Proteomic analysis of liver in mice with different susceptibilities to fluorosis / Análise proteômica do fígado de camundongos com diferentes suscetibilidades à fluorose

Fluoride (F) is a potent anti-cariogenic element, but only an appropriate dose is effective to have therapeutic action, else systemic toxicity may be observed. Additionally, two factors, amount of F and time of exposure, drive its action. Surprisingly, the susceptibility to toxic effects of F is genetically determined. The present study identified the effects of F on the liver proteome of mice susceptible (A/J) or resistant (129P3/J) to the effects of F. Weanling male A/J (n=6) and 129P3/J mice (n=6) were housed in pairs and assigned to three groups given low-F diet and drinking water containing 0, 15 or 50 ppm F for 7 weeks. Liver proteome profiles were examined using nano-LC-ESI-MS/MS. Protein function was classified by GO biological process (Cluego v2.0.7 + Clupedia v1.0.8). Difference in expression among the groups was determined using the PLGS software. In the control group (0 ppm F), most proteins with fold change were increased in A/J mice. Precisely the proteins related to energy flux and oxidative stress were quite significant in this context, suggesting the high susceptibility of these mice to the effects of F, since the exposure also induces oxidative stress. Treatment with the lower F concentration provoked more pronounced alterations in fold change in liver proteins in comparison to the treatment with the higher F concentration. Strikingly, most of the proteins with fold change upon following 15 ppm F treatment, were increased in the A/J mice compared with their 129P3/J counterparts, thus suggesting attempt of the former to fight against the toxic effects of F. With respect to 50 ppm F, most proteins with fold change were decreased in the A/J mice compared with their 129P3/J counterparts, especially proteins related to oxidative stress and protein folding, which might be related to the higher susceptibility of the A/J animals to the deleterious effects of F. Our findings can provide new insights into the molecular mechanisms underlying genetic susceptibility to fluorosis by indicating key protein players which need to be better addressed in future experimental studies.(AU)

O Fluoreto (F) é um potente elemento anti-cariogênico, mas é somente efetivo terapeuticamente em uma dose apropriada. Por outro lado, doses acima das recomendadas levam a toxicidade sistêmica. Em adição, dois fatores decidem sua efetividade de ação: quantidade de F e tempo de exposição. A suscetibilidade aos efeitos tóxicos do F é determinada geneticamente. O presente estudo avaliou os efeitos do F no proteoma do fígado de camundongos suscetíveis (A/J) ou resistentes (129P3/J) aos efeitos do F. Camundongos machos desmamados A/J (n=6) e 129P3/J (n=6) foram alojados em pares e divididos em três grupos tratados com ração com baixo teor de F e água contendo 0, 15, ou 50 ppm de F por 7 semanas. Perfis proteômicos do fígado foram examinados usando nano-LC-ESI-MS/MS. A função de proteínas foi classificada pelo processamento biológico GO (Cluego v2.0.7 + Clupedia v1.0.8). A diferença de expressão entre os grupos foi determinada usando o software PLGS. No grupo controle (0 ppm F), a expressão da maioria das proteínas foi aumentada nos camundongos A/J e precisamente as proteínas relacionadas ao fluxo de energia e estresse oxidativo foram significativas neste contexto, sugerindo portanto, a alta sucetibilidade destes camundongos aos efeitos do F, já que a exposição também induz o estresse oxidativo. O tratamento com baixa concentração de F provocou alterações mais pronunciadas em proteínas do fígado comparado ao tratamento com alta concentração de F. Notadamente, a maioria das proteínas encontradas no fígado dos animais tratados com 15 ppm de F foi aumentada em camundongos A/J comparados aos camundongos 129P3/J, demonstrando portanto, uma tentativa dos A/J de neutralizar os efeitos tóxicos do F. Já nos animais tratados com 50 ppm de F, a maioria das proteínas foi diminuída nos camundongos comparados aos seus pares 129P3/J, especialmente proteínas relacionadas ao estresse oxidativo e enovelamento de proteínas, o que pode estar relacionado à alta suscetibilidade dos animais A/J aos efeitos deletérios do F. Nossos achados podem fornecer novos insights que podem contribuir para a interpretação os mecanismos moleculares relacionados à suscetibilidade genética à fluorose, indicando proteínas chaves que precisam ser melhor estudadas em estudos futuros.(AU)

Peptide Characterization of Mature Fluorotic and Control Human Enamel

Abstract Exposure to high fluoride levels during amelogenesis causes enamel fluorosis. This study aimed to determine and compare the amino acid sequences in the enamel of fluorotic and control teeth. This investigation included enamel samples obtained from erupted and non-erupted third molars with either TF grade 4-6 (n=7) fluorosis or no sign of fluorosis (controls, n=7). The samples were kept frozen at -20 °C until protein extraction. Samples were etched and processed with a cocktail of proteinase inhibitors and immediately analyzed. Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization-Time-Of-Flight/Time-of-Flight Mass Spectrometry (MALDI-TOF/TOF) followed by MASCOT search aided the peptides analysis. The more abundant peptides bore the N-terminal amelogenin sequences WYQSIRPPYP (which is specific for the X-encoded amelogenin) and MPLPPHPGHPGYINF (which does not show sexual dimorphism) were not different in control or fluorotic enamel. There was no missing proteolytic cleavage in the fluorotic samples, which suggested that the increased amount of protein described in fluorotic enamel did not stem from the decreased ability of proteinases to cleave the proteins in humans. This study showed how to successfully obtain peptide from superficial enamel. A relatively low number of teeth was sufficient to provide good data on the actual peptides found in mature enamel.

Resumo Exposição a altos níveis de flúor durante a amelogênese causa fluorose no esmalte. Este estudo tem como objetivo determinar e comparar as sequências de aminoácidos presentes no esmalte de dentes controles e fluoróticos. A investigação incluiu amostras de esmalte obtidas de terceiros molares erupcionados e não erupcionados, ambas ou com grau de fluorose TF 4-6 (n=7) ou sem sinais de fluorose (controles, n=7), congelados a -20 oC até a extração das proteínas. As amostras sofreram ataque ácido e foram processadas utilizando um coquetel de inibidores de proteinases, sendo imediatamente analisadas. MALDI-TOF/TOF seguido pela pesquisa com MASCOT foram utilizados para a análise dos peptídeos. Os peptídeos mais abundantes foram das amelogeninas com sequências N-terminal WYQSIRPPYP (que é codificada especificamente pela amelogenina X) e MPLPPHPGHPGYINF (que não apresenta dimorfismo sexual algum), não havendo diferenças entre dentes fluoróticos e controles. Nenhuma alteração na proteólise ocorreu nas amostras fluoróticas, o que sugere que o aumento na quantidade de proteínas existentes nas amostras fluoróticas não está correlacionada a habilidade das proteinases em clivar as proteínas em humanos. Este estudo mostrou como extrair com sucesso peptídeos do esmalte superficial. Um número relativamente baixo de dentes foram suficientes para se obter ótimos dados a respeito de peptídeos encontrados no esmalte maduro.

Suscetibilidade genética para fluorose dentária: um estudo metabólico e proteômico com diferentes linhagens de camundongos / Genetic susceptibility for dental fluorosis: a metabolic and proteomic study with different strains of mice

A fluorose dentária é uma patologia que ocorre durante a formação dos dentes na presença de doses excessivas de fluoreto (F-). Os mecanismos pelos quais o Fprovoca a fluorose ainda são poucos conhecidos. A influência de fatores genéticos tem sido considerada na suscetibilidade/resistência do indivíduo em desenvolver a fluorose. Duas linhagens de camundongos (A/J e 129P3/J) com diferença na resistência ou suscetibilidade à fluorose dentária foram utilizadas para determinar se a suscetibilidade à fluorose pode ser explicada pela diferença no metabolismo e se há diferença no perfil protéico dos rins e urina destes animais. Para isso, um estudo metabólico foi conduzido com 18 camundongos A/J (suscetível) e 18 129P3 / J (resistente) após o desmame. Cada amostra foi dividida em 3 grupos, com diferentes concentrações de F- na água de beber (0, 10 e 50 ppm F). Uma vez que um estudo piloto revelou que os camundongos A/J ingeriam um maior volume de água quando comparado com o 129P3/J, a concentração de F- na água dada aos camundongos A/J foi ajustada semanalmente a fim de fornecer doses semelhantes de F- para ambas linhagens. Os animais foram mantidos em gaiolas metabólicas (n = 2/gaiola) por 7 semanas, com livre acesso à água e dieta de baixa ingestão de F- (0,95 ppm). A ingestão e excreção de F- foram calculadas, bem como os níveis de F- no plasma, no fêmur e no rim. O grau de fluorose dentária foi avaliado usando análise de fluorescência quantitativa (QLF) e exame clínico. Os perfis proteômicos renal e urinário foram examinados utilizando 2D-PAGE e coloração com azul de Coomassie.. Os dados do estudo metabólico foram testados para diferenças significativas pela ANOVA a 2 critérios (p <0,05). As imagens dos géis e as diferenças estatísticas (ANOVA, p<0,05) foram analisadas pelo programa Image Master Platinum 7.0. Os camundongos da linhagem A/J submetidos à alta concentração de fluoreto apresentaram um grau de fluorose significativamente maior quando comparado com a...

Dental fluorosis occurs during tooth formation when excessive doses of fluoride (F) are ingested. The mechanisms that underlie the pathogenesis of dental fluorosis are not known so far. The influence of genetic factors has been considered in individual susceptibility/resistance to develop fluorosis. Two inbred mice strains (A/J and 129P3/J) have been reported to have different susceptibilities to dental fluorosis. They were used in the present study to determine if the susceptibility to dental fluorosis can be explained by alterations in F metabolism and to evaluate if there is difference in the profile of protein expression in kidney and urine of these animals. For this, a metabolic study was conducted with 18 A/J (susceptible) and 18 129P3/J (resistant) weanling mice. Each strain was divided into 3 groups, with differed according to the F concentration given in the drinking water (0, 10 and 50 ppm F). Since a pilot study showed that the A/J mice drank a higher volume of water when compared with the 129P3/J, the F concentration in the water given to the A/J mice was weekly adjusted in order to provide similar F intakes for both strains. The mice were housed in metabolic cages (n=2/cage) for 7 weeks, with free access to water and low-F diet (0.95 ppm). F intake and excretion were calculated, as well as plasma, femur and kidney F levels. The degree of dental fluorosis was assessed using QLF and clinical examination. Renal and urinary proteome profiles were examined using 2D-PAGE and coomassie brilliant blue staining. Data were tested for significant differences by 2-way repeated-measures ANOVA (p<0.05). The gels images and statistical differences (ANOVA, p <0.05) were analyzed by the Image Master Platinum 7.0 software. Significantly higher QLF scores were observed for the A/J mice submitted to 50 ppm F. The total F intake did not significantly differ between the strains. The total F excretion was significantly higher for the A/J mice, due to the higher urinary...