Pedro Augusto Carlos Magno Fernandes.

Alterações no microambiente da medula óssea (MO), via produção inadequada de mediadores imunológicos/hormonais e interações desreguladas entre células hematopoiéticas e mesenquimais, estão associadas com o desenvolvimento da leucemia mielóide aguda (LMA). TNF medular induz a produção local de melatonina que regula a autorrenovação e retenção de células tronco hematopoiética na MO. Apesar da melatonina produzida por alguns tipos de tumores sólidos ser um fator prognostico positivo, análises prévias de bancos de dados públicos indicam que altos niveis de melatonina medular estão associados com menor sobrevivência de pacientes com LMA. Nesse projeto, avaliaremos o papel do sistema melatonérgico na LMA, associando análises bioinformáticas e estudos em linhagens de células de LMA e mesenquimais humanas. Dados prévios permitem hipotetizar que o ambiente inflamatório aumenta a produção de melatonina em células leucêmicas via ativação do NF-κB. Testaremos também se a melatonina aumenta expressão da conexina Cx43, favorecendo a comunicação entre células tumorais e mesenquimais via junções comunicantes e nanotubos de tunelamento. Isso favorece a transferência de mitocôndrias para as células tumorais, aumentando sua sobrevivência e resistência a quimioterápicos. Por fim, vista que Cx43 aumenta a saída de ATP das células, a melatonina aumentaria a atividade de receptores purinérgicos P2X7, reforçando o aspecto inflamatório do microambiente tumoral.

International Cooperation Program - Supervised by Prof. Regina P Markus - USP/Brazil Prof. Tsvee Lapidot Wiezman Instituto of Science/ Israel Host immunity and inflammatory response, requires hematopoietic stem cell (HSC) bone marrow retention, their proliferation, differentiation and migration to the blood. Regulatory roles for daily light/dark cues have been shown, demonstrating a daily peak of stem cell egress to the blood. Circadian-dependent efficiency of immune responses was also shown, with a major role for the night-hormone melatonin in immune regulation and prevention of premature death due to bacterial infections. Preliminary data from Lapidot?s lab reveals two daily peaks of murine BM stem cells: a morning peak involving proliferation, differentiation and egress to the circulation and a night peak, involving proliferation only. These distinct peaks are regulated by S1P, reactive oxygen species (ROS), COX-2+ macrophages and tumor necrosis factor alpha (TNFα). Mice survival and response to bacterial endotoxin were also regulated by light/dark cues, demonstrating high immune responses and mortality due to differentiating myeloid cells in the afternoon which decline at midnight. Preliminary results by Markus and Lapidot reveal that morning administration of the night hormone melatonin blocks HSC egress, while inhibition of melatonin receptors increased HSC egress at night. We hypothesize that a daily immune-cell generation and host immunity are regulated by daily melatonin balance of the factors S1P, PGE2, TNFα and ROS. Our collaborative project aims at understanding how light/dark dependent signals regulate physiologic immune-cell generation and host-defense as part of homeostasis and in response to inflammatory insult. Identificating regulatory mechanisms and key molecules will provide new targets for improving clinical procedures such as stem cell transplantation and immunotherapy.

Na fase de montagem de respostas inflamatórias, a ativação do eixo imune-pineal facilita a migração de leucócitos para tecidos periféricos por inibir a produção de melatonina pela glândula pineal, e imunomodula localmente a resposta devido à produção de melatonina por células imunocompetentes periféricas e pelas células glias do sistema nervoso central. Durante o desenvolvimento adequado destas respostas, o restabelecimento da produção de melatonina pela glândula pineal e a supressão de sua produção por fontes extra-pineais regula a intensidade da inflamação. Processos desregulados, que não ajustam a resposta inflamatória, podem resultar na morte do indivíduo. Deste modo, é importante entender as diferenças no padrão de ativação do eixo imune-pineal entre situações letais e não letais. Neste projeto, compararemos a ativação do eixo imune-pineal (inibição/estimulação da produção de melatonina pela pineal e fontes extra-pineais periféricas e do sistema nervoso) em ratos injetados com doses letais e não letais de LPS. As dosagens de melatonina serão acompanhadas pela detecção da expressão dos receptores para melatonina MT1 e MT2 nas diferentes células e tecidos. Além disso, será avaliada a eficácia de intervenções farmacológicas (agonistas ou antagonistas melatonérgicos) ou físicas (eletroacupuntura) em reduzir a letalidade deste quadro. A expectativa é que o ajuste da ativação do sistema melatonérgico possa reverter a mortalidade induzida por altas doses de LPS, e que possamos basear a proposição de estratégias terapêuticas para inflamações letais no entendimento da relevância endógena do eixo imune-pineal.

Um padrão inequívoco que envolve tanto causas naturais quanto impactos antrópicos é a mudança global, e mesmo assim heterogênea, do clima na Terra. Espera-se que esta tendência, que ocorre em paralelo com outros tipos de mudanças antrópicas, cause efeitos profundos na fauna. Entretanto, a natureza, amplitude, e consequências finais das mudanças climáticas sobre a fauna devem variar entre táxons, mesmo entre espécies próximas, por causa da vasta diversidade da história natural, as características da fisiologia e as associações ecológicas da fauna. Entender os efeitos diferenciados das mudanças climáticas sobre as espécies animais é um dos muitos desafios urgentes e interdisciplinares enfrentados pela ciência contemporânea, e aumentar este entendimento é o principal objetivo do presente projeto. Propomos uma abordagem integrativa que salienta a convergência disciplinar em torno da disciplina emergente conhecida como Fisiologia da Conservação. Uma premissa destacada nesta abordagem é que, populações de animais expostas a mudança ambiental podem desaparecer se a maior parte dos indivíduos reduzirem a reprodução além de certo limite. Isto pode acontecer por diversos mecanismos, por exemplo, redução do potencial reprodutivo em associação com deterioração da saúde, diminuição do desempenho ecológico ou inibição dos comportamentos reprodutivos. Esses sintomas dos organismos, por sua vez, possuem mecanismos subjacentes frequentemente identificados no contexto de disfunção fisiológica com impacto sobre a manutenção do equilíbrio interno, isso ao longo do tempo. Todavia, os efeitos de mudanças ambientais sobre os organismos não podem ser avaliados pelo tipo, magnitude, ou escala temporal da perturbação, mas pelo impacto de tal perturbação sobre a condição fisiológica. Como consequência, o mesmo padrão de mudança ambiental pode ser deletério para um táxon, é neutro, ou inclusive benéfico para outro. A questão geral abordada neste projeto é como e por que variáveis físicas relacionadas ao clima, ou a interação entre clima e outras fontes de mudança ambiental antrópica, afetam a função fisiológica e o desempenho ecológico dos indivíduos de diferentes espécies animais. Também perguntamos qual o escopo e mecanismos de ajuste às mudanças climáticas, como as características da história de vida são afetadas pelo clima, quais os custos energéticos e compromissos (trade-offs) impostos nos animais pelas mudanças climáticas, e como as condições climáticas gerais dos biomas afetam a resiliência às mudanças climáticas das espécies animais que os habitam. Essas perguntas serão enfocadas no contexto de diversos projetos de pesquisa sobre diversos grupos sistemáticos, considerando sua adequação para a pesquisa, a representação de diversidade fisiológica e ecológica ao longo do estudo, considerações específicas de conservação, necessidade de dados básicos, e considerações específicas relativas a espécies de interesse econômico.

O estabelecimento do conceito de um eixo imune-pineal dá subsidio para o entendimento da interação entre as respostas de defesa, recuperação e disfunção com a produção pineal e extra-pineal de melatonina. O objetivo do presente temático é ampliar o entendimento desta relação entre cronobiologia e defesa considerando: 1 - Bases Moleculares que coordenam o Eixo Imune-Pineal 2 - Aplicação do conceito do eixo imune-pineal em modelos animais de inflamação leve (obesidade e poluição do ar) e parasitose. 3 - Aplicação Clínica do conceito do eixo imune-pineal na discriminação de agressividade/ invasibilidade de gliomas humanos e na predição da eficácia de tratamento com antidepressivos. Empregaremos tecnologia de biologia celular, molecular e respostas funcionais usando cultura de células e de órgãos, modelos animais que mimetizem processos inflamatórios e modelos clínicos.

No contexto do eixo imune-pineal, a melatonina produzida pela pineal controla temporalmente a resposta de defesa em tecidos periféricos e, em contra partida, moduladores do processo inflamatório como citocinas e glicocorticóides modulam a produção noturna de melatonina. Os glicocorticóides apresentam uma ação dual sobre a síntese de melatonina na glândula pineal de modo que, dependendo do modelo experimental adotado, este hormônio pode tanto potenciar quanto inibir a síntese de melatonina. Os mecanismos moleculares relacionados com o efeito inibitório da corticosterona ainda não são conhecidos e, além disso, a importância desta ação dual dos glicocorticóides (potencializador ou inibidor) sobre a produção hormonal da pineal ainda não foi confirmada e compreendida durante o desenvolvimento de processos inflamatórios agudos ou crônicos. O objetivo deste projeto é caracterizar, do ponto de vista sistêmico e molecular, a inter-relação adrenal/pineal no contexto do eixo imune-pineal. Neste sentido, serão avaliados os mecanismos moleculares envolvidos com a inibição da melatonina pela corticosterona em glândulas pineais em cultura e a ação dos glicocorticóides sobre a pineal, em animais adrenalectomizados ou não, durante o desenvolvimento de processos inflamatórios agudo (injeção sistêmica de LPS) ou crônico (modelo de artrite reumatóide). A análise temporal das alterações no padrão de transcrição gênica, de síntese protéica e da modulação da produção de melatonina pela glândula pineal possibilitará o melhor entendimento da ação dos glicocorticóides endógenos sobre a função pineal em diferentes contextos fisiopatológicos.

O estudo visa obter dados sobre o efeito do trabalho noturno sobre o sistema imunológico e suas interações com o sistema circadiano. O principal objetivo é investigar, através de biomarcadores selecionados, as conseqüências do trabalho noturno para a saúde de trabalhadores metalúrgicos. Para isso será quantificada a concentração de melatonina, cortisol e citocinas inflamatórias na saliva de trabalhadores noturnos em comparação á trabalhadores diurnos.

Estudo do papel da melatonina produzida pela glândula pineal no desenvolvimento de quadros inflamatórios agudos ou crônicos.

Trabalhos desenvolvidos em nosso laboratório indicam a existência de um eixo imune-pineal, isto é, uma interferência direta dos moduladores da resposta inflamatória sobre a pineal controlando a produção de melatonina. Por sua vez, este hormônio impõe um ritmo na função leucocitária. Em algumas situações patológicas, descrevemos que a função pineal e suprimida e o organismo deixa de ser informado da existência do escuro. A melatonina, que e uma indolamina com varias funções, passa a ser produzida no local de injuria, exercendo uma ação parácrina. Demonstramos que o retorno a condições de higidez, ou uma compensação entre mediadores pró- e antiinflamatórios, restauram a produção noturna de melatonina. Esta nova visão da função pineal e da própria melatonina é testada de forma sistemática neste temático.

Estudo dos efeitos potencializadores ou inibidores da corticosterona sobre a produção da melatonina em pineais de rato em cultura ou in vivo.