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Dra. Helena Ximenes
Histórico
PAPEL DA GLICOSE NA EXPRESSÃO 
GÊNICA E PROTÉICA DA 
Ca2+-ATPase E DO TROCADOR Na+/Ca2+ 
DA MEMBRANA PLASMÁTICA EM 
ILHOTAS PANCREÁTICAS DE RATAS 
Defesa de Tese 
Departamento de Fisiologia e Biofísica - ICB/USP 
Candidata: Helena Maria de Albuquerque Ximenes 
Orientador: Prof. Angelo R. Carpinelli 
Co-orientador: Prof. André Herchuelz - Departamento de Farmacodinâmica 
e Terapêutica / Universidade Livre de Bruxelas, Bélgica
Células beta da ilhota pancreárica – 
sensores de glicose 
Insulina 
Distribuição de 
glicose pelo 
organismo 
ilhota pancreática humana
Método Experimental 
Ilhotas 
pancreáticas 
isoladas cultivadas 
em diferentes 
concentraçõesde 
glicose por 24h em 
incubadora a 37oC.
Glicose e Secreção de Insulina 
Células beta da ilhota pancreáricas – sensores de glicose 
Glicose 
GLUT2 NCX 
Glicólise 
ATP/ADP 
Fechamento dos 
canais KATP 
Na+ 
Ativação dos 
VDCC 
despolarização 
[Ca2+]i 
Ca2+ 
Exocitose 
Ca2+ 
PMCA 
Ca2+ 
Fontes 
intracelulares 
Insulina 
Ca2+
Efeito da glicose sobre a transcrição (mRNA) da 
pré-proinsulina de ilhotas cultivadas durante 24h 
2 
1,5 
1 
0,5 
0 
ilhota fresca 2,8 mM de 
glicose 
# 
22,2 mM de 
glicose 
Unidades arbitrárias 
(pré-proinsulina/ b-actina) 
** * 
**p<0,01 e *p<0,05 para comparação 
com ilhota fresca e #p<0,05 para 
comparação com 2,8 mM de glicose.
Efeito da Glicose sobre a transcrição de PMCA1-4 
0,6 
0,4 
0,2 
0 
2.8 mM 
Glicose 
11.1 mM 
Glicose 
22.2 mM 
Glicose 
Unidades arbitrárias 
(PMCA1/b-actina) 
* 
PMCA1 
0,6 
0,4 
0,2 
0 
2.8 mM 
Glicose 
11.1 mM 
Glicose 
22.2 mM 
Glicose 
Unidades arbitrárias 
(PMCA2/b-actina) 
* 
PMCA2 
0,6 
0,4 
0,2 
0 
2.8 mM 
Glicose 
11.1 mM 
Glicose 
22.2 mM 
Glicose 
Unidades arbitrárias 
(PMCA3/b-actina) 
PMCA3 
0,6 
0,4 
0,2 
0 
2.8 mM 
Glicose 
11.1 mM 
Glicose 
22.2 mM 
Glicose 
Unidades arbitrárias 
(PMCA4/b-actina) 
PMCA4 
* p < 0.05 para comparação com 2.8 mM de glicose
Efeito da Glicose sobre a transcrição de NCX1 
0,4 
0,3 
0,2 
0,1 
0 
2.8 mM 
Glicose 
11.1 mM 
Glicose 
22.2 mM 
Glicose 
Unidades arbitrárias 
(NCX1/b-actina) 
NCX1.7 
NCX1.3 
* 
* 
* p < 0.05 para comparação com 2.8 mM de glicose
• Genômica: 
– Estudo das funções e interações de 
todos os genes do genoma, incluindo 
suas interações com fatores ambientais 
Guttmacher AE & Collins FS. N Engl J Med, 347: 1512-1520, 2002. 
Genômica + Nutrição?
Células requerem diferentes proteínas 
Hormônios 
Receptores 
Transportadores 
Enzimas 
Fatores de transcrição
• Alimentação: 
– principal fator 
ambiental 
envolvido na 
modulação da 
expressão gênica 
Ordovas J & Corella D. Annu Rev Genomics Hum Genet, 5: 71-118, 2004.
Genômica Nutricional 
Ou Nutrigenômica 
...representa provavelmente a 
era mais significante da 
pesquisa em nutrição 
Fairweather-Tait SJ. Phil Trans S Royal Lond B, 358: 1709-1727, 2003.
Nutrigenômica: 
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Regulação da expressão gênica por nutrientes e compostos 
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German JB. JADA, 103: 530-531, 2005. 
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Princípios 
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podem atuar no genoma, direta ou indiretamente, 
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2. Em determinadas circunstâncias e em certos 
indivíduos, a alimentação pode ser um importante fator 
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3. O grau com que a alimentação influencia o balanço 
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Kaput J & Rodriguez RL. Physiol Genomics, 16: 166-177, 2004.
Nutrigenômica/nutrigenética 
Princípios 
4. Genes modulados pela alimentação parecem ter 
papel importante na incidência, progressão e/ou 
gravidade de doenças crônicas. 
5. Intervenções dietéticas baseadas no conhecimento 
de necessidades nutricionais, estado nutricional e 
genótipo, podem ser úteis para prevenir ou curar 
doenças crônicas não transmissíveis. 
Kaput J & Rodriguez RL. Physiol Genomics, 16: 166-177, 2004.
Nutrientes 
Fatores de regulação 
 Regulação de processos fisiológicos: síntese 
protéica, oxidação, diferenciação celular 
 Principais fatores ambientais: influência na 
herança genética 
 Reguladores da transcrição gênica, do 
processamento do RNA, da tradução de mRNA 
e de processos pós-traducionais.
Controle da Expressão Gênica 
A modulação da expressão de um gene pode 
ocorrer em vários pontos: 
A modulação nesses diversos passos pode afetar tanto a natureza (estrutura e 
função) do produto gênico final quanto a sua concentração na célula no estado 
estacionário.
Nutrientes Envolvidos na 
Regulação da Expressão 
Gênica 
• Vitaminas 
• Minerais 
Envolvidos na regulação da 
Estabilidade e Reparo do DNA 
• Carboidratos (glicose) 
• Lipídios (ácidos graxos) 
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Regulação de genes 
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metabolismo
Micronutrientes e Regulação Gênica 
Deficiência de Micronutrientes 
B.N. Ames, Mutation Research,475 (2001): 7-20 
Micronutriente Ingestão % 
<50% RDA 
Danos no DNA Efeitos no organismo 
Ácido Fólico 10 Quebra da estrutura cromossômica 
(semelhante efeito da radiação) 
Câncer de cólon; doenças 
cardíacas; disfunção 
cerebral; má formação 
embrionária 
Vitamina B12 4 Quebra da estrutura cromossômica ? Problemas neuronais 
Vitamina C 15 Oxidação DNA Catarata 4X; câncer; 
doença cardíaca 
Vitamina E 20 Oxidação DNA Câncer de cólon 2X; 
doenças cardíacas 1,5X; 
disfunções imunológicas 
Ferro 7 Quebra da estrutura cromossômica Disfunção cerebral e 
imunológica; câncer 
Zinco 18 Quebra da estrutura cromossômica Disfunção cerebral e 
imunológica; câncer 
Niacina 2 Desequilibra reparo do DNA Sintomas neurológicos; 
perda de memória 
Selênio Oxidação DNA Cãncer de próstata
Ácidos Graxos e Regulação da 
Expressão Gênica 
AGPI 
+ 
PPAR 
- 
SREBP1 
Sp1 
NF-Y 
PPRE 
Genes da 
b-oxidação 
Genes da 
lipogênese 
b-oxidação 
no peroxissomo 
b-oxidação 
mitocondrial 
síntese de 
triglicerídeos 
síntese de AG 
VLDL-TG
Portanto 
 Nutrientes agem no desenvolvimento ou 
desencadeamento de processos patológicos ou 
protetores no organismo, através de regulação 
gênica, dependendo da quantidade e da qualidade da 
alimentação e de fatores genéticos (genótipo) 
 O papel dos nutrientes como importantes 
reguladores de processos moleculares fornece 
argumentos cada vez mais consistentes para a defesa 
de uma alimentação equilibrada, tanto em 
quantidade quanto qualidade.
OBJETIVO 
Fornecer o conhecimento básico necessário para 
que os profissionais e estudantes da saúde 
compreendam como se dá a relação inevitável entre 
a alimentação e o material genético que comandam 
todas as funções orgânicas, inclusive a própria 
reação do organismo à alimentação.
Agradecimentos
Organização
Dra. Helena Ximenes 
Desejo a todos 
um ótimo curso!

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Papel da glicose na expressão gênica de proteínas em ilhotas pancreáticas

  • 3. PAPEL DA GLICOSE NA EXPRESSÃO GÊNICA E PROTÉICA DA Ca2+-ATPase E DO TROCADOR Na+/Ca2+ DA MEMBRANA PLASMÁTICA EM ILHOTAS PANCREÁTICAS DE RATAS Defesa de Tese Departamento de Fisiologia e Biofísica - ICB/USP Candidata: Helena Maria de Albuquerque Ximenes Orientador: Prof. Angelo R. Carpinelli Co-orientador: Prof. André Herchuelz - Departamento de Farmacodinâmica e Terapêutica / Universidade Livre de Bruxelas, Bélgica
  • 4. Células beta da ilhota pancreárica – sensores de glicose Insulina Distribuição de glicose pelo organismo ilhota pancreática humana
  • 5. Método Experimental Ilhotas pancreáticas isoladas cultivadas em diferentes concentraçõesde glicose por 24h em incubadora a 37oC.
  • 6. Glicose e Secreção de Insulina Células beta da ilhota pancreáricas – sensores de glicose Glicose GLUT2 NCX Glicólise ATP/ADP Fechamento dos canais KATP Na+ Ativação dos VDCC despolarização [Ca2+]i Ca2+ Exocitose Ca2+ PMCA Ca2+ Fontes intracelulares Insulina Ca2+
  • 7. Efeito da glicose sobre a transcrição (mRNA) da pré-proinsulina de ilhotas cultivadas durante 24h 2 1,5 1 0,5 0 ilhota fresca 2,8 mM de glicose # 22,2 mM de glicose Unidades arbitrárias (pré-proinsulina/ b-actina) ** * **p<0,01 e *p<0,05 para comparação com ilhota fresca e #p<0,05 para comparação com 2,8 mM de glicose.
  • 8. Efeito da Glicose sobre a transcrição de PMCA1-4 0,6 0,4 0,2 0 2.8 mM Glicose 11.1 mM Glicose 22.2 mM Glicose Unidades arbitrárias (PMCA1/b-actina) * PMCA1 0,6 0,4 0,2 0 2.8 mM Glicose 11.1 mM Glicose 22.2 mM Glicose Unidades arbitrárias (PMCA2/b-actina) * PMCA2 0,6 0,4 0,2 0 2.8 mM Glicose 11.1 mM Glicose 22.2 mM Glicose Unidades arbitrárias (PMCA3/b-actina) PMCA3 0,6 0,4 0,2 0 2.8 mM Glicose 11.1 mM Glicose 22.2 mM Glicose Unidades arbitrárias (PMCA4/b-actina) PMCA4 * p < 0.05 para comparação com 2.8 mM de glicose
  • 9. Efeito da Glicose sobre a transcrição de NCX1 0,4 0,3 0,2 0,1 0 2.8 mM Glicose 11.1 mM Glicose 22.2 mM Glicose Unidades arbitrárias (NCX1/b-actina) NCX1.7 NCX1.3 * * * p < 0.05 para comparação com 2.8 mM de glicose
  • 10. • Genômica: – Estudo das funções e interações de todos os genes do genoma, incluindo suas interações com fatores ambientais Guttmacher AE & Collins FS. N Engl J Med, 347: 1512-1520, 2002. Genômica + Nutrição?
  • 11. Células requerem diferentes proteínas Hormônios Receptores Transportadores Enzimas Fatores de transcrição
  • 12. • Alimentação: – principal fator ambiental envolvido na modulação da expressão gênica Ordovas J & Corella D. Annu Rev Genomics Hum Genet, 5: 71-118, 2004.
  • 13. Genômica Nutricional Ou Nutrigenômica ...representa provavelmente a era mais significante da pesquisa em nutrição Fairweather-Tait SJ. Phil Trans S Royal Lond B, 358: 1709-1727, 2003.
  • 14. Nutrigenômica: Definições Regulação da expressão gênica por nutrientes e compostos bioativos de alimentos e o impacto no balanço saúde X doença German JB. JADA, 103: 530-531, 2005. Nutrigenética: Influência da variabilidade genética na resposta à dieta
  • 15. Debusk RM et al. JADA, 105: 589-598, 2005. Genômica Nutricional nutrigenômica nutrigenética Hirsch JB & Evans D. Food Technology, 07: 24-29, 2005.
  • 16. Nutrigenômica Nutrigenética NUTRIÇÃO PERSONALIZADA REDUÇÃO DO RISCO DE DOENÇAS
  • 17. Nutrigenômica/nutrigenética Princípios 1. Nutrientes e compostos bioativos dos alimentos podem atuar no genoma, direta ou indiretamente, para alterar a expressão e estrutura de genes 2. Em determinadas circunstâncias e em certos indivíduos, a alimentação pode ser um importante fator de risco para certas doenças 3. O grau com que a alimentação influencia o balanço entre saúde e doença depende da estrutura genética do indivíduo. Kaput J & Rodriguez RL. Physiol Genomics, 16: 166-177, 2004.
  • 18. Nutrigenômica/nutrigenética Princípios 4. Genes modulados pela alimentação parecem ter papel importante na incidência, progressão e/ou gravidade de doenças crônicas. 5. Intervenções dietéticas baseadas no conhecimento de necessidades nutricionais, estado nutricional e genótipo, podem ser úteis para prevenir ou curar doenças crônicas não transmissíveis. Kaput J & Rodriguez RL. Physiol Genomics, 16: 166-177, 2004.
  • 19. Nutrientes Fatores de regulação  Regulação de processos fisiológicos: síntese protéica, oxidação, diferenciação celular  Principais fatores ambientais: influência na herança genética  Reguladores da transcrição gênica, do processamento do RNA, da tradução de mRNA e de processos pós-traducionais.
  • 20. Controle da Expressão Gênica A modulação da expressão de um gene pode ocorrer em vários pontos: A modulação nesses diversos passos pode afetar tanto a natureza (estrutura e função) do produto gênico final quanto a sua concentração na célula no estado estacionário.
  • 21. Nutrientes Envolvidos na Regulação da Expressão Gênica • Vitaminas • Minerais Envolvidos na regulação da Estabilidade e Reparo do DNA • Carboidratos (glicose) • Lipídios (ácidos graxos) • Proteínas (aminoácidos) Regulação de genes Envolvidos no metabolismo
  • 22. Micronutrientes e Regulação Gênica Deficiência de Micronutrientes B.N. Ames, Mutation Research,475 (2001): 7-20 Micronutriente Ingestão % <50% RDA Danos no DNA Efeitos no organismo Ácido Fólico 10 Quebra da estrutura cromossômica (semelhante efeito da radiação) Câncer de cólon; doenças cardíacas; disfunção cerebral; má formação embrionária Vitamina B12 4 Quebra da estrutura cromossômica ? Problemas neuronais Vitamina C 15 Oxidação DNA Catarata 4X; câncer; doença cardíaca Vitamina E 20 Oxidação DNA Câncer de cólon 2X; doenças cardíacas 1,5X; disfunções imunológicas Ferro 7 Quebra da estrutura cromossômica Disfunção cerebral e imunológica; câncer Zinco 18 Quebra da estrutura cromossômica Disfunção cerebral e imunológica; câncer Niacina 2 Desequilibra reparo do DNA Sintomas neurológicos; perda de memória Selênio Oxidação DNA Cãncer de próstata
  • 23. Ácidos Graxos e Regulação da Expressão Gênica AGPI + PPAR - SREBP1 Sp1 NF-Y PPRE Genes da b-oxidação Genes da lipogênese b-oxidação no peroxissomo b-oxidação mitocondrial síntese de triglicerídeos síntese de AG VLDL-TG
  • 24. Portanto  Nutrientes agem no desenvolvimento ou desencadeamento de processos patológicos ou protetores no organismo, através de regulação gênica, dependendo da quantidade e da qualidade da alimentação e de fatores genéticos (genótipo)  O papel dos nutrientes como importantes reguladores de processos moleculares fornece argumentos cada vez mais consistentes para a defesa de uma alimentação equilibrada, tanto em quantidade quanto qualidade.
  • 25. OBJETIVO Fornecer o conhecimento básico necessário para que os profissionais e estudantes da saúde compreendam como se dá a relação inevitável entre a alimentação e o material genético que comandam todas as funções orgânicas, inclusive a própria reação do organismo à alimentação.
  • 28. Dra. Helena Ximenes Desejo a todos um ótimo curso!