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Título: Adaptações do metabolismo redox aos extremos ambientais : mecanismo, distribuição e ocorrência do fenômeno de “preparo para o estresse oxidativo”
Outros títulos: Redox metabolism adaptations to extreme environments : mechanism, distribution and occurrence of the “preparation for oxidative stress” phenomenon
Autor(es): Moreira, Daniel Carneiro
Orientador(es): Lima, Marcelo Hermes
Assunto: Antioxidantes
Ecofisiologia
Hipóxia
Estresse oxidativo
Anuro - Caatinga
Data de publicação: 12-Mar-2018
Referência: MOREIRA, Daniel Carneiro. Adaptações do metabolismo redox aos extremos ambientais: mecanismo, distribuição e ocorrência do fenômeno de “preparo para o estresse oxidativo”. 2017. 181 f., il. Tese (Doutorado em Biologia Molecular)—Universidade de Brasília, Brasília, 2017.
Resumo: A evolução selecionou um conjunto de adaptações fisiológicas e bioquímicas comuns em animais que toleram amplas variações de parâmetros ambientais em suas histórias de vida. Devido à dependência para produção de energia e a relação com a produção de espécies reativas de oxigênio (ROS), situações de flutuação dos níveis de O2 são condições potencialmente deletérias para animais. Ambientes extremos que afetam a disponibilidade e consumo de O2 incluem eventos de anóxia, hipóxia, congelamento, desidratação severa, exposição aérea de organismo de respiração aquática e estivação. Uma estratégia comum de animais submetidos a tais situações é a elevação dos níveis de antioxidantes endógenos. Esta estratégia foi batizada de “Preparo para o Estresse Oxidativo” (POS). Os objetivos deste trabalho foram: (i) propor um mecanismo molecular detalhado de ativação do POS em condições de baixa de oxigênio; (ii) desenvolver critérios de classificação e classificar espécies, determinando a prevalência do POS no reino animal; e (iii) verificar a ocorrência do POS em duas espécies de anuros da Caatinga durante a estivação na natureza. A compilação de dados fragmentados na literatura indica um acionamento do POS via aumento da produção de ROS durante a hipóxia. Segundo este modelo, durante a hipóxia haveria um aumento da produção mitocondrial de ROS, ativando fatores de transcrição sensíveis a alterações redox (Nrf2, FoxO, HIF-1 e NF-κB), que, por sua vez, promoveriam a expressão de antioxidantes endógenos. A classificação de animais usando diferentes critérios revelou que o POS é, de fato, uma estratégia amplamente utilizada por animais de 8 filos diferentes. A proporção de animais que apresentam o POS (POS-positivas) durante a privação de O2 depende do estresse ao qual o animal é submetido. O percentual de espécies POS-positivas foi de 54-77%, 64-77% e 75-86% nos casos de exposição aérea, anoxia e congelamento respectivamente. Dentre animais expostos à estivação e a desidratação a prevalência foi maior, atingindo valores de 91-100%. No caso da hipóxia, a prevalência de animais POS-positivos foi de 37,5-53%, dependendo do critério usado. A alta prevalência do POS no reino animal reforça a importância da modulação de antioxidantes em situações de privação de O2. Considerando que resultados de animais do campo podem ser mais ecologicamente relevantes que aqueles de animais em condições artificiais de laboratório, investigamos a modulação de antioxidantes no músculo de duas espécies de anuros da Caatinga, Pleurodema diplolistris e Proceratophrys cristiceps, durante a estivação sem intervenção experimental. Para tanto, foram analisadas as atividades de enzimas antioxidantes, enzimas metabólicas e a concentração de glutationa (nas formas reduzida e dissulfeto). Em ambas espécies, houve queda de 36% da atividade de citrato sintase muscular em animais estivando coletados durante a estação seca comparados com animais ativos. As atividades de catalase, glutationa peroxidase (total) e glutationa peroxidase (H2O2) aumentaram em ambas as espécies durante a estivação. Em P. diplolistris os aumentos foram de 74%, 74% e 73% respectivamente. Já em P. cristiceps os aumentos foram de 48%, 57% e 78% respectivamente. O aumento da capacidade antioxidante de ambas as espécies é o primeiro registro da ocorrência do POS em animais estivando livremente na natureza.
Abstract: Evolution has selected a set of biochemical and physiological adaptations in animals that tolerate wide variations of environmental parameters. Due to its roles in energy metabolism and in reactive oxygen species (ROS) generation, fluctuations in O2 availability are potentially deleterious to animals. Extreme environments in which oxygen availability and consumption are strongly affected include events of hypoxia, anoxia, freezing, severe dehydration, aerial exposure of aquatic organisms, and estivation. The increase in endogenous antioxidants levels is a common strategy of animals submitted to such situations. This strategy was coined “Preparation for Oxidative Stress” (POS). The aim of this study was: (i) to propose a detailed molecular mechanism for the activation of POS under low oxygen stresses; (ii) to design classification criteria and classify species, determining the prevalence of POS in animals; and (iii) to verify the occurrence of POS in two anurans from the Caatinga during estivation in their natural environment. Published data indicates that POS could be activated by a surge in ROS production during hypoxia. According to this model, the rise in ROS generation would activate redox-sensitive transcription factors (Nrf2, FoxO, HIF-1 e NF-κB), leading to enhanced antioxidant defenses. The proportion of POSpositive species in the animal kingdom depends on the nature of the low oxygen stress. The prevalence of POS-positive species was 54-77%, 64-77% and 75-86% for aerial exposure, anoxia and freezing respectively. In the case of estivation and dehydration the prevalence was higher, reaching 91-100%. For hypoxia, the prevalence of POS-positive animals was 37.5-53%, depending on the criteria. The high prevalence of POS-positive species highlights the important role of antioxidant modulation during low oxygen stresses. Considering that results from field-collected animals might be more ecologically relevant than those from laboratory experiments, we investigated the modulation of antioxidants in the muscle of two anuran species from the Caatinga, Pleurodema diplolistris and Proceratophrys cristiceps, during estivation without experimental intervention. To do so, we measured the activities of metabolic and antioxidant enzymes, as well as the concentration of reduced and disulfide glutathione. In both species, the activity of citrate synthase decreased by 36% in the muscle of estivating animals collected in the dry season compared to active animals collected in the rainy season. The activities of catalase, glutathione peroxidase (total) and glutathione peroxidase (H2O2) increased in both species during estivation. In P. diploslistris, they increased by 74%, 74% and 73% respectively. While they increased by 48%, 57% and 78% respectively in P. cristiceps. Such enhanced antioxidant capacity in both species is the first report of POS occurrence in animals estivating under natural conditions.
Informações adicionais: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2017.
Licença: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições:Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Agência financiadora: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq); Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
Aparece nas coleções:CEL - Doutorado em Biologia Molecular (Teses)

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