Dynamic thiol/disulfide homeostasis in patients with age-related macular degeneration / Homeostase dinâmica de tiol/dissulfureto em pacientes com degeneração macular relacionada à idade

ABSTRACT Purpose: We evaluated dynamic thiol/disulfide homeostasis (TDH), malondialdehyde (MDA) levels, and catalase (CAT) activity in patients with age-related macular degeneration (AMD). All analyzes were conducted on plasma samples. Methods: Thirty-two patients with AMD and 38 age-matched healthy controls were included. Native thiol, total thiol, and disulfide levels and TDH status were determined using a novel, automated assay. MDA levels and CAT activity were determined. Percentages were compared using the chi-squared test. The Student's t-test and Mann-Whitney U-test were used to compare quantitative variables. Results: Native thiol levels were significantly lower (p=0.004) in patients with AMD (272.02 ± 52.41 µmol/l) than in healthy individuals (307.82 ± 47.18 µmol/l), whereas disulfide levels were significantly higher (p<0.001) in patients with AMD than in controls (21.64 ± 5.59 vs. 14.48 ± 5.37 µmol/L). Dynamic TDH was also significantly lower (p<0.001) in patients with AMD than in controls (13.41 ± 4.3 vs. 25.41 ± 14.52 µmol/l). No significant differences were evident in total thiol or MDA levels. Mean CAT activity was significantly higher (p=0.043) in patients with AMD compared with controls (0.035 vs. 0.018 k/ml). Conclusions: The antioxidant/oxidant balance demonstrated by dynamic TDH is shifted to the oxidative side in patients with AMD.

RESUMO Objetivo: Avaliar a homeostase dinâmica de tiol/dissulfureto e os níveis de malon dialdeído (MDA) e catalase (CAT) em pacientes com degeneração macular relacionada à idade (DMRI). Todas as análises foram realizadas em amostras de plasma. Métodos: Foram incluídos 32 pacientes com degeneração macular relacionada à idade e 38 controles saudáveis de idade similar. Os níveis de tiol, tiol total, dissulfureto e estado de homeostase de tiol/dissulfureto foram determinados utilizando um novo ensaio automatizado. Os níveis de atividade de MDA e CAT foram também determinados. As porcentagens foram comparadas pelo teste do qui-quadrado. O teste t de Student e o teste U de Mann Whitney foram utilizados para comparar variáveis quantitativas. Resultados: Os níveis de tiol nativo foram significativamente menores (p=0,004) nos pacientes com degeneração macular relacionada à idade (272,02 ± 52,41 µmol/l) do que nos indivíduos saudáveis (307,82 ± 47,18 µmol/l), enquan to os dissulfetos foram significativamente maiores em pacientes com degeneração macular relacionada à idade (21,64 ± 5,59 µmol/l versus 14,48 ± 5,37 µmol/l, respectivamente, p<0,001). A homeostase dinâmica de tiol/dissulfureto também foi significativamente menor nos pacientes com degeneração macular re la cionada à idade (13,41 ± 4,3 µmol/l) versus os controles (versus 25,41 ± 14,52 µmol/l, p<0,001). Não foram observadas diferenças significativas nos níveis de tiol total ou MDA. A atividade média de CAT foi significativamente mais elevada (p=0,043) em doentes com degeneração macular relacionada à idade (0,035 k/ml vs. 0,018 k/ml). Conclusões: O equilíbrio antioxidante/oxidante demonstrado pela homeostase dinâmica de tiol/dissulfeto é deslocado para o lado oxidativo em pacientes com de generação macular relacionada à idade.

Processamento intracelular da fibrilina-1 mutada na síndrome de Marfan: escape do controle de qualidade pela dissulfeto isomerase proteica / Mutated fibrillin-1 intracellular processing in Marfan syndrome: bypass of a protein disulfide isomerase-mediated quality control

A Síndrome de Marfan (SMF) é a enfermidade hereditária mais comum dentre as que afetam o sistema conjuntivo, causada por mutações da glicoproteína fibrilina-1, o principal componente estrutural das microfibrilas elásticas da matriz extracelular. As manifestações fenotípicas da SMF são sistêmicas e acometem tipicamente os sistemas ocular, esquelético e cardiovascular, este uma importante causa de morbi-mortalidade. Entretanto, não está claro como a mutação induz a doença. Estudos anteriores sugerem anomalias morfológicas do retículo endoplasmático (RE) ou retenção intracelular da fibrilina-1 nos estágios avançados da SMF. Entretanto, a contribuição do enovelamento da fibrilina-1 mutada e do estresse do RE na fisiopatologia celular da SMF não é conhecida. Proteínas mal-enoveladas podem levar à retenção intracelular e/ou aumento da degradação através da via de degradação associada ao RE (ERAD), além da indução da resposta a proteínas mal-enoveladas (UPR), ambas com potencial contribuição à fisiopatologia de doenças, incluindo a SMF. Assim, estudamos em fibroblastos embrionários isolados de camundongos (MEFs) com SMF se a fibrilina-1 mutada é reconhecida pelo controle de qualidade do RE pelo seu mal- enovelamento e induz estresse do RE por sua retenção intracelular. Demonstramos que a mutação na fibrilina-1 per se não promoveu chaperonas marcadoras de UPR ou geração de oxidantes. Além disso, não levou a uma maior sensibilização das células à indução exógena de estresse do RE, nem promoveu maior morte celular após inibição do proteassoma. Além disso, não foi observada retenção intracelular da fibrilina-1 nas células SMF, e mesmo após inibição da via secretora ou indução de estresse do RE, a inibição da secreção da fibrilina-1 foi similar nos MEFs SMF e wild-type (WT). A dissulfeto isomerase proteica (PDI), uma importante chaperona redox do RE, interage com fibrilina-1, e seu silenciamento levou a um aumento na secreção da fibrilina-1 pelos MEFs WT...

Marfan syndrome (MFS) is the most common connective tissue hereditary disease, caused by mutations in the glycoprotein fibrillin-1, the main structural component of extracellular matrix elastic microfibrils. MFS phenotypic manifestations are systemic and typically involve the ocular, skeletal and cardiovascular systems, the latter a major cause of morbidity/mortality. However, how gene mutation induxes disease is yet unclear. Previous studies suggest endoplasmic reticulum (ER) morphological abnormalities or fibrillin-1 intracellular retention in advanced MFS stages. However, the contribution of mutated fibrillin-1 folding and ER stress to MFS cellular pathophysiology is unknown. Un/misfolded proteins may associate with their intracellular retention and/or increased degradation through ER-associated degradation (ERAD), in addition to inducing the unfolded protein response (UPR), both sharing potential contributions to disease pathophysiology, including MFS. Thus, we studied in embryonic fibroblasts (MEFs) isolated from WT and MFS mice, if mutated fibrillin-1 can be recognized by ER quality control as a misfolded protein, able to induce ER stress due to its intracellular retention. We showed that fibrillin-1 mutation by itself did not promote UPR chaperone markers or oxidant generation. Moreover, it did not sensitize cells to exogenous ER stress nor affected cell survival curves after proteasome inhibition. Furthermore, no intracellular retention of fibrillin-1 was observed in MFS cells, and even after secretory pathway inhibition or ER stress induction, fibrillin-1 secretion inhibition was similar in MFS and wild-type (WT) MEFs. Protein disulfide isomerase (PDI), an important ER redox chaperone, interacts with fibrillin-1 and its silencing induced an increased fibrillin-1 secretion in WT...

Dissulfeto isomerase proteica como via integrativa entre estresse oxidativo e resposta a proteínas mal-enoveladas na reparação à lesão vascular / Protein disulfide isomerase as an integrative way between oxidative stress and unfolded protein response during vascular repair to injury

O remodelamento vascular é um determinante fundamental do lúmen em doenças vasculares, porém os mecanismos envolvidos não estão completamente elucidados. Nós investigamos o papel da chaperona redox residente do retículo endoplasmático Dissulfeto Isomerase Proteica (PDI) e sua fração localizada na superfície celular (peri/epicelular=pecPDI) no calibre e arquitetura vascular durante reparação à lesão. Em artérias ilíacas de coelho submetidas à lesão in vivo, houve importante aumento do mRNA e expressão proteica (~25x aumento 14 dias pós-lesão vs. controle) da PDI. O silenciamento da PDI por siRNA (cultura de órgãos) acentuou o estresse do retículo e apoptose, diferentemente da inibição da pecPDI com anticorpo neutralizante (PDI Ab). Bloqueio in vivo da pecPDI por aplicação de gel perivascular contendo PDI Ab no 12° dia após lesão, com análise após 48 h, promoveu ca.25% redução no calibre vascular analisado por arteriografia e diminuição similar na área total do vaso detectada por tomografia de coerência óptica. Neste processo, não ocorreu alteração no tamanho da neoíntima, indicando assim, que PDI Ab acentuou remodelamento constrictivo. Neutralização da pecPDI promoveu importantes alterações na arquitetura da matriz de colágeno e citoesqueleto, resultando em fibras com orientação invertida e desorganizadas. Diminuição na produção de espécies reativas de oxigênio e óxidos de nitrogênio também ocorreu. Análise de propriedades viscoelásticas nas artérias indicou redução na ductilidade vascular, evidenciada pela menor distância para ruptura. As alterações subcelulares no citoesqueleto observadas in vivo após PDI Ab foram recapituladas em um modelo de estiramento cíclico em células musculares lisas vasculares, com importante redução na formação das fibras de estresse. Em modelo de migração randômica de células musculares lisas, a exposição a PDI Ab reduziu a resiliência de regulação da polaridade. Embora a neutralização da pecPDI não tenha afetado a atividade...

Whole-vessel remodeling is a critical lumen caliber determinant in vascular disease, but underlying mechanisms are poorly understood. We investigated the role of endoplasmic reticulum chaperone Protein Disulfide Isomerase(PDI) and cell-surface PDI(peri/epicellular=pecPDI) pool in vascular caliber and architecture during vascular repair after injury(AI). After rabbit iliac artery balloon injury, there was marked increase in PDI mRNA and protein (25-fold vs. basal at day 14AI), with increase in both intracellular and pecPDI. Silencing PDI by siRNA (organ culture) induced ER stress augmentation and apoptosis, contrarily to pecPDI neutralization with PDI-antibody(PDI Ab). PecPDI neutralization in vivo with PDIAb-containing perivascular gel from days 12-14AI promoted ca.25% decrease in vascular caliber at arteriography and similar decreases in total vessel circumference at optical coherence tomography, without changing neointima, indicating increased constrictive remodeling. PecPDI neutralization promoted marked changes in collagen and cytoskeleton architecture, with inverted fiber orientation and disorganization. Decreased ROS and nitrogen oxide production also occurred. Viscoelastic artery properties assessment showed decreased ductility, evidenced by decreased distance to rupture. Subcellular cytoskeletal disruption by PDI Ab was recapitulated in vascular smooth muscle cell stretch model, with marked decrease in stress fiber buildup. Also, PDI Ab incubation promoted decreased regulation resilience of vascular smooth muscle migration properties. While pecPDI neutralization did not affect global RhoA activity, there was altered RhoA redistribution to the cell surface and association with caveolin-containing clusters, which mislocalized after stretch. In human coronary atheromas, PDI expression inversely correlated with constrictive remodeling. Thus, strongly-expressed PDI after injury reshapes matrix and cytoskeleton architecture to support an...