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Professor Titular
Departamento de Bioquímica
Instituto de Química - Universidade de São Paulo
E-mail: pdmascio@iq.usp.br
Tel: +55 11 3091-8498
Formação Acadêmica:
Graduação em Química Clínica - Université Libre de Bruxelles (1984)
Graduação em Tecnologia Biomédica - Université Catholique de Louvain (1987)
Doutorado em Tecnologia Biomédica - Universidade de Düsseldorf /Université Catholique de Louvain (1989)
Pós-Doutorado - Universidade de São Paulo (1990-1994)
Livre-docência - Universidade de São Paulo (1996)
Linha de Pesquisa: PROCESSOS REDOX E LESÃO EM BIOMOLÉCULAS: Oxigênio singlete e peróxidos em química biológica
Resumo:
Os nossos estudos estão centralizados em desvendar os mecanismos pelos quais espécies "reativas" de oxigênio, principalmente o oxigênio singlete, desempenham papéis fisiológicos e patofisiológicos. Com este intuito sintetizamos fontes apropriadas de 1O2 baseadas na termólise de endoperóxidos. Esses compostos são quimicamente inertes e têm sido empregados como fontes versáteis e "limpas" de 1O2. Essa abordagem tem sido utilizada em nossos trabalhos para a detecção de lesões em biomoléculas (DNA, lipídeos e proteínas) e para investigar compostos de ocorrência natural com atividade de supressão de 1O2.
Os estudos sobre a peroxidação de lipídios têm aumentado nos últimos anos devido a descobertas sobre o papel dos hidroperóxidos lipídicos em câncer de pele induzido por UV, aterosclerose, doenças neurodegenerativas e diversas outras patologias. Os peróxidos (ROOH) são compostos potencialmente deletérios capazes de promover danos em biomoléculas, incluindo proteínas e DNA. Por terem, geralmente, vida média mais longa que os radicais livres precursores, tornam possíveis translocações na célula, entre células, ou entre lipoproteínas e células. Desta forma, a toxicidade dos ROOH e suas ações como efetores podem se manifestar em locais da célula mais distantes do seu sítio de formação. Estudos recentes sugerem que ROOH estão envolvidos nos eventos iniciais responsáveis pela liberação do citocromo c da mitocôndria e indução da apoptose. Tal sinalização pode determinar se uma célula vai sobreviver, ou não, frente a um insulto oxidativo. Grande parte dos efeitos citotóxicos e genotóxicos de ROOH tem sido atribuída a formação de radicais livres e de produtos secundários e terciários resultantes de sua decomposição.
O nosso projeto tem por objetivo investigar a formação de oxigênio singlete via hidroperóxidos de lipídios, proteínas e DNA em sistemas biológicos. Reações de oxigênio singlete com biomoléculas e os mecanismos biológicos associados à formação desta espécie também estão sendo investigados. A formação e a caracterização das reações envolvidas nos mecanismos citotóxicos e genotóxicos mediados pelos ROOH em sistemas biológicos também são objetivos deste projeto. Com este intuito desenvolvemos metodologias para a detecção e quantificação de diferentes classes de ROOH, baseadas em HPLC-MS/MS utilizando compostos marcados isotopicamente como padrões internos.
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Summary
Our attention focused on the chemical sources and the noxious behaviors of molecular oxygen/nitrogen-derived free radicals in biological systems. Our studies focus on providing the mechanism by which 1O2 and other reactive oxygen species play their physiological and pathological roles. We have been devoted to develop suitable 1O2 generators based on the thermolysis of endoperoxides. These compounds are chemically inert and have been employed as versatile sources of 1O2.
Evidence has been accumulated during the last three decades on the strong implication of “reactive” oxygen species and one-electron oxidants in the generation of peroxides from several nucleobases, amino acids and unsaturated lipid components. Singlet oxygen is also a major source of peroxidation of several key cellular components. The breakdown products of the rather unstable peroxide (ROOH) as hydroperoxide precursors thus produced from exposure to endogenous or exogenous oxidizing agents may be implicated in deleterious biological effects such as cellular lethality, aging, mutagenesis and carcinogenesis. It may be added that oxidative processes to biomolecules are also involved in the etiology of other diseases including arteriosclerosis, arthritis, cataract and diabetes.
The purpose of the present project is to extend our understanding of the reactions between "reactive" oxygen species, specifically 1O2 and ROOH with biomolecules in vitro and in vivo emphasizing the following aspects. Description of the main peroxidation reactions initiated by 1O2 and ROOH within key cellular targets including pyrimidine and purine nucleobases, several lipid components and amino acids. Studies on the molecular effects of the initial formation of the above peroxides within cellular components. Search of stable degradation products of biomolecules (ex. nucleobase) hydroperoxides that may be considered as the chemical signature of the formation of the latter unstable compounds that can be measured within cellular structure (ex. DNA, lipids, proteins).
Major efforts have been devoted to the elucidation of the mechanisms of peroxidation of major cellular biomolecules including nucleic acids, lipids and proteins. Relevant peroxidation pathways are now available at least for the main components of the key cellular biomolecules although there is still a need of further studies, particularly for isolating and characterizing putative peroxides. Attempts should also be made to validate in the whole biomolecules the mechanisms of formation of peroxides that were inferred from model studies. Another relevant major topic deals with the search of molecular signature of the peroxide/1O2 formation in targeted biomolecules within cells upon exposure to oxidative conditions. It may be anticipated that gentle and sensitive mass spectrometric methods such as tandem mass spectrometry (MS/MS) in association with HPLC and the use of 18O-labeled peroxide/1O2 should constitute powerful tools for this purpose.
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Produção científica:
Curriculo (Sistema Lattes - CNPq)
Miyamoto et al. 2012 Cytochrome c-promoted cardiolipin oxidation generates singlet molecular oxygen. Photochemical & Photobiological Sciences, 11, 1536.
Angeli et al. 2011 Lipid hydroperoxide-induced and hemoglobin-enhanced oxidative damage to colon cancer cells. Free Radical Biology & Medicine, 51, 503.
Uemi et al. 2011 Cholesterol hydroperoxides generate singlet molecular oxygen. Chemical Research in Toxicology, 24, 887.
Massari, J et al. 2011 Generation of singlet oxygen by the glyoxal peroxynitrite system. Journal of the American Chemical Society,133, 20761.
Oliveira et al. 2011 Singlet molecular oxygen trapping by the fluorescent probe diethyl-3,3â -(9,10-anthracenediyl)bisacrylate synthesized by the Heck reaction. Photochemical & Photobiological Sciences,10, 1546.
Miyamoto et al. 2009 Direct evidence of singlet molecular oxygen generation from peroxynitrate, a decomposition product of peroxynitrite. Dalton Transactions, 5720.
Prado et al. 2009 Thymine hydroperoxide as a potential source of singlet molecular oxygen in DNA. Free Radical Biology & Medicine, 47, 401.
Uemi et al. 2009 Generation of cholesterol carboxyaldehyde by the reaction of singlet molecular oxygen [O2 (1Deltag)] as well as ozone with cholesterol. Chemical Research in Toxicology, 22, 875.
Ronsein et al. 2009 Characterization of O2 (1Deltag)-derived oxidation products of tryptophan: A combination of tandem mass spectrometry analyses and isotopic labeling studies. Journal of the American Society for Mass Spectrometry, 30, 188.
Ronsein et al. 2008 Tryptophan oxidation by singlet molecular oxygen [O2 (1Deltag)]: Mechanistic studies using 18O-labeled hydroperoxides, mass spectrometry, and light emission measurements. Chemical Research in Toxicology, 21, 1271.
Martinez et al. 2007 Spiroiminodihydantoin nucleoside formation from 2´-deoxyguanosine oxidation by 18O-labeled singlet molecular oxygen in aqueous solution. Journal of Mass Spectrometry, 42, 1326.
Tan et al. 2007 Novel rhythms of N1-acetyl-N2-formyl-5-methoxykynuramine and its precursor melatonin in water hyacinth: importance for phytoremediation. The FASEB Journal, 21, 1724.
Miyamoto et al. 2006 Linoleic acid hydroperoxide reacts with hypochlorous acid, generating peroxyl radical intermediates and singlet molecular oxygen. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 103, 293.
Cadet J and Di Mascio P 2006 Peroxides in biological systems. In: Rappoport Z. The chemistry of peroxides. Wiley & Sons, Ltd, 2, 915.