Alterações na bioenergética de mitocôndrias isoladas de fígado de rato e toxicidade em células de hepatocarcinoma humano (HepG2) promovidas por uma xiloglucana de sementes de Copaifera langsdorffii (Copaíba) e seu complexo com oxovanádio (IV/V)

Orientadora: Profa Dra Silvia Maria S. C. CadenaCoorientadora: Profa. Dra Guilhermina R. NoletoDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ciências (Bioquímica). Defesa : Curitiba, 29/03/2016Inclui referências: p. 63-74Resumo: Para polissacarídeos isolados de diferentes fontes são atribuídas diversas atividades biológicas que podem ser modificadas por sua complexação com metais, entre estes o vanádio. Para uma xiloglucana extraída de sementes de Copaifera langsdorffii (XGC) e o seu complexo com oxovanádio (XGC:VO) foi descrito efeito tóxico para células de melanoma murino B16F10, possivelmente associado com o comprometimento da respiração celular. O presente estudo teve como objetivo avaliar esta possibilidade ao determinar os efeitos destes polímeros em mitocôndrias isoladas de fígado de rato. Ainda, para evidenciar se XGC e XGC:VO são tóxicos para outras linhagens de células tumorais, seus efeitos sobre a viabilidade e proliferação de células de hepatocarcinoma humano (HepG2) também foram determinados. Em mitocôndrias intactas foram determinados os estados 3 e 4 da respiração, o coeficiente de controle respiratório (CCR) e a razão ADP/O. XGC (0,5-25 gg/mL) não afetou nenhum dos parâmetros analisados quando os substratos foram glutamato/malato. No entanto, XGC:VO (0,5-25 gg/mL) inibiu em ~13% o estado 3 da respiração e, consequentemente, causou uma redução de ~13% no CCR. Em mitocôndrias desacopladas com FCCP, ambos os polímeros reduziram em ~30% o consumo de oxigênio, de forma independente da concentração. Quando o succinato foi utilizado como substrato oxidável, XGC promoveu um estímulo do estado 4 (~17%) e reduziu o CCR em ~12%, somente na concentração de 10 gg/mL. Por sua vez, XGC:VO não alterou qualquer parâmetro. Em mitocôndrias rompidas, a atividade da NADH oxidase não foi alterada pelos polissacarídeos (0,5-25 gg/mL), mas XGC promoveu um estímulo da Succinato Oxidase em ~95% (0,5 e 1,0 gg/mL) e 73% (25 gg/mL). Tanto a XGC como XGC:VO inibiram a atividade da succinato desidrogenase em ~19 e ~30%, respectivamente, na maior concentração (25 gg/mL). A viabilidade das células HepG2, após 24 horas de tratamento com XGC aparentemente aumentou em 27, 22 e 43%, nas concentrações de 25, 100 e 200 gg/mL respectivamente. XGC:VO (25 gg/mL) promoveu uma redução de ~20% da viabilidade, e na concentração de 100 gg/mL aumentou aparentemente este parâmetro em ~68%. Em 48 horas de tratamento, tanto XGC como XGC:VO não alteraram a viabilidade das células HepG2. XGC:VO e XGC (200 gg/mL) após 24 h de tratamento reduziram a proliferação celular em ~ 40% e ~60%, respectivamente. Após 48h de tratamento XGC e XGC:VO (100 gg/mL) estimularam a proliferação ~24% chegando o estímulo a 30% na concentração de 200 gg/mL para ambos polissacarídeos. Em 72 h de tratamento, o estímulo se manteve para XGC (200 gg/mL - 33%), porém, XGC:VO inibiu a proliferação em ~85% (200 gg/mL). Em ensaios de recuperação celular (tratamento por 48h e retirada dos compostos e novo ensaio em 24h), XGC (200 gg/mL) estimulou em ~51% a proliferação, enquanto XGC:VO promoveu uma inibição de ~35% e ~77% nas concentrações de 100 gg/mL e 200 gg/mL, respectivamente. Os resultados obtidos neste estudo em mitocôndrias isoladas demonstram que os efeitos do XGC e XGC:VO sobre a respiração dependem tanto do substrato oxidado, se do Complexo I (glutamato/malato) ou Complexo II (succinato), quanto da presença do vanádio complexado ao polissacarídeo. Estes efeitos relacionam-se com a integridade da membrana mitocondrial, uma vez que em ensaios com as organelas rompidas, não foram observados efeitos dos polímeros na oxidação completa do NADH. Os efeitos em mitocôndrias isoladas se refletem aparentemente na ação de XGC e XGC:VO em células HepG2, cuja viabilidade e proliferação exibem perfis de estímulo e inibição dependentes da presença do metal e das concentrações utilizadas. Considerados em conjunto, os resultados obtidos neste estudo abrem novas e importantes frentes de investigação do mecanismo da toxicidade destes polímeros em células tumorais.Abstract: Polysaccharides isolated from different sources have shown several biological activities, which may be modified by their complexation with metals, such as vanadium. For a xyloglucan from Copaifera langsdorffii (XGC) seeds and its complex with oxovanadium (XGC:VO) the toxic effect on melanoma murine B16F10 cells was described. This effect was associated with the impairment of B16F10 cells respiration. The present study aimed to investigate this possibility by determining the effects of these polymers on mitochondrial bioenergetics. It was also evaluated if the polysaccharides are toxic for human hepatocellular carcinoma cells (HepG2). In intact isolated mitochondria were determined the states 3 and 4 of respiration, the respiratory control coefficient (CCR) and the ratio ADP/O. XGC (0.5-25 pg/mL) did not affect any of the parameters analyzed when the substrates were glutamate/malate. However, XGC:VO (0.5-25 pg/mL) reduced at ~13% the state 3 and consequently the CCR values were reduced by ~13%. In FCCP uncoupled mitochondria, both polymers reduced by ~30% the oxygen consumption in a dose-independent way. When the succinate was used as oxidizable substrate, XGC stimulated the state 4 (~17%) and reduced the CCR by ~12%, but only at 10 pg/mL. On the other hand, XGC:VO did not affect any parameter when succinate was the substrate. In disrupted mitochondria, the activity of NADH oxidase was not changed by the polysaccharides (0.5-25 pg/mL), but XGC promoted a stimulus of Succinate Oxidase by ~95% (0.5; 1.0 pg/mL) and 73% (25 pg/mL). Both XGC and XGV:VO inhibited the succinate dehydrogenase activity by ~19 and ~30%, respectively, at the highest concentration (25 pg/mL). The viability of HepG2 cells after 24 hours of treatment with XGC apparently increased by 27, 22 and 43% at 25, 100 and 200 pg/mL, respectively. XGV:VO (25 pg/mL) promoted a decrease of 20% in the cells viability, and at 100 pg/mL apparently increased this parameter at ~68%. After 48 hours of treatment, both XGC and XGC:VO did not alter the HepG2 viability XGC:VO and XGC (200 pg/mL) reduced cellular proliferation at ~ 40% and ~60%, after 24 h of treatment, respectively. After 48 hours of treatment XGC and XGC:VO (100 pg/mL) stimulated the proliferation by ~24% reaching to ~30% at 200 pg/mL for both polysaccharides. When the cells were treated for 72 h, the stimulation was until observed for XGC (200 pg/mL - 33%); however, the proliferation was inhibited (~85%) by XGC:VO at the same concentration (200 pg/mL). In cell recovery assays (treatments for 48 h following the removal of polysaccharides and cells culturing by 24 h), XGC (200 pg/mL) stimulated the proliferation by ~51%, while XGC:VO promoted an inhibition of ~35% and ~77% at the 100 pg/mL and 200 pg/mL, respectively. The results obtained in this study with isolated mitochondria showed that the effects of XGC and XGC:VO are dependent on the Complex of the substrate oxidation (Complex I - glutamate/malate or Complex II - succinate), as well as of the presence of vanadium. These effects are tightly related with the integrity of mitochondrial membrane since in disrupted organelles the polymers did not promoted any effect on NADH oxidation. The polysaccharides effects on isolated mitochondria probably were also involved in their actions on HepG2 cells, on which the viability and proliferation were stimulated or inhibited dependent on the presence of vanadium and concentration. Taken togheter, these results open new and important perspectives for the further investigations concerning the mechanisms of toxicity of these polymers in tumor cells