Análise comparativa do reconhecimento celular de antígenos dos subgêneros de Leishmania na leishmaniose tegumentar americana

Células Mononucleares do sangue periférico (CMSP) oriundas de 28 pacientes que residem em áreas endêmicas para Leishmania braziliensis foram estudados. Destes, 10 encontravam-se na fase ativa da doença e 18 curados clinicamente para as lesões de leishmaniose. As células foram cultivadas frente à antígenos de 6 espécies de Leishmania: Leishmania: L. (V.) braziliensis (LbAg), L. (V.) guyanensis (LgAg), L. (V.) lainsoni (LlAg), L. (V.) naiffi (LnAg), L. (L.) amazonensis (LaAg), L. (L.) chagasi (LcAg) e antígeno de concanavalina A como mitógeno. Os resultados foram expressos em índices de estimulação (IE). Temendo uma possível degradação protéica, os antígenos foram preparados com PBS e com PBS tampão antiproteolítico e o perfil eletroforético foi analisado através de SDS-PAGE. Os sobrenadantes das culturas foram estocados para os ensaios de ELISA para detecção de IFN-γ. A análise do perfil eletroforético dos antígenos de diferentes espécies de Leishmania demonstrou um padrão distinto e heterogêneo e aparentemente, não foi observada degradação assim que os antígenos foram preparados e 10 meses de estoque. Entretanto bandas parecem ser compartilhadas entre as espécies, que podem estar associadas a uma conservação de antígenos entre as espécies de Leishmania. A resposta proliferativa dos linfócitos (RPL) dos pacientes da forma ativa foi mais intensa para LbAg (1710,3), seguido de LnAg (177,6), LaAg (16,89,8) e LlAg (1410,1), e menos intenso para LgAg (11,46,6). Quando os IE obtidos para LbAg foram comparadas com outras espécies observou-se diferenças para LgAg (p<0.004) e LlAg (p<0.03). Não foram encontrados diferenças no perfil protéico dos extratos antigênicos produzidos com e sem inibidores de protease. Os estímulos obtidos de CMSP de indivíduos curados clinicamente não demonstraram diferenças quando comparados com aqueles da fase ativa da doença. O índice de estimulação (médiadesvio padrão) frente estímulos antigênicos pouco variou entre as espécies: LbAg - 22,222,2, LnAg - 15,911,5, LgAg - 20,720,6, LlAg - 14,710,1, LaAg - 15,1114,5 e L. chagasi - 13,78). A produção de IFN-γ quantificada nos sobrenadantes das culturas frente aos antígenos totais e solúvel mostrou níveis da citocina mais elevados quando utilizou-se antígenos total de L. guyanensis (568,1544,5; mediana: 518,5 pg/mL) quando comparadas às outras espécies analisadas. Porém quando analisadas o antígeno solúvel, podemos observar que tanto para os antígenos da espécie L. braziliensis quanto para L. naiffi, a fração total obteve os maiores índices de estímulos quando comparadas com a fração solúvel. Estes estudos sugerem que há uma reatividade cruzada entre as espécies dos subgêneros Viannia e Leishmania.

Avaliação do padrão de resposta de imunoglobulinas em diferentes linhagens de camundongos frente à infecção por T.cruzi

Dissertação (Mestrado)

Quantificação das células estreladas ativadas / miofibroblastos e análise da apoptose das células do fígado durante a terapia celular na fibrose hepática em ratos

A fibrose hepática é o resultado de uma resposta cicatrizante frente a repetidas lesões no fígado, e é caracterizada pelo acúmulo excessivo de proteínas da matriz extracelular (MEC) no parênquima hepático, incluindo colágeno, fibronectina, elastina, laminina e proteoglicanos, com a participação de diferentes populações celulares do fígado. As principais células responsáveis pela síntese de proteínas da MEC na fibrose hepática são as células estreladas hepáticas ativadas e os miofibroblastos, que surgem após estímulo inflamatório e são caracterizadas pela expressão de alfa-actina de músculo liso (α-SMA). Sabe-se que durante a progressão da fibrose hepática, ocorre a morte de hepatócitos e sua substituição por células fibrogênicas α-SMA+. A apoptose dessas células fibrogênicas é de grande relevância para a regressão da fibrose e regeneração hepática. Nos últimos anos, a terapia com células tronco de medula óssea tem sido utilizada para estimular a regeneração hepática em diferentes modelos experimentais e protocolos clínicos. A fração mononuclear da medula óssea adulta possui duas populações de células-tronco importantes no tratamento de diversas doenças hepáticas: células-tronco hematopoiéticas e células-tronco mesenquimais. O objetivo deste estudo foi analisar a expressão de α-SMA e o processo de apoptose de células hepáticas durante a fibrose hepática induzida por ligadura do ducto biliar (LDB) e após o transplante de células mononucleares de medula óssea (CMMO). Os fígados foram coletados de ratos dos seguintes grupos: normal, 14 dias de LDB, 21 dias de LDB e animais que receberam CMMO após 14 dias de LDB, e foram analisados após 7 dias (totalizando 21 dias de LDB). Para quantificar a expressão de α-SMA por células fibrogênicas nos grupos experimentais, foi realizada imunoperoxidase para α-SMA, seguida de morfometria no programa Image Pro Plus. Para analisar a apoptose nas células hepáticas, foi realizada imunoperoxidase e Western Blotting (WB) para caspase-3 (proteína apoptótica) e imunofluorescência com dupla-marcação para caspase-3 e α-SMA, seguida de observação em microscópio confocal. Os resultados da quantificação de α-SMA por morfometria mostraram que a expressão de α-SMA aumentou significativamente 14 e 21 dias após a LDB. Entretanto, essa expressão diminuiu significativamente no grupo tratado com CMMO, que apresentou parênquima hepático mais preservado em relação ao grupo com 21 dias de LDB. Os resultados de imunoperoxidase, WB e microscopia confocal para expressão de caspase-3 demonstraram que essa proteína diminuiu nos animais fibróticos com 14 e 21 dias de LDB com relação ao grupo normal, e estava significativamente elevada no grupo tratado com CMMO. A análise por microscopia confocal demonstrou que algumas células coexpressaram α-SMA e caspase-3 nos animais tratados com CMMO, sugerindo a morte de células fibrogênicas e remodelamento do parênquima hepático.

Análise proteômica comparativa dos componentes da superfície celular e do secretoma de Aspergillus fumigatus

Aspergillus fumigatus é o principal agente etiológico da aspergilose invasiva, infecção fúngica oportunista com altas taxas de mortalidade afetando, principalmente, pacientes com neutropenia profunda e prolongada. Durante o processo de invasão e disseminação características desta infecção sistêmica, os conídios do fungo inalados e não eliminados pelas células do sistema imune inato diferenciam-se em hifas que, por sua vez, são angioinvasivas. Pouco se conhece sobre as moléculas da parede celular envolvidas na patogênese do A. fumigatus e/ou secretadas por este patógeno. Neste contexto, este trabalho procura ampliar o entendimento desta doença através do estudo de proteínas diferencialmente expressas na superfície de A. fumigatus durante a morfogênese. Foi utilizada uma abordagem proteômica e foram estudados extratos de superfície de células de A. fumigatus em diferentes estágios durante o processo de filamentação. Estas células foram denominadas, de acordo com o tempo de cultivo e a morfologia, como: TG6h (tubo germinativo), H12h ou H72h (hifas). As proteínas de superfície celular foram extraídas, a partir de células intactas, por tratamento brando com o agente redutor DTT (ditiotreitol). Observou-se que o perfil funcional das proteínas expressas por H12h e H72h foi similar, com exceção de proteínas relacionadas à resposta ao estresse, enquanto o perfil para TG6h apresentou diferenças significativas para vários grupos funcionais de proteínas quando comparado às hifas. Desta forma, foram realizados experimentos de proteômica diferencial entre tubo germinativo (TG6h) e a hifa madura (H72h), pela técnica de DIGE (differential gel electrophoresis). Os resultados revelaram que entre as proteínas diferencialmente expressas, aquelas relacionadas às vias de biossíntese e outras denominadas multifuncionais encontraram-se superexpressas em TG6h. Em relação às proteínas de resposta a estresse, observou-se que algumas HSPs eram mais expressas neste morfotipo, enquanto a MnSOD, relativa à resposta ao estresse oxidativo, era mais abundante na hifa. Com exceção da PhiA, integrante da parede celular, as proteínas identificadas como diferencialmente expressas na superfície do A. fumigatus não possuem sinal para secreção identificável, enquadrando-se nas proteínas atípicas de superfície. Foi verificada a integridade da membrana celular após tratamento com DTT, bem como a marcação por biotina das proteínas extraídas, o que comprovou sua localização superficial na célula fúngica. Hipóteses de que estas proteínas sejam endereçadas à parede celular por via secretória alternativa sustentam estes dados. Estas evidências foram confirmadas pelo fato de não terem sido encontradas as mesmas proteínas da superfície na análise do secretoma do A. fumigatus. Além disso, todas as proteínas caracterizadas no secretoma apresentavam sinal de secreção determinado pelo FunSecKB (www.proteomics.ysu.edu/secretomes/fungi.php). A análise do secretoma foi realizada utilizando-se a cepa selvagem AF293 e a mutante ∆prtT, mutante para um fator de transcrição que atua na regulação da secreção de proteases. Os resultados revelam a ALP1 como expressa na cepa selvagem, assim como outras proteases importantes para virulência e desenvolvimento da célula fúngica, estando suprimidas quando o gene prtT foi deletado.

Efeito da deficiência de tiamina sobre a inflamação, estresse oxidante e migração celular em modelo experimental de sepse

A sepse é uma condição de elevada letalidade muito frequente em pacientes graves e pode estar associada à deficiência de vitamina B1 ou tiamina. Sendo a tiamina fundamental para produção de energia, restauração do poder redutor e síntese de ribose e desoxirribose celulares, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da deficiência de tiamina sobre a resposta inflamatória, através da medida de interleucinas, o estresse oxidante, pela determinação do 4-hidróxi 2-nonenal (4-HNE) um produto de peroxidação de lipídeos de membrana e a migração celular em modelo experimental de sepse. Em um primeiro experimento foi determinada a concentração de pirofosfato de tiamina (PPT) no sangue de camundongos c57bl6 alimentados com ração completa e com ração deficiente em tiamina, para determinação do tempo necessário para a indução de deficiência dessa vitamina. Em um segundo experimento foi utilizada a ligadura e perfuração cecal (CLP) como modelo de sepse em quatro grupos: SHAM ração completa, SHAM ração deficiente em tiamina, CLP ração completa, CLP ração deficiente em tiamina. As concentrações de PPT no sangue foram determinadas por cromatografia líquida de alta eficiência. As dosagens séricas e no líquido peritoneal de TNF-α, IL-1β, IL-6, KC e MCP-1/CCL2 foram realizadas por ELISA. O nível de 4-hidroxi,2-nonenal (4-HNE) no fígado foi avaliado por Western Blot. Contagem de leucócitos no sangue e no líquido peritoneal foi feita por microscopia óptica. Foi avaliada a concentração de bactérias no líquido peritoneal. Nos animais alimentados com ração completa a concentração média de PPT foi 303 42,6 nM, e a deficiência de tiamina foi induzida após 10 dias de ingestão da ração pobre em tiamina, quando observou-se concentração de 12,5 2,4 nM. No lavado peritoneal dos animais submetidos à CLP e privados de tiamina observou-se nível significativamente maior de TNF-α e MCP-1. A IL-1β foi menor no sangue do mesmo grupo. A expressão de 4-HNE foi maior nos grupos privados de tiamina. Quanto à celularidade sanguínea, observou-se apenas maior contagem de mononucleares no grupo submetido à CLP e privado de tiamina. No líquido peritoneal, a contagem de leucócitos totais, mononuleares e monócitos foi mais elevada nos grupos CLP, mas sem relação com o tipo de dieta. No entanto, no líquido peritoneal o grupo CLP deficiente em tiamina revelou população bacteriana significativamente menor que o grupo alimentado com ração completa e os grupos sham. Concluiu-se que a deficiência de tiamina associou-se com aumento da morte bacteriana na cavidade peritoneal, aumento do estresse oxidante, e mudanças na resposta inflamatória. Palavras-chave: Tiamina. Sepse. Estresse oxidante. Inflamação. Modelo de sepse.A sepse é uma condição de elevada letalidade muito frequente em pacientes graves e pode estar associada à deficiência de vitamina B1 ou tiamina. Sendo a tiamina fundamental para produção de energia, restauração do poder redutor e síntese de ribose e desoxirribose celulares, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da deficiência de tiamina sobre a resposta inflamatória, através da medida de interleucinas, o estresse oxidante, pela determinação do 4-hidróxi 2-nonenal (4-HNE) um produto de peroxidação de lipídeos de membrana e a migração celular em modelo experimental de sepse. Em um primeiro experimento foi determinada a concentração de pirofosfato de tiamina (PPT) no sangue de camundongos c57bl6 alimentados com ração completa e com ração deficiente em tiamina, para determinação do tempo necessário para a indução de deficiência dessa vitamina. Em um segundo experimento foi utilizada a ligadura e perfuração cecal (CLP) como modelo de sepse em quatro grupos: SHAM ração completa, SHAM ração deficiente em tiamina, CLP ração completa, CLP ração deficiente em tiamina. As concentrações de PPT no sangue foram determinadas por cromatografia líquida de alta eficiência. As dosagens séricas e no líquido peritoneal de TNF-α, IL-1β, IL-6, KC e MCP-1/CCL2 foram realizadas por ELISA. O nível de 4-hidroxi,2-nonenal (4-HNE) no fígado foi avaliado por Western Blot. Contagem de leucócitos no sangue e no líquido peritoneal foi feita por microscopia óptica. Foi avaliada a concentração de bactérias no líquido peritoneal. Nos animais alimentados com ração completa a concentração média de PPT foi 303 42,6 nM, e a deficiência de tiamina foi induzida após 10 dias de ingestão da ração pobre em tiamina, quando observou-se concentração de 12,5 2,4 nM. No lavado peritoneal dos animais submetidos à CLP e privados de tiamina observou-se nível significativamente maior de TNF-α e MCP-1. A IL-1β foi menor no sangue do mesmo grupo. A expressão de 4-HNE foi maior nos grupos privados de tiamina. Quanto à celularidade sanguínea, observou-se apenas maior contagem de mononucleares no grupo submetido à CLP e privado de tiamina. No líquido peritoneal, a contagem de leucócitos totais, mononuleares e monócitos foi mais elevada nos grupos CLP, mas sem relação com o tipo de dieta. No entanto, no líquido peritoneal o grupo CLP deficiente em tiamina revelou população bacteriana significativamente menor que o grupo alimentado com ração completa e os grupos sham. Concluiu-se que a deficiência de tiamina associou-se com aumento da morte bacteriana na cavidade peritoneal, aumento do estresse oxidante, e mudanças na resposta inflamatória.

Estudo da resposta celular e apresentação antigênica dos fibrócitos na infecção por Leishmania (Leishmania) amazonensis

Os fibrócitos foram inicialmente identificados pelo seu recrutamento rápido para os tecidos lesionados e por atuar diretamente na resposta imune através do reconhecimento, apresentação antigênica e produção de citocinas e quimiocinas. Segundo Grab (2004) fibrócitos podem participar da resposta imune na leishmaniaose e por isso no presente estudo propomos analisar a resposta celular e apresentação antigênica dos fibrócitos na infecção por L. (L.) amazonensis. Para os experimentos in vivo camundongos C57BL/6 e knockout para o receptor TLR-2 foram inoculados na derme auricular com 105 formas promastigotas de L. (L.) amazonensis e 1, 7, 15 dias após a infecção as regiões de inóculo e os linfonodos foram retirados e processados para citometria de fluxo. Para os experimentos in vitro fibrócitos foram obtidos de mononucleares do sangue periférico de camundongos C57BL/6. Os fibrócitos foram avaliados quanto às suas características morfológicas e fenotípicas, infecção, expressão de MHC-II/B7-1/B7-2 e ativação de linfócitos T CD4+. As análises na região de inóculo mostraram o aumento no percentual de fibrócito na derme de camundongos após 15 dias de infecção tanto em animais C57BL/6 quanto em animais KO TLR-2. Neste sítio, os fibrócitos produziram citocinas e expressaram MHC-II, B7-1 e B7-2 podendo participar da resposta imune. As análises no linfonodo mostraram a existência de um alto percentual de fibrócitos nos animais controle, contudo, após infecção este percentual foi reduzido. Após infecção verificamos que os fibrócitos de animais WT C57BL/6 foram capazes de produzir as citocinas IL-4, IL-10 e IFN- durante o primeiro dia. Entretanto, na ausência de TLR-2 os fibrócitos presentes no linfonodo produziram TNF-α e IFN- que podem estar relacionadas com a ativação celular e aumento da capacidade de apresentação antigênica destas células durante a infecção. No linfonodo verificamos que os fibrócitos podem participar da apresentação antigênica após a infecção por L. (L.) amazonensis. Contudo, nos linfonodos de animais WT C57BL/6 observamos a redução significativa no percentual destas células expressando MHC-II e B7-1, o que pode estar relacionada a presença do TLR-2. Nos ensaios in vitro fibrócitos de camundongos C57BL/6 apresentaram alta capacidade endocítica, eliminaram os parasitas nas primeiras 24 horas de infecção, expressaram MHC-II/B7-1/B7-2 e foram capazes de ativar linfócitos T CD4+. Com isso, nossos resultados sugerem que os fibrócitos podem atuar na resposta celular e na apresentação antigênica durante a infecção por L. (L.) amazonensis, contudo estas funções podem ser moduladas pela participação do TLR-2 e pelo microambiente onde estes se encontram.

MicroRNAs in breast cancer progression and DNA damage response

Os tumores de mama são caracterizados pela sua alta heterogeneidade. O câncer de mama é uma doença complexa, que possui o seu desenvolvimento fortemente influenciado por fatores ambientais, combinada a uma progressiva acumulação de mutações genéticas e desregulação epigenética de vias críticas. Alterações nos padrões de expressão gênica podem ser resultado de uma desregulação no controle de eventos epigenéticos, assim como, na regulação pós-transcricional pelo mecanismo de RNA de interferência endógeno via microRNA (miRNA). Estes eventos são capazes de levar à iniciação, à promoção e à manutenção da carcinogênese, como também ter implicações no desenvolvimento da resistência à terapia Os miRNAs formam uma classe de RNAs não codificantes, que durante os últimos anos surgiram como um dos principais reguladores da expressão gênica, através da sua capacidade de regular negativamente a atividade de RNAs mensageiros (RNAms) portadores de uma seqüencia parcialmente complementar. A importância da regulação mediada por miRNAs foi observada pela capacidade destas moléculas em regular uma vasta gama de processos biológicos incluindo a proliferação celular, diferenciação e a apoptose. Para avaliar a expressão de miRNAs durante a progressão tumoral, utilizamos como modelo experimental a série 21T que compreende 5 linhagens celulares originárias da mesma paciente diagnosticada com um tumor primário de mama do tipo ErbB2 e uma posterior metástase pulmonar. Essa série é composta pela linhagem obtida a partir do tecido normal 16N, pelas linhagens correspondentes ao carcinoma primário 21PT e 21NT e pelas linhagens obtidas um ano após o diagnóstico inicial, a partir da efusão pleural no sítio metastatico 21MT1 e 21MT2. O miRNAoma da série 21T revelou uma redução significativa nos níveis de miR-205 e nos níveis da proteina e-caderina e um enriquecimento do fator pró-metastático ZEB-1 nas células 21MT. Considerando a importância dos miRNAs na regulação da apoptose, e que a irradiação em diferentes espectros é comumente usada em procedimentos de diagnóstico como mamografia e na radioterapia, avaliamos a expressão de miRNAs após irradiação de alta e baixa energia e do tratamento doxorrubicina. Para os ensaios foram utilizados as linhagens não tumorais MCF-10A e HB-2 e as linhagens de carcinoma da mama MCF-7 e T-47D. Observou-se que raios-X de baixa energia são capazes de promover quebras na molécula do DNA e apoptose assim como, alterar sensivelmente miRNAs envolvidos nessas vias como o let-7a, miR-34a e miR-29b. No que diz respeito à resposta a danos genotóxicos, uma regulação positiva sobre a expressão de miR-29b, o qual em condições normais é regulado negativamente foi observada uma regulação positiva sobre miR-29b expressão após todos os tratamentos em células tumorais. Nossos resultados indicam que miR-29b é um possível biomarcador de estresse genotóxico e que miR-205 pode participar no potencial metastático das células 21T.

Evaluation of the matabolic response of osteosarcoma cells to conventional and new anticancer drugs by NMR metabolomics

The main scope of this work was to evaluate the metabolic effects of anticancer agents (three conventional and one new) in osteosarcoma (OS) cells and osteoblasts, by measuring alterations in the metabolic profile of cells by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy metabolomics. Chapter 1 gives a theoretical framework of this work, beginning with the main metabolic characteristics that globally describe cancer as well as the families and mechanisms of action of drugs used in chemotherapy. The drugs used nowadays to treat OS are also presented, together with the Palladium(II) complex with spermine, Pd2Spm, potentially active against cancer. Then, the global strategy for cell metabolomics is explained and the state of the art of metabolomic studies that analyze the effect of anticancer agents in cells is presented. In Chapter 2, the fundamentals of the analytical techniques used in this work, namely for biological assays, NMR spectroscopy and multivariate and statistical analysis of the results are described. A detailed description of the experimental procedures adopted throughout this work is given in Chapter 3. The biological and analytical reproducibility of the metabolic profile of MG-63 cells by high resolution magic angle spinning (HRMAS) NMR is evaluated in Chapter 4. The metabolic impact of several factors (cellular integrity, spinning rate, temperature, time and acquisition parameters) on the 1H HRMAS NMR spectral profile and quality is analysed, enabling the definition of the best acquisition parameters for further experiments. The metabolic consequences of increasing number of passages in MG-63 cells as well as the duration of storage are also investigated. Chapter 5 describes the metabolic impact of drugs conventionally used in OS chemotherapy, through NMR metabolomics studies of lysed cells and aqueous extracts analysis. The results show that MG-63 cells treated with cisplatin (cDDP) undergo a strong up-regulation of lipid contents, alterations in phospholipid constituents (choline compounds) and biomarkers of DNA degradation, all associated with cell death by apoptosis. Cells exposed to doxorubicin (DOX) or methotrexate (MTX) showed much slighter metabolic changes, without any relevant alteration in lipid contents. However, metabolic changes associated with altered Krebs cycle, oxidative stress and nucleotides metabolism were detected and were tentatively interpreted at the light of the known mechanisms of action of these drugs. The metabolic impact of the exposure of MG-63 cells and osteoblasts to cDDP and the Pd2Spm complex is described in Chapter 6. Results show that, despite the ability of the two agents to bind DNA, the metabolic consequences that arise from exposure to them are distinct, namely in what concerns to variation in lipid contents (absent for Pd2Spm). Apoptosis detection assays showed that, differently from what was seen for MG-63 cells treated with cDDP, the decreased number of living cells upon exposure to Pd2Spm was not due to cell death by apoptosis or necrosis. Moreover, the latter agent induces more marked alterations in osteoblasts than in cancer cells, while the opposite seemed to occur upon cDDP exposure. Nevertheless, the results from MG-63 cells exposure to combination regimens with cDDP- or Pd2Spm-based cocktails, described in Chapter 7, revealed that, in combination, the two agents induce similar metabolic responses, arising from synergy mechanisms between the tested drugs. Finally, the main conclusions of this thesis are summarized in Chapter 8, and future perspectives in the light of this work are presented.

Oxidation and glycoxidation of phosphatidylserine and their effect in immune response : a lipidomic approach

Phosphatidylserine (PS) is a member of the class of phospholipids, and is distributed among all cells of mammalians, playing important roles in diverse biological processes, including blood clotting and apoptosis. When externalized, PS is a ligand that is recognized on apoptotic cells. It has been considered that before externalization PS is oxidized and oxPS enhance the recognition by macrophages receptors, however the knowledge about oxidation of PS is still limited. PS, like others phospholipids, has two fatty acyl chains and one polar head group, in this case is the amino acid serine. The modifications in PS structure can occur by oxidation of the unsaturated fatty acyl chains and by glycation of the polar head group, due to free amine group, thus increasing the susceptibility to oxidative events. The main goal of this work was to characterize and identify oxidized and glycoxidized PS, contributing to the knowledge of the biological role of oxidation products of PS, as well as of glycated PS, in immune and inflammatory processes. To achieve this goal, PS standards (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phospho- L-serine (POPS), 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phospho-L-serine (DPPS), 1- palmitoyl-2-linoleoyl-sn-glycero-3-phospho-L-serine (PLPS) and 1-palmitoyl-2- arachidonoyl-sn-glycero-3-phospho-L-serine (PAPS)) and glycated PS (PAPS and POPS) were induced to oxidize in model systems, using different oxidant reagents: HO• and 2,2'-azobis-2-methyl-propanimidamide dihydrochloride (AAPH) . The detailed structural characterization of the oxidative products was performed by ESI-MS and MS/MS coupled to separation techniques such as off line TLC-MS and on line LC-MS, in order to obtained better characterization of the larger number of PS and glycated PS oxidation products. The results obtained in this work allowed to identify several oxidation products of PS and glycated PS with modifications in unsaturated fatty acyl chain. Also, oxidation products formed due to structural changes in the serine polar head with formation of terminal acetamide, terminal hydroperoxyacetaldehyde.and terminal acetic acid (glycerophosphacetic acid, GPAA) were identified. The mass spectrometric specific fragmentation pathway of each type of oxidation product was determined using different mass spectrometry approaches. Based on the identified fragmentation pathways, targeted lipidomic analysis was performed to detect oxidation products modified in serine polar head in HaCaT cell line treated with AAPH. The GPAA was detected in HaCaT cells treated with AAPH to induce oxidative stress, thus confirming that modifications in PS polar head is possible to occur in biological systems. Furthermore, it was found that glycated PS species are more prone to oxidative modifications when compared with non glycated PS. During oxidation of glycated PS, besides the oxidation in acyl chains, new oxidation products due to oxidation of the glucose moiety were identified, including PS advanced glycation end products (PSAGES). To investigate if UVA oxidative stress exerted changes in the lipidome of melanoma cell lines, particularly in PS profile, a lipidomic analysis was performed. The lipid profile was obtained using HILIC-LC-MS and GC-MS analysis of the total lipid extracts obtained from human melanoma cell line (SKMEL- 28) after UVA irradiation at 0, 2 and 24 hours. The results did not showed significant differences in PS content. At molecular level, only PS (18:0:18:1) decreased at the moment of irradiation. The most significant changes in phospholipids content occurred in phosphatidylcholines (PC) and phosphatidylinositol (PI) classes, with an increase of mono-unsaturated fatty acid (MUFA), similarly as observed for the fatty acid analysis. Overall, these data indicate that the observed membrane lipid changes associated with lipogenesis after UVA exposure may be correlated with malignant transformations associated with cancer development and progression. Despite of UVA radiation is associated with oxidative damage, in this work was not possible observe oxidation phospholipids. The anti/pro-inflammatory properties of the oxidized PLPS (oxPLPS) versus non-oxidized PLPS were tested on LPS stimulated RAW 264.7 macrophages. The modulation of intracellular signaling pathways such as NF-kB and MAPK cascades by oxPLPS and PS was also examined in this study. The results obtained from evaluation of anti/pro-inflammatory properties showed that neither PLPS or oxPLPS species activated the macrophages. Moreover only oxidized PLS were found to significantly inhibit NO production and iNOS and il1β gene transcription induced by LPS. The analysis at molecular level showed that this was the result of the attenuation of LPS-induced c-Jun-N-terminal kinase (JNK) and p65 NF-kB nuclear translocation. Overall these data suggest that oxPLPS, but not native PLPS, mitigates pro-inflammatory signaling in macrophages, contributing to containment of inflammation during apoptotic cell engulfment. The results obtained in this work provides new information on the modifications of PS, facilitating the identification of oxidized species in complex samples, namely under physiopathologic conditions and also contributes to a better understanding of the role of oxPS and PS in the inflammatory response, in the apoptotic process and other biological functions.

Effect of high CO2 and ocean acidification on photosynthesis and response to oxidative stress in seagrasses

Climate change scenarios comprise significant modifications of the marine realm, notably ocean acidification and temperature increase, both direct consequences of the rising atmospheric CO2 concentration. These changes are likely to impact marine organisms and ecosystems, namely the valuable seagrass-dominated coastal habitats. The main objective of this thesis was to evaluate the photosynthetic and antioxidant responses of seagrasses to climate change, considering CO2, temperature and light as key drivers of these processes. The methodologies used to determine global antioxidant capacity and antioxidant enzymatic activity in seagrasses were optimized for the species Cymodocea nodosa and Posidonia oceanica, revealing identical defence mechanisms to those found in terrestrial plants. The detailed analysis and identification of photosynthetic pigments in Halophila ovalis, H.stipulacea, Zostera noltii, Z marina, Z. capricorni, Cymodocea nodosa and Posidonia oceanica, sampled across different climatic zones and depths, also revealed a similarity with terrestrial plants, both in carotenoid composition and in the pigment-based photoprotection mechanisms. Cymodocea nodosa plants from Ria Formosa were submitted to the combined effect of potentially stressful light and temperature ranges and showed considerable physiological tolerance, due to the combination of changes in the antioxidant system, activation of the VAZ cycle and accumulation of leaf soluble sugars, thus preventing the onset of oxidative stress. Cymodocea nodosa plants living in a naturally acidified environment near submarine volcanic vents in Vulcano Island (Italy) showed to be under oxidative stress despite the enhancement of the antioxidant capacity, phenolics concentration and carotenoids. Posidonia oceanica leaves loaded with epiphytes showed a significant increase in oxidative stress, despite the increase of antioxidant responses and the allocation of energetic resources to these protection mechanisms. Globally, the results show that seagrasses are physiologically able to deal with potentially stressful conditions from different origins, being plastic enough to avoid stress in many situations and to actively promote ulterior defence and repair mechanisms when under effective oxidative stress.

Contribution to fundamental aspects of biophysics, radiobiology, and modeling of cellular response to low radiation doses

Tese de doutoramento, Engenharia Biomédica e Biofísica, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

Macrophages as biomarkers in BCG treatment response in bladder cancer

Bladder cancer is a common urologic cancer and the majority has origin in the urothelium. Patients with intermediate and high risk of recurrence/progression bladder cancer are treated with intravesical instillation with Bacillus Calmette-Guérin, however, approximately 30% of patients do not respond to treatment. At the moment, there are no accepted biomarkers do predict treatment outcome and an early identification of patients better served by alternative therapeutics. The treatment initiates a cascade of cytokines responsible by recruiting macrophages to the tumor site that have been shown to influence treatment outcome. Effective BCG therapy needs precise activation of the Th1 immune pathway associated with M1 polarized macrophages. However, tumor-associated macrophages (TAMs) often assume an immunoregulatory M2 phenotype, either immunosuppressive or angiogenic, that interfere in different ways with the BCG induced antitumor immune response. The M2 macrophage is influenced by different microenvironments in the stroma and the tumor. In particular, the degree of hypoxia in the tumors is responsible by the recruitment and differentiation of macrophages into the M2 angiogenic phenotype, suggested to be associated with the response to treatment. Nevertheless, neither the macrophage phenotypes present nor the influence of localization and hypoxia have been addressed in previous studies. Therefore, this work devoted to study the influence of TAMs, in particular of the M2 phenotype taking into account their localization (stroma or tumor) and the degree of hypoxia in the tumor (low or high) in BCG treatment outcome. The study included 99 bladder cancer patients treated with BCG. Tumors resected prior to treatment were evaluated using immunohistochemistry for CD68 and CD163 antigens, which identify a lineage macrophage marker and a M2-polarized specific cell surface receptor, respectively. Tumor hypoxia was evaluated based on HIF-1α expression. As a main finding it was observed that a high predominance of CD163+ macrophage counts in the stroma of tumors under low hypoxia was associated with BCG immunotherapy failure, possibly due to its immunosuppressive phenotype. This study further reinforces the importance the tumor microenvironment in the modulation of BCG responses.

Terapia celular com células mesenquimais por via intracoronária: contributos do estudo invasivo da microcirculação coronária

RESUMO: Introdução - A utilização de células e das suas propriedades para o tratamento das doenças cardiovasculares, é uma promessa para o futuro e talvez a única forma de ultrapassar algumas das insuficiências das terapêuticas atuais. A via de entrega das células mais utilizada na investigação tem sido a intracoronária, ganhando a microcirculação especial relevância, por ser onde ocorre a primeira interação com o tecido nativo. As células estaminais mesenquimais (CEM) têm propriedades que as tornam particularmente aptas para a Terapia Celular, mas as suas dimensões, superiores ao diâmetro dos capilares, tem motivado controvérsia quanto à sua entrega intracoronária. A cardiologia de intervenção tem atualmente técnicas que permitem a avaliação em tempo real e in vivo do estado da microcirculação coronária. A determinação do índice da resistência da microcirculação (IRM) fornece informação sobre a circulação dos pequenos vasos, de forma independente da circulação coronária e do estado hemodinâmico, mas a aplicabilidade clínica deste conhecimento encontra-se ainda por definir. Objectivos Esclarecer o potencial do IRM no estudo dos efeitos do transplante de CEM por via intracoronária. População e Métodos . Estudo pré-clínico com modelo animal (suíno) desenvolvido em 3 fases. Na Primeira Fase foram utilizados 8 animais saudáveis para estudar e validar a técnica de determinação de estudo da microcirculação. Efetuou-se a determinação do IRM com duas doses diferentes de papaverina para a indução da resposta hiperémica máxima (5 e 10 mg) e após a disfunção da microcirculação com injeção intracoronária de microesferas de embozene com 40 μm de diâmetro. Na Segunda Fase foram utilizados 18 animais saudáveis, randomizados em grupo controlo e grupo recetor de 30 x 106 CEM por via intracoronária. Foram avaliados de forma cega o IRM, a pressão aórtica, o fluxo coronário epicárdico e a ocorrência de alterações electrocardiográficas. Na Terceira Fase foram utilizados 18 animais, com enfarte agudo do miocárdio provocado (EAM), randomizados em grupo controlo, grupo recetor de CEM expandidas de forma convencional e grupo recetor de CEM expandidas com metodologia inovadora e de menores dimensões. Foi realizada uma exploração da dose/efeito com infusão faseada de 10 x 106, 15 x 106 e 20 x 106 CEM, com determinação do IRM, da pressão aórtica, do fluxo coronário epicárdico e da ocorrência de alterações eletrocardiográficas. Quatro semanas após a entrega das células foi novamente avaliado o IRM e foi efetuado o estudo anatomopatológico dos animais na procura de evidência de neoangiogénese e de regeneração miocárdica, ou de um efeito positivo da resposta reparadora após o enfarte. Resultados Nas 3 fases todos os animais mantiveram estabilidade hemodinâmica e eletrocardiográfica, com exceção da elevação de ST de V1-V3 verificada após a injeção das microesferas. Na Primeira Fase as duas doses de papaverina induziram uma resposta hiperémica eficaz, sem tradução com significado na determinação do IRM (variação da pressão distal de - 11,4 ± 5 e de - 10,6± 5 mmHg com as doses de 5 e 10 mg respetivamente (p=0,5). Com a injeção das microesferas o IRM teve uma elevação média de 310 ± 190 %, para um valor médio de 41,3 ± 16 U (p = 0,001). Na Segunda Fase não houve diferenças significativas dos parâmetros hemodinâmicos, do fluxo epicárdico e da avaliação eletrocardiográfica entre os dois grupos. O IRM de base foi semelhante e após a infusão intracoronária observou-se uma elevação expressiva do IRM nos animais que receberam células em comparação com o grupo controlo (8,8 U ± 1 vs. 14,2 U ± 1,8, P=0,02) e quanto ao seu valor de base (aumento de 112%, p=0,008). Na terceira Fase não houve novamente diferenças significativas dos parâmetros hemodinâmicos, do fluxo epicárdico e da avaliação eletrocardiográfica entre os três grupos. Houve uma elevação do IRM nos animais que receberam células a partir da 2ª dose (72% nas células convencionai e 108% nas células inovadoras) e que se manteve com a 3ª dose (100% nas células convencionais e 88% nas inovadoras) com significado estatístico em comparação com o grupo controlo (p=0,034 com a 2ªdose e p=0,024 com a 3ª dose). Quatro semanas após a entrega das CEM observou-se a descida do IRM nos dois grupos que receberam células, para valores sobreponíveis aos do grupo controlo e aos valores pós-EAM. Na avaliação anatomopatológica e histológica dos corações explantados não houve diferenças entre os três grupos. Conclusões O IRM permite distinguir alterações da microcirculação coronária motivadas pela entrega intracoronária de CEM, na ausência de alterações de outros parâmetros clínicos da circulação coronária utilizados em tempo real. As alterações do IRM são progressivas e passíveis de avaliar o efeito/dose, embora não tenha sido possível determinar diferenças com os dois tipos de CEM. No nosso modelo a injeção intracoronária não se associou a evidência de efeito benéfico na reparação ou regeneração miocárdica após o EAM.---------------------------- ABSTRACT: ABSTRACT Introduction The use of cells for the treatment of cardiovascular disease is a promise for the future and perhaps the only option to overcome some of the shortcomings of current therapies. The strategy for the delivery of cells most often used in current research has been the intracoronary route and due to this microcirculation gains special relevance, mainly because it is the first interaction site of transplanted cells with the native tissue. Mesenchymal stem cells (MSC) have properties that make them suitable for Cell Therapy, but its dimensions, larger than the diameter of capillaries, have prompted controversy about the safety of intracoronary delivery. The interventional cardiology currently has techniques that allow for real-time and in vivo assessment of coronary microcirculation state. The determination of the index of microcirculatory resistance index (IMR) provides information about small vessels, independently of the coronary circulation and hemodynamic status, but the clinical applicability of this knowledge is yet to be defined. Objectives To clarify the potential use of IMR in the study of the effects of MSC through intracoronary transplantation. Population and Methods Preclinical study with swine model developed in three phases. In Phase One 8 healthy animals were used to study and validate the IMR assessment in our animal model. IMR was assessed with two different doses of papaverine for inducing the maximal hyperaemic response (5 and 10 mg) and microcirculation dysfunction was achieved after intracoronary injection with embozene microspheres with 40 μm in diameter. In Phase Two we randomized 18 healthy animals divided between the control group and the one receiving 30 x 106 MSC through an intracoronary infusion. There we blindly evaluated IMR, the aortic pressure, the epicardial coronary flow and the occurrence of ECG changes. In Phase Three we used 18 animals with a provoked acute myocardial infarction (AMI), randomized into a control group, a MSC expanded conventionally receiver group and a MSC expanded with an innovative methodology receiver group. There was a stepwise infusion with doses of 10 x 106, 15 x 106 and 20 x 106 MSC with determination of IMR, the aortic pressure, the epicardial coronary flow and occurrence of electrocardiographic abnormalities. Four weeks after cell delivery we again measured the IMR and proceeded with the pathological study of animals in the search for evidence of neoangiogenesis and myocardial regeneration, or a positive effect in the reparative response following the infarction. Results All animals remained hemodynamically stable and with no electrocardiographic abnormalities, except for the ST elevation in V1-V3 observed after injection of the microspheres. In Phase One the two doses of papaverine achieved an hyperemic and effective response without significant differences in IMR (variation of the distal pressure -11.4 ± 5 and -10.6 ± 5 mmHg with the doses of 5 and 10 mg respectively (p = 0.5). With the injection of the microspheres the IMR had an average increase of 310 ± 190% for an average value of 41.3 ± 16 U (p = 0.001). In the second phase there were no significant differences in hemodynamic parameters, epicardial flow and electrocardiographic assessment between the two groups. The baseline IMR was similar and after intracoronary infusion there was a significant increase in animals receiving cells compared with the control group (8.8 ± U 1 vs. 14.2 ± 1.8, p = 0.02) and with their baseline (112% increase, p = 0.008). In the third phase again there were no significant differences in hemodynamic parameters, the epicardial flow and electrocardiographic evaluation between the three groups. There was a significant increase in IMR in animals that received cells from the 2nd dose (72% in conventional cells and 108% in the innovative cells) that remained with the 3rd dose (100% in conventional cells and 88% in the innovative) with statistical significance compared with the control group (p = 0.034 with 2nd dose, p = 0.024 with 3rd dose). Four weeks after delivery of the MSC we observed the fall of the IMR in the two groups that received cells with values overlapping those of the control group. In pathological and histological evaluation of removed hearts there were no differences among the three groups. Conclusions The IMR allows for the differentiation of changes in coronary microcirculation motivated by intracoronary delivery of MSC in the absence of modification in other clinical parameters. IMR changes are progressive and enable the evaluation of the effect / dose, though it has not been possible to determine differences in the two types of MSC. In our model, intracoronary injection of MSC was not associated with evidence of repair or myocardial regeneration after AMI.

Respuesta de las células HeLa y EA.hy926 al estrés por hipoxia y radiación ionizante a través de la vía JAK/STAT y la supervivencia celular

El comportamiento biológico de las células cancerosas es influenciado por el microambiente en el que se desarrollan y en este, factores como la angiogénesis o el estímulo de agentes estresores como la hipoxia, se han considerado críticos para su evolución y manejo terapéutico. Uno de los mecanismos moleculares implicados en la respuesta celular frente a estímulos estresores es la activación de vías de señalización intracelulares; en este estudio, se evaluó el estado de la vía JAK/STAT y en ella la expresión/activación de la proteína STAT3 en la línea tumoral (HeLa) y endotelial (EA.hy926), sometidas a hipoxia física y química con mesilato de deferoxamina durante 2, 6 y 24 horas. Adicionalmente, al considerar la importancia de la hipoxia como un agente modificador de la respuesta en el manejo del cáncer utilizando radiaciones ionizantes, se construyeron curvas de supervivencia celular que permitieron evaluar el comportamiento celular frente a estos estímulos. El presente estudio resalta la importancia de la hipoxia como un estímulo que modifica la activación de la proteína STAT3 y la supervivencia de células irradiadas en las dos líneas estudiadas.

Adesão, proliferação e genotoxicidade celular de celulose bacteriana modificada por plasma

Bacterial cellulose (BC) has a wide range of potential applications, namely as temporary substitute skin in the treatment of skin wounds, such as burns, ulcers and grafts. Surface properties determine the functional response of cells, an important factor for the successful development of biomaterials. This work evaluates the influence of bacterial cellulose surface treatment by plasma (BCP) on the cellular behavior and its genotoxicity potential. The modified surface was produced by plasma discharge in N2 and O2 atmosphere, and the roughness produced by ion bombardment characterized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Cell adhesion, viability and proliferation on BCP were analysed using crystal violet staining and the 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyl-tetrazolium (MTT) method. Genotoxicity was evaluated using the comet and cytokinesis block micronucleus assay. The results show that the plasma treatment changed surface roughness, producing an ideal cell attachment, evidenced by more elongated cell morphology and improved proliferation. The excellent biocompatibility of BCP was confirmed by genotoxicity tests, which showed no significant DNA damage. The BCP has therefore great potential as a new artificial implant