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Alterações do metabolismo oxidativo mitocondrial e neurodegeneração por metilmalonato

Autor(es):
Daniela Rodrigues de Melo
Número total de Autores: 1
Tipo de documento: Tese de Doutorado
Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Ciências Médicas
Data de defesa:
Membros da banca:
Leonardo dos Reis Silveira; Mário Henrique de Barros; Marcondes Cavalcante França Junior; Rodrigo Ramos Catharino
Orientador: Roger Frigério Castilho
Resumo

A acidemia metilmalônica é uma desordem metabólica hereditária envolvendo uma deficiência na atividade da enzima metilmalonil-CoA mutase, com resultante acúmulo de ácido metilmalônico (MMA) no organismo dos pacientes. Há evidências de comprometimento do metabolismo energético mitocondrial por MMA levando à neurodegeneração. Neste estudo avaliou-se o efeito in vitro de MMA no consumo de oxigênio por mitocôndrias isoladas de cérebro de rato na presença de diferentes substratos para a cadeia respiratória. MMA (1-10 mM) inibiu fortemente a respiração mantida por glutamato ou succinato. Nós confirmamos, por meio de experimentos sobre o transporte mitocondrial de succinato, que o efeito inibitório do MMA na respiração mantida por succinato deve-se à inibição do transportador mitocondrial de dicarboxilatos, impedindo a captação de succinato pela mitocôndria. Medidas do transporte mitocondrial de glutamato revelaram que o efeito do MMA na respiração mitocondrial mantida por glutamato não está relacionado à inibição da captação deste substrato pela mitocôndria. Enquanto o MMA mostrou um fraco efeito inibitório sobre a atividade das enzimas glutamato desidrogenase e aspartato transaminase, a atividade da 'alfa'-cetoglutarato desidrogenase foi significativamente inibida por MMA (Ki = 3,65 mM). Medidas do transporte mitocondrial de 'alfa'-cetoglutarato mostraram que o MMA extramitocondrial pode ser trocado pelo 'alfa'-cetoglutarato intramitocondrial, depletando este substrato da matriz mitocondrial, com consequente inibição da respiração mantida por glutamato. Nós observamos que organelas isoladas de cérebro podem acumular aproximadamente o triplo da concentração de MMA presente no meio extramitocondrial. Em adição, a inibição pelo MMA do consumo de oxigênio por fragmentos de cérebro de rato foi parcialmente prevenida pela presença de malato. Os efeitos in vivo do MMA foram estudados por meio das medidas de respiração e produção de espécies reativas de oxigênio em mitocôndrias isoladas de cérebro de ratos jovens cronicamente tratados (ip, 15 d) com MMA. Nenhuma diferença foi observada entre as amostras controle e tratadas com MMA, indicando que o tratamento in vivo com MMA não leva à disfunção mitocondrial permanente. Ainda, estudos sobre o efeito do MMA na viabilidade e metabolismo de células neuronais e gliais foram realizados. Na linhagem neuronal tumoral PC12, o MMA diminuiu a viabilidade celular após 24h de tratamento. Os parâmetros de potencial de membrana mitocondrial e respiração foram avaliados após 7h de tratamento com MMA. MMA inibiu a respiração nas células intactas, porém, não alterou a respiração nas células permeabilizadas, nas quais não há restrição de substratos. A viabilidade de células de glioblastoma humano, U-87MG, não foi afetada pelo tratamento com MMA. Já em astrócitos de cérebro de rato em cultura primária exposta ao MMA, a viabilidade e área celular foram reduzidas significativamente e alterações morfológicas também foram notadas. Tais observações nas células gliais primárias sugerem que as células tumorais sejam mais resistentes aos efeitos deletérios do MMA. Em conjunto, estes resultados indicam que o efeito inibitório de MMA no metabolismo oxidativo mitocondrial pode ser atribuído à inibição concomitante de enzimas específicas e transportadores, limitando a disponibilidade de substratos para as vias metabólicas mitocondriais. (AU)

Processo FAPESP: 08/58358-0 - Caracterização da disfunção mitocondrial na Acidemia Metilmalônica
Beneficiário:Daniela Rodrigues de Melo
Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto