (propidium iodide - PI and Hoechst - H342), and mitochondrial activity (CMXRos - Mito Tracker Red®). We also used the ultrastructural analysis to verify possible morphological alterations caused by cryoinjuries. When compared with fresh samples, we verified a significant decline in all the armadillos' semen parameters after thawing, in which only 6.1% motile sperm were found. However, the percentage of sperm which remained with viable (13%) and functional (24.7%) membranes after thawing suggests that some cells could be live but immotile. Analysis using fluorescent markers revealed that the mitochondria of armadillos' sperm is highly sensible to the freezing protocol and the findings through ultrastructure analysis proved this statement. Additionally, the images obtained by transmission electron microscopy revealed that frozen-thawed sperm presented damaged plasma membrane, nuclear modifications as changes in chromatin and acrossomal changes relative to sperm capacitation. In conclusion, this study is the first attempt to cryopreserve the semen of an armadillo species, and to help us to identify critical points on the freezing-thawing procedure in order to improve the protocol.(AU)

O objetivo deste estudo foi criopreservar o sêmen de tatus-peba (Euphractus sexcinctus) em diluente Tris-gema e glicerol, e determinar os danos causados pelo processo de congelação-descongelação, utilizando marcadores fluorescentes e análise ultraestrutural. As amostras de sêmen (n=11) coletadas de 4 tatus-peba adultos por eletroejaculação foram criopreservadas em diluente Tris acrescido de 20% de gema de ovo e 3% de glicerol, em curva rápida de congelação. A análise clássica das amostras foi realizada após a diluição, refrigeração e descongelação, seguida por análise de fluorescência, utilizando uma combinação de sondas fluorescentes para avaliar a integridade da membrana (Iodeto de Propídio - PI e Hoechst - H342), e a atividade mitocondrial (CMXRos - Mito Tracker RED®). Foi também utilizada a análise ultraestrutural para verificar possíveis alterações morfológicas causadas pela crioinjúria. Quando comparadas com as amostras a fresco, verificou-se uma queda significativa em todos os parâmetros seminais dos tatus após a descongelação, em que apenas 6,1% de espermatozoides móveis foram encontrados. No entanto, o percentual de espermatozoides que permaneceu com membrana viável (13%) e funcional (24,7%) após a descongelação sugere que algumas células podem estar vivas, mas imóveis. Análises utilizando marcadores fluorescentes revelaram que as mitocôndrias dos espermatozoides de tatus são altamente sensíveis ao protocolo de congelação e os achados através da análise ultraestrutural comprovaram esta afirmação. Além disso, as imagens obtidas por microscopia eletrônica de transmissão revelaram que espermatozoides congelados-descongelados apresentaram membranas plasmáticas danificadas, modificações nucleares como alterações na cromatina, e alterações acrossomais relativas à capacitação espermática. Em conclusão, este estudo é a primeira tentativa de criopreservação de sêmen em uma espécie de tatu, e nos auxiliou a identificar pontos críticos no processo de congelação-descongelação, a fim de melhorar o protocolo.(AU)

Olive oil as an alternative to boar semen cryopreservation / Aceite de oliva como una alternativa para la criopreservación de semen suino / O azeite de oliva como uma alternativa para a criopreservação do sêmen suíno

The aim of this study was to evaluate different concentrations of olive oil for cryopreservation of boar semen. A total of 21 eyaculates of 18 males with motility ≥70% were used. For freezing, the semen was diluted in treatments: control (Cont-egg yolk), "Koroneiki" oil in egg yolk at 0.25% (A025), 0.50% (A050), 0.75% (A075) and 1.0% (A10). Straws with 5.107 sperm/ml were frozen and stored in liquid nitrogen. Thawing was done at 37ºC for 30 seconds and motility, mitochondrial functionality, DNA integrity, oocite penetration rate and the number of sperm per oocite (in the in vitro penetration trial) were evaluated. The variables were compared using the Kruskal-Wallis test. Even though no statistical difference was found between control and treatments containingolive oil (p>0.05), the treatment with 0.25% oil concentration showed tendences towards sperm protection, outperforming the controls in mitochondrial functionality and preservation of the fertilizing capabilities in the in vitro penetration trial. This is why, olive oil could represent an alternative to help cryopreservation of boar semen.

El objetivo de este estudio fue evaluar diferentes concentraciones de aceite de oliva para la criopreservación de semen de verraco. Se utilizaron 21 eyaculados de 18 machos con motilidad igual o superior al 70%. Para la congelación, el semen se diluyó en los tratamientos: control (Cont) (lactosa yema), 0,25% (A025); 0,50% (A050); 0,75% (A075) y 1,0% (A10) de aceite de la variedad "Koroneiki" en lactosa yema. Pajas con 5.107 espermatozoides / ml, fueron congeladas y almacenadas en nitrógeno líquido. La descongelación se produjo a 37°C durante 30 segundos y se evaluó: la motilidad, la funcionalidad de la mitocondria, la integridad del ADN, la tasa de penetración de ovocitos y el número de espermatozoides por ovocito (en el ensayo de penetración in vitro). Las variables se compararon mediante la prueba de Kruskal-Wallis. Aunque no hubo diferencia estadística entre el control y los tratamientos que contienen aceite de oliva (p> 0,05), la concentración de 0,25% de este aceite mostró tendencias de protección de esperma, superando el control en la funcionalidad de las mitocondrias y en la preservación de la capacidad fertilizante en el ensayo de penetración in vitro. Por lo tanto, el aceite de oliva puede representar una alternativa para ayudar en la criopreservación de semen porcino

O objetivo de este estudo foi avaliar diferentes concentrações de azeite de oliva para a criopreservação de sêmen suíno. Utilizaram-se 21 ejaculados de 18 machos com motilidade igual ou superior ao 70%. Para o congelamento, o sêmen se dilui-o nos tratamentos: controle (Cont) (lactose-gema), 0,25% (A025); 0,50% (A050); 0,75% (A075) e 1,0% (A10) de azeite da variedade "Koroneiki" em lactose-gema. Palhetas com uma dose de 5.107 espermatozoides/ ml foram congeladas e armazenadas em nitrogênio liquido. O descongelamento se produz a 37°C durante 30 segundos e se avaliaram: motilidade, funcionalidade da mitocôndria, integridade do DNA, taxa de penetração de ovócitos e o número de espermatozoides por ovócito (no teste de penetração in vitro). As variáveis se compararam mediante o teste de Kruskal-Wallis. Ainda que não houve diferença estatística entre o controle e os tratamentos que continham azeite de oliva (p> 0,05), a concentração de 0,25% de azeite de oliva teve tendências de proteção do esperma, superando o controle na funcionalidade das mitocôndrias e na preservação da capacidade fertilizante no teste de penetração in vitro. Assim sendo, o azeite de oliva pode representar uma alternativa para ajudar na criopreservação do sêmen suíno.

When should MELAS (Mitochondrial myopathy, Encephalopathy, Lactic Acidosis, and Stroke-like episodes) be the diagnosis? / Quando o diagnóstico deveria ser MELAS (Miopatia mitocondrial, encefalopatia, acidose lática, e episódios semelhantes a acidente vascular cerebral)?

ABSTRACTMitochondrial myopathy, Encephalopathy, Lactic Acidosis, and Stroke-like episodes (MELAS) is a rare mitochondrial disorder. Diagnostic criteria for MELAS include typical manifestations of the disease: stroke-like episodes, encephalopathy, evidence of mitochondrial dysfunction (laboratorial or histological) and known mitochondrial DNA gene mutations. Clinical features of MELAS are not necessarily uniform in the early stages of the disease, and correlations between clinical manifestations and physiopathology have not been fully elucidated. It is estimated that point mutations in the tRNALeu(UUR) gene of the DNAmt, mainly A3243G, are responsible for more of 80% of MELAS cases. Morphological changes seen upon muscle biopsy in MELAS include a substantive proportion of ragged red fibers (RRF) and the presence of vessels with a strong reaction for succinate dehydrogenase. In this review, we discuss mainly diagnostic criterion, clinical and laboratory manifestations, brain images, histology and molecular findings as well as some differential diagnoses and current treatments.

RESUMOMiopatia mitocondrial, encefalopatia, acidose lática, e episódios semelhantes a acidente vascular cerebral (MELAS) é uma rara doença mitocondrial. Os critérios diagnósticos para MELAS incluem as manifestações típicas da doença: episódios semelhantes a acidente vascular cerebral, encefalopatia, evidência de disfunção mitocondrial (laboratorial ou histológica) e mutação conhecida em genes do DNA mitocondrial. Na fase inicial da doença, as manifestações clínicas podem não ser uniformes, e sua correlação com a fisiopatologia não está completamente elucidada. Estima-se que as mutações de ponto no gene tRNALeu(UUR) do DNAmt, principalmente a A3243G, sejam responsáveis por cerca de 80% dos casos de MELAS. As alterações morfológicas na biópsia muscular incluem uma grande proporção de fibras vermelhas rasgadas (RRF) e presença de vasos com forte reação para succinato desidrogenase. Nesta revisão, são discutidos os principais critérios diagnósticos, manifestações clínicas e laboratoriais, imagens cerebrais, padrões eletrofisiológicos, histológicos e alterações moleculares, bem como alguns dos diagnósticos diferenciais e tratamentos atuais.

Estudo dos mecanismos moleculares do reparo de quebra de duplas fitas no DNA mitocondrial / Study of the molecular mechanisms of double-strand break repair in mitochondrial DNA

O DNA está constantemente exposto a danos causados tanto por agentes endógenos quanto exógenos. Estes podem causar diferentes tipos de lesões incluindo modificações de bases e do açúcar, além de quebras de fitas simples ou duplas. As quebras de duplas fitas, quando comparadas às demais, constituem as mais citotóxicas e podem resultar em deleções no DNA e instabilidade genética. Deleções no DNA mitocondrial (mtDNA) causam diversas doenças e estão envolvidas no processo de envelhecimento. No núcleo, as quebras de duplas fitas no DNA podem ser reparadas por recombinação homóloga (HR), ligação de pontas não homólogas (NHEJ) e anelamento de fita simples (SSA). No entanto, em mitocôndrias de células de mamíferos, o reparo de quebras de duplas fitas ainda não foi completamente caracterizado. Experimentos in vitro usando extratos mitocondriais de células de roedores mostraram que estes são capazes de reparar essas quebras, no entanto pouco é sabido sobre quais proteínas são responsáveis por cada etapa de reparo, bem como sua implicação na manutenção da integridade do genoma mitocondrial. Sendo assim, nesse trabalho investigamos a localização e função mitocondrial das proteínas ATM, Rad51, Rad52, Ku70/86 e DNA-PKCs, que são sabidamente envolvidas em reparo de quebras de duplas fitas no núcleo. Para identificar essas proteínas em mitocôndrias de células de mamíferos, mitocôndrias foram isoladas a partir de células da linhagem HEK293T, usando centrifugação diferencial seguida por gradiente de Percoll. Para as proteínas de recombinação homóloga, ATM e Rad51, imunodetectamos isoformas semelhantes em todos os compartimentos celulares. Já para a proteína Rad52 o mesmo anticorpo imunodetectou duas bandas distintas na mitocôndria ao passo que no núcleo foram quatro. Além disso, verificamos que baixos níveis de proteína Rad52, induzidos pela expressão de shRNA (short hairping RNA) específico, resultam em diminuição do número de cópias de mtDNA bem como acúmulo de deleções no genoma mitocondrial. Para as proteínas de NHEJ, DNA-PKCs e a subunidade Ku70, identificamos isoformas semelhantes em todos os compartimentos celulares. Já para a subunidade 86 do heterodímero Ku70/86 o anticorpo detectou, somente em mitocôndrias, uma banda menor de 50 kDa, a qual difere na região N-terminal da subunidade detectada no núcleo (86 KDa). Experimentos de co-imunprecitação de proteínas mostraram que essa isoforma menor compõe o heterodímero mitocondrial juntamente com a subunidade 70 (mtKu70/50) e que esse interage com DNA ligase III mitocondrial. Nossos resultados também mostraram que a estabilidade proteica de mtKu70/50 é regulada por ATM. Tratamento das células com peróxido de hidrogênio, que induz quebras de duplas fitas, aumentou a associação do heterodímero mtKu70/50 com o mtDNA, de forma independente de aumento da concentração proteica intra-mitocondrial. Já a diminuição dos níveis proteicos de Ku, induzida através de shRNA, resultou em diminuição do número de cópias de mtDNA e acumulo de danos nesse genoma. Extratos mitocondriais de células knockdown para Ku apresentaram menor atividade de reparo NHEJ em um ensaio in vitro, sugerindo que o acúmulo de danos nestas células é provavelmente devido a deficiências na via de NHEJ. Em conjunto, nossos dados sugerem que tanto HR quanto NHEJ operam em mitocôndrias. Além disso, a via de NHEJ mitocondrial utiliza o heterodímero mitocondrial Ku70/50 o qual está envolvido na manutenção do mtDNA. Ademais, nossos resultados mostram uma grande conservação molecular e funcional entre as vias de reparo de NHEJ e HR no núcleo e na mitocôndria, o que reforça sua importância para a manutenção da estabilidade genômica mitocondrial e, provavelmente a função mitocondrial

DNA is constantly exposed to damaging agents from both endogenous and exogenous sources. These can cause different types of DNA lesions that include base and sugar modifications and single and double strand breaks. DNA doublestrand breaks (DSBs) are among the most cytotoxic DNA lesions, which can result in deletions and genetic instability. Deletions in the mitochondrial DNA (mtDNA) cause numerous human diseases and drive normal aging. DSBs in the nuclear DNA are repaired by non-homologous DNA end joining (NHEJ), homologous recombination (HR) or Single Strand Annealing (SSA). Yet, repair of DSBs in mammalian mitochondria has not been fully characterized. Mitochondrial extracts from rodent cells are proficient in ligating DNA ends in vitro, but little is known about which proteins are responsible for each enzymatic step and its implication in mitochondrial genome maintenance. Thus, we investigated mitochondrial localization and function of DSBR (double strand break repair) proteins ATM, Rad51, Rad52, the Ku70/86 heterodimer and DNA-PKCs.To identify DSBR proteins in mammalian mitochondria, highly purified mitochondria from HEK293T cells were isolated using differential centrifugation followed by Percoll gradient. For HR proteins, we detected similar isoforms for ATM and Rad51 proteins in all cellular compartments. Two mitochondriaspecific isoforms of Rad52 were detected, while the same antibody detected four isoforms in the nucleus. In addition, lower Rad52 protein levels, induced by specific shRNA expression, result in decreased mtDNA copy number and accumulation of deleted mitochondrial genomes. For NHEJ proteins, similar isoforms of DNA-PKcs and the Ku70 subunit were detected in all cellular compartments. On the other hand, antibodies against the Ku86 subunit detected a smaller band in mitochondrial extracts (50 KDa), lacking the N-terminal region of the canonical isoform detected in the nucleus (86 KDa). The mitochondrial Ku70/50 heterodimer interacts with mitochondrial DNA ligase III, suggesting a role in DSBR. Moreover, stability of the mtKu heterodimer is regulated by ATM. Hydrogen peroxide treatment, which induces DSBs, increases mtKu70/50 association with the mtDNA and cells with reduced Ku levels, also induced by shRNA transfection, have lower mtDNA copy number and accumulate mtDNA damage. Moreover, mitochondrial extracts from Ku knockdown cells show lower NHEJ repair activity in an in vitro assay, suggesting that damage accumulation in these cells is likely due to deficiencies in NHEJ. Together, our data suggest that both HR and NHEJ operate in mitochondria. Also, mtNHEJ requires the Ku heterodimer and is involved in mtDNA maintenance. Moreover, our results indicate that there is a significant molecular and functional conservation between NHEJ and HR repair pathways in the nucleus and in mitochondria, which reinforces their importance for maintenance of mitochondrial genomic stability and, likely mitochondrial function

Efecto del linalool sobre la bioenergética de mitocondrias de hígado de rata / Linalool effect on mitochondrial bioenergetics rat liver

Antecedentes: El linalool (2,6-dimetil-2,7-octadien-6-ol) es un monoterpeno presente en más de 200 tipos de plantas, y constituye el componente mayoritario de varios aceites esenciales. El linalool posee una amplia variedad de potenciales propiedades farmacológicas; que van desde propiedades antisépticas, ansiolíticas, anti-inflamatorias, antifúngicas, antimicrobianas y proapotóticas en diferentes líneas de células tumorales. Sin embargo, su principal uso está relacionado como una molécula odorante o fragancia en productos de uso tópico en productos cosméticos y en la industria del perfume. Objetivo: En este estudio se evaluó el efecto del linalool sobre la bioenergética de mitocondrias aisladas de hígado de rata. Métodos: El linalool en concentraciones entre (5-100µg/mL) fue evaluado en mitocondrias aisladas de ratas machos albinas raza Wistar, de acuerdo al método descrito por Voss et al (1961). Inicialmente, se determinó el consumo de oxígeno en mitocondrias intactas mediante un método polarográfico por medio de un oxígrafo. Posteriormente, se determinó el efecto del compuesto sobre las enzimas de la cadena respiratoria mitocondrial usando métodos polarográficos y espectrofotométricos. Resultados: Los resultados obtenidos indican que el linalool en las concentraciones de 5, 10, 50 y 100µg/mL, afecta la velocidad de consumo de oxígeno en el estado 3 y 4 de mitocondrias energizadas con glutamato-malato y succinato. Sin embargo, el efecto inhibitorio es mayor al usar glutamato-malato como sustrato. Por su parte, el análisis de la actividad de las enzimas de la cadena respiratoria mitocondrial mostró que el linalool (50µg/mL) inhibe los complejos I, III y la actividad ATPasa. Conclusiones: El linalool inhibe el complejo I, complejo III y la ATPasa, esta inhibición podría aumentar la generación de especies reactivas de oxígeno.

Background: The linalool (2,6-dimethyl-2 ,7-octadiene-6-ol) is a monoterpene present in more than 200 types of plants, and it is the major component of several essential oils. The linalool has a wide range of potential pharmacological properties, such as antiseptic, anxiolytic, anti-inflammatory, antifungal, antimicrobial and proapoptotic in different tumor cell lines. However, its primary use is associated as an odorant molecule or fragrance in topical products, in cosmetics products and fragrance industry. Objective: In this study the effect of linalool on the bioenergetics of isolated rat liver mitochondria was evaluated. Methods: Linalool in concentrations between (5-100µg/mL) was evaluated in isolated mitochondria of male albino Wistar rats, according to the method described by Voss et al (1961). Initially, the oxygen consumption by intact mitochondria was determined by polarographic method using an oxygraph. Subsequently, the effect of the compound on mitochondrial respiratory chain enzymes was evaluated, by using polarographic and spectrophotometric methods. Results: The results obtained indicated that linalool, at concentrations of 5, 10, 50 and 100µg/mL, affects the rate of oxygen consumption in state 3 and 4 of mitochondria energized with glutamate-malate and succinate. However, the inhibitory effect was greater when using glutamate-malate as substrate. For its part, the analysis of the enzyme activities of the mitochondrial respiratory chain showed that linalool (50µg/mL) inhibits complex I, III, and ATPase activity. Conclusions: linalool inhibits complex I, complex III and ATPase, this inhibition could increase the generation of reactive oxygen species.

Teto metabólico como indicador de capacidade de tolerância ao esforço físico: importância da capacidade oxidativa de reserva / Metabolic ceiling as indicative of endurance capacity: importance of reserve oxidative capacity

Comparados com outras espécies animais, a capacidade para a resistência de seres humanos é notável. A tese dos fatores limitantes e determinantes da resistência considera variáveis como consumo máximo de oxigênio (VO2max), limiares metabólicos e economia de movimento as mais importantes para a efetivação de exercícios físicos de longa duração. Como o oxigênio (O2) e produtos do metabolismo de substratos (glicose e ácidos graxos) são utilizados no interior de mitocôndrias do tecido muscular para obtenção de energia por processos oxidativos durante esse tipo de exercício físico, esta é outra variável importante a ser considerada. O objetivo deste texto é demonstrar que a incidência de fadiga em exercícios físicos prolongados intensos pode estar relacionada com modificações negativas ocorridas no potencial oxidativo mitocondrial. A funcionalidade mitocondrial encontra-se situada entre limites extremos que correspondem aos estados 4 (repouso) e 3 (VO2max). A tese desse texto é a de que quando essa variável aproxima-se do estado 3 durante o exercício físico prolongado intenso, o organismo esgota suas possibilidades de produção de energia pela fosforilação oxidativa, com consequente modificações nos valores de limiares metabólicos e no percentual do VO2max utilizado durante o esforço físico. Portanto, mitocôndrias funcionam como um termostato bioenergético celular durante situações como as que envolvem o exercício físico intenso prolongado.

Compared with other animal species, the endurance capacity of humans is remarkable. The thesis of limiting and determining factors of endurance consider variables such as maximum oxygen (O2) consumption (VO2max), metabolic thresholds and movement economy the most importants. As the O2 and metabolic products of substrates (glucose and fatty acids) are used in muscle´s mitochondria to obtain energy by oxidative processes during long duration exercise, this is another important variable to be considered. The aim of this assay is to show that the incidence of fatigue in this kind of exercise might be related to negative changes in mitochondrial oxidative potential. Mitochondrial oxidative potential is situated between the extreme limits of its functionality, which correspond to the states 4 (rest) and 3 (VO2max). The thesis put forward here is that when this variable is close to the state 3 during prolonged intense exercise, the body depletes their possibilities to produce energy through oxidative phosphorilation, with consequent changes in metabolic thresholds and increase in the percent of VO2max used in this condition. Therefore, mitochondria function as a cellular bioenergetic thermostat during situations such as those involving prolonged strenuous exercise.

When should MERRF (myoclonus epilepsy associated with ragged-red fibers) be the diagnosis? / Quando o diagnóstico deveria ser MERRF (epilepsia mioclônica associada com fibras vermelhas rasgadas)?

Myoclonic epilepsy associated with ragged red fibers (MERRF) is a rare mitochondrial disorder. Diagnostic criteria for MERRF include typical manifestations of the disease: myoclonus, generalized epilepsy, cerebellar ataxia and ragged red fibers (RRF) on muscle biopsy. Clinical features of MERRF are not necessarily uniform in the early stages of the disease, and correlations between clinical manifestations and physiopathology have not been fully elucidated. It is estimated that point mutations in the tRNALys gene of the DNAmt, mainly A8344G, are responsible for almost 90% of MERRF cases. Morphological changes seen upon muscle biopsy in MERRF include a substantive proportion of RRF, muscle fibers showing a deficient activity of cytochrome c oxidase (COX) and the presence of vessels with a strong reaction for succinate dehydrogenase and COX deficiency. In this review, we discuss mainly clinical and laboratory manifestations, brain images, electrophysiological patterns, histology and molecular findings as well as some differential diagnoses and treatments.

Epilepsia mioclônica associada com fibras vermelhas rasgadas (MERRF) é uma rara doença mitocondrial. O critério diagnóstico para MERRF inclui as manifestações típicas da doença: mioclonia, epilepsia generalizada, ataxia cerebelar e fibras vermelhas rasgadas (RRF) na biópsia de músculo. Na fase inicial da doença, as manifestações clínicas podem não ser uniformes, e correlação entre as manifestações clínicas e fisiopatologia não estão completamente elucidadas. Estima-se que as mutações de ponto no gene tRNALys do DNAmt, principalmente a A8344G, sejam responsáveis por quase 90% dos casos de MERRF. As alterações morfológicas na biópsia muscular incluem uma grande proporção de RRF, fibras musculares com deficiência de atividade da citocromo c oxidase (COX) e presença de vasos com forte reação para succinato desidrogenase e deficiência da COX. Nesta revisão, são discutidas as principais manifestações clínicas e laboratoriais, imagens cerebrais, padrões eletrofisiológicos, histológicos e alterações moleculares, bem como, alguns dos diagnósticos diferenciais e tratamentos.