Dissection of the early steps in the assembly of the 20S proteasome in Saccharomyces cerevisiae

Tese de dout., Bioquímica (Biologia Celular e Molecular), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2010

Exploring an uncommon host-parasite interaction to unveil the uniqueness of Perkinsus sp as a model organism

We report the exploration of some unique metabolic pathways in Perkinsus olseni a marine protist parasite, responsible to significant mortalities in mollusks, especially in bivalves all around the world. In Algarve, south of Portugal carpet shell clam Ruditapes decussatus mortalities can reach up to 70%, causing social and economic losses. The objective of studying those unique pathways, is finding new therapeutic strategies capable of controlling/eliminating P. olseni proliferation in clams. In that sense metabolic pathways, were explored, and drugs affecting these cycles were tested for activity. The first step involved the identification of the genes behind those pathways, the reconstitution of the main steps, and molecular characterization of those genes and later on, the identification of possible targets within the genes studied. Metabolic cycles were screened due to the fact of not being present in host or differ in a critical way, such as the following pathways: shikimate, MEP-­‐ isoprenoids, Leloir cycle for chitin production, purine biosynthesis (unique among protists), the de novo synthesis of folates (absent in metazoa) and some unique genes like, the alternative oxidase (a branch of respiratory chain) and the hypoxia sensor HPH. All those pathways were covered and possible chemical inhibition using therapeutic drugs was tested with positive results. The relation between the common host Ruditapes decussatus and P. olseni was also explored in a dimension not possible some years ago. With the accessibility to second generation sequencers and microarray analysis platforms, genes involved in host defense or parasite virulence and resistance to the host were deciphered, allowing aiming to new targets (mechanisms and pathways), offering new possibilities for the control of Perkinsus in close environments. The thousands of genes, generated by this work, sequenced and analyzed from this commercial valuable clam and for Perkinsus olseni will be an important and value tool for the scientific community, allowing a better understanding of host-­‐parasite interactions, promoting the usage of P. olseni as an emerging model for alveolata parasites.

The role of hypoxia in the regulation of membrane transporters

ATP binding cassette (ABC) and solute carrier (SLC) transporters are responsible for the majority of the transcellular movement of various substrates, including drugs, among epithelial cells. Despite the well characterized regulation of influx (SLC) and efflux (ABC) transporters by endogenous mediators, such as inflammatory cytokines, little is known about how changes in oxygen levels may affect expression of these transporters. In this study we showed that the expression of SLC22A4, SLC22A5, SLC22A1, SLC02B1, SLC10A2, ABCC2 and ABCC3 transporters is upregulated by hypoxia in HT29 colon carcinoma cells, but not in HepG2 hepatocarcinoma cells. Moreover, OCTN1 (SLC22A4), OCT1 (SLC22A1) and OATP-B (SLC02B1) transporter expression is also induced by inflammatory cytokines but in a smaller extent than in hypoxia. Furthermore our experiments indicate that there is no cross talk between HIF-1 and NF-κB pathways in HT-29 cells, but these two pathways act simultaneously activating common genes, such as, some SLC and ABC transporters. Our preliminary results from studies with an in vivo murine model of colitis, suggest that HIF-1is stabilized and OCTN1 is strongly induced during severe inflammation, which can be relevant for a recovery from the inflammatory process. We have also been interested in the distribution of HIF-1α variants among different ethnic groups as well as their contribution for cancer risk. Thus, we have demonstrated that there is an ethnicity-related variation in the frequency of the C1772T (P582S) single nucleotide polymorphism (SNP) in the HIF-1α gene. Furthermore, we performed a case-control study in a breast cancer population and our results suggest that there is no association between this SNP or the rare G1790A (A588T) SNP and the incidence of breast cancer. Taken together, the results obtained in this study contribute to a better knowledge of drug influx and efflux during hypoxia and inflammation as well as to the understanding of the pharmacogenetic variability of the HIF-1.

Development of a Piggybac based direct reprogramming system for derivation of integration free induced pluripotent stem cells

Induced pluripotent stem cells (iPSc) have great potential for applications in regenerative medicine, disease modeling and basic research. Several methods have been developed for their derivation. The original method of Takahashi and Yamanaka involved the use of retroviral vectors which result in insertional mutagenesis, presence in the genome of potential oncogenes and effects of residual transgene expression on differentiation bias of each particular iPSc line. Other methods have been developed, using different viral vectors (adenovirus and Sendai virus), transient plasmid transfection, mRNA transduction, protein transduction and use of small molecules. However, these methods suffer from low efficiencies; can be extremely labor intensive, or both. An additional method makes use of the piggybac transposon, which has the advantage of inserting its payload into the host genome and being perfectly excised upon re-expression of the transposon transposase. Briefly, a policistronic cassette expressing Oct4, Sox2, Klf4 and C-Myc flanked by piggybac terminal repeats is delivered to the cells along with a plasmid transiently expressing piggybac transposase. Once reprogramming occurs, the cells are re-transfected with transposase and subclones free of tranposon integrations screened for. The procedure is therefore very labor intensive, requiring multiple manipulations and successive rounds of cloning and screening. The original method for reprogramming with the the PiggyBac transposon was created by Woltjen et al in 2009 (schematized here) and describes a process with which it is possible to obtain insert-free iPSc. Insert-free iPSc enables the establishment of better cellular models of iPS and adds a new level of security to the use of these cells in regenerative medicine. Due to the fact that it was based on several low efficiency steps, the overall efficiency of the method is very low (<1%). Moreover, the stochastic transfection, integration, excision and the inexistence of an active way of selection leaves this method in need of extensive characterization and screening of the final clones. In this work we aime to develop a non-integrative iPSc derivation system in which integration and excision of the transgenes can be controlled by simple media manipulations, avoiding labor intensive and potentially mutagenic procedures. To reach our goal we developed a two vector system which is simultaneously delivered to original population of fibroblasts. The first vector, Remo I, carries the reprogramming cassette and GFP under the regulation of a constitutive promoter (CAG). The second vector, Eneas, carries the piggybac transposase associated with an estrogen receptor fragment (ERT2), regulated in a TET-OFF fashion, and its equivalent reverse trans-activator associated with a positive-negative selection cassette under a constitutive promoter. We tested its functionality in HEK 293T cells. The protocol is divided in two the following steps: 1) Obtaining acceptable transfection efficiency into human fibroblasts. 2) Testing the functionality of the construct 3) Determining the ideal concentration of DOX for repressing mPB-ERT2 expression 4) Determining the ideal concentration of TM for transposition into the genome 5) Determining the ideal Windows of no DOX/TM pulse for transposition into the genome 6) 3, 4 and 5) for transposition out of the genome 7) Determination of the ideal concentration of GCV for negative selection We successfully demonstrated that ENEAS behaved as expected in terms of DOX regulation of the expression of mPB-ERT2. We also demonstrated that by delivering the plasmid into 293T HEK cells and manipulating the levels of DOX and TM in the medium, we could obtain puromycin resistant lines. The number of puromycin resistant colonies obtained was significantly higher when DOX as absent, suggesting that the colonies resulted from transposition events. Presence of TM added an extra layer of regulation, albeit weaker. Our PCR analysis, while not a clean as would be desired, suggested that transposition was indeed occurring, although a background level of random integration could not be ruled out. Finally, our attempt to determine whether we could use GVC to select clones that had successfully mobilized PB out of the genome was unsuccessful. Unexpectedly, 293T HEK cells that had been transfected with ENEAS and selected for puromycin resistance were insensitive to GCV.

Era uma vez... no ensino da biologia e da geologia

Dissertação de mest., Biologia e Geologia, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Univ. do Algarve, 2007

Efeito da proteína anticongelante tipo I (AFP I) na criopreservação de embriões e blastómeros de teleósteos

Dissertação de mest., Biologia Marinha, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Universidade do Algarve, 2007

Endocrine regulation of extracellular matrix proteins in calcified tissue in teleost fish

Tese dout., Biologia, Universidade do Algarve, 2005

Role of insulin and insulin-like peptides in bone formation: identification of bone-specific target genes and regulatory mechanisms, and characterization of the insulin-mimetic effect of vanadium

Tese de Doutoramento em Biologia, Especialidade em Biologia Molecular, Universidade do Algarve, 2008

Purificação e caracterização de proteínas Gla nos modelos peixe e mamífero

Dissertação de Mestrado, Biologia Molecular e Microbiana, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2010

Avaliação da biologia reprodutiva do cagarro Calonectris diomedea borealis no arquipélago dos Açores

Dissertação mest., Biologia Marinha, Universidade do Algarve, 2008

Biologia alimentar do Etmopterus pusillus no Algarve

Dissertação mest., Biologia Marinha, Universidade do Algarve, 2007

Caractérisation des mécanismes d’action du microARN 169 chez Arabidopsis thaliana

Dissertação de mest., Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2011

Aspectos da biologia reprodutiva e alimentar da chilreta Sternula albifrons em habitats natural e alternativo na Ria Formosa

Este trabalho descreve a biologia reprodutiva e dieta da chilreta Sternula albifrons no Sul de Portugal, entre 2008 e 2010. Foram analisadas as variáveis reprodutivas: tamanho médio das posturas, sucesso de eclosão e volume dos ovos entre os vários anos e habitats natural (Praias) e alternativo (Salinas). A dieta foi caracterizada a partir da identificação dos otólitos sagitais encontrados nos regurgitos recolhidos perto dos ninhos nas colónias das salinas. Foram identificados um máximo de 11 espécies ou géneros de peixe na dieta da chilreta. O peixe-rei (Atherina spp.) e os góbios (Pomatoschistus spp.) foram as espécies com maior frequência de ocorrência nos regurgitos (sempre superior a 75% e 25% respectivamente). Foram encontradas diferenças significativas somente na proporção da presa “itens não identificados” o que se deve às limitações do próprio método. Os resultados obtidos para as várias variáveis reprodutivas foram comparados com outros estudos anteriores das mesmas colónias por forma a avaliar a adequabilidade das salinas como habitats alternativos de nidificação. Não foram encontradas diferenças significativas nas variáveis reprodutivas entre os habitats natural e alternativo o que suporta a ideia de que as salinas são um habitat alternativo adequado para a nidificação da chilreta no Sul de Portugal. São discutidas algumas acções de conservação para as colónias em questão.

Biologia pesqueira e dinâmica populacional de Diplodus vulgaris (geoffr.) e Spondyliosoma cantharus (L.) (pisces, sparidae) na costa sudoeste de Portugal

As espécies da família Sparidae ocupam um lugar de destaque na actividade pesqueira da Costa Sudoeste de Portugal, sendo das principais subsidiárias da pesca artesanal nesta região. Com o presente trabalho pretendeu-se clarificar aspectos básicos da biologia de dois esparídeos, Diplodus vulgaris (safia) e Spondyliosoma cantharus (choupa), nas áreas da ecologia alimentar, reprodução, idade, crescimento e mortalidade; estimar os parâmetros de selectividade das artes de pesca mais importantes sobre estas espécies e avaliar preliminarmente o estado da pescaria destes dois esparídeos. Para atingir estes objectivos cumpriu-se um plano de amostragem de frequências de comprimento nas lotas de Sagres e Sines, de Julho de 1992 a Março de 1994; estudos laboratoriais com amostras recolhidas em Sagres de Dezembro de 1992 a Março de 1994 e um estudo de selectividade de aparelho de anzol e redes de emalhar realizado em 1997/98. Os hábitos alimentares foram estudados a partir da análise de conteúdos estomacais, utilizando-se 3 métodos de avaliação da composição da dieta, 5 índices combinados da bibliografia e 3 propostos. Da análise comparativa entre os vários índices concluiu-se que o índice de importância relativa (IRI) e o índice de alimentação ponderado (IPO2) serão os mais adequados para descrever as dietas destas espécies. Registaram-se elevados coeficientes de vacuidade, motivados em grande parte pela natureza da arte de pesca. A dieta de D. vulgaris é composta essencialmente por ofiurídeos, poliquetas, anfípodes e equinóides, enquanto que S. cantharus consome principalmente poliquetas, anfípodes e hidrozoários. As duas dietas são significativamente diferentes, principalmente pelo maior consumo de equinodermes no caso de D. vulgaris. A estrutura e dimensões da boca nestes esparídeos são distintas, podendo influenciar o seu comportamento trófico. À semelhança de grande parte dos esparídeos, D. vulgaris e S. cantharus são espécies bentívoras, que adoptam uma estratégia alimentar generalista, com fortes afinidades com o alimento disponível no meio. Da análise do ciclo reprodutivo verificou-se que as épocas de postura são extensas: D. vulgaris: Dezembro a Março com maior intensidade em Janeiro/Fevereiro; S. cantharus: Fevereiro a Abril, com máxima intensidade em Março. Não existiram diferenças significativas na proporção entre os sexos (M:F = 1.01) ao longo do ano e por tamanho em D. vulgaris, enquanto que em S. cantharus as fêmeas foram mais abundantes ao longo do ano (M:F=0.57) e nas classes de comprimento inferiores. Os tamanhos de 1ª maturação (L50%) para o conjunto dos sexos e indivíduos indeterminados foram de: D. vulgaris, 18.33 cm, não existindo diferenças significativas entre machos e fêmeas; S. cantharus, 20.10 cm, existindo diferenças significativas entre machos (22.41 cm, TL) e fêmeas (19.98 cm, TL). Os tamanhos de 1ª maturação estimados foram consideravelmente superiores aos tamanhos mínimo legais de desembarque (TML) em Portugal, para D. vulgaris (TML=15.0 cm) e ligeiramente inferiores no caso de S. cantharus (TML=23 cm). A fecundidade média absoluta (Fa) e a fecundidade relativa (Fr) foram de: D. vulgaris - Fa = 131127 ovos; Fr = 526 ovos/g; S. cantharus - Fa = 61396 ovos; Fr = 346 ovos/g. As relações entre a fecundidade absoluta e o comprimento total (TL) e o peso somático (SW) foram as seguintes: D. vulgaris: Fa = 0.1853TL4.1903; Fa = 57.715SW1.4067; S. cantharus: Fa = 436.27TL1.5747; Fa = 2979.7SW0.585. A estratégia reprodutiva destas espécies é caracterizada por hermafroditismo, rudimentar com eventual protândria parcial em D. vulgaris e protogínia em S. cantharus. A determinação da idade foi efectuada pela análise de estruturas duras, otólitos para D. vulgaris e otólitos e escamas para S. cantharus. As estimações do comprimento à idade ajustaram-se bem ao modelo de Von Bertalanffy. De entre os métodos de estimação dos parâmetros de crescimento, escolheu-se o ajuste não linear aplicado a todos os pares de comprimentos à idade, sendo esta corrigida pela data de captura. Para além do maior rigor desta análise, os resultados produzidos foram considerados os mais aproximados da realidade: D. vulgaris (otólitos): L=28.1 cm K=0.30 ano-1 e t0= -1.618 anos (validade: 12.5-30.5 cm; 1-10 anos); S. cantharus (escamas): L=35 cm, K=0.32 ano-1 e t0=-0.481 anos (validade: 14.3-33.5 cm; 1-9 anos). A análise de distribuição de frequências de comprimento, apresentou um L mais próximo da realidade: L=39.6 cm, K=0.32 ano-1 e t0=-0.481 anos (D. vulgaris); L=40.0 cm, K=0.24 ano-1 e t0=-0.646 anos (S. cantharus). As relações peso-comprimento de D. vulgaris e S. cantharus para a Costa Sudoeste foram do tipo potencial W=a Lb, sendo definidas pelos seguintes parâmetros: a=0.0223 e b= 2.895, r2=0.89 (D. vulgaris); a=0.0106 e b= 3.085, r2= 0.89 (S. cantharus). Os valores de mortalidade natural (M), estimados por métodos indirectos, para D. vulgaris e S. cantharus foram de 0.39 e 0.30 ano-1, respectivamente. O valor de M de esparídeos pode ser estimado preliminarmente mediante a utilização de uma regressão multilinear que integra as três variáveis (M, K e L): M = -0.162 + 1.714K + 0.00273L (r2=0.77). A análise das curvas de captura permitiu obter os seguintes valores de mortalidade total (Z): D. vulgaris: Z=0.642 (otólitos) e 0.727 ano-1 (frequências de comprimento); S. cantharus: Z=0.676 (escamas) e 0.576 ano-1 (frequências de comprimento). As artes de pesca mais importantes para D vulgaris e S. cantharus e para a região considerada são, por ordem de grandeza, o aparelho de anzol e redes de emalhar, e em menor escala a arte do cerco. Os esparídeos diversos e dentro destes a choupa, que deveria ser discriminada nas estatísticas oficiais, constituíram os únicos esparídeos que apresentaram uma evolução com tendência negativa de 1987 a 1998. A estrutura demográfica de desembarques de safia é caracterizada por cerca de 86.9 % indivíduos entre 20.5 a 27.5 cm (2 a 6 anos), enquanto que para a choupa, 85.0% dos indivíduos desembarcados estão compreendidos entre 21.5 e 27.5 cm (2 a 6 anos). No estudo de selectividade foram realizadas 40 pescas experimentais em que se testaram 4 tamanhos de anzol (nº11, 12, 13 e 15) e de malha (80, 70, 60 e 50mm). D. vulgaris e S. cantharus são das espécies mais abundantes na pescaria com aparelho de anzol, tendo uma representação inferior quer em termos relativos, quer absolutos nas capturas das redes de emalhar. Existiu um decréscimo geral das taxas de captura com o tamanho do anzol e uma maior eficiência para os tamanhos intermédios da malha nas redes de emalhar. Paralelamente, existiu para ambas as espécies uma sobreposição de comprimentos médios com o tamanho dos anzóis e uma separação clara de comprimentos médios de ambas as espécies com a malhagem. Adoptaram-se, com bom ajuste, uma curva de selectividade do tipo logística para o aparelho de anzol e normal para as redes de emalhar, para ambas as espécies. Atendendo a uma eventual revisão dos tamanhos mínimos legais de desembarque, em função dos tamanhos de primeira maturação e à estrutura das capturas, as malhas de 70 e 80mm são as mais adequadas na pescaria de D. vulgaris e S. cantharus, respectivamente. O anzol número 13 será o mais apropriado a D. vulgaris, dada a pouca praticabilidade do anzol 15. Em relação a S. cantharus o anzol nº 11 apresenta a menor proporção de indivíduos com tamanho ilegal, sendo então o mais indicado à pescaria desta espécie. Para o aparelho de anzol e de acordo com os modelos de rendimento por recruta a pescaria de safia processa-se de forma moderada, a níveis inferiores a uma taxa de exploração máxima (Emax) suportável pelo "stock". A pescaria de choupa apresenta indícios de uma exploração intensa, próxima dos valores máximos comportados pelo "stock". Uma alteração nos valores actuais da taxa de exploração e/ou de comprimento de 1ª captura terá de ter em consideração o carácter multiespecifico desta pescaria. Visando a gestão destes recursos pesqueiros, dever-se-á controlar principalmente o nível do esforço de pesca praticado e rever os tamanhos mínimos de desembarque, de modo a evitar que esta pescaria entre numa fase de sobreexploração. O estabelecimento de reservas marinhas e de recifes artificiais poderá ser um contributo para uma exploração pesqueira sustentada e para a conservação da biodiversidade.

Filodinâmica do vírus da tristeza dos citrinos: epidemiologia molecular e biologia evolutiva

O Citrus tristeza virus (CTV), responsável por várias doenças em citrinos, é um dos maiores condicionantes da citricultura a nível mundial. Existem diversos isolados de CTV com diferentes características biológicas e moleculares, sendo que os sintomas causados pelo vírus dependem essencialmente do isolado viral e da combinação variedade/porta-enxerto. A implementação de medidas de controlo da doença depende, em grande parte, do tipo de isolados presentes numa dada região. No Capítulo 2, efetuou-se uma análise comparativa entre dois métodos de tipificação de isolados de CTV e verificou-se que a caracterização por PCR assimétrico-ELISA, que considera a existência de sete grupos, é mais adequada à descrição da estrutura genética de CTV. Estes resultados foram complementados com o estudo da dinâmica de colonização de cada grupo filogenético através de um imuno-ensaio in situ (Capítulo 3). Os resultados obtidos sugerem que os isolados de CTV diferem na quantidade de células infetadas e que essa diferença parece estar relacionada com a severidade do isolado. No Capítulo 4, o estudo da variabilidade genómica da região 3’ terminal permitiu verificar que a estrutura de grupos obtida para o gene da proteína da cápside (CP) é extensível a toda a região 3’ terminal que contém os genes mais fortemente implicados na interação com o hospedeiro. A estabilidade da estrutura genética nesta região foi também inferida a partir da pesquisa de eventos de recombinação. Os resultados sugerem uma baixa frequência de recombinação entre isolados de CTV, mesmo em isolados contendo mistura de haplótipos e mantidos há mais de 12 anos no mesmo hospedeiro. Adicionalmente, foi estimada a taxa de evolução de CTV através de um método estatístico Bayesiano (Capítulo 5). Para tal, foram usadas sequências do gene da CP de isolados de diversas regiões do mundo, pertencentes a diferentes grupos filogenéticos e obtidas entre 1990 e 2010. A taxa média de evolução estimada foi de 1,58 X 10-4 substituições nucleotídicas / ano. No geral, os resultados destes dois capítulos mostram que os isolados de CTV mantêm uma elevada estabilidade genética ao longo do tempo. Finalmente, no Capítulo 6, foi estudada a situação epidemiológica de CTV em Portugal continental a partir de isolados de CTV recolhidos no campo, onde se verificou que a maioria das árvores infetadas era composta por isolados de CTV pertencentes ao grupo M, ou seja isolados considerados suaves e que não provocam sintomas severos.