Bolsa de PD em Fotobioquímica

Post-doctoral Fellowship in Photobiochemistry

• Resumo Summary

  A proteção da pele humana contra a exposição ao Sol é uma questão complexa que envolve aspectos ambivalentes da interação da luz com os tecidos. A radiação visível causa desequilíbrio redox e dano celular, embora ainda não seja considerado um carcinógeno classe I, como é o UVA. Um dos problemas que dificulta a caracterização adequada dos efeitos da radiação no visível é a falta de conhecimento molecular que relacione desequilíbrios redox e produtos mutagênicos do DNA. Usaremos modelos celulares para correlacionar a exposição à luz visível com a transformação maligna de queratinócitos. Por outro lado, há evidências crescentes de que a exposição solar de baixa dose tem benefícios, que são apenas parcialmente compreendidos. Em colaboração com a prof. Alicia Kowaltowski, investigaremos se a luz visível afeta o tecido adiposo marrom, que é um importante regulador metabólico. A proteção contra danos causados pelo Sol é imperativa e estratégias para quantificar danos e proteção serão realizadas em ambientes in vitro e in vivo em parceria com empresas de cosméticos. Também acompanharemos o uso benéfico da luz visível no tratamento do pé diabético em um estudo multicêntrico realizado em parceria com vários hospitais. 

  1. Transformação maligna em queratinócitos: exposição crônica à luz azul em condição hipóxica

  A pele é a principal barreira do corpo humano contra a ação de agentes físicos, químicos e biológicos do meio ambiente. Diariamente, as células da pele são expostas à luz solar, o que promove danos diretos ou indiretos a biomoléculas, como o DNA, que podem levar a mutações e ao câncer de pele. Sabe-se que a distribuição de oxigênio no tecido epitelial não é homogênea ao longo de suas camadas (aumentando a concentração para as camadas mais internas, PO2 = 0,2% - 10%), gerando microambientes em hipóxia¹. Essa condição é importante para a manutenção da homeostase epitelial, estando envolvida na estimulação da proliferação e migração de queratinócitos na pele. Embora evidências recentes apontem para o efeito da luz visível na pele², nenhum relato mostrou a possibilidade de células sofrerem transformação maligna devido à luz visível. Trabalhos inéditos de nosso laboratório mostraram evidências definitivas de luz azul causando instabilidade cromossômica e senescência replicativa dentre outras modificações similares àqueles presentes nos queratinócitos transformados pela radiação UVA³,⁴. Portanto, nos perguntamos se há efeitos sinérgicos entre a hipóxia e a exposição à luz solar nas células epiteliais. Neste projeto, vamos nos concentrar nos efeitos da luz azul (pico a λ = 408 nm) em queratinócitos humanos imortalizados (HaCaT) sob hipóxia. A luz azul é capaz de penetrar camadas profundas da pele, atravessando toda a epiderme onde os queratinócitos estão em hipóxia. Neste projeto utilizaremos o modelo de cultura em monocamada e cultura 3D para reproduzir o cenário de hipóxia encontrado na epiderme e verificar o efeito da luz azul na geração de espécies reativas de oxigênio, dano ao DNA, proliferação, migração e morte celular. Além disso, pretendemos verificar se, nesta condição, a exposição crônica dos queratinócitos à luz azul permite a transformação maligna dessas células.

  2. A baixa exposição solar ao sol afeta a atividade do tecido adiposo marrom?

  A exposição humana à luz solar e os níveis de vitamina D têm sido associados à prevenção do diabetes tipo II e da síndrome metabólica⁵. De fato, dados recentes sugerem que a exposição solar de baixa dose (“segura”) em roedores impede o desenvolvimento de diabetes e síndrome metabólica em roedores de laboratório⁶, ⁷. Curiosamente, essa prevenção parece ser independente dos efeitos da luz solar nos níveis de vitamina D⁷. Os mecanismos da ação da luz solar ainda precisam ser determinados, embora envolvam claramente mudanças no gasto de energia.

  O tecido adiposo marrom⁸ é cada vez mais reconhecido como um importante regulador metabólico devido à sua capacidade de oxidar lipídios desacoplados à produção de ATP, gerando calor e gastando calorias. De fato, camundongos sem a proteína do tecido adiposo marrom que dissipa a energia, UCP1, desenvolvem obesidade quando mantidos sob condições termo-neutras⁹. Curiosamente, um dos principais depósitos humanos adultos de tecido adiposo marrom é supraclavicular, enquanto em roedores adultos o depósito na região intrascapular é mais desenvolvido¹⁰. As razões para essas diferenças anatômicas ainda não são compreendidas, mas supomos que elas possam estar relacionadas à anatomia bípede versus quadrúpede e à exposição solar desse tecido.

  Este projeto tem como objetivo verificar se o tecido adiposo marrom é regulado pela exposição solar, in vivo e in vitro. Os camundongos serão expostos à simulação da luz solar em diferentes partes do corpo (com e sem exposição ao tecido adiposo marrom) para verificar possíveis efeitos da luz solar sobre os parâmetros metabólicos e atividade do tecido adiposo marrom. Tecido adiposo marrom in vitro e adipócitos marrons também serão expostos a diferentes comprimentos de onda da luz para verificar possíveis efeitos na atividade da UCP1. Mecanismos de possíveis alterações metabólicas no tecido adiposo marrom promovidos pela luz serão investigados no modelo in vitro.

  Antecedentes esperados do candidato: experiência com bioquímica celular, fotobiologia, estatística, microscopia e espectroscopia, alguma experiencia prévia em estudos clínicos ou projetos de pesquisa com empresas será bem vinda. 

  Seleção: Com base na análise de CV, cartas de recomendação e experiências anteriores no desenvolvimento de projetos de pesquisa com empresas privadas/públicas. 

  Documentos para candidatura: Carta justificando juros para o projeto, CV, cópia do certificado de doutorado, 2 cartas de recomendação. 

  Enviar proposta para: Prof. Mauricio S. Baptista,  no email baptista@iq.usp.br.

  A vaga está aberta a brasileiros e estrangeiros. O selecionado receberá Bolsa de Pós-Doutorado da FAPESP no valor de R$ 7.373,10 mensais e Reserva Técnica equivalente a 15% do valor anual da bolsa para atender a despesas imprevistas e diretamente relacionadas à atividade de pesquisa.

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  Referências 

  ¹ Evans, S. M. et al. "Oxygen levels in normal and previously irradiated human skin as assessed by EF5 binding." Journal of Investigative Dermatology, 2006.
  ² Tonolli, P. N. et al. "Lipofuscin generated by UVA turns keratinocytes photosensitive to visible light." Journal of Investigative Dermatology, jul. 2017.
  ³ Wondrak, G. T.; Jacobson, M. K.; Jacobson, E. L."Endogenous UVA-photosensitizers: mediators of skin photodamage and novel targets for skin photoprotection." Photochemical & Photobiological Sciences, v. 5, n. 2, p. 215–237, 2006.
  ⁴ He, Y. Y. et al. "Chronic UVA irradiation of human HaCaT keratinocytes induces malignant transformation associated with acquired apoptotic resistance." Oncogene, 2006.
  ⁵ Strange RC, Shipman KE, Ramachandran S. "Metabolic syndrome: A review of the role of vitamin D in mediating susceptibility and outcome." World Journal of Diabetes. 2015 Jul 10;6(7):896-911. doi: 10.4239/wjd.v6.i7.896.
  ⁶ Gorman S, Lucas RM, Allen-Hall A, Fleury N, Feelisch M. "Ultraviolet radiation, vitamin D and the development of obesity, metabolic syndrome and type-2 diabetes." Photochemical & Photobiological Sciences, 2017, Mar 16;16(3):362-373. doi: 10.1039/c6pp00274a.
  ⁷ Geldenhuys S, Hart PH, Endersby R, Jacoby P, Feelisch M, Weller RB, Matthews V, Gorman S. "Ultraviolet radiation suppresses obesity and symptoms of metabolic syndrome independently of vitamin D in mice fed a high-fat diet." Diabetes. 2014 Nov;63(11):3759-69. doi: 10.2337/db13-1675.
  ⁸ Enerbäck S. "Brown adipose tissue in humans." International Journal of Obesity (Lond). 2010 Oct;34 Suppl 1:S43-6. doi: 10.1038/ijo.2010.183.
  ⁹ Feldmann HM, Golozoubova V, Cannon B, Nedergaard J. "UCP1 ablation induces obesity and abolishes diet-induced thermogenesis in mice exempt from thermal stress by living at thermoneutrality." Cell Metabolism 2009 Feb;9(2):203-9. doi: 10.1016/j.cmet.2008.12.014.
  ¹⁰ Sacks H, Symonds ME. "Anatomical locations of human brown adipose tissue: functional relevance and implications in obesity and type 2 diabetes." Diabetes. 2013 Jun;62(6):1783-90. doi: 10.2337/db12-1430.

  Protection of human skin against sun exposition is a complex issue that involves ambivalent aspects of the interaction of light with tissues. Visible radiation causes redox misbalance and cell damage, although it is not yet a class I carcinogen, such as UVA. One of the problems that hinders the proper characterization of the effects of radiation in the visible is the lack of molecular knowledge that links redox misbalance and mutagenic DNA products. We will use cell models to correlate exposition to visible light with malignant transformation in keratinocytes. Conversely, there is growing evidence that low dose sun exposition has benefits, which are only partially understood. We will investigate whether visible light affects brown adipose tissue, which is an important metabolic regulator. Protection against Sun damage is imperative and strategies to quantify damage and protection will be performed in in vitro and in vivo environments in partnership with cosmetic companies. We will also accompany the beneficial use of visible light in the treatment of the diabetic foot in a multi-center study conducted in partnership with several hospitals.

  1. Malignant transformation in keratinocytes: chronic exposure to blue light in hypoxic condition

  The skin is the main barrier of the human body against the action of physical, chemical and biological agents of the external environment. Daily, skin cells are exposed to sunlight, which promotes direct or indirect damage to biomolecules, such as DNA, which can lead to mutations and skin cancer. It is known that the distribution of oxygen in the epithelial tissue is not homogeneous along its layers (increasing the concentration towards the innermost layers, PO2 = 0.2% - 10%), generating micro-environments in hypoxia¹. This condition is important for the maintenance of epithelial homeostasis, being involved in stimulating the proliferation and migration of keratinocytes in the skin. Although recent evidence points to the effect of visible light in skin², no report has shown the possibility of cells suffering malignant transformation due to visible light. Unpublished work of our lab has shown definitive evidence of blue light causing chromosomic instability and replicative senescence and other modifications similar to those present in keratinocytes transformed by UVA radiation³,⁴. Therefore, we wonder if there are synergistic effects between hypoxia and exposure to sunlight in epithelial cells. In this project, we will focus on the effects of blue light (peak at λ = 408 nm) on human immortalized keratinocytes (HaCaT) under hypoxia. The blue light is able to penetrate deep layers of the skin, crossing the entire epidermis where the keratinocytes are in hypoxic condition. In this project we will use the monolayer culture and 3D culture model to reproduce the hypoxia scenario found in the epidermis and to verify the effect of blue light on the generation of reactive oxygen species, DNA damage, proliferation, migration and cell death. In addition, we will verify whether the chronic exposure of keratinocytes to the blue light allows the malignant transformation in these cells.

  2. Does Low Dose Sun Exposure Affect Brown Adipose Tissue Activity?

  Human exposure to sunlight and vitamin D levels have been associated with a prevention of type II diabetes and the metabolic syndrome⁵. Indeed, recent data suggest low dose (“safe”) Sun exposure in rodents prevents the development of diabetes and metabolic syndrome in laboratory rodents⁶,⁷. Interestingly, this prevention seems to be independent of the effects of sunlight on vitamin D levels⁷. The mechanisms of sunlight action remain to be determined, although they clearly involve changes in energy expenditure.

  Brown adipose tissue⁸ is increasingly recognized as an important metabolic regulator due to its ability to oxidize lipids uncoupled to ATP production, generating heat and expending calories. Indeed, mice lacking the energy-dissipating brown adipose tissue protein UCP1 develop obesity when maintained under thermoneutral conditions⁹. Interestingly, one of the main adult human deposits of brown adipose tissue is supraclavicular, while in adult rodents the deposit in the intrascapular region is most developed¹⁰. Reasons for these anatomical differences are not yet understood, but we hypothesize they may be related to bipedal versus quadrupedal anatomy and sun exposure of this tissue. 

  This project aims to verify if brown adipose tissue is regulated by sun exposure, both in vivo and in vitro. Mice will be exposed to sunlight simulation on different parts of their body (with and without brown adipose tissue exposure) to verify possible effects of sunlight on metabolic parameters and brown adipose tissue activity. Brown adipose tissue in vitro and brown adipocytes will also be exposed to different light wavelengths to verify possible effects on UCP1 activity. Mechanisms of possible metabolic changes in brown adipose tissue promoted by light will be investigated in the in vitro model.  

  Background expected from the applicant: Experience with cellular biochemistry, photobiology, statistics, microscopy and spectroscopy.

  Selection: Based on the analysis of CV, letters of recommendation and some experience in developing research projects with private/public companies is welcome. 

  Documents for application: Letter justifying interest for the project, cv, copy of doctorate certificate, 2 recommendation letters. 

  Send application to: Prof. Mauricio S. Baptista at baptista@iq.usp.br.

  This opportunity is open to candidates of any nationalities. The selected candidate will receive a FAPESP’s Post-Doctoral fellowship in the amount of R$ 7,373.10 monthly and a research contingency fund, equivalent to 15% of the annual value of the fellowship which should be spent in items directly related to the research activity.  

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  References

  ¹ Evans, S. M. et al. "Oxygen levels in normal and previously irradiated human skin as assessed by EF5 binding." Journal of Investigative Dermatology, 2006.
  ² Tonolli, P. N. et al. "Lipofuscin generated by UVA turns keratinocytes photosensitive to visible light." Journal of Investigative Dermatology, jul. 2017.
  ³ Wondrak, G. T.; Jacobson, M. K.; Jacobson, E. L."Endogenous UVA-photosensitizers: mediators of skin photodamage and novel targets for skin photoprotection." Photochemical & Photobiological Sciences, v. 5, n. 2, p. 215–237, 2006.
  ⁴ He, Y. Y. et al. "Chronic UVA irradiation of human HaCaT keratinocytes induces malignant transformation associated with acquired apoptotic resistance." Oncogene, 2006.
  ⁵ Strange RC, Shipman KE, Ramachandran S. "Metabolic syndrome: A review of the role of vitamin D in mediating susceptibility and outcome." World Journal of Diabetes. 2015 Jul 10;6(7):896-911. doi: 10.4239/wjd.v6.i7.896.
  ⁶ Gorman S, Lucas RM, Allen-Hall A, Fleury N, Feelisch M. "Ultraviolet radiation, vitamin D and the development of obesity, metabolic syndrome and type-2 diabetes." Photochemical & Photobiological Sciences, 2017, Mar 16;16(3):362-373. doi: 10.1039/c6pp00274a.
  ⁷ Geldenhuys S, Hart PH, Endersby R, Jacoby P, Feelisch M, Weller RB, Matthews V, Gorman S. "Ultraviolet radiation suppresses obesity and symptoms of metabolic syndrome independently of vitamin D in mice fed a high-fat diet." Diabetes. 2014 Nov;63(11):3759-69. doi: 10.2337/db13-1675.
  ⁸ Enerbäck S. "Brown adipose tissue in humans." International Journal of Obesity (Lond). 2010 Oct;34 Suppl 1:S43-6. doi: 10.1038/ijo.2010.183.
  ⁹ Feldmann HM, Golozoubova V, Cannon B, Nedergaard J. "UCP1 ablation induces obesity and abolishes diet-induced thermogenesis in mice exempt from thermal stress by living at thermoneutrality." Cell Metabolism 2009 Feb;9(2):203-9. doi: 10.1016/j.cmet.2008.12.014.
  ¹⁰ Sacks H, Symonds ME. "Anatomical locations of human brown adipose tissue: functional relevance and implications in obesity and type 2 diabetes." Diabetes. 2013 Jun;62(6):1783-90. doi: 10.2337/db12-1430.