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Metabolismo do hemo: as duas faces dos efeitos da acumulação de precursores e porfirinas
Las Porfirias son enfermedades metabólicas consecuencia de fallas en la biosíntesis del Hemo, caracterizadas por un patrón específico de acumulación y excreción de intermediarios, responsables de su patofisiología. En las Porfirias Agudas el exceso de ácido -aminolevúlico (ALA) produce una sintomatología neuroabdominal asociada al daño oxidativo por formación de especies reactivas de oxígeno (ROS), originadas por autooxidaxión del ALA. En las Cutáneas la sintomatología es producto de la acumulación de porfirinas, que como el ALA, induce la formación de ROS. Su desencadenamiento se precipita por factores endógenos (ayuno, estrés, hormonas) y/o exógenos (fármacos), en particular algunos anestésicos.Se presenta una revisión de los estudios bioquímicos y genéticos en pacientes con diferentes Porfirias obtenidos en el CIPYP, durante los últimos 38 años, que permitieron ampliar nuestro conocimiento sobre las bases moleculares de estas patologías.Se describen los logros resultantes del empleo de modelos experimentales de Porfiria, inducida farmacológica o genéticamente, que contribuyeron a la clasificación de algunas drogas como prohibidas para pacientes con Porfiria. Finalmente, las porfirinas generadoras de ROS y por ende inductoras de muerte celular tienen su aplicación para combatir infecciones por organismos hemo-deficientes como Trypanosoma cruzi y también ser utilizadas como fotosensibilizadores en la terapia fotodinámica (TFD).Porphyrias comprise a group of metabolic disorders of the heme biosynthesis pathway resulting in a specific accumulation and excretion of intermediates which are responsible for their pathophysiology. Acute porphyrias are characterized by acute neurovisceral symptoms due to the overproduction and accumulation of d-aminolevulinic acid (ALA) which leads to an oxidative damage resulting from the formation of reactive oxygen species (ROS). In cutaneous porphyrias, the symptomatology is a result of porphyrin accumulation which also induces ROS moulding. In both cases, their clinical signs are precipitated by endogenous factors (stress, hormones, low calories intake) and/or exogenous drugs, in particular some anaesthetics. A review of the biochemical and genetic results obtained from patients with different porphyrias, diagnosed at the CIPYP during the last 38 years is presented here, aimed at obtaining additional evidence about the molecular nature of these disorders. The achievements obtained from experimental porphyria models –pharmacologically or genetically induced– are also described, which contributed to the classification of some drugs as prohibited for their use in porphyric patients. Finally, as porphyrins produce ROS and therefore cellular death, they can be used to treat infections by heme-deficient organisms like Trypanosoma cruzi and also as photosensitizers in photodynamic therapy (TFD).As Porfirias são doenças metabólicas decorrentes de falhas na biossíntese do Hemo, caracterizadas por um padrão específico de acumulação e excreção de intermediários responsáveis de sua patofisiologia. Nas Porfirias Agudas, o excesso de ácido δ-aminolevulínico (ALA) produz uma sintomatologia neuroabdominal associada ao dano oxidativo por formação de espécies reativas de oxigênio (ROS), decorrentes da auto-oxidação do ALA. Nas Cutâneas a sintomatologia é produto da acumulação de porfirinas, que como o ALA, induzem a formação de ROS. Seu desencadeamento precipita-se por fatores endógenos (jejum, estresse, hormônios) e/ou exógenos (fármacos), especialmente alguns anestésicos. Apresenta-se uma revisão dos estudos bioquímicos e genéticos em pacientes com diferentes Porfirias obtidos no Centro de Investigações de Porfirias e Porfirinas (CIPYP), durante os últimos 38 anos, que permitiram ampliar o conhecimento sobre as bases moleculares destas patologias. Descrevem-se as conquistas resultantes do uso de modelos experimentais de Porfiria, induzida farmacológica ou geneticamente, que contribuíram à classificação de algumas drogas como proibidas para pacientes com Porfiria. Afinal, as porfirinas geradoras de ROS e, por conseguinte, indutoras de morte celular têm sua aplicação para combater infecções por organismos hemo-deficientes como Trypanosoma cruzi e também ser utilizadas como fotossensibilizadores na terapia fotodinâmica (TFD).Fil: Rossetti, Maria Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Buzaleh, Ana Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Parera, Victoria Estela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Fukuda, Haydee. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Lombardo, Maria Elisa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Lavandera, Jimena Veronica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Gerez, Esther Noemi. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Melito, Viviana Alicia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Zuccoli, Johanna Romina. Porphyrias Research Centre; EspañaFil: Ruspini, Silvina Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Puente, Vanesa Rocío. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Diez, Berenice Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Teijo, Maria Julieta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Cervino, Nadia Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Varela, Laura Sabina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Guolo, Marcelo Nestor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Batlle, Alcira María del C.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentin
Cytochrome P450 expression in mouse brain: specific isoenzymes involved in Phase I metabolizing system of porphyrinogenic agents in both microsomes and mitochondria
Brain cytochrome P450 (CYP) metabolizes a variety of drugs to produce their pharmacological effects within the brain. We have previously observed that porphyrinogenic agents altered CYP levels in brain. The aim of this work was to further study the involvement of mice brain mitochondrial and microsomal Phase I drug metabolizing system when porphyrinogenic agents, such as Enflurane, isoflurane, allylisopropylacetamide, veronal, ethanol, and Griseofulvin were administered. To this end, CYP2E1, CYP2B1, and CYP3A4 expression were measured. NADPH cytochrome P450 reductase (CPR) expression was also determined. Western Blots were performed in microsomes and mitochondria of whole brain. Some of the drugs studied altered expression mainly in microsomes. Chronic Isoflurane augmented mitochondrial isoform, although this anaesthetic diminished microsomal expression. Ethanol and topical Griseofulvin affected expression in microsomes but not in mitochondria. CYP2E1 mitochondrial activity was induced by acute Enflurane; while the activity of the microsomal protein was enhanced in alcoholised animals. Ethanol also induced CYP2E1 expression in microsomes, although Isoflurane provoked opposite effects in mitochondria and microsomes. Expression of CPR was also induced. Several reports support an emergent role of CYP enzymes in the pathogenesis of neurological disorders, so CYP response in brain could be one of the multiples factors influencing porphyria acute attacks.Fil: Lavandera, Jimena Veronica. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas; ArgentinaFil: Ruspini, Silvina Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Houssay. Centro de Invest. Sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Batlle, Alcira Maria del C.. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Houssay. Centro de Invest. Sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Buzaleh, Ana Maria. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Cs.exactas y Naturales. Departamento de Quimica Biologica. Laboratorio de Metabolismo D/hemo. Porfirinas y Enf.relac.; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Houssay. Centro de Invest. Sobre Porfirinas y Porfirias; Argentin
Effects of volatile anaesthetics on heme metabolism in a murine genetic model of Acute Intermittent Porphyria: A comparative study with other porphyrinogenic drugs
Background: Acute Intermittent Porphyria (AIP) is an inherited disease produced by a deficiency of Porphobilinogen deaminase (PBG-D). The aim of this work was to evaluate the effects of Isoflurane and Sevoflurane on heme metabolism in a mouse genetic model of AIP to further support our previous proposal for avoiding their use in porphyric patients. A comparative study was performed administering the porphyrinogenic drugs allylisopropylacetamide (AIA), barbital and ethanol, and also between sex and mutation using AIP (PBG-D activity 70% reduced) and T1 (PBG-D activity 50% diminished) mice. Methods: The activities of 5-Aminolevulinic synthetase (ALA-S), PBG-D, Heme oxygenase (HO) and CYP2E1; the expression of ALA-S and the levels of 5-aminolevulinic acid (ALA) were measured in different tissues of mice treated with the drugs mentioned. Results: Isoflurane increased liver, kidney and brain ALA-S activity of AIP females but only affected kidney AIP males. Sevoflurane induced ALA-S activity in kidney and brain of female AIP group. PBG-D activity was further reduced by Isoflurane in liver male T1; in AIP male mice activity remained in its low basal levels. Ethanol and barbital also caused biochemical alterations. Only AIA triggered neurological signs similar to those observed during human acute attacks in male AIP being the symptoms less pronounced in females although ALA-S induction was greater. Heme degradation was affected. Discussion: Biochemical alterations caused by the porphyrinogenic drugs assayed were different in male and female mice and also between T1 and AIP being more affected the females of AIP group. General significance: This is the first study using volatile anaesthetics in an AIP genetic model confirming Isoflurane and Sevoflurane porphyrinogenicity.Fil: Ruspini, Silvina Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Zuccoli, Johanna Romina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Lavandera, Jimena Veronica. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas. Departamento de Ciencias Biológicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Martinez, Maria del Carmen. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Olivieri, Leda María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Gerez, Esther Noemi. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Batlle, Alcira Maria del C.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Buzaleh, Ana Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentin
Experimental Protoporphyria: Effect of bile acids on liver damage induced by griseofulvin
The effect of bile acids administration to an experimental mice model of Protoporphyria produced by griseofulvin (Gris) was investigated. The aim was to assess whether porphyrin excretion could be accelerated by bile acids treatment in an attempt to diminish liver damage induced by Gris. Liver damage markers, heme metabolism, and oxidative stress parameters were analyzed in mice treated with Gris and deoxycholic (DXA), dehydrocholic (DHA), chenodeoxycholic, or ursodeoxycholic (URSO). The administration of Gris alone increased the activities of glutathione reductase (GRed), superoxide dismutase (SOD), alkaline phosphatase (AP), gamma glutamyl transpeptidase (GGT), and glutathione-S-transferase (GST), as well as total porphyrins, glutathione (GSH), and cytochrome P450 (CYP) levels in liver. Among the bile acids studied, DXA and DHA increased PROTO IX excretion, DXA also abolished the action of Gris, reducing lipid peroxidation and hepatic GSH and CYP levels, and the activities of GGT, AP, SOD, and GST returned to control values. However, porphyrin accumulation was not prevented by URSO; instead this bile acid reduced ALA-S and the antioxidant defense enzymes system activities. In conclusion, we postulate that DXA acid would be more effective to prevent liver damage induced by Gris.Fil: Martinez, Maria del Carmen. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Ruspini, Silvina Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Houssay. Centro de Invest. Sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Afonso, Susana Graciela. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Houssay. Centro de Invest. Sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Meiss, Roberto. Academia Nacional de Medicina de Buenos Aires; ArgentinaFil: Buzaleh, Ana Maria. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Houssay. Centro de Invest. Sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Batlle, Alcira Maria del C.. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Houssay. Centro de Invest. Sobre Porfirinas y Porfirias; Argentin
Pleiotropic effects of 5-aminolevulinic acid in mice brain
5-Aminolevulinic acid (ALA) seems to be responsible for the neuropsychyatric manifestations of Acute Intermittent Porphyria (AIP). The aim was to study the effect of ALA on different metabolisms in mice brain to enhance our knowledge about the action of this heme precursor on the central nervous system. Heme metabolism, cholinergic system, defense enzyme system and nitric oxide metabolism were evaluated in encephalon mice receiving a single (40 mg/kg) or multiple doses of ALA (40 mg/kg, 14 days). We have found ALA accumulation in encephalon. ALA also altered the brain cholinergic system. After one dose of ALA, a decrease in Superoxide dismutase activity and a reduction of glutathione levels were detected, while malondialdehyde levels and Catalase activity were increased. Heme oxygenase was also increased as an antioxidant response to protect this organ against the injury. All Nitric Oxide Synthase isoforms were induced by ALA, being these changes more significant in glial cells for the inducible isoform. In conclusion, ALA affected several metabolisms in encephalon. Data indicate that a rapid response to oxidative stress was developed; however, in long term intoxication, the redox balance was probably restored minimizing oxidative damage.Fil: Lavandera, Jimena Veronica. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas. Departamento de Ciencias Biológicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Rodriguez, Jorge. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Ruspini, Silvina Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Meiss, Roberto. Academia Nacional de Medicina de Buenos Aires; ArgentinaFil: Zuccoli, Johanna Romina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Martinez, Maria del Carmen. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Gerez, Esther Noemi. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Batlle, Alcira María del C.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; ArgentinaFil: Buzaleh, Ana Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentin