Antioxidant Responses Induced by Short-Term Activity-Estivation-Arousal Cycle in Pomacea canaliculata.

Long-term estivation (45 days) in the apple snail Pomacea canaliculata induces an increase of non-enzymatic antioxidants, such as uric acid and reduced glutathione (GSH), which constitutes an alternative to the adaptive physiological strategy of preparation for oxidative stress (POS). Here, we studied markers of oxidative stress damage, uric acid levels, and non-enzymatic antioxidant capacity, enzymatic antioxidant defenses, such as superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), and glutathione S-transferase (GST), and transcription factors expression [forkhead box protein O (FOXO), hypoxia-inducible factor-1 alpha (HIF1α), and nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2)] in control active animals, 7-day estivating and aroused snails, in digestive gland, gill, and lung tissue samples. In the digestive gland, SOD and CAT activities significantly increased after estivation and decreased during arousal. Meanwhile, GST activity decreased significantly during the activity-estivation-arousal cycle. Gill CAT activity increased significantly at 7 days of estivation, and it decreased during arousal. In the lung, the CAT activity level increased significantly during the cycle. FOXO upregulation was observed in the studied tissues, decreasing its expression only in the gill of aroused animals during the cycle. HIF1α and Nrf2 transcription factors decreased their expression during estivation in the gill, while in the lung and the digestive gland, both transcription factors did not show significant changes. Our results showed that the short-term estivation induced oxidative stress in different tissues of P. canaliculata thereby increasing overall antioxidant enzymes activity and highlighting the role of FOXO regulation as a possible underlying mechanism of the POS strategy.

Análise dos mecanismos pró-inflamatórios do ácido úrico solúvel: efeito sobre proteínas sensíveis à modulação redox e sobre a polarização de células THP-1 / Analysis of the pro-inflammatory mechanisms of soluble uric acid: effect on redox sensitive proteins and THP-1 cell polarization

Vários estudos epidemiológicos estabelecem correlação positiva entre os níveis de ácido úrico sérico e o aumento do risco para doenças cardiovasculares. Fatores dietéticos e socioeconômicos, além da presença de comorbidades estão diretamente associados aos níveis séricos de ácido úrico. Países desenvolvidos apresentam maior incidência e prevalência da gota e alguns grupos étnicos são particularmente susceptíveis à hiperuricemia. Cristais de ácido úrico são descritos por iniciar e perpetuar resposta inflamatória, e sinalizar um padrão de resposta molecular associado ao dano (DAMP), permitindo a diferenciação de macrófagos para perfis pró-inflamatórios. Por outro lado, os efeitos do ácido úrico em sua forma solúvel ainda carecem de estudos. Macrófagos derivados de precursores monocíticos apresentam diferenciação específica e respondem a um conjunto de fatores extrínsecos, resultando em perfis distintos, um fenômeno conhecido como polarização. Assim, os macrófagos podem ser classicamente ativados para uma resposta Th1 (T helper 1) e polarizados a um perfil pró- inflamatório (M1, resposta Th1) ou a um perfil alternativo e oposto, um perfil de resolução da inflamação (M2, resposta Th2, T helper 2). Nesse sentindo, buscamos analisar os efeitos do ácido úrico solúvel sobre vias de modulação da polarização fenotípica de macrófagos e modificação redox. Utilizamos a linhagem monocítica humana THP-1, a qual foi diferenciada em macrófagossímile por acetato miristato de forbol (PMA; 5 ng.mL-1) por 48 h, seguidas da incubação com ácido úrico em meio ausente de tióis e soro fetal bovino por 8h ou 24h (0-1000 µM). A expressão de fatores de transcrição e marcadores de polarização foi realizada através de citometria de fluxo, western-blotting e por microscopia de fluorescência com alto conteúdo de imagens (HCI). Em concentrações fisiológicas, verificamos que o ácido úrico solúvel regulou positivamente a frequência de células para receptor manose CD206, um marcador clássico de perfil alternativo/M2 e regulou negativamente a expressão óxido nítrico sintase induzível (iNOS), um marcador M1, sugerindo inicialmente uma modulação para o perfil de polarização M2. Além disso, as proteínas redoxsensíveis, heme oxigenase-1 (HO-1) e tiorredoxina (Trx) tiveram sua expressão reduzida e aumentada, respectivamente, pelo tratamento com ácido úrico. Os fatores de transcrição Nrf2 e STAT3 tiveram regulação negativa após a exposição ao ácido úrico solúvel. Os resultados apresentados nesta tese sugerem uma função do urato no priming de macrófagos através da alteração da polarização destas células

Several epidemiological studies have established a positive correlation between high serum uric acid levels and increased risk for cardiovascular diseases. Developed countries have a higher incidence and prevalence of gout and some ethnic groups are particularly susceptible to hyperuricemia. Although hyperuricemia is a prevalent condition, it has still controversy biological consequences. Uric acid crystals are described as capable of initiating and perpetuating inflammatory responses, by activating the damage-associated molecular response pattern (DAMP) cascade, allowing macrophage differentiation to inflammatory profiles. In spite of that, biological response to soluble uric acid are not completely understood. Monocyte-derived macrophages respond to a set of extrinsic factors that result in different profiles and can be polarized to a proinflammatory (M1) or anti-inflammatory (M2) profile. In this thesis, we analyzed the effects of soluble uric acid on redox-modulated pathways and the phenotypic polarization of macrophages. We used human monocytic THP-1 cell line, differentiated into macrophage by phorbol myristate acetate (PMA; 5 ng.mL-1) for 48 h. After differentiation, cells were incubated with soluble uric acid in medium without thiols and fetal bovine serum for 8 h and 24 h (0-1000 µM). The expression of transcription factors and polarization markers were assessed by flow cytometry, western-blotting and fluorescence microscopy with high content imaging (HCI). At physiological concentrations, soluble uric acid positively regulated the frequency of cells for mannose receptor CD206, a classic marker of the anti-inflammatory M2 profile and negatively regulated the inducible nitric oxide synthase (iNOS) expression, a proinflammatory M1 marker, suggesting that the soluble uric acid changes the polarization profile to M2 profile. In addition, the redox-sensitive proteins heme oxygenase-1 (HO-1) and thioredoxin (Trx) had their expression decreased and increased, respectively, after exposure to urate. STAT3 and Nrf2 transcription factors were downregulated upon soluble uric acid exposure. The results presented in this thesis suggest a role of uric acid in macrophage priming through the alteration of cell polarization

Kinetic and structural characterization of a typical two-cysteine peroxiredoxin from Leptospira interrogans exhibiting redox sensitivity.

Little is known about the mechanisms by which Leptospira interrogans, the causative agent of leptospirosis, copes with oxidative stress at the time it establishes persistent infection within its human host. We report the molecular cloning of a gene encoding a 2-Cys peroxiredoxin (LinAhpC) from this bacterium. After bioinformatic analysis we found that LinAhpC contains the characteristic GGIG and YF motifs present in peroxiredoxins that are sensitive to overoxidation (mainly eukaryotic proteins). These motifs are absent in insensitive prokaryotic enzymes. Recombinant LinAhpC showed activity as a thioredoxin peroxidase with sensitivity to overoxidation by H2O2 (Chyp 1% ~30 µM at pH 7.0 and 30°C). So far, Anabaena 2-Cys peroxiredoxin, Helicobacter pylori AhpC, and LinAhpC are the only prokaryotic enzymes studied with these characteristics. The properties determined for LinAhpC suggest that the protein could be critical for the antioxidant defense capacity in L. interrogans.

Especies reactivas de oxígeno y su efecto sobre la actividad de las células óseas / Reactive oxygen species on bone cells activity / Espécies reativas de oxigÛnio e seu efeito na atividade das células ósseas

Las mitocondrias generan especies reactivas de oxígeno (ERO) que cumplen con una multiplicidad de procesos celulares; cuando se producen en exceso son responsables del estrés oxidativo y de múltiples procesos patológicos, incluyendo osteoporosis. Los factores de transcripción FoxO 1, 3 y 4 actúan como moléculas sensoras de ERO convirtiendo la señal de estrés oxidativo en la inducción de mecanismos de protección o señales apoptóticas. La insulina y los factores de crecimiento insulínicos (IGFs) regulan negativamente a FoxOs en mamíferos. Las ERO están involucradas en el remodelamiento óseo a través del efecto que ejercen sobre osteoblastos y osteoclastos. Los FoxOs controlan la acción de ERO sobre la osteoblastogénesis y la osteoclastogénesis. Con la edad, el aumento del estrés oxidativo acelera la adipogénesis a expensas de la osteoblastogénesis, al mismo tiempo que aumenta la oxidación de ácidos grasos generando compuestos pro-oxidantes que incrementan el estrés oxidativo. Asimismo, la caída estrogénica acelera la osteoclastogénesis por vía genómica o no genómica. Dada la importancia de FoxOs y ERO en la fisiología ósea y durante el envejecimiento, clarificar los eventos celulares y pasos moleculares involucrados en el control del estrés oxidativo sería vital para entender la regulación de la osteoporosis relacionada a la edad.(AU)

Reactive oxygen species (ROS) are key players in oxidative stress, and they are generated as by-products of cellular metabolism, primarily in the mitochondria. ROS are well recognised for playing a dual role as both deleterious and beneficial species. FoxOs transcription factors are activated in oxidative stress responses and participate in the regulation of cellular functions, including cell cycle arrest, cell death, and protection from stress stimuli. FoxO activity is inhibited by growth factors and the insulin signaling pathways. They play a fundamental role in skeletal homeostasis by exerting both ROS céludependent and independent effects on bone cells. FoxOs modulate osteoblastogenesis and attenuate osteoclastogenesis through both cell autonomous and indirect mechanisms. With aging there is an inevitable increment in oxidative stress that accelerates adipogenesis at the expense of osteoblastogenesis. There is also an increment in lipid oxidation to form pro-oxidant products that enhance oxidative stress generation. In addition, the estrogen withdrawal accelerates osteoclastogenesis. Given the importance of both FoxOs and ROS in aging and bone biology, understanding the cellular events and molecular pathways that are controlled by FoxOs during aging may be vital to our understanding of the regulation of age-related osteoporosis.(AU)

Mitoc¶ndrias geram espécies reativas de oxigÛnio (ERO) que cumprem uma grande variedade de processos celulares; se produzidas em excesso sÒo responsáveis pelo estresse oxidativo e por múltiplos processos patológicos, incluindo a osteoporose. Os fatores de transcriþÒo FoxO 1.3 e 4 funcionam como moléculas sensoras de ERO transformando o sinal de estresse oxidativo na induþÒo de mecanismos de proteþÒo ou sinais apoptóticos. A insulina e os fatores de crescimento insulínicos (IGFs) regulam em forma negativa Foxos em mamíferos. As ERO estÒo envolvidos na remodelaþÒo óssea através do seu efeito nos osteoblastos e osteoclastos. Os Foxos controlam a aþÒo de ERO na osteoblastogÛnese e na osteoclastogÛnese. Com a idade, o aumento do estresse oxidativo acelera a adipogÛnese O custa de osteoblastogÛnese; ao mesmo tempo que aumentam a oxidaþÒo de ácidos graxos gerando compostos pró-oxidantes que incrementam o estresse oxidativo. Além disso, a queda estrogÛnica acelera a osteoclastogÛnese por via gen¶mica ou nÒo gen¶mica. Devido O importÔncia de FoxOs e ERO na fisiologia óssea e durante o envelhecimento, esclarecer os eventos celulares e passos moleculares envolvidos no controle do estresse oxidativo seria vital para a compreensÒo da regulaþÒo da osteoporose relacionada com a idade.(AU)

Especies reactivas de oxígeno y su efecto sobre la actividad de las células óseas / Reactive oxygen species on bone cells activity / Espécies reativas de oxigênio e seu efeito na atividade das células ósseas

Las mitocondrias generan especies reactivas de oxígeno (ERO) que cumplen con una multiplicidad de procesos celulares; cuando se producen en exceso son responsables del estrés oxidativo y de múltiples procesos patológicos, incluyendo osteoporosis. Los factores de transcripción FoxO 1, 3 y 4 actúan como moléculas sensoras de ERO convirtiendo la señal de estrés oxidativo en la inducción de mecanismos de protección o señales apoptóticas. La insulina y los factores de crecimiento insulínicos (IGFs) regulan negativamente a FoxOs en mamíferos. Las ERO están involucradas en el remodelamiento óseo a través del efecto que ejercen sobre osteoblastos y osteoclastos. Los FoxOs controlan la acción de ERO sobre la osteoblastogénesis y la osteoclastogénesis. Con la edad, el aumento del estrés oxidativo acelera la adipogénesis a expensas de la osteoblastogénesis, al mismo tiempo que aumenta la oxidación de ácidos grasos generando compuestos pro-oxidantes que incrementan el estrés oxidativo. Asimismo, la caída estrogénica acelera la osteoclastogénesis por vía genómica o no genómica. Dada la importancia de FoxOs y ERO en la fisiología ósea y durante el envejecimiento, clarificar los eventos celulares y pasos moleculares involucrados en el control del estrés oxidativo sería vital para entender la regulación de la osteoporosis relacionada a la edad.

Reactive oxygen species (ROS) are key players in oxidative stress, and they are generated as by-products of cellular metabolism, primarily in the mitochondria. ROS are well recognised for playing a dual role as both deleterious and beneficial species. FoxOs transcription factors are activated in oxidative stress responses and participate in the regulation of cellular functions, including cell cycle arrest, cell death, and protection from stress stimuli. FoxO activity is inhibited by growth factors and the insulin signaling pathways. They play a fundamental role in skeletal homeostasis by exerting both ROS céludependent and independent effects on bone cells. FoxOs modulate osteoblastogenesis and attenuate osteoclastogenesis through both cell autonomous and indirect mechanisms. With aging there is an inevitable increment in oxidative stress that accelerates adipogenesis at the expense of osteoblastogenesis. There is also an increment in lipid oxidation to form pro-oxidant products that enhance oxidative stress generation. In addition, the estrogen withdrawal accelerates osteoclastogenesis. Given the importance of both FoxOs and ROS in aging and bone biology, understanding the cellular events and molecular pathways that are controlled by FoxOs during aging may be vital to our understanding of the regulation of age-related osteoporosis.

Mitocôndrias geram espécies reativas de oxigênio (ERO) que cumprem uma grande variedade de processos celulares; se produzidas em excesso são responsáveis pelo estresse oxidativo e por múltiplos processos patológicos, incluindo a osteoporose. Os fatores de transcrição FoxO 1.3 e 4 funcionam como moléculas sensoras de ERO transformando o sinal de estresse oxidativo na indução de mecanismos de proteção ou sinais apoptóticos. A insulina e os fatores de crescimento insulínicos (IGFs) regulam em forma negativa Foxos em mamíferos. As ERO estão envolvidos na remodelação óssea através do seu efeito nos osteoblastos e osteoclastos. Os Foxos controlam a ação de ERO na osteoblastogênese e na osteoclastogênese. Com a idade, o aumento do estresse oxidativo acelera a adipogênese à custa de osteoblastogênese; ao mesmo tempo que aumentam a oxidação de ácidos graxos gerando compostos pró-oxidantes que incrementam o estresse oxidativo. Além disso, a queda estrogênica acelera a osteoclastogênese por via genômica ou não genômica. Devido à importância de FoxOs e ERO na fisiologia óssea e durante o envelhecimento, esclarecer os eventos celulares e passos moleculares envolvidos no controle do estresse oxidativo seria vital para a compreensão da regulação da osteoporose relacionada com a idade.

Redox activation of Nrf2 & NF-κB: a double end sword?

Moderate concentrations of reactive oxygen species (ROS) are produced by diverse sources under physiological conditions. At such low levels, these molecules may act as upstream mediators of relevant signaling pathways; however an increase in their concentration with respect to the antioxidant system activity, changes their redox signaling function into a deleterious role. Thus, cell health depends, at least in part, on redox balance. This review includes global aspects of oxygen chemistry, ROS generation, antioxidant system, and redox signaling. It is also focused on the description of two relevant redox-sensitive transcription factors: nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), which may be a potential target to confer cell protection, and nuclear factor κB (NF-κB), which is involved in deleterious effects in the cell. Finally, recent findings on the interplay between both factors for the development of different pathologies are discussed.