Efeito de compostos de coordenação de CuII, FeIII e MnII na regulação da homeostase redox em diferentes modelos de estresse oxidativo

Abstract

As Espécies Reativas (ERs) são primariamente geradas na mitocôndria durante a fosforilação oxidativa. Elas desempenham uma série de funções essenciais quando presentes em concentrações apropriadas, como a sinalização redox e a modulação do sistema imunológico. No entanto, em excesso, estão associadas ao fenômeno conhecido como estresse oxidativo, o qual está relacionado ao desenvolvimento de várias doenças. As metaloenzimas têm um papel crucial na manutenção da homeostase redox, regulando os níveis de ERs nos organismos. Exemplos de metaloenzimas incluem a Catalase (CAT) e a Superóxido Dismutase (SOD), que têm uma enorme relevância para os seres humanos. Dessa forma, compostos de coordenação contendo CuII, FeIII e MnII, com o ligante 1-bispiridina-2-ilmetilamina-3-cloropropan-2-ol (hpclnol), considerados miméticos da CAT e SOD, foram utilizados em diferentes modelos in vitro, ex vivo e in vivo, de estresse oxidativo, para avaliar o impacto desses compostos nesses sistemas. Interações diretas entre os compostos de coordenação da série hp e as ERs (peróxido de hidrogênio, ânion radical superóxido e radical hidroxila) foram detectadas e investigadas pelas técnicas de ressonância paramagnética eletrônica (EPR) e espectroscopia eletrônica, revelando a formação de espécies como superóxidocobre(I), superóxido-cobre(II), espécie de valência-mista FeIIIFeII e uma espécie de alta valência MnIV-oxo-MnIII. Os compostos inibiram a geração de ERs em modelos in vitro de estresse oxidativo, induzidos por rotenona e LPS, sendo a ordem de inibição observada neste estudo: FeHP > MnHP > EUK-8 > CuHP. Além disso, esses compostos aumentaram a sobrevivência da levedura S. cerevisiae, submetida ao estresse causado pelo radical hidroxil (reação de Fenton), seguindo a ordem EUK-8 > série hp. Empregando-se modelo ex vivo de estresse oxidativo, utilizando-se preparações de fígado de camundongos swisss expostos ao radical hidroxil, os danos oxidativos foram atenuados, e os valores de IC50 calculados sugerem a ordem de atividade antioxidante: CuHP > FeHP > MnHP >> EUK-8. A prevenção da disfunção mitocondrial induzida por rotenona foi avaliada por meio da técnica de respirometria de alta resolução (HRR). Todos os compostos preveniram a disfunção mitocondrial de forma semelhante, aumentando o consumo máximo de oxigênio. O composto FeHP foi o mais efetivo na inibição da progressão do edema de pata, (induzido por carragenina), em camundongos, seguido pelos compostos MnHP e EUK-8.

Abstract: Reactive Species (RS) are primarily generated in the mitochondria during oxidative phosphorylation. They play a series of essential roles when present in appropriate concentrations, such as redox signaling and modulation of the immune system. However, in excess, they are associated with the phenomenon known as oxidative stress, which is related to the development of various diseases. Metalloenzymes play a crucial role in maintaining redox homeostasis by regulating RS levels in organisms. Examples of metalloenzymes include Catalase (CAT) and Superoxide Dismutase (SOD), which are highly relevant to humans. Thus, coordination compounds containing CuII, FeIII, and MnII, with the ligand bispyridine-2-ylmethylamine-3-chloropropan-2-ol (hpclnol), considered mimetics of CAT and SOD, were used in different in vitro, ex vivo, and in vivo models of oxidative stress to assess the impact of these compounds on these systems. Direct interaction between the coordination compounds of the hp series and RS (hydrogen peroxide, superoxide radical anion, and hydroxyl radical) was detected and investigated by electron paramagnetic resonance (EPR) and electronic spectroscopy techniques, revealing the formation of species such as copper(I) superoxide, copper(II) superoxide, mixed-valence FeIIIFeII species, and a high-valence MnIV -oxo-MnIII species. The compounds inhibited the generation of RS in in vitro models of oxidative stress induced by rotenone and LPS, with the observed inhibition order in this study being: FeHP > MnHP > EUK-8 > CuHP. Furthermore, these compounds increased the survival of S. cerevisiae yeast subjected to hydroxyl radicalinduced stress (Fenton reaction), following the order EUK-8 > hp series. Employing an ex vivo model of oxidative stress using preparations of Swiss mouse liver exposed to the hydroxyl radical, oxidative damage was attenuated, and the calculated IC50 values suggest the order of antioxidant activity: CuHP > FeHP > MnHP >> EUK-8. Prevention of rotenone-induced mitochondrial dysfunction was assessed using the high-resolution respirometry (HRR) technique. All compounds prevented mitochondrial dysfunction in a similar way by increasing maximum oxygen consumption. The compound FeHP was the most effective in inhibiting the progression of paw edema (induced by carrageenan) in mice, followed by the compounds MnHP and EUK-8.