1 Talita da Silva Mendes de Farias Os efeitos da pinealectomia sobre a expressão de clock genes e lipogênese no tecido adiposo branco epididimal de ratos adultos Wistar Tese apresentada ao Programa de PósGraduação em Fisiologia Humana do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo, para obtenção do Título de Doutor em Ciências. Área de Concentração: Fisiologia Humana Orientador: Prof. Dr. Fábio Bessa Lima Versão original São Paulo 2014 2 RESUMO FARIAS, T. S. M. Os efeitos da pinealectomia na expressão de Clock genes e lipogênese no tecido adiposo branco epididimal de ratos adultos Wistar. 2014. 87 f. Tese (Doutorado em Fisiologia Humana) - Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2014. A melatonina, um hormônio produzido pela glândula pineal, é secretada de maneira cíclica num período de 24 horas, sendo essa oscilação importante para influenciar uma série de eventos circadianos, como por exemplo, a expressão dos clock genes (efeito cronobiótico), além de modular de maneira endócrina uma série de funções em vários tecidos periféricos. Assim, admitindo-se que a expressão circadiana dos clock genes esteja envolvida na regulação do metabolismo energético e que tal padrão oscilatório esteja sob influência da melatonina, o presente estudo teve o objetivo de analisar o processo de incorporação de glicose em lipídeos no tecido adiposo de animais controles e pinealectomizados para verificar se a ausência da pineal e, portanto, de melatonina afeta este importante processo metabólico do tecido adiposo branco, além de verificar se a pinealectomia possui interferência na expressão dos genes relógio no tecido branco epididimal de ratos. Os nossos resultados mostram que a pinealectomia alterou o padrão circadiano de expressão dos clock genes (Clock, Per2 e Cry1) e aumentou significativamente a expressão de Rev-erbα no Zt 8. A ausência de melatonina também alterou a expressão, ao longo de 24 horas, do gene Pparγ, indicando que a pinealectomia pode interferir no metabolismo de lipídeos. Além disso, a ausência da glândula pineal provocou alterações na secreção de hormônios promovendo um aumento nas concentrações séricas de corticosterona e diminuição nas concentrações de leptina. No entanto, o processo de incorporação de glicose em lipídeos ao longo de 24 horas não foi alterado pela pinealectomia. Também foi demonstrado que, no momento em que ocorre maior esvaziamento gástrico e, portanto maior liberação de nutrientes (ZT4), os animais controle, mas não os animais pinealectomizados, apresentam um pico de atividade das enzimas lipogênicas, sugerindo que a melatonina e a alimentação atuam cooperativamente no controle da atividade dessas enzimas, o que faz supor que haja uma co-regulação desses fatores no processo de síntese de novo de ácidos graxos. Sendo assim, os pontos relacionados acima mostram indícios de que a ausência da melatonina durante o período de 4 semanas, já é capaz de afetar uma série de eventos moleculares e metabólicos. Porém se os animais permanecessem pinealectomizados por um tempo mais prolongado, poderia ocorrer uma maior dessincronização nesses animais, e assim poderíamos evidenciar repercussões metabólicas mais significativas. Palavras-chave: Pinealectomia. Clock genes. Tecido adiposo branco. Metabolismo. 3 ABSTRACT FARIAS, T. S. M. The effects of pinealectomy on the expression of Clock genes and lipogenesis in epididymal white adipose tissue of Wistar adults rats. 2014. 87 p. [Ph. D. thesis (Human Physiology)] - Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2014. Melatonin, a hormone produced by the pineal gland, is secreted in a cyclic fashion over 24 hours, and this oscillation is important for influencing a range of circadian events, such as the expression of clock genes (chronobiotic effect), in addition to endocrine modulation of a number of functions in various peripheral tissues. Thus, assuming that expression of clock genes is involved in the regulation of energy metabolism and that oscillatory pattern is under influence of melatonin, the present study aimed to analyze the process of glucose incorporation into triglycerides in adipose tissue of pinealectomized and controls animals. The intention was to verify whether the absence of the pineal gland and therefore melatonin affects this important metabolic process of white adipose tissue, and to determine whether pinealectomy interferes with the expression of clock genes in epididymal white adipose tissue of rats. Our results show that pinealectomy alters the circadian pattern of clock genes expression (Clock, Per2 and Cry1) and increases significantly the expression of Rev-erbα in Zt 8. The absence of melatonin also altered the expression of Pparγ gene over 24 hours, indicating that pinealectomy may interfere with the metabolism of lipids. Furthermore, the absence of the pineal gland promoted an increase in corticosterone and decrease in leptin plasma levels. However, the incorporation of glucose into lipids over 24 hours was not altered by pinealectomy. It was also shown that, at the time that occurs most gastric emptying, and therefore greater release of nutrients (ZT4), the control animals but not the pinealectomized animals show a peak of activity of lipogenic enzymes, suggesting that melatonin and food act cooperatively to control the activity of these enzymes. This leads to the supposition that there is a coregulation of these factors in the de novo synthesis of fatty acids process. Thus, the points listed above show evidence that the absence of melatonin during the four-week period, it is able to affect a number of molecular and metabolic events. However if animals remain pinealectomized for a longer time, a larger desynchonization could occur in these animals, and so we could highlight the most significant metabolic impact. Keywords: Pinealectomy. Clock genes. White adipose tissue. Metabolism. 4 1 INTRODUÇÃO Muitos comportamentos e atividades fisiológicas, na grande maioria dos seres vivos, ocorrem de maneira rítmica circadiana, permitindo que estes organismos antecipem e se preparem para as mudanças ambientais. A manutenção dessa ritmicidade é importante para uma relação temporal constante entre os diversos ritmos fisiológicos e para determinação de uma ordem temporal interna imprescindível à saúde do organismo (JOHNSTON et al., 2009). Em seres humanos e demais mamíferos, processos como o ciclo sono/vigilia, a alimentação, a temperatura corporal, a secreção hormonal e o metabolismo, ocorrem de maneira circadiana e são "governados" por um relógio biológico. Assim, alterações nessa organização temporal estão envolvidas na etiologia de várias doenças e na redução da expectativa de vida do indivíduo (CARDINALI et al., 2011; GARAULET; MADRID, 2009). Os núcleos supraquiasmáticos (NSQ), localizados no hipotálamo, são os principais marcapassos centrais que dirigem todo o processo circadiano enviando sinais neurais e humorais para outras áreas do cérebro e também para tecidos periféricos. A melatonina, hormônio produzido pela glândula pineal e cuja secreção é controlada pelo ciclo claro/escuro, é um dos hormônios responsáveis por conferir sincronização a tecidos centrais e periféricos. Por ser produzida apenas no período noturno, ela age como um zeitgeiber interno, sincronizando diversas funções fundamentais para a sobrevivência dos organismos e conferindo ritmos a uma série de funções neuroendócrinas que modulam, por exemplo, o ciclo sono-vigília e a atividade reprodutora e metabólica de várias espécies (BARTNESS; GOLDMAN, 1989). Muitos estudos indicam que distúrbios na secreção de melatonina estão associados com uma maior propensão para o desenvolvimento de diversas doenças como a obesidade e diabetes tipo 2. Corroborando estes estudos, evidências sugerem que trabalhadores noturnos possuem maior risco de desenvolver doenças metabólicas, cardiovasculares, aumento no risco de desenvolvimento de câncer e outras doenças crônicas (WANG et al., 2011). A melatonina, além de atuar diretamente sobre os diversos tipos celulares presentes no organismo, também tem a capacidade de agir em 5 sistemas osciladores (efeito cronobiótico), controlando principalmente a transcrição e tradução dos clock genes. Estes estão envolvidos na autogeração de ritmicidade circadiana, apresentando um padrão temporal de expressão em diferentes tecidos como o hepático, o renal e o adiposo. Diante de todos os trabalhos que apontam uma forte associação entre secreção de melatonina, metabolismo do tecido adiposo branco e clock genes, o nosso estudo teve como principal objetivo verificar as alterações provocadas pela ausência da melatonina na expressão dos clock genes (ao longo de 24 h) no tecido adiposo e as possíveis consequências metabólicas para este tecido. 6 CONCLUSÃO A ausência de melatonina em ratos, durante o período de quatro semanas: Não altera a capacidade de incorporação de glicose em lipídeos em adipócitos brancos epididimais durante o período de 24 h; Não altera o ritmo alimentar; Indica que a melatonina e a alimentação possam atuar de modo complementar (co-regulação) na sincronização de atividade de enzimas envolvidas no processo de lipogênese de novo (análise de correlação). A forte correlação positiva entre atividade enzimática X conteúdo estomacal encontrada em animais controle no ZT4, momento este que coincide com a maior taxa de esvaziamento gástrico, foi perdida em animais pinealectomizados; Não promove alterações na atividade máxima das enzimas G6PDH, Málica, Fas e ACL, embora a atividade desta última tenha apresentado uma tendência em ser maior nos animais PINX; Promove um aumento nos níveis de corticosterona entre os ZTs 8 e 16 e diminuição na concentração plasmática de leptina; Não afeta a secreção de insulina e adiponectina; Altera o ritmo circadiano dos clock genes Clock, Per2 e Cry1 nos animais pinealectomizados; Aumenta de modo significativo a expressão do gene Rev-erbα nos animais pinealectomizados no Zt 8; Promove uma alteração no padrão diário oscilatório de expressão do gene Pparγ nos animais pinealectomizados. Sendo assim, os pontos relacionados acima mostram indícios de que a pinealectomia pode afetar uma série de eventos moleculares e metabólicos e promover dentro de um prazo mais longo de tempo certo grau de dessincronização nos animais com ausência de melatonina, uma vez que foram encontradas diferenças no padrão circadiano dos genes do relógio 7 Clock, Per2 e Cry1 e da expressão do gene Rev-erbα, e ainda promoveu alterações na produção e atividade de hormônios e enzimas. No entanto, o período de quatro semanas de pinealectomia mostrou-se relativamente curto para se evidenciarem repercussões metabólicas mais significantes no animal. 8 REFERÊNCIAS1 AKASHI, M.; TSUCHIYA ,Y.; YOSHINO, T.; NISHIDA, E. Control of intra cellular dynamics of mammalian periods proteins by casein kinase I epsilon (CKI epsilon) and CKI delta in cultured cells. Mol. Cell. Biol., v. 22, p. 19631703, 2002. ALONSO-VALE, M. I. C.; ANHE, G. F.; BORGES-SILVA, C. N.; ANDREOTTI, S.; PERES, S. 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