Investigação dos processos biológicos associados à produção endógena de aldeídos reativos / Research on biological processes associated with endogenous production of reactive aldehydes

Os aldeídos são espécies reativas que podem ser produzidos endogenamente por processos como a lipoperoxidação, podendo reagir com lipídios, proteínas e DNA. Diversas evidências apontam para o envolvimento de aldeídos reativos na progressão de patologias como doenças cardiovasculares, arteriosclerose e doenças neurodegenerativas. Uma meta central do CEPIDRedoxoma é estudar a reatividade química de intermediários redox em ambientes biológicos e consequentes mudanças na estrutura e função de biomoléculas, entender como cada intermediário redox reage com biomoléculas específicas e os efeitos resultantes, essenciais para a concepção de biomarcadores e antioxidantes. O nosso grupo estuda os mecanismos de formação, detoxificação e reação com biomoléculas de aldeídos reativos endógenos e exógenos e seu papel em patologias como a esclerose lateral amiotrófica (ALS). Um dos mecanismos de detoxificação desses aldeídos é através da conjugação com a carnosina. Recentemente, foi observado que a suplementação de animais transgênicos ALS SOD G93A com carnosina via oral resultou em retardo da perda de peso e tendência de aumento da sobrevida dos animais. O presente projeto buscou investigar o possível papel da carnosina em animais modelo para ALS. Para isso as modificações em DNA induzidas por aldeídos reativos e a formação de adutos de carnosina-aldeídos foram analisadas através de metodologia HPLC-MS/MS. Assim observamos que ratos suplementados com carnosina apresentaram níveis significativamente menores de proteína carbonilada em músculo e fígado. Em fígadoforam vistos níveis menores de dois adutos de DNA, 8-oxodGuo e1,N2-HO-propanodGuo, em animais suplementados. Em cérebro foram detectados níveis menores de 1, N2-εdGuo. Com relação aos adutos carnosina-aldeídos, foi observado níveis significativamente maiores do aduto CAR-HHE na medula. Com embasamento nos resultados aqui apresentados, sugere-se a utilização de sequestradores de aldeídos como uma estratégia terapêutica em condições fisiopatológicas nas quais ao acúmulo dessas espécies está comprovado

Aldehydes are reactive species that can be produced endogenously by processes such as lipid peroxidation, which can react with lipids, proteins and DNA. Several evidences point to the involvement of reactive aldehydes in the progression of pathologies such as cardiovascular diseases, atherosclerosis and neurodegenerative diseases. A central goal of CEPID-Redoxoma is to study the chemical reactivity of redox intermediates in biological environments and consequent changes in the structure and function of biomolecules, to understand how each redox intermediate reacts with specific biomolecules and the resulting effects, essential for the design of biomarkers and antioxidants. Our group studies the mechanisms of formation, detoxification and reaction with biomolecules of endogenous and exogenous reactive aldehydes and their role in pathologies such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS). One of the detoxification mechanisms of these aldehydes is through carnosine conjugation. Recently, we observed that oral carnosine supplementation in transgenic ALS SODG93A animals resulted in delayed weight loss and a tendency to increase the survival of the animals. The present project investigated the potential role of carnosine in animal models for ALS. Thus, reactive aldehydes induced DNA modifications and carnosine aldehyde adducts were analyzed by HPLC-MS/MS. We observed that rats supplemented with carnosine presented significantly lower levels of protein carbonylation in muscle and liver. Lower levels of two DNA adducts, 8-oxodGuo and 1, N2-HO-propanodGuo, were observed in liver of the supplemented animals. Lower levels of 1, N2-εdGuo were detected in the brain. Regarding the carnosine-aldehydeadducts, significantly higher levels of the CAR-HHE adduct were observed in spinal cord. The results presented here suggest the use of aldehyde scavengers as a therapeutic strategy under pathological conditions in which is proven the accumulation of these species

Efeito de aldeídos de colesterol na esclerose lateral amiotrófica: estudo em modelo animal e na agregação da SOD1 in vitro / Effect of secosterol aldehydes on Amyotrophic Lateral Sclerosis: study in animal model and SOD1 aggregation in vitro

Aldeídos de colesterol (Secosterol A e Secosterol B) têm sido detectados em amostras de cérebro humano e investigados em modelos de doenças neurodegenerativas como possíveis marcadores e intermediários do processo patológico. Estes oxisteróis constituem uma classe de eletrófilos derivados de lipídeos que podem modificar e induzir agregação de proteínas. A esclerose lateral amiotrófica (ELA) é um distúrbio neurodegenerativo associado ao acúmulo de agregados imunorreativos de superóxido dismutase (Cu, Zn-SOD, SOD1). O objetivo deste trabalho foi avaliar a presença de aldeídos de colesterol em ratos modelo ELA e sua capacidade de induzir a formação de agregados de SOD1 in vitro. Aldeídos de colesterol foram analisados no plasma, medula espinhal e córtex motor de ratos ELA. Uma quantidade elevada de Secosterol B foi detectada no córtex motor desses ratos em comparação com animais controle. Adicionalmente, os experimentos in vitro mostraram que Secosterol B e Secosterol A induziram a agregação da SOD1 em uma forma amiloidogênica que se liga à tioflavina T. Esta agregação não foi observada com o colesterol e os seus hidroperóxidos. Usando aldeídos de colesterol marcados com grupo alquinil e um ensaio de click chemistry, foi observado que os agregados de SOD1 estão ligados covalentemente aos aldeídos. A modificação covalente da proteína foi confirmada por análise de MALDI-TOF, que mostrou a adição de até cinco moléculas de aldeídos de colesterol à proteína por base de Schiff. Curiosamente, a análise comparativa com outros eletrófilos derivados de lipídeos (e.g. HHE e HNE) demonstrou que a agregação de SOD1 aumentou proporcionalmente à hidrofobicidade dos aldeídos, observando-se a maioragregação com aldeídos de colesterol. Os sítios de modificação da SOD1 foram caracterizados por nanoLC-MS/MS após digestão da proteína com tripsina, onde foram identificadas lisinas como o principal aminoácido modificado. Em geral, nossos dados mostram que a oxidação do colesterol que leva à produção de aldeídos de colesterol é aumentada no cérebro de ratos ELA e que os aldeídos altamente hidrofóbicos derivados de colesterol podem promover eficientemente modificação e agregação de SOD1

Secosterol aldehydes (Secosterol B and Secosterol A) have been detected in human brain samples and investigated in models of neurodegenerative diseases as possible markers and intermediates of the pathological process. These oxysterols constitute a class of lipid-derived electrophiles that can modify and induce aggregation of proteins. Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder associated with the accumulation of immunoreactive aggregates of superoxide dismutase (Cu, Zn-SOD, SOD1). The objective of this work is to evaluate the presence of secosterol aldehydes in ALS rats and their ability to induce formation of SOD1 aggregates in vitro. Secosterol aldehydes were analyzed in plasma, spinal cord and motor cortex of ALS rats. A higher amount of Secosterol B was detected in the motor cortex of these rats compared to control animals. In addition, in vitro experiments have shown that Secosterol B and Secosterol A induce aggregation of SOD1 into an amyloidogenic form that binds to thioflavin T. This aggregation was not apparent in incubations with cholesterol and its hydroperoxides. Using alkynyl-labeled secosterol aldehydes and a click chemistry assay, it was found that the SOD1 aggregates are covalently linked to the aldehydes. Covalent modification of the protein was confirmed by MALDI-TOF analysis, which showed the addition of up to five molecules of secosterol aldehydes to the protein by Schiff base formation. Interestingly, the comparative analysis with other lipid-derived electrophiles (e.g. HHE and HNE) demonstrated that the aggregation of SOD1 increased according to the hydrophobicity of the aldehydes. Compared to the other electrophiles, a higher SOD1 aggregation was observed with secosterol aldehydes. SOD1 modification sites were characterized by nanoLC-MS/MS afterprotein digestion with trypsin, revealing lysine as the major amino acid modified in these experiments. Collectively, our data show that cholesterol oxidation leads to the production of secosterol aldehydes, which are increased in the brain of ALS rats, and that these highly hydrophobic aldehydes can efficiently promote the modification and aggregation of SOD1

Modificações em proteínas induzidas por compostos eletrofílicos. possível papel em esclerose lateral amiotrófica / Modifications in proteins induced by electrophilic compounds. Possible role in amyotrophic lateral

Danos em biomoléculas podem ocorrer a partir de uma interação direta entre as biomoléculas e espécies reativas de oxigênio e nitrogênio como também, pela reação de produtos secundários dessas espécies como eletrófilos gerados na peroxidação lipídica. Alguns desses produtos secundários possuem estabilidade química maior que as espécies reativas das quais foram derivadas e podem se ligar covalentemente as biomoléculas comprometendo o funcionamento normal das mesmas. Portanto, modificações em proteínas por aldeídos gerados na lipoperoxidação têm sido investigadas por suas implicações com desordens patológicas relacionadas à agregação proteica, e modificações em diversas vias de sinalização amplificando os efeitos deletérios em sistemas biológicos. Os objetivos desse trabalho foi contribuir na elucidação dos mecanismos moleculares associados ao desenvolvimento da esclerose lateral amiotrófica (ELA) através da identificação, caracterização e quantificação de modificações póstraducionais em proteínas pelos aldeídos 4-hidroxi-2-hexenal (HHE) e trans-4-hidroxi-2-nonenal (HNE) in vitro (citocromo c) e in vivo (modelo ELA) a partir de técnicas de Western blot, imunoprecipitação e espectrometria de massa com abordagem proteômica de "shotgun" em ratosSOD1G93A modelo de esclerose lateral amiotrófica (ELA). Estudos com citocromo c mostraram a ligação dos aldeídos ao citocromo c e mecanismos de reação foram propostos. Foram encontrados seis peptídeos modificados por HHE e um para o HNE, e o peptídeo TGPNLHGLFGR se mostrou modificado pelos dois aldeídos paralelamente. Foi demonstrado que a histidina 33 é um "hot spot" frente as adições pelos aldeídos. Nas análises por western blot das proteínas ligadas a aldeídos foi possível observar uma tendência de aumento na concentração de proteínas ligadas ao HNE nos animais ELA, mais acentuada nas amostras de 70 dias comparadas ao controle. Com relação aos resultados obtidos com HHE tanto os animais pré-sintomáticos quanto os sintomáticos não apresentaram diferenças de HHE-proteína, tantonos controles quanto nos animais ELA. Nas amostras dos animais sintomáticos não detectamos diferença significativa na concentração de aldeído-proteína entre os grupos. Já as análises proteômicas revelaram 24 proteínas diferencialmente expressas, com destaque para proteínas com os maiores valores de significância (p-value), como a ubiquitina no grupo dos pré- sintomáticos e a neurogranina, no grupo dos animais sintomáticos e várias proteínas de metabolismo energético, de neurofilamentos, proteínas de processos redox e proteínas ligadas o metabolismo de cálcio (fundamentais na fisiopatologia em ELA). Algumas proteínas importantes foram encontradas com exclusividades nos grupos pré-sintomáticos e sintomáticos pelo diagrama de Venn. Com relação a proteínas modificadas pelos aldeídos, foram encontradas algumas relevantes como a proteína 2 de interação com a polimerase delta que foi modificada por HNE via adição de Michael encontrada nos animais ELA pré-sintomáticos e sintomáticos, a catalase que foi encontrada modificada por HNE via base de Schiff apenas nos ELA pré- sintomáticos, e a tiol redutase induzível por interferon gama no grupo dos animais ELA sintomáticos. Com relação a proteínas modificadas por HHE, foram encontradas a Janus quinase e proteína 3 de interação com microtúbulo, modificadas tanto por adição de Michael quanto via base de Schiff nos animais ELA sintomáticos. É interessante ressaltar que algumas modificações encontradas em proteínas não caracterizadas podem indicar proteínas novas ainda não descritas como modificadas por esses aldeídos. Os resultados mostram que algumas das proteínas modificadas por HNE e HHE encontradas neste trabalho, estão relacionadas ao estresse redox, vias metabólicas energéticas, proteínas envolvidas na resposta a danos oxidativos, e processos inflamatórios. Tais modificações ocorrem não só no modelo de neurodegeneração, mas foram previamente descritas em outros processos patológicos, como doença cardiovascular, lesão hepática por uso crônico de álcool

Damage to biomolecules can occur from a direct interaction between biomolecules and reactive of oxygen and nitrogen species as well as from the reaction of secondary products of these species as electrophiles generated in lipid peroxidation. Some of these by-products have greater chemical stability than the derived reactive species and can bind to biomolecules compromising their normal function. Therefore, protein modifications by aldehydes generated during lipoperoxidation have been investigated for their implications with pathological disorders related to protein aggregation and modifications in signaling pathways amplifying the deleterious effects in biological systems. The aim of this work was to contribute to the elucidation of the molecular mechanisms associated with the development of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) through the identification, characterization and quantification of posttranslational modifications in proteins by 4-hydroxy-2-hexenal (HHE) and trans-4-hydroxy-2- nonenal (HNE) in vitro, cytochrome c, and in vivo, rat model (SOD1G93A) of amyotrophic lateral sclerosis (ALS), throught Western blot techniques, and mass spectrometry with shotgun proteomics approach. The results showed the binding of aldehydes to cytochrome c. Six peptides were modified by HHE and one by HNE. The peptide TGPNLHGLFGR was modified by the two aldehydes. Histidine 33 has been shown to be a hot spot against aldehydes additions. By western blot analysis of the aldehyde-bound proteins, it was possible to observe a tendency of increase in the concentration of HNE-bound proteins in the ALS animals, more pronounced in the samples of 70 days compared to control samples. Regarding the results obtained with HHE, both pre-symptomatic and symptomatic animals did not show HHE-protein differences, both in controls and in ALS animals. We did not detect a significant difference in the aldehyde-protein concentration between the groups in the samples of the symptomatic animals. Proteomic analysis revealed 24 differentially expressed proteins, with emphasis on proteins with thehighest values of significance (p-value), such as the ubiquitin in the pre-symptomatic group and neurogranin in the group of the symptomatic animals and several proteins of the energetic metabolism pathways, neurofilaments, proteins of redox processes and proteins linked to calcium metabolism (fundamental in the pathophysiology of ALS). Some important proteins were found exclusivity in the pre-symptomatic and symptomatic groups by the Venn diagram. With regard to aldehyde-modified proteins, some relevant ones such as Delta-2 polymerase interaction protein, that was modified by HNE via the addition of Michael found in presymptomatic and symptomatic ELA animals, catalase that was found to be modified by HNE via Schiff's base only in pre-symptomatic ALS, and gamma interferon-inducible thiol reductase in the group of symptomatic ALS animals. Janus kinase and microtubule interaction protein 3, were found to be modified by Michael addition and Schiff base pathway respectively in symptomatic ALS animals. It is interesting to note that some modifications found in uncharacterized proteins may indicate new proteins not yet described as modified by these aldehydes. The results show that some of the proteins modified by HNE and HHE found in this work are related to redox stress, energetic metabolic pathways, proteins involved in the response to oxidative damage, and inflammatory processes. Such modifications occur not only in the neurodegeneration model, but were previously described in other pathological processes, such as cardiovascular disease, liver injury due to chronic alcohol use

Novel antiviral activity of dialdehyde starch

A significant effort worldwide is being directed toward development of novel biocides against drug-resistant bacterial and viruses because of the significant potential human infection risks in the general population. We report here the discovery of a strong antiviral biocide, dialdheyde starch (DAS). Antiviral tests were carried out against three non-envelop viruses, including two bacterial viruses MS2 and PRD1, and one human virus Poliovirus. Dialdehyde starch aqueous suspensions were effective biocides against these three test viruses in a 1 hr exposure test. The antiviral activity was significantly enhanced in a four-hour exposure test, with maximum seven orders of magnitude reductions against MS2 and PRD1, and four-order reduction against Poliovirus. The antiviral activity of dialdehyde starch was found to be pH dependent, being more active in alkaline and acidic conditions than in neutral conditions.

Cytotoxic evaluation of certain insect growth regulators and insect sex pheromones in cho-k1 cells

The cytotoxic effects of Diflubeizuron, pyriproxifen as insect growth regulators, ZZ/ZE-7,11-hexadecadienyl acetate, Z-9- hexadecenal and Z-11-hexadecenal as insect sex pheromones were evaluated in vitro using Chinese hamster ovary [CHO-K1] cells. Total cellular protein [TCP] content and methyl tetrazolium [MTT] assays were carried out using serum free medium and medium supplemented with fetal calf serum [FCS, 10%], bovine serum albumin [BSA, 1%] and/or metabolic activation system [S9-mix]. All the tested compounds displayed cytotoxic effects that rise with time exposure. TCP assay exhibited higher sensitivity than MTT assay with all the tested compounds. In presence of the added extracellular proteins and/or metabolic activation system [S9-mix], the cytotoxic effects significantly decreased which indicate that the tested agents may be binding non-specifically with protein and extensive metabolized to less toxic metabolites

Caracterizaçäo e detecção de adutos entre 2'-desoxiguanosina e trans, trans-2,4-decadienal / Caracterization and detection of adduct between 2'-deoxyguanosine and trans, trans-2,4-decadienal

Vários adutos resultantes da reação de aldeídos `alfaï,ß-insaturados, ou de seus epóxidos, com bases do DNA têm sido caracterizadas nos últimos anos. Esses adutos podem levar à incorporação errada de bases durante a replicação ou a transcrição, resultando, se não reparados, em mutações que podem contribuir para a carcinogênese. O trans,trans-2,4-decadienal (DDE) é um dos aldeídos mais citotóxicos gerados endogenamente a partir da peroxidação lipídica. Verificamos que este aldeído afeta a viabilidade e altera o nível de glutationa de células CV1-P, além de induzir fragmentação do DNA e formação de diferentes produtos com o mesmo. Além da sua formação endógena, DDE é também encontrado em alguns alimentos, contribuindo para o aroma dos mesmos...

Avaliaçäo da atividade esterilizante do paraformaldeído / Evaluation of sterilizing activity of paraformaldehyde tablets

A atividade esporocida das pastilhas de paraformaldeído foi avaliada segundo a técnica da Association of Official Analytical Chemists (1984) exigida no Brasil para registro junto ao Ministério da Saúde, desta categoria de saneante. O paraformaldeído apresentou atividade esterilizante na concentraçäo de 3 por cento (3g/cm3) em um período de exposiçäo de 4h à temperatura de 50 graus C na presença de umidade relativa.