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

Produção e purificação da proteína rica em gla (grp) humana recombinante

Dissertação de mest., Biologia Molecular e Microbiana, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2011

Molecular characterization of Gla-rich protein (GRP) gene expression and function

Gla-rich protein (GRP) is a vitamin K-dependent protein related to bone and cartilage recently described. This protein is characterized by a large number of Gla (γ-carboxyglutamic acid) residues being the protein with the highest Gla content of any known protein. It was found in a widely variety of tissues but highest levels was found in skeletal and cartilaginous tissues. This small secreted protein was also expressed and accumulated in soft tissues and it was clearly associated with calcification pathologies in the same tissues. Although the biological importance of GRP remains to be elucidated, it was suggested a physiological role in cartilage development and calcification process during vertebrate skeleton formation. Using zebrafish, an accepted model to study skeletal development, we have described two grp paralog genes, grp1 and grp2, which exhibited distinct patterns of expression, suggesting different regulatory pathways for each gene. Gene synteny analysis showed that grp2 gene is more closely related to tetrapod grp, although grp1 gene was proposed to be the vertebrate ortholog by sequence comparison. In addition, we identified a functional promoter of grp2 gene and using a functional approach we confirmed the involvement of transcription factors from Sox family (Sox9b and Sox10) in the regulation of grp2 expression. In an effort to provide more information about the function of grp isoforms, we generated two zebrafish transgenic lines capable to overexpress conditionally grp genes and possible roles in the skeleton development were studied. To better understand GRP function a mammalian system was used and the analysis of knockout mice showed that GRP is involved in chondrocyte maturation and the absence of GRP is associated to proteoglycans loss in calcified articular cartilage. In addition, we detected differences in chondrogenesis markers in articular chondrocyte primary culture. Overall, our data suggest a main role for GRP on chondrocyte differentiation.

Study of the association of Gla Rich Protein (GRP) to human blood cells

Dissertação de mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Biomedicina, Universidade do Algarve, 2013

Purification, biochemical characterization and localization at single cell resolution of Matrix Gla Protein (MGP) and Bone Gla Protein (BGP) in the teleost fish Argyrosomus regius

Tese de dout. em Química, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Univ. do Algarve, 2002

Reguladores da expressão do gene da proteía Gla da matriz (MGP) numa linha celular derivada de peixe

Dissertação de mest. em Biotecnologia, Faculdade de Engenharia de Recursos Naturais, Univ. do Algarve, 2004

Cloning, expression and purification of pneumococcal proteins = clonagem, expressão e purificação de proteínas de pneumococcus

Dissertação de mest., Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2008

Estudo de refolding oxidativo de proteínas

O folding oxidativo de proteínas consiste na formação de pontes dissulfureto intramoleculares envolvendo a oxidação de grupos tiol no sentido da criação de uma ligação entre duas cisteínas. Esta modificação postransducional é essencial para a estabilidade das proteínas, principalmente em proteínas secretadas para o meio extracelular. In vivo, o folding oxidativo ocorre no retículo endoplasmático e é assistido por uma série de proteínas que atuam como catalisadores. Estas reações em cadeia necessitam da presença de um aceitador final de eletrões. No presente trabalho foram estudadas duas vias que atuam no reticulo endoplasmático para o refolding oxidativo da proteína modelo Ribonuclease A: Uma via envolve a interação entre duas proteínas, a Endoplasmic Recticulum Oxireductase 1 (Ero1) e a Protein Disulfide Isomerase (PDI); A outra via envolve a interação da PDI com a Peroxiredoxin IV (PRDX4). Foi igualmente estudado o refolding oxidativo com uma enzima homóloga da PRDX4, a PRDX2, no sentido de compreender se existe especificidade na interação entre a PRDX4 e a PDI. O estudo do refolding oxidativo da Ribonuclease foi realizado in vitro e avaliado em géis SDS-PAGE-Tricina com o objetivo de verificar a diferença de mobilidades entre a Ribonuclease reduzida e oxidada no gel. Na via da PRDX4/PDI e PRDX2/PDI é necessária a introdução de Glucose e Glucose Oxidase, responsáveis pela produção de peróxido de hidrogénio que atua como aceitador final de eletrões desta via. Em todas as vias foi observado refolding oxidativo da RNase. Na via da Ero1/PDI este foi substancialmente mais rápido e ocorre, embora em muito menor grau, mesmo na ausência da PDI. Na via da PRDX4/PDI o refolding é mais lento e foi constatado que não existe especificidade da PRDX4 para a PDI visto que, na presença da PRDX2, os resultados foram semelhantes aos resultados obtidos com a PRDX4.

Insights into molecular and cellular events involved in normal and pathological vertebral development and fusion using zebrafish as model organism

The vertebral column and its units, the vertebrae, are fundamental features, characteristic of all vertebrates. Developmental segregation of the vertebral bodies as articulated units is an intrinsic requirement to guarantee the proper function of the spine. Whenever these units become fused either during development or postsegmentation, movement is affected in a more or less severe manner, depending on the number of vertebrae affected. Nevertheless, fusion may occur as part of regular development and as a physiological requirement, like in the tetrapod sacrum or in fish posterior vertebrae forming the urostyle. In order to meet the main objective of this PhD project, which aimed to better understand the molecular and cellular events underlying vertebral fusion under physiological and pathological conditions, a detailed characterization of the vertebral fusion occurring in zebrafish caudal fin region was conducted. This showed that fusion in the caudal fin region comprised 5 vertebral bodies, from which, only fusion between [PU1++U1] and ural2 [U2+] was still traceable during development. This involved bone deposition around the notochord sheath while fusion within the remaining vertebral bodies occur at the level of the notochord sheath, as during the early establishment of the vertebral bodies. A comparison approach between the caudal fin vertebrae and the remaining vertebral column showed conserved features such as the presence of mineralization related proteins as Osteocalcin were identified throughout the vertebral column, independently on the mineralization patterns. This unexpected presence of Osteocalcin in notochord sheath, here identified as Oc1, suggested that this gene, opposing to Oc2, generally associated with bone formation and mature osteoblast activity, is potentially associated with early mineralization events including chordacentrum formation. Nevertheless, major differences between caudal fin region and anterior vertebral bodies considering arch histology and mineralization patterns, led us to use RA as an inductive factor for vertebral fusion, allowing a direct comparison of equivalent structures under normal and fusion events. This fusion phenotype was associated with notochord sheath ectopic mineralization instead of ectopic perichordal bone formation related with increased osteoblast activity, as suggested in previous reports. Additionally, alterations in ECM content, cell adhesion and blood coagulation were discussed as potentially related with the fusion phenotype. Finally, Matrix gla protein, upregulated upon RA treatment and shown to be associated with chordacentrum mineralization sites in regular development, was further described considering its potential function in vertebral formation and pathological fusion. Therefore with this work we propose zebrafish caudal fin vertebral fusion as a potential model to study both congenital and postsegmentation fusion and we present candidate factors and genes that may be further explored in order to clarify whether we can prevent vertebral fusion.

Extração e estudo das proteínas da goma da alfarroba com vista à sua clarificação

O objectivo primordial deste trabalho foi efectuar a extracao e o estudo das proteinas da Goma da Alfarroba ou Locust Bean Gum (LBG) com vista a sua clarificacao e purificacao. Para atingir este objectivo em primeiro lugar estudou-se o teor de etanol que se deveria utilizar numa suspensao aquosa de LBG, uma vez que a LBG e um polissacarido que hidrata facilmente com agua e consequentemente origina solucoes altamente viscosas que impossibilitam a realizacao de tecnicas de extracao de proteinas. Para isso estudou-se o comportamento da LBG em suspensoes aquosas com 10% (p/v) de LBG e diferentes concentracoes de etanol, designadamente 10% (v/v), 20% (v/v), 30% (v/v) e 40% (v/v). Com este estudo concluiu-se que seria necessario utilizar uma concentracao de 40% (v/v) de etanol a 96% em cada suspensao de LBG a 10% (p/v) para conseguir evitar a sua hidratacao excessiva. Assim, todas as extracoes neste trabalho foram realizadas de acordo com estas condicoes. Posteriormente com vista a extracao das proteinas da LBG testaram-se diferentes tratamentos, designadamente tratamentos alcalinos, acidos e com detergentes. Segundo a bibliografia consultada para os tratamentos alcalinos, realizaram-se estas extracoes com hidroxido de sodio (NaOH) com concentracoes de 0,025 M, 0,05M, 0,1M e 0,2M. Estes tratamentos foram iniciados com uma concentracao de NaOH a 0,2M, contudo apos analise dos resultados verificou-se que esta originou uma LBG com uma coloracao mais amarela do que a LBG bruta (inicial) apresentava. Sendo a ideia final a clarificacao da goma este nao foi um resultado desejavel e como tal testaram-se concentracoes inferiores de NaOH, acima referidas. No final concluiu-se que todas estas extracoes efetuadas com NaOH originavam uma LBG mais amarela do que a LBG bruta e que assim este nao seria o tratamento mais adequado para o objectivo pretendido. Como tal prosseguiram-se os estudos com um tratamento acido, que atraves de consulta bibliografica se iniciou com acido sulfurico (H2SO4). O tratamento acido iniciou-se com uma concentracao de H2SO4 de 0,1M, testando-se posteriormente tambem uma extracao com H2SO4 com concentracao de 0,05M. No final destas extracoes verificou-se que a LBG obtida em ambas apresentava uma coloracao mais clara do que a LBG bruta, o que representava, numa primeira analise, um bom resultado. Por fim efectuaram-se extracoes solido-liquido com diferentes detergentes, designadamente com Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 65, Tween 80, Tween 85, Triton X-100, Triton X-114 e SDS todos a uma concentracao de 0,1% (v/v) a excepcao do Tween 65 em que foi utilizada uma concentracao de 0,1% (p/v), porque a temperatura ambiente este detergente e solido. No final destas extracoes concluiu-se que na maioria dos casos a LBG apresentava uma coloracao mais clara do que a LBG bruta. Para quantificar as proteinas extraidas atraves de cada um dos tratamentos acima mencionados utilizaram-se dois metodos, o metodo de Bradford para quantificar as proteinas presentes nos sobrenadantes das extracoes e o metodo de Kjeldahl para quantificar as proteinas ainda presentes na LBG apos as extracoes. Analisando os resultados obtidos por estes metodos concluiu-se que a extracao efetuada com Tween 80, em que se efectuou uma lavagem adicional a LBG durante a filtracao com uma solucao de agua destilada e etanol a 40% (v/v), foi a que apresentou melhores resultados. Assim, foi com esta amostra proteica que se prosseguiram os estudos as proteinas. Para realizar os estudos as proteinas extraidas efectuou-se uma eletroforese em SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) com o intuito de verificar o estado da amostra. Analisando os geles obtidos constatou-se que a amostra se encontrava em boas condicoes. Deste modo realizou-se uma eletroforese bidimensional (2 – D) das proteinas extraidas da LBG. Nesta tecnica, como se desconheciam que tipo de proteinas se encontravam presentes na amostra utilizou-se uma banda de pH para a Focagem Isoelectrica (1a Dimensao) entre 3 e 10 e a separacao por Peso Molecular (2a Dimensao) foi efetuada em SDS-PAGE. Analisando os geles obtidos concluiu-se que a maioria das proteinas presentes nesta amostra apresentam pontos isoelectricos na gama de pH entre 5 e 6 e tem pesos moleculares entre 40 e 60 kDa. Pode-se entao concluir que o objectivo deste trabalho foi apenas parcialmente atingido uma vez que se conseguiu extrair e estudar algumas das caracteristicas das proteinas presentes na LBG, mas nao se alcancou a sua clarificacao.

Deteção de proteínas virais com nanossensores óticos

O desenvolvimento de tecnologias para a deteção de vírus é um tema de grande interesse em medicina de diagnóstico. Neste contexto, os biossensores têm-se revelado importantes ferramentas bioanalíticas, na medida em que permitem efetuar deteções moleculares de forma rápida, específica, reprodutível e com baixo custo associado. No âmbito desta dissertação, estabeleceram-se metodologias para a deteção fluorescente do fator de infetividade viral (Vif) do VIH através de um nanossensor ótico funcionalizado com anticorpos recombinantes anti-Vif, fragmentos variáveis de cadeia simples 4BL. Quantum dots carboxílicos conjugados a proteínas Vif são excitados a um comprimento de onda de 405 nm, transmitindo luz fluorescente a 605 nm a um fotodetetor de silício amorfo hidrogenado com um filtro de fluorescência integrado. Para implementar um sistema de deteção sensível e eficiente, estudaram-se estratégias de ativação de superfície em chips de vidro. A variabilidade das condições experimentais de um protocolo de silanização com (3-mercaptopropil)-trimetoxisilano (MPTS) foi avaliada através da análise de ângulos de contacto e densidades moleculares de fluoresceína funcionalizada com maleimida. Estabeleceu-se que, uma incubação dos substratos por 4 h com 5% (w/v) MPTS, seguida de cura a 110 ºC por 2 h, e redução com 10 mM ditiotreitol por 30 min, promove a formação de camadas de organosilanos de qualidade com grupos tiol reativos bem orientados. Estratégias de imobilização do elemento recetor foram testadas em substratos de vidro ativados e em sistemas de microfluídica vidro/PDMS, tomando por base o tag de afinidade, glutationa S-transferase (GST), do anticorpo recombinante. Vidros funcionalizados com glutationa e anti-GST mostraram-se igualmente reativos ao anticorpo GST-4BL, resultando uma capacidade de ligação do antigénio de aproximadamente 4.76 x 1010 moléculas/cm2 de QD-Vif, o que corresponde a 15% da cobertura máxima de superfície. Dos ensaios em sistemas de microfluídica resultaram sinais fracos e poucos reprodutíveis, destacando a necessidade de desenvolver metodologias de funcionalização mais apropriadas.

Nanopartículas poliméricas com aplicação na administracão pulmunar de proteínas

O interesse da indústria farmacêutica na administração de biomoléculas não é recente, uma vez que desde que a insulina foi comercializada pela primeira vez em 1923, temos vindo a assistir ao aumento do número de trabalhos relacionados com as aplicações terapêuticas deste tipo de moléculas. No entanto, a aplicação terapêutica destas moléculas regista várias limitações devidas essencialmente à sua estrutura e propriedades físico-químicas, bem como à sua estabilidade. Com o aparecimento e evolução da nanomedicina, tornou-se possível o desenvolvimento e funcionalização de nanopartículas transportadoras de biomoléculas, dotando este sistema de um enorme potencial para várias terapêuticas. As vantagens deste tipo de sistema de administração incluem a proteção das moléculas ativas encapsuladas, proporcionando um aumento da biodisponibilidade, e tornam também possível a administração das biomoléculas por vias menos invasivas. Esta dissertação tem por objetivo explorar as potencialidades da via pulmonar para a administração de biomoléculas. Neste sentido, serão focadas os vários tipos de nanopartículas de polímeros naturais e sintéticos como sistema de administração com aplicação na administração por esta via.

Evolution, gene regulation and functional analysis of BMP2 in fish

Bone morphogenetic proteins (BMPs) are multifunctional growth factors belonging to the transforming growth factor β (TGFβ) superfamily with a central role in bone formation and mineralization. BMP2, a founding member of this family, has demonstrated remarkable osteogenic properties and is clinically used to promote bone repair and fracture healing. Lack of basic data on factors regulating BMP2 expression and activity have hampered a better understanding of its role in bone formation and bone-related diseases. The objective of this work was to collect new functional data and determine spatiotemporal expression patterns in a fish system aiming towards a better understanding of BMP2 function and regulation. Transcriptional and post-transcriptional regulation of gilthead seabream BMP2 gene was inferred from luciferase reporter systems. Several bone- and cartilage-related transcription factors (e.g. RUNX3, MEF2c, SOX9 and ETS1) were found to regulate BMP2 transcription, while microRNA 20a was shown to affect stability of the BMP2 transcript and thus the mineralogenic capacity of fish bone-derived host cells. The regulation of BMP2 activity through an interaction with the matrix Gla protein (MGP) was investigated in vitro using BMP responsive elements (BRE) coupled to luciferase reporter gene. Although we demonstrated the functionality of the experimental system in a fish cell line and the activation of BMP signaling pathway by seabream BMP2, no conclusive evidence could be collected on a possible interaction beween MGP and BMP2. The evolutionary relationship among the members of BMP2/4/16 subfamily was inferred from taxonomic and phylogenetic analyses. BMP16 diverged prior to BMP2 and BMP4 and should be the result of an ancient genome duplication that occurred early in vertebrate evolution. Structural and functional data suggested that all three proteins are effectors of the BMP signaling pathway, but expression data revealed different spatiotemporal patterns in teleost fish suggesting distinct mechanisms of regulation. In this work, through the collection of novel data, we provide additional insight into the regulation, the structure and the phylogenetic relationship of BMP2 and its closely related family members.

Cloning of the Bone Gla Protein gene from the teleost fish Sparus aurata (gilthead seabream). Molecular organization, developmental appearance and evolutionary implications

Tese de Doutoramento, Biologia Molecular, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Universidade do Algarve, 2001

Papel das proteínas de choque térmico na apoptose mediada por espécies reativas de oxigénio em culturas celulares

Dissertação de mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2015