Estudos da resposta estringente de Bacillus subtilis e busca por pequenas moléculas moduladoras de RelA / Studies of the stringent response of Bacillus subtilis and search for small molecules capable of modulating RelA activity

Seja no meio ambiente, dentro de um hospedeiro ou em outro habitat, bactérias estarão frequentemente enfrentando condições adversas, como exposição a compostos antibacterianos ou carência nutricional. Em situações como essas, as bactérias são capazes de ativar a chamada resposta estringente, modulada pelo alarmônio (p)ppGpp. O acúmulo de (p)ppGpp promove a inibição da transcrição de rRNAs e tRNAs e a supressão do processo de tradução, e a ativação de operons de biossíntese de aminoácidos. Sabe-se também hoje que a resposta estringente está relacionada a outras importantes carências nutricionais em Escherichia coli, como a falta de ácidos graxos, porém não se sabe se o mesmo ocorre em Bacillus subtilis ou em outras Grampositivas. (p)ppGpp atua também direta e indiretamente em vários outros processos celulares, como motilidade, resistência a antibióticos, virulência e persistência, indicando que (p)ppGpp é um regulador central que integra informação metabólica e respostas adaptativas. O presente trabalho buscou estudar a correlação da resposta estringente de B. subtilis com a carência de ácidos graxos e a busca por pequenas moléculas capazes de modular RelA (a principal proteína envolvida na síntese de (p)ppGpp) e impedir o acúmulo de (p)ppGpp. Para a indução da carência de ácidos graxos, foram utilizadas duas estratégias; uso da droga Cerulenina (inibidor de FabF) e mutantes condicionais no gene FabF. Observou-se que mutantes incapazes de ativar a resposta estringente (cepa ppGpp(0) ou RelAD264G) apresentaram grande perda de viabilidade celular durante a carência de ácidos graxos, ao passo que a cepa selvagem manteve sua viabilidade celular. A causa da morte se deu majoritariamente devido ao colapso do potencial de membrana. Apesar de não termos observado aumento de (p)ppGpp nas células selvagens durante a carência de ácidos graxos, observou-se uma redução da razão GTP/ATP, ao passo que na cepa ppGpp(0), a razão GTP/ATP aumentou, devido ao acúmulo de GTP. O uso da droga decoinina, capaz de reduzir os níveis intracelulares de GTP, resgatou parcialmente a viabilidade da cepa e impediu a perda do potencial de membrana, indicando que os níveis de GTP são importantes durante a carência de ácidos graxos em B. subtilis. Para a triagem de pequenas moléculas inibidoras do acúmulo de (p)ppGpp, foi utilizada uma biblioteca de 2320 diferentes compostos químicos, e buscou-se drogas capazes de reverter o fenótipo de crescimento lento de cepas de B. subtilis que acumulam (p)ppGpp (via mutação pontual; mutante RelAH77A e via tratamento com o indutor hidroxamato de arginina) em meio rico. A primeira etapa selecionou 40 moléculas capazes de resgatar o crescimento de células tratadas com arginina-hidroxamato, porém apenas uma, salicilanilida, foi capaz de também resgatar o crescimento da cepa RelAH77A. Todavia, apesar de ser capaz de acelerar o crescimento de B. subtilis esse efeito é limitado. Diversos análogos de salicilanilida foram testados, porém não apresentaram efeito superior a salicilanilida para a reversão do fenótipo de crescimento lento de B. subtilis. Em adição, a droga não foi capaz de aumentar a sensibilidade dos organismos a diversos antibióticos testados, e aparentemente é incapaz de alterar os níveis internos de (p)ppGpp, porém é capaz de causar alterações nos níveis de ATP. Logo, acredita-se que o efeito observado para o crescimento das células seja devido a efeitos indiretos, possivelmente envolvendo alteração de outros nucleotídeos fosforilados

In the environment, inside a host or other habitat, bacteria will always face adverse conditions, as for example exposure to antimicrobials or starvation. In situations like those, bacteria activate the stringent response, modulated by the alarmone (p)ppGpp. (p)ppGpp accumulation promotes inhibition of rRNA and tRNA transcription and suppression of translational process, at the same time that it activates several amino acid biosynthesis operons. It is known also that the stringent response it is related to other starvation stress in Escherichia coli, like lack of fatty acids, but there is no knowledge if the same occurs for Bacillus subtilis or other gram-positive bacteria. ppGpp acts directly and indirectly affecting several other cellular process, as motility, resistance to antibiotics, virulence and persistence, indicating that (p)ppGpp is a central regulator that integrates metabolic information and adaptive responses. This work aimed to study the correlation between the stringent response in B. subtilis with fatty acid starvation, and search for small moleculas capable of modulating RelA (the main enzyme responsible for ppGpp synthesis) and stop (p)ppGpp production. For fatty acid starvation induction, two strategies were used; use of the drug Cerulenin (inhibitor of the FabF protein) and conditional mutants of the FabF gene. We observed that mutants incapable of activating the stringent response (strains ppGpp(0) ou RelAD264G) presented great loss of viability during fatty acid starvation, whereas the wild-type strain keeps its viability. The main cause of death is due membrane rupture in some cells, but mainly due to membrane potential collapse. Although we did not observed increase of (p)ppGpp in wild-type strains during fatty acid starvation, we observed reduction in GTP/ATP ratios, a hallmark of (p)ppGpp production in gram-positive bacteria. In the strain ppGpp(0) GTP/ATP ratio increased, mainly due to GTP increase. Using the drug decoyinine, capable of reducing GTP levels, partially recued viability and protects cells of losing its membrane potential, indicating that GTP levels plays an important role during fatty acid starvation in B. subtilis. For the screening of small molecules capable of inhibit (p)ppGpp production, a library of 2320 different chemical compounds were used, and we looked for drugs capable of reverting the slow growth phenotype of B. subtilis strains with (p)ppGpp accumulation (using a mutant RelAH77A; and using a stringent response inductor, arginine hidroxamate). The first step selected for 40 molecules capable of rescuing the growth of cells treated with arginine hidroxamate, but only one drug, salicilanilyde could also rescue the growth of the strain RelAH77A. Although capable of rescuing growth of B. subtilis that accumulates (p)ppGpp, this rescue is limited. Several analogues of salicilanilyde were tested, but none were stronger than salicilanilyde itself in rescuing growth of slow growing strains of B. subtilis. In addition, the drug was not capable of increasing antibiotic sensibility and it is incapable of changing intracellular (p)ppGpp levels, but it does shifts ATP levels. Therefore, we believe that the observed effects of salicilanilyde is due indirect action, probably involving other phosphorylated nucleotides, rather than modifying (p)ppGpp levels

p-cresol mas não p-cresil sulfato estimulam a produção de MCP-1 via NF-κB p65 em células vasculares musculares lisas humanas / p-cresol but not p-cresyl sulfate stimulate MCP-1 production via NF-κB p65 in human vascular smooth muscle cells

RESUMO Introdução: p-cresol (PC) e p-cresil sulfato (PCS) são responsáveis por muitas das consequências clínicas uremia, tais como a aterosclerose em pacientes com Doença Renal Crônica (DRC). Objetivos: No presente trabalho, investigamos in vitro o impacto de PC e PCS na expressão da quimiocina monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) via NF-kappa B (NF-κB) p65 em VSMC. Métodos: O PCS foi sintetizado por sulfatação do PC. As VSMC foram extraídas por digestão enzimática da veia do cordão umbilical e caracterizadas por imunofluorescência através do anticorpo α-actina. As células foram tratadas com PC e PCS em suas concentrações normal (n), urêmica (u) e urêmica máxima (m). A viabilidade celular foi avaliada pelo ensaio de MTT. A expressão de MCP-1 foi investigada por ELISA em sobrenadantes de células após o tratamento com as toxinas, com ou sem o inibidor de NF-κB p65. Resultados: Não houve diferença significativa na viabilidade das células após o tratamento com toxinas para todas as concentrações testadas. Houve um aumento significativo na expressão de MCP-1 em células tratadas com PCu e PCm (p < 0,001) e PCSn, PCSu e PCSm (p < 0,001), em comparação com o controle. Quando as VSMC foram tratadas com o inibidor de NF-κB p65 mais PCu e PCm, houve uma diminuição significativa na produção de MCP-1 (p < 0,005). Este efeito não foi observado com PCS. Conclusões: VSMC estão envolvidas na formação da lesão aterosclerótica e produção de MCP-1, o que contribui para o início da resposta inflamatória. Os nossos resultados sugerem que a PC medeia a produção de MCP-1 em VSMC, provavelmente através da via NF-κB p65 e que PCS atue através de uma subunidade diferente da via, uma vez que o inibidor da porção p65 não foi capaz de inibir a produção de MCP-1.

ABSTRACT Introduction: p-cresol (PC) and p-cresyl sulfate (PCS) are responsible for many of the uremia clinical consequences, such as atherosclerosis in Chronic Kidney Disease (CKD) patients. Objectives: We investigate the in vitro impact of PC and PCS on monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) expression via NF-kappa B (NF-κB) p65 in VSMC. Methods: PCS was synthesized by PC sulfatation. VSMC were extracted by enzymatic digestion of umbilical cord vein and characterized by immunofluorescence against α-actin antibody. The cells were treated with PC and PCS at their normal (n), uremic (u) and maximum uremic concentrations (m). Cell viability was assessed by MTT. MCP-1 expression was investigated by ELISA in cells supernatants after toxins treatment with or without the NF-κB p65 inhibitor. Results: There was no significant difference in cell viability after toxins treatment for all concentrations tested. There was a significant increase in MCP-1 expression in cells treated with PCu and PCm (p < 0.001) and PCSn, PCSu and PCSm (p < 0.001), compared with the control. When VSMC were treated with the NF-κB p65 inhibitor plus PCu and PCm, there was a significant decrease in MCP-1 production (p < 0.005). This effect was not observed with PCS. Conclusions: VSMC are involved in atherosclerosis lesion formation and production of MCP-1, which contributes to the inflammatory response initiation. Our results suggest that PC mediates MCP-1 production in VSMC, probably through NF-κB p65 pathway, although we hypothesize that PCS acts through a different subunit pathway since NF-κB p65 inhibitor was not able to inhibit MCP-1 production.

Tumor growth reduction is regulated at the gene level in Walker 256 tumor-bearing rats supplemented with fish oil rich in EPA and DHA

We investigated the effect of fish oil (FO) supplementation on tumor growth, cyclooxygenase 2 (COX-2), peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ), and RelA gene and protein expression in Walker 256 tumor-bearing rats. Male Wistar rats (70 days old) were fed with regular chow (group W) or chow supplemented with 1 g/kg body weight FO daily (group WFO) until they reached 100 days of age. Both groups were then inoculated with a suspension of Walker 256 ascitic tumor cells (3×107 cells/mL). After 14 days the rats were killed, total RNA was isolated from the tumor tissue, and relative mRNA expression was measured using the 2-ΔΔCT method. FO significantly decreased tumor growth (W=13.18±1.58 vs WFO=5.40±0.88 g, P<0.05). FO supplementation also resulted in a significant decrease in COX-2 (W=100.1±1.62 vs WFO=59.39±5.53, P<0.001) and PPARγ (W=100.4±1.04 vs WFO=88.22±1.46, P<0.05) protein expression. Relative mRNA expression was W=1.06±0.022 vs WFO=0.31±0.04 (P<0.001) for COX-2, W=1.08±0.02 vs WFO=0.52±0.08 (P<0.001) for PPARγ, and W=1.04±0.02 vs WFO=0.82±0.04 (P<0.05) for RelA. FO reduced tumor growth by attenuating inflammatory gene expression associated with carcinogenesis.

Attenuated levels of pro-inflammatory markers in diabetic retinopathy patients undergoing treatment with antihyperglycemic and antihypertensive drugs

OBJECTIVE: This study aimed to assess the circulating levels of activated nuclear factor kappa B p65 and monocyte chemotactic protein-1 in diabetic retinopathy patients who were taking antihyperglycemic and antihypertensive drugs. METHODS: In total, 235 healthy controls and 371 Type 2 diabetic patients [171 without retinopathy (DNR) and 200 patients with retinopathy (diabetic retinopathy)] were recruited for this study. Plasma and the nuclear fraction of peripheral blood mononuclear cells were isolated for the quantification of the monocyte chemotactic protein-1 and nuclear factor kappa B p65 levels, respectively. RESULTS: Non-medicated diabetic retinopathy patients had significantly higher levels of activated nuclear factor kappa B p65 and plasma monocyte chemotactic protein-1 than DNR patients. Diabetic retinopathy patients who were taking antihyperglycemic and antihypertensive drugs showed significant reductions in both the nuclear factor kappa B p65 and monocyte chemotactic protein-1 levels compared with the non-medicated patients. CONCLUSION: This study demonstrated the significant attenuation of both the nuclear factor kappa B p65 and circulating monocyte chemotactic protein-1 levels in diabetic retinopathy patients taking antihyperglycemic and antihypertensive drugs.