THE MOLECULAR INTERACTION BETWEEN TYPE II DIABETES AND ALZHEIMER’S DISEASE THROUGH CROSS-SEEDING OF PROTEIN MISFOLDING

With the population of the world aging, the prominence of diseases such as Type II Diabetes (T2D) and Alzheimer’s disease (AD) are on the rise. In addition, patients with T2D have an increased risk of developing AD compared to age-matched individuals, and the number of AD patients with T2D is higher than among aged-matched non-AD patients. AD is a chronic and progressive dementia characterized by amyloid-beta (Aβ) plaques, neurofibrillary tangles (NFTs), neuronal loss, brain inflammation, and cognitive impairment. T2D involves the dysfunctional use of pancreatic insulin by the body resulting in insulin resistance, hyperglycemia, hyperinsulinemia, pancreatic beta cell (β-cell) death, and other complications. T2D and AD are considered protein misfolding disorders (PMDs). PMDs are characterized by the presence of misfolded protein aggregates, such as in T2D pancreas (islet amyloid polypeptide - IAPP) and in AD brain (amyloid– Aβ) of affected individuals. The misfolding and accumulation of these proteins follows a seeding-nucleation model where misfolded soluble oligomers act as nuclei to propagate misfolding by recruiting other native proteins. Cross-seeding occurs when oligomers composed by one protein seed the aggregation of a different protein. Our hypothesis is that the pathological interactions between T2D and AD may in part occur through cross-seeding of protein misfolding. To test this hypothesis, we examined how each respective aggregate (Aβ or IAPP) affects the disparate disease pathology through in vitro and in vivo studies. Assaying Aβ aggregates influence on T2D pathology, IAPP+/+/APPSwe+/- double transgenic (DTg) mice exhibited exacerbated T2D-like pathology as seen in elevated hyperglycemia compared to controls; in addition, IAPP levels in the pancreas are highest compared to controls. Moreover, IAPP+/+/APPSwe+/- animals demonstrate abundant plaque formation and greater plaque density in cortical and hippocampal areas in comparison to controls. Indeed, IAPP+/+/APPSwe+/- exhibit a colocalization of both misfolded proteins in cerebral plaques suggesting IAPP may directly interact with Aβ and aggravate AD pathology. In conclusion, these studies suggest that cross-seeding between IAPP and Aβ may occur, and that these protein aggregates exacerbate and accelerate disease pathology, respectively. Further mechanistic studies are necessary to determine how these two proteins interact and aggravate both pancreatic and brain pathologies.

Cetoacidosis inducida por corticoides y gatifloxacina en una mujer joven no diabética

Objetivo: Comunicar un caso de cetoacidosis inducida por corticoides y gatifloxacina y discutir los mecanismos de esta inusual y seria complicación. Caso clínico: Mujer de 32 años, ingresa por neumonía adquirida en la comunidad de 5 días de evolución. Antecedentes: AR probable diagnosticada 4 meses antes tratada con metotrexate y corticoides intermitente. Examen físico: regular estado general, IMC 21, Tº 38ºC, FR 32/min, derrame pleural derecho, FC 96/min, PA 110/70, artralgias sin artritis. Exámenes complementarios: Hto 23%, GB 16300/mm3, VSG 96mm/1ºh, glucemia 0.90mg/dl, función hepática y amilasa normales, uremia 1.19g/l, creatinina 19mg/l. Hemocultivos (2) y esputo positivos para Neumococo penicilina-sensible. La neumonía responde a gatifloxacina. Deteriora la función renal hasta la anuria con acidosis metabólica. Se interpreta como glomerulonefritis lúpica rápidamente progresiva por proteinuria de 2g/24hs, FR (+) 1/1280, FAN (+) 1/320 homogéneo, Anti ADN (+) , complemento bajo: C3 29.4mg/dl y C4 10mg/dl, Ac anti Ro, La, Scl70, RNP y anticardiolipinas positivos. Se indica metilprednisolona EV (3 bolos 1g), complicándose con hiperglucemias de >6 g/l y cetoacidosis con cetonuria (+); Ac anti ICA y antiGAD negativos con HbA1C 5.2%. Es tratada en UTI (insulina y hemodiálisis). La paciente mejora, se desciende la dosis de corticoides, con normalización de la glucemia sin tratamiento hipoglucemiante. Comentarios 1) La presencia de HbA1C nomal, Ac anti ICA y GAD negativos permite descartar con razonable grado de certeza una diabetes tipo1 asociada al lupus. 2) El desarrollo de la cetoacidosis durante el tratamiento con corticoides y gatifloxacina y su resolución posterior avalan el rol etiológico de los mismos. 3) La cetoacidosis puede explicarse por estimulación de la gluconeogénesis y la insulinoresistencia a nivel de receptor y post-receptor generada por los fármacos potenciado por el estado inflamatorio relacionado con el lupus y la sepsis.

Caracterización y cuantificación de células progenitoras endoteliales de ratas espontáneamente hipertensas alimentadas con fructosa

Objetivo: Examinar cómo se ve afecta la participación de las células progenitoras endoteliales (CPE) por la resistencia a la insulina (IR) asociada a un modelo experimental de síndrome metabólico (SM), generado por la administración crónica de fructosa a ratas espontáneamente hipertensas. Material y métodos: Ratas WKY y SHR, macho, distribuidas en 4 grupos (n=8 c/u): WKY: controles; FFR: WKY recibiendo fructosa en agua de bebida al 10 % (v/v) durante 6 semanas; SHR; FFHR: SHR recibiendo fructosa en agua de bebida al 10 % (v/v) durante 6 semanas. Al finalizar el protocolo se determinó: presión arterial sistólica, variables bioquímicas, índice HOMA, cuantificación por citometría de flujo de los niveles de CPE en sangre periférica y en médula ósea, inmunofluorescencia en cultivo celular, para identificar los marcadores CD34 y VEGFR-2, recuento de colonias de CPE y actividad de NAD(P)H-oxidasa en tejido aórtico. Resultados: Se confirmó el modelo experimental en base a las variables metabólicas analizadas. Se observó una disminución en los niveles de CPE; en sangre periférica y médula ósea, la que se hace más importante en los grupos de animales tratados con fructosa. En estos también hay menor número de colonias de CPE desarrolladas en cultivo celular y presentan un aumento en los niveles de estrés oxidativo, estimado por la actividad de NAD(P)H oxidasa. Conclusión: el SM causado por la administración crónica de fructosa en FFHR ha demostrado generar una disminución en los niveles de CPE, así como en su capacidad funcional. Los mecanismos intracelulares que producen este fenómeno podrían estar desencadenados por el grado de IR que presenta este modelo experimental.

Metabolic risk score indexes validation in overweight healthy people

The constellation of adverse cardiovascular disease (CVD) and metabolic risk factors, including elevated abdominal obesity, blood pressure (BP), glucose, and triglycerides (TG) and lowered high-density lipoprotein-cholesterol (HDL-C), has been termed the metabolic syndrome (MetSyn) [1]. A number of different definitions have been developed by the World Health Organization (WHO) [2], the National Cholesterol Education Program Adult Treatment Panel III (ATP III) [3], the European Group for the Study of Insulin Resistance (EGIR) [4] and, most recently, the International Diabetes Federation (IDF) [5]. Since there is no universal definition of the Metabolic Syndrome, several authors have derived different risk scores to represent the clustering of its components [6-11].

Correction of obesity and diabetes in genetically obese mice by leptin gene therapy

The ob/ob mouse is genetically deficient in leptin and exhibits both an obese and a mild non-insulin-dependent diabetic phenotype. To test the hypothesis that correction of the obese phenotype by leptin gene therapy will lead to the spontaneous correction of the diabetic phenotype, the ob/ob mouse was treated with a recombinant adenovirus expressing the mouse leptin cDNA. Treatment resulted in dramatic reductions in both food intake and body weight, as well as the normalization of serum insulin levels and glucose tolerance. The subsequent diminishment in serum leptin levels resulted in the rapid resumption of food intake and a gradual gain of body weight, which correlated with the gradual return of hyperinsulinemia and insulin resistance. These results not only demonstrated that the obese and diabetic phenotypes in the adult ob/ob mice are corrected by leptin gene treatment but also provide confirming evidence that body weight control may be critical in the long-term management of non-insulin-dependent diabetes mellitus in obese patients.

Long-term correction of obesity and diabetes in genetically obese mice by a single intramuscular injection of recombinant adeno-associated virus encoding mouse leptin

The ob/ob mouse is genetically deficient in leptin and exhibits a phenotype that includes obesity and non-insulin-dependent diabetes melitus. This phenotype closely resembles the morbid obesity seen in humans. In this study, we demonstrate that a single intramuscular injection of a recombinant adeno-associated virus (AAV) vector encoding mouse leptin (rAAV-leptin) in ob/ob mice leads to prevention of obesity and diabetes. The treated animals show normalization of metabolic abnormalities including hyperglycemia, insulin resistance, impaired glucose tolerance, and lethargy. The effects of a single injection have lasted through the 6-month course of the study. At all time points measured the circulating levels of leptin in the serum were similar to age-matched control C57 mice. These results demonstrate that maintenance of normal levels of leptin (2–5 ng/ml) in the circulation can prevent both the onset of obesity and associated non-insulin-dependent diabetes. Thus a single injection of a rAAV vector expressing a therapeutic gene can lead to complete and long-term correction of a genetic disorder. Our study demonstrates the long-term correction of a disease caused by a genetic defect and proves the feasibility of using rAAV-based vectors for the treatment of chronic disorders like obesity.

Hyposecretion of the adrenal androgen dehydroepiandrosterone sulfate and its relation to clinical variables in inflammatory arthritis

Hypothalamic–pituitary–adrenal underactivity has been reported in rheumatoid arthritis (RA). This phenomenon has implications with regard to the pathogenesis and treatment of the disease. The present study was designed to evaluate the secretion of the adrenal androgen dehydroepiandrosterone sulfate (DHEAS) and its relation to clinical variables in RA, spondyloarthropathy (Spa), and undifferentiated inflammatory arthritis (UIA). Eighty-seven patients (38 with RA, 29 with Spa, and 20 with UIA) were studied, of whom 54 were women. Only 12 patients (14%) had taken glucocorticoids previously. Age-matched, healthy women (134) and men (149) served as controls. Fasting blood samples were taken for determination of the erythrocyte sedimentation rate (ESR), serum DHEAS and insulin, and plasma glucose. Insulin resistance was estimated by the homeostasis-model assessment (HOMAIR). DHEAS concentrations were significantly decreased in both women and men with inflammatory arthritis (IA) (P < 0.001). In 24 patients (28%), DHEAS levels were below the lower extreme ranges found for controls. Multiple intergroup comparisons revealed similarly decreased concentrations in each disease subset in both women and men. After the ESR, previous glucocorticoid usage, current treatment with nonsteroidal anti-inflammatory drugs, duration of disease and HOMAIR were controlled for, the differences in DHEAS levels between patients and controls were markedly attenuated in women (P = 0.050) and were no longer present in men (P = 0.133). We concluded that low DHEAS concentrations are commonly encountered in IA and, in women, this may not be fully explainable by disease-related parameters. The role of hypoadrenalism in the pathophysiology of IA deserves further elucidation. DHEA replacement may be indicated in many patients with IA, even in those not taking glucocorticoids.

Serine phosphorylation of human P450c17 increases 17,20-lyase activity: implications for adrenarche and the polycystic ovary syndrome.

Microsomal cytochrome P450c17 catalyzes both steroid 17 alpha-hydroxylase activity and scission of the C17-C20 steroid bond (17,20-lyase) on the same active site. Adrenal 17 alpha-hydroxylase activity is needed to produce cortisol throughout life, but 17,20-lyase activity appears to be controlled independently in a complex, age-dependent pattern. We show that human P450c17 is phosphorylated on serine and threonine residues by a cAMP-dependent protein kinase. Phosphorylation of P450c17 increases 17,20-lyase activity, while dephosphorylation virtually eliminates this activity. Hormonally regulated serine phosphorylation of human P450c17 suggests a possible mechanism for human adrenarche and may be a unifying etiologic link between the hyperandrogenism and insulin resistance that characterize the polycystic ovary syndrome.

Ectopic expression of the agouti gene in transgenic mice causes obesity, features of type II diabetes, and yellow fur.

Mice that carry the lethal yellow (Ay) or viable yellow (Avy) mutation, two dominant mutations of the agouti (a) gene in mouse chromosome 2, exhibit a phenotype that includes yellow fur, marked obesity, a form of type II diabetes associated with insulin resistance, and an increased susceptibility to tumor development. Molecular analyses of these and several other dominant "obese yellow" a-locus mutations suggested that ectopic expression of the normal agouti protein gives rise to this complex pleiotropic phenotype. We have now tested this hypothesis directly by generating transgenic mice that ectopically express an agouti cDNA clone encoding the normal agouti protein in all tissues examined. Transgenic mice of both sexes have yellow fur, become obese, and develop hyperinsulinemia. In addition, male transgenic mice develop hyperglycemia by 12-20 weeks of age. These results demonstrate conclusively that the ectopic agouti expression is responsible for most, if not all, of the phenotypic traits of the dominant, obese yellow mutants.

Análise da microbiota intestinal em adultos com hábitos alimentares distintos e de associações com a inflamação e resistência à insulina

Introdução: A microbiota intestinal possui grande diversidade de bactérias, predominantemente dos filos Bacteroidetes e Firmicutes, com múltiplas funções. A alimentação pode alterar sua composição e função. Alto teor de gordura saturada altera a permeabilidade intestinal, eleva os lipopolissacarídeos e predispõe à inflamação subclínica crônica. Dieta rica em fibras, como a vegetariana, induz elevação de ácidos graxos de cadeia curta e benefícios metabólicos. Objetivos: Para analisar a composição da microbiota intestinal de adventistas com diferentes hábitos alimentares e associá-los à inflamação subclínica e resistência à insulina, esta tese incluiu: 1) revisão dos mecanismos que associam a alimentação à microbiota intestinal e ao risco cardiometabólico; 2) verificação da composição da microbiota intestinal segundo diferentes hábitos alimentares e de associações com biomarcadores de doenças cardiometabólicas; 3) avaliação da associação entre a abundância de Akkermansia muciniphila e o metabolismo da glicose; 4) análise da presença de enterótipos e de associações com características clínicas. Métodos: Este estudo transversal incluiu 295 adventistas estratificados segundo hábitos alimentares (vegetariano estrito, ovo-lacto-vegetariano e onívoro). Foram avaliadas associações com dados clínicos, bioquímicos e inflamatórios. O perfil da microbiota foi obtido por sequenciamento do gene 16S rRNA (Illumina® Miseq). Resultados: 1) Há evidências de que as relações entre dieta, inflamação, resistência à insulina e risco cardiometabólico são em parte mediadas pela composição da microbiota intestinal. 2) Vegetarianos apresentaram melhor perfil clínico quando comparados aos onívoros. Confirmou-se maior abundância de Firmicutes e Bacteroidetes, que não diferiram segundo a adiposidade corporal. Entretanto, vegetarianos estritos apresentaram mais Bacteroidetes, menos Firmicutes e maior abundância do gênero Prevotella quando comparados aos outros dois grupos de hábitos alimentares. Entre os ovo-lactovegetarianos verificou-se maior proporção de Firmicutes especialmente do gênero Faecalibacterium. Nos onívoros, houve super-representação do filo Proteobacteria (Succinivibrio e Halomonas) comparados aos vegetarianos. 3) Indivíduos normoglicêmicos apresentaram maior abundância de Akkermansia muciniphila que aqueles com glicemia alterada. A abundância desta bactéria correlacionou-se inversamente à glicemia e hemoglobina glicosilada. 4) Foram identificados três enterótipos (Bacteroides, Prevotella e Ruminococcaceae), similares àqueles previamente descritos. As concentrações de LDL-C foram menores no enterótipo 2, no qual houve maior frequência de vegetarianos estritos. Discussão: 1) Conhecimentos sobre participação da microbiota na fisiopatologia de doenças poderão reverter em estratégias para manipulá-la para promover saúde. 2) Apoia-se a hipótese de que hábitos alimentares se associam favorável ou desfavoravelmente a características metabólicas e inflamatórias do hospedeiro via alterações na composição da microbiota intestinal. Sugerimos que a exposição a alimentos de origem animal possa impactar negativamente nas proporções de comunidades bacterianas. 3) Sugerimos que a abundância da Akkermansia muciniphila possa participar do metabolismo da glicose. 4) Reforçamos que a existência de três enterótipos não deva ser específica de certas populações/continentes. Apesar de desconhecido o significado biológico destes agrupamentos, as correlações com o perfil lipídico podem sugerir sua utilidade na avaliação do risco cardiometabólico. Conclusões: Nossos achados fortalecem a ideia de que a composição da microbiota intestinal se altera mediante diferentes hábitos alimentares, que, por sua vez, estão associados a alterações nos perfis metabólicos e inflamatórios. Estudos prospectivos deverão investigar o potencial da dieta na prevenção de distúrbios cardiometabólicos mediados pela microbiota.

Participação da conexina 32 na fisiopatogênese da doença hepática gordurosa não alcoólica em camundongos

A doença hepática gordurosa não alcoólica (DHGNA) abrange alterações desde esteatose até esteato-hepatite não alcoólica (EHNA), podendo evoluir para fibrose, cirrose e carcinoma hepatocelular. A DHGNA é considerada a doença hepática mais comum na atualidade e com prevalência mundial alarmante. Esta doença caracteriza-se, basicamente, pela deposição de triglicérides nos hepatócitos, podendo evoluir com inflamação e fibrose, e está intimamente associada com resistência à insulina (RI), diabetes mellitus tipo 2 e obesidade. Os hepatócitos representam as principais células hepáticas e se comunicam através de junções do tipo gap, formadas principalmente por conexina 32 (Cx32). Esta proteína apresenta importante função no controle da homeostase tecidual, regulando processos fisiológicos e tem sido associada como agente protetor na hepatocarcinogênese e outros processos patológicos, porem pouco se sabe sobre sua participação na DHGNA. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a participação da Cx32 na fisiopatogênese da DHGNA, utilizando camundongos knockout para Cx32 (Cx32-KO) submetidos a uma dieta hiperlipídica deficiente em colina. Foram analisados dados biométricos, histopatológicos, função hepática, RI, citocinas inflamatórias, adipocinas, estresse oxidativo, peroxidação lipídica e a expressão de genes envolvidos na DHGNA. Os animais Cx32-KO apresentaram maior acumulo de triglicérides hepáticos em relação aos animais selvagens e, consequentemente, maior peso absoluto e relativo do fígado. Adicionalmente, apresentaram maior inflamação hepática demonstrado pela exacerbação da citocina TNF-α e supressão da IL-10, maior dano hepatocelular indicado pelo aumento das enzimas AST e ALT, aumento da peroxidação lipídica e alterações na expressão de genes chaves na fisiopatogênese da DHGNA, como SREBP1c. No entanto, não houve diferença nos marcadores histopatológicos, RI e estresse oxidativo hepático. Por fim, os animais Cx32-KO apresentaram maior produção de leptina e adiponectina no tecido adiposo. Todos esses resultados revelam que a Cx32 pode atuar como um agente protetor ao desenvolvimento da DHGNA, sugerindo seu potencial como novo alvo terapêutico

Sobrecarga e restrição de cloreto de sódio durante a gestação: repercussão sobre a estrutura cardíaca e renal no neonato

Introdução: Diversos estudos indicaram consequências de alterações na nutrição materna durante a gestação sobre a saúde da prole adulta, tais como: hipertensão, doenças cardiovasculares, resistência à insulina, diabete melito e doença renal. No entanto, a literatura é pobre em avaliações decorrentes de modificações nutricionais maternas sobre a prole logo após o nascimento. Métodos: Ratas Wistar durante o período gestacional foram alimentadas com dieta hipossódica (HO - 0,15% de NaCl), normossódica (NR - 1,3% de NaCl) ou hipersódica (HR - 8% de Na Cl). Após o nascimento, nas primeiras vinte e quatro horas foram coletados rins e coração dos neonatos machos e fêmeas (n=6- 8/grupo) para verificar as possíveis alterações na estrutura cardíaca e renal pelo método de estereologia. Também foi avaliada a expressão proteica e gênica dos componentes do sistema renina angiotensina (SRA) no coração e rins através do método ELISA indireto e RT-qPCR. Resultados: O peso ao nascimento foi menor em machos e fêmeas da prole de mães alimentadas com dieta hipossódica durante a gestação quando comparado NR e HR. Não houve diferença no volume renal, volume de seus compartimentos (córtex, medula e pelve) e número de glomérulos entre os grupos experimentais (HO, NR e HR). No entanto, o número de glomérulos foi maior em fêmeas comparado aos machos nos três grupos experimentais. O diâmetro transverso do núcleo dos cardiomiócitos no ventrículo esquerdo e no ventrículo direito de machos da prole HR foi maior do que na prole NR. A expressão proteica do receptor AT1 no rim de machos da prole foi menor no grupo HO do que no grupo NR e HR. A expressão proteica do receptor AT2 também foi menor em machos do grupo HO do que no grupo NR. Não houve diferença entre os grupos na expressão proteica dos receptores AT1 e AT2 no rim das fêmeas. Conclusão: O presente estudo detectou alterações na estrutura cardíaca de neonatos machos, mas não em neonatos fêmeas decorrentes de sobrecarga de sal durante a gravidez. As alterações observadas na expressão dos receptores AT1 e AT2 no rim de neonatos machos podem ser responsáveis por alterações na função renal

Mathematical modeling of drying process of unripe banana slices

Unripe banana flour (UBF) production employs bananas not submitted to maturation process, is an interesting alternative to minimize the fruit loss reduction related to inappropriate handling or fast ripening. The UBF is considered as a functional ingredient improving glycemic and plasma insulin levels in blood, have also shown efficacy on the control of satiety, insulin resistance. The aim of this work was to study the drying process of unripe banana slabs (Musa cavendishii, Nanicão) developing a transient drying model through mathematical modeling with simultaneous moisture and heat transfer. The raw material characterization was performed and afterwards the drying process was conducted at 40 ºC, 50 ºC e 60 ºC, the product temperature was recorded using thermocouples, the air velocity inside the chamber was 4 m·s-1. With the experimental data was possible to validate the diffusion model based on the Fick\'s second law and Fourier. For this purpose, the sorption isotherms were measured and fitted to the GAB model estimating the equilibrium moisture content (Xe), 1.76 [g H2O/100g d.b.] at 60 ºC and 10 % of relative humidity (RH), the thermophysical properties (k, Cp, ?) were also measured to be used in the model. Five cases were contemplated: i) Constant thermophysical properties; ii) Variable properties; iii) Mass (hm), heat transfer (h) coefficient and effective diffusivity (De) estimation 134 W·m-2·K-1, 4.91x10-5 m-2·s-1 and 3.278?10-10 m·s-2 at 60 ºC, respectively; iv) Variable De, it presented a third order polynomial behavior as function of moisture content; v) The shrinkage had an effect on the mathematical model, especially in the 3 first hours of process, the thickness experienced a contraction of about (30.34 ± 1.29) % out of the initial thickness, finding two decreasing drying rate periods (DDR I and DDR II), 3.28x10-10 m·s-2 and 1.77x10-10 m·s-2, respectively. COMSOL Multiphysics simulations were possible to perform through the heat and mass transfer coefficient estimated by the mathematical modeling.

Desnervação simpática renal e sua utilização no tratamento da hipertensão resistente : caso clínico

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

A vitamina D na diabetes mellitus tipo 2 : uma forma terapêutica a explorar

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014