Pyruvate kinase and glucose-6-phosphate dehydrogenase deficies and their association with malaria - population genetics and proteomic studies

A malária é reconhecida como uma das principais forças selectivas a actuar na história recente no genoma humano. Inúmeros polimorfismos genéticos têm sido descritos como protectores contra a gravidade da malária, como o alelo HbS (designado de traço falciforme) e o alelo G6PD A- (associado à deficiência de G6PD). Mais recentemente, também a deficiência de PK foi associada com a protecção contra a malária. Evidências desta associação foram obtidas em estudos com modelos de roedor e estudos in vitro utilizando GV humanos deficientes em PK. Até à data, não foram obtidos dados em populações humanas que revelem esta associação: ainda não foi identificada uma variante de PK com uma prevalência elevada em regiões endémicas de malária e não foram identificadas marcas de selecção na região do gene que codifica para a PK (gene PKLR). Além disso, os mecanismos subjacentes à protecção contra a malária por deficiências enzimáticas dos GV não estão bem esclarecidos. Assim, os objectivos do presente estudo foram: investigar os polimorfismos genéticos humanos com associação com a malária em Cabo Verde; pesquisar marcas de selecção da malária na região do gene PKLR em populações Africanas; determinar a frequência da deficiência em PK e identificar uma eventual variante da enzima que possa estar sob selecção positiva em regiões endémicas de malária; avaliar o efeito das duas deficiências enzimáticas (PK e G6PD) na invasão e maturação do parasita em culturas in vitro de Plasmodium usando GV normais e deficientes; e analisar o perfil proteómico de GV infectados e não infectados, normais e com deficiência (em PK e G6PD), bem como de parasitas isolados de GV tanto deficientes como normais. Em Cabo Verde (área epidémica), não foram identificadas marcas de selecção pela malária, através da análise dos vários polimorfismos. No entanto, quando a análise foi realizada em dois países endémicos (Angola e Moçambique), foram detectadas várias marcas de selecção: a genotipagem de microssatélites (STRs) e polimorfismos de base única (SNPs) localizados na vizinhança do gene PKLR revelou uma diferenciação consideravelmente maior entre as populações Africana e Europeia (Portuguesa), do que a diferenciação determinada aquando da utilização de marcadores genéticos neutros. Além disso, uma região genómica de maior amplitude apresentou um Desequilíbrio de Ligação (LD) significativo no grupo de malária não grave (e não no grupo de malária grave), sugerindo que a malária poderá estar a exercer pressão selectiva sobre a região do genoma humano que envolve o gene PKLR. No estudo que incidiu na determinação da prevalência da deficiência de PK no continente Africano (realizado em Moçambique), esta revelou-se elevada - 4,1% - sendo o valor mais elevado descrito até ao momento a nível mundial para esta enzimopatia. Na pesquisa de mutações que pudessem estar na causa deste fenótipo (baixa actividade de PK), foi identificada uma mutação não sinónima 829G>A (277Glu>Lys), significativamente associada à baixa actividade enzimática. Esta mutação foi também identificada em Angola, São Tomé e Príncipe e Guiné Equatorial, onde a frequência de portadores heterozigóticos foi entre 2,6 e 6,7% (valores que se encontram entre os mais elevados descritos globalmente para mutações associadas à deficiência em PK). Não foi possível concluir acerca da associação entre a deficiência de PK e o grau de severidade da malária e da associação entre o alelo 829A e a mesma, devido ao baixo número de amostras. Os resultados dos ensaios de invasão/maturação do parasita sugeriram que, nos GV com deficiência de PK ou G6PD, a invasão (onde está envolvida a membrana do GV hospedeiro e o complexo apical do parasita) é mais relevante para a eventual protecção contra a malária do que a maturação. Os resultados da análise proteómica revelaram respostas diferentes por parte do parasita nas duas condições de crescimento (GV com deficiência de PK e GV com deficiência de G6PD). Esta resposta parece ser proporcional à gravidade da deficiência enzimática. Nos parasitas que cresceram em GV deficientes em G6PD (provenientes de um indivíduo assintomático), a principal alteração observada (relativamente às condições normais) foi o aumento do número de proteínas de choque térmico e chaperones, mostrando que os parasitas responderam às condições de stress oxidativo, aumentando a expressão de moléculas de protecção. Nos parasitas que cresceram em condições de deficit de PK (GV de indivíduo com crises hemolíticas regulares, dependente de transfusões sanguíneas), houve alteração da expressão de um maior número de proteínas (relativamente ao observado em condições normais), em que a maioria apresentou uma repressão da expressão. Os processos biológicos mais representados nesta resposta do parasita foram a digestão da hemoglobina e a troca de proteínas entre hospedeiro e parasita/remodelação da superfície do GV. Além disso, uma elevada percentagem destas proteínas com expressão alterada está relacionada com as fendas de Maurer, que desempenham um papel importante na patologia da infecção malárica. É colocada a hipótese de que a protecção contra a malária em GV deficientes em PK está relacionada com o processo de remodelação da membrana dos GV pelo parasita, o que pode condicionar a invasão por novos parasitas e a própria virulência da malária. Os resultados da análise do proteoma dos GV contribuirão para confirmar esta hipótese.

Caracterização preliminar da bioenergética do efluxo pelo sistema AcrAB-TolC EM Escherichia Coli

A resistência aos antibióticos em bactérias Gram-negativas pode ser aumentada pela extrusão de antibióticos através de sistemas de efluxo. Em Escherichia coli, o principal sistema de efluxo é o AcrAB-TolC o qual tem como principal fonte energética a força proto-motriz. Este trabalho pretendeu estudar alguns aspectos essenciais da bioenergética na actividade de efluxo de E. coli usando três estirpes bem caracterizadas genotipica e fenotipicamente. Foi utilizado um método fluorimétrico semi-automático no qual a fluorescência do fluorocromo brometo de etídeo, substrato de bombas de efluxo foi seguida, permitindo a medição em tempo real da actividade de efluxo e acumulação de fluorocromo (inibição do efluxo). A utilização de brometo de etídeo é particularmente vantajosa pois emite baixa fluorescência no exterior da célula bacteriana tornando-se extremamente fluorescente no seu interior. Este método é uma nova aplicação do termociclador em tempo real RotorGeneTM 3000 que permite o cálculo da cinética de transporte reflectindo o balanço entre acumulação de substrato por difusão passiva através da membrana e a sua extrusão/efluxo, proporcionando uma detecção rápida e económica de inibidores de efluxo. Os resultados obtidos mostram, para todas as estirpes, que a GLU e o pH afectam a acumulação e o efluxo do brometo de etídeo. De todos os inibidores de vias biossintéticas testados, o ortovanadato de sódio, foi o que demonstrou maior actividade inibitória, a qual é revertida na presença de GLU. Em conclusão, este estudo mostra que a actividade de efluxo de E. coli depende não só da fosforilação oxidativa por via da força proto-motriz mas também da energia proveniente da hidrólise de ATP pelas ATPases. O ortovanadato de sódio tem potencial para ser um novo inibidor de bombas de efluxo de largo espectro. A tecnologia utilizada neste trabalho demonstrou ser apropriada para a caracterização bioenergética da actividade de bombas de efluxo e permite a selecção de novos inibidores de bombas de efluxo em bactérias.

Estudo de interações proteína-carbohidrato em sistemas bacterianos

Bacillus subtilis tem a capacidade de utilizar arabinoligossacáridos presentes na parede das células vegetais, através de um consórcios de enzimas envolvidas na hidrólise enzimática dos mesmos. A captação destes carbohidratos por parte do Bacillus subtilis depende de dois transportadores membranares AraE e AraNPQ-MsmX. Após a captação de L-arabinose e arabinoligossacáridos, estes substratos serão metabolizados pelos produtos enzimáticos codificados por genes pertencentes ao operão responsável pela metabolização de arabinose araABDLMNPQabfA. Neste operão, para além dos genes responsáveis pelo transportador AraNPQ, o gene araL determina a síntese de uma enzima com atividade de fosfatase, AraL, que tem putativamente como principal função a destoxificação de intermediários metabólicos fosforilados, em situações particulares. O objectivo deste trabalho consistiu em descobrir quais os determinantes moleculares envolvidos em ambos os processos de reconhecimento molecular, ora o reconhecimento de arabinoligossacáridos por parte da AraN, do ponto de vista dos carbohidratos ora de carbohidratos fosforilados do ponto de vista da AraL. Para elucidar estes processos de reconhecimento molecular proteína-carbohidrato foi utilizada a técnica de RMN, modelação computacional e mutagénese dirigida. No primeiro capitulo são introduzidos conceitos fundamentais para a percepção da ação de ambas as proteínas (AraN e AraL), no organismo Bacillus subtilis. O segundo capitulo, refere-se ao estudo dos mecanismos envolvidos no reconhecimento proteína-carbohidrato através da técnica de STD-RMN para estudar interações do ponto de vista do carbohidrato, bem como abordagens bioinformáticas tais como alinhamentos de sequencia primária e dockings moleculares, para identificar resíduos do ponto de vista da proteína passiveis de se encontrarem envolvidos no reconhecimento molecular, que numa última instância são mutados para se confirmar a sua relevância no processo de reconhecimento molecular do ponto de vista da proteína. Neste capitulo é demonstrado que a AraN é responsável pelo reconhecimento de arabinoligossacáridos e celoligossacáridos. No que diz respeito aos primeiros, a AraN reconhece preferencialmente arabinoligossacáridos com três subunidades, verificando-se a perda de saturação na subunidade não redutora da arabinotetraose. O processo de reconhecimento molecular apresenta uma constante de dissociação com uma ordem de grandeza na ordem dos μM. Do ponto de vista da proteína são identificados resíduos (W253, Y254 e Y54) putativos de se encontrarem também eles envolvidos no reconhecimento molecular do ponto de vista da AraN através de interações CHstacking. Finalmente no terceiro capitulo, é apresentada a optimização da sobrexpressão da AraL, dado que numa primeira fase a sua produção ocorria sob a forma de corpos de inclusão. Para tal são descritas metodologias de solubilização e renaturação da mesmas, com recurso a agentes caotrópicos (ureia e GmdCl) e detergentes (SDS).

Pesquisa de assinaturas de selecção de malária na região do gene humano TPI (triosefosfato isomerase)

A malária continua a ser a maior causa de doença e mortalidade no Mundo, sobretudo no continente Africano. Das cinco espécies do parasita causador de malária em humanos, Plasmodium falciparum é a mais letal. Em termos evolutivos a malária é um fenómeno recente com cerca de 10 000 anos, período onde tem atuado como importante pressão seletiva no genoma humano, contribuindo para a seleção de inúmeros polimorfismos que propiciam maior resistência ao protozoário parasita. Apesar da interação entre o parasita e o hospedeiro ser foco de inúmeros estudos, é bastante complexa e ainda está longe de ser totalmente compreendida, nomeadamente os fatores de suscetibilidade/resistência à infeção ou à doença. Este estudo teve como principal objetivo contribuir para o estudo dos polimorfismos eritrocitários associados à proteção contra a infeção malárica grave, centrando-se no gene TPI que codifica uma enzima glicolítica. Foi selecionada uma amostra populacional Africana (Moçambique) agrupada de acordo com a gravidade da doença (grupos clínicos). Fez-se o rastreio dos exões do gene TPI por SSCP, na busca de alterações no padrão de migração dos produtos amplificados, indiciadores de alterações na sequência nucleotídica que pudessem ser assinaturas de eventuais efeitos evolutivos exercidos pela malária; caracterizaram-se as variantes do promotor do gene TPI: -5A>G, -8G>A e -24T>G; e analisou-se o polimorfismo intrónico 2262 situado no intrão 5. Esta análise permitiu identificar o polimorfismo -8G>A como possível marcador associado à proteção contra a malária, observando-se diferenças estatisticamente significativas entre doentes com malária grave e não-grave [P = 0,032; OR = 0,230 (CI95%: 0,049-1,081)], quando associado ao haplótipo -5G/-8A/2262G. Através de um estudo de microssatélites nas regiões adjacentes ao gene TPI, estimou-se a antiguidade dos polimorfismos -5G>A e -8G>A, tendo-se obtido a idade de ~20 mil anos e ~14 mil anos, respetivamente. Ao nível bioquímico, o polimorfismo -8G>A poderá estar associado à acumulação celular de metilglioxal citotóxico, um potente inibidor da proliferação parasitária.

Caracterização bioquímica de metaloproteinases de parasitas tripanosomatídeos

A identificação e caracterização de processos mediados por metaloproteinases de uma grande variedade de eucariotas está a avançar rapidamente, tanto a nível molecular como celular – e os muitos papéis que as proteases desempenham nestes organismos estão a ser trazidas para o foco. As metaloproteinases de matriz executam tarefas de ―housekeeping” comuns a muitos organismos, bem como funcionam a um nível muito mais específico no ciclo de vida dos parasitas, por exemplo. Papéis pivotais foram propostos em diferentes processos, como invasão e egressão de células, enquistação e desenquistação, catabolismo de proteínas, diferenciação, progressão do ciclo celular, citoaderência, e ainda estimulação e evasão ao sistema imune. No presente estudo, é feito o reconhecimento e a caracterização de metaloproteinases de dois diferentes extractos de parasitas protozoários: Trypanosoma brucei brucei e Leishmania infantum. A classificação de metaloproteases foi obtida a partir da inibição diferencial da actividade destas proteases sobre diferentes substratos (gelatina e caseína), tendo sido efectuada uma prospecção de inibidores selectivos com potencial para serem empregues em novas estratégias de quimioterâpeutica contra estes agentes. Adicionalmente, é feito um estudo bioinformático sobre uma metaloproteinase comum aos parasitas aqui abordados, alargando o estudo a outros organismos relacionados. Os resultados obtidos demonstram a presença de metaloproteinases capazes de degradar proteínas de matriz em ambos os extractos estudados, sendo possível inibir a sua actividade com concentrações relativamente moderadas de inibidores. Além disso, sugerem que em todos os eventos patológicos abordados neste estudo, a presença de metaloproteinases activas é estável no seu ciclo de vida e provavelmente na progressão da patologia provocada pelos diferentes agentes em estudo. A análise de todos os resultados e observações poderá possivelmente levar à identificação e integração de elementos comuns nos processos de invasão celular e progressão parasitária aqui abordados. Por essa razão, a compreensão destas interacções permanece um desafio importante.

Bionanoconjugados catalíticos de tirosinase e nanopartículas de ouro

O presente estudo teve como principal objetivo a preparação de bionanoconjugados de Tirosinase e nanopartículas de ouro (AuNPs) com a finalidade de observar alterações positivas da atividade enzimática relativamente à enzima livre em solução, a partir da determinação dos respetivos parâmetros cinéticos. A atividade específica da tirosinase foi determinada com tirosina, L-3,4-dihidroxifenilalanina (L-DOPA) e 4-metilcatecol, tendo este último sido escolhido como substrato a utilizar no decorrer do restante trabalho experimental devido ao maior número de unidades específicas determinado para este substrato, bem como devido à menor concentração de enzima necessária para a realização dos ensaios. Os ensaios cinéticos com variação da temperatura e pH permitiram concluir que a 30 oC e a pH 6,5 a tirosinase é mais ativa. Os bionanoconjugados foram preparados incubando tirosinase de um dia para o outro com AuNPs. Três diferentes agentes de revestimento foram usados nos estudos: AuNPs sintetizadas revestidas por citrato, funcionalizadas com ácido 11-mercaptoundecanóico (MUA) e funcionalizadas com pentapéptido CALNN. Diferentes razões molares de tirosinase : AuNPs foram estudadas e, apesar da baixa reprodutibilidade dos resultados, os mais consistentes foram obtidos para a razão molar de 120. A conjugação da tirosinase com AuNPs aumentou a afinidade para o substrato e também a eficiência catalítica, em todos os bionanoconjugados, sendo que os melhores resultados foram observados para AuNPs funcionalizadas com CALNN, aumentando cerca de 48% a eficiência catalítica relativamente à tirosinase na sua forma livre em solução. As AuNPs funcionalizadas com citrato apresentaram maior consistência de resultados relativamente ao aumento da velocidade inicial da reacção. A modelação computacional da tirosinase a pH 6,5 revelou que a carga superficial da enzima é maioritariamente negativa, dificultando a adsorção na superfície das AuNPs, podendo esta ocorrer em regiões de maior carga positiva localizadas na subunidade L ou englobando regiões da subunidade H.

Design e fabrico de novos eléctrodos impressos em papel para desenvolvimento de biossensores enzimáticos com aplicações biomédicas

Num mundo em crescente evolução é necessário tentar melhorar as condições de saúde global. Um factor importante para a prevenção e tratamento de doenças é o seu correcto diagnóstico. Uma vez que nem todos os países têm a mesma capacidade económica, existe a necessidade de se criar testes rápidos e baratos que possam ser acessíveis no mundo inteiro. Os point-of-care tests, como é o caso dos biossensores de glucose vastamente utilizados na monitorização da diabetes, apresentam uma solução para este problema. Os biossensores impressos em papel, em particular, são uma ferramenta que pode vir a ser muito útil na construção destes testes rápidos tornando-os mais “amigos do ambiente” e reduzindo os seus custos. O objectivo deste trabalho foi desenvolver biossensores enzimáticos, de segunda geração, impressos em papel e baseados na enzima glucose oxidase, para a detecção da glucose. Inicialmente foi feito um estudo de possíveis mediadores a utilizar, tendo-se escolhido o ferroceno por apresentar um limite de detecção adequado, ter apresentado um valor de potencial de redução relativamente baixo, 0.232 V vs pseudo ref. Ag/AgCl, ser um composto fácil de obter e com custos reduzidos. Os dispositivos baseiam-se em canais microfluídicos, eléctrodos e ligações eléctricas fabricadas em substrato de papel, utilizando as técnicas de impressão a cera, screen printing e inkjet printing. O circuito constituinte destes dispositivos foi feito recorrendo a tintas condutoras, sendo que, à tinta utilizada para o eléctrodo de trabalho foi incorporado o ferroceno. Sobre o eléctrodo de trabalho foi impressa glucose oxidase, utilizando a técnica de inkjet printing. Os eléctrodos fabricados apresentaram resposta à glucose, muito embora com baixa reprodutibilidade, podendo esta ser causada pela falta de controlo na preparação dos mesmos (manufactura manual e variabilidade da viscosidade da pasta usada no eléctrodo de trabalho). A técnica de inkjet printing em enzimas é ainda muito recente, existindo ainda alguns aspectos, como o seu efeito na actividade da enzima, que não foram avaliados neste projecto, mas que no futuro deverão ser estudados. Podemos concluir que, os eléctrodos deram uma resposta electroquímica consistente à adição de glucose, 8 mM- 30 mM, sendo que os mesmos foram reconhecidos no glucómetro comercial TRUETrackTM blood glucometer; no entanto, os valores de corrente dos dispositivos estavam abaixo do limite de detecção do instrumento.

Caracterização do papel dos genes TYMS e MTR no desenvolvimento de Cancro Colo-Rectal

RESUMO: O cancro colo-rectal (CCR) é um dos cancros que possui maior taxa de mortalidade a nível mundial. Em Portugal esta patologia é responsável pela morte de cerca de 3700 pessoas por ano, sendo que estes números aumentam de ano para ano. Ao longo das últimas décadas o papel das alterações genéticas na etiologia das patologias oncológicas tem vindo a ter cada vez mais um maior destaque. O número de estudos que avaliam a importância de polimorfismos, mutações, alterações na regulação génica e interacções entre genes no desenvolvimento destas patologias tem aumentado exponencialmente. Com o aumento do conhecimento da forma como estas alterações influenciam o desenvolvimento do cancro surgiram os primeiros meios de diagnóstico genético, levando assim a uma alteração da forma como são encarados o diagnóstico e a prevenção destas doenças. No CCR as formas hereditárias com alterações genéticas inequivocamente identificadas representam apenas 5% dos casos. Existem cerca de 25% que representam formas hereditárias para as quais ainda não foram estabelecidos os padrões de alterações genéticas subjacentes. Desta forma, estudos que venham contribuir para um maior conhecimento dos mecanismos moleculares responsáveis pelo aumento da susceptibilidade dos indivíduos para o desenvolvimento de CCR são extremamente importantes. O CCR é uma patologia multifactorial, onde factores genéticos interagem com factores ambientais no surgimento e desenvolvimento da doença. Assim, torna-se essencial integrar o estudo das alterações genéticas no contexto ambiental onde os indivíduos em estudo se encontram. No caso desta patologia um dos principais factores ambientais estudado é a nutrição. Vários estudos têm sido realizados ao longo dos últimos anos de forma a compreender como pode a ingestão dos nutrientes influenciar o desenvolvimento de CCR e de que forma interage com as alterações genéticas individuais. O ciclo do folato é um dos processos metabólicos onde o papel da nutrição em interacção com alterações genéticas mais tem sido estudado nos últimos anos. Deste cruzamento entre o estudo das alterações genéticas e ambientais surge a Nutrigenética. O conjunto de estudos da presente tese tem como objectivo aumentar o conhecimento do papel das alterações em genes do ciclo do folato, em interacção com factores nutricionais e de estilo de vida, não só no desenvolvimento de CCR, mas também de outra patologia do tracto gastrointestinal, a Doença de Crohn (DC), uma doença inflamatória muitas vezes associada como factor de risco para o desenvolvimento de CCR. Este estudo debruçou-se essencialmente no estudo dos genes timidilato sintetase (TYMS) e metionina sintetase (MTR) em populações com CCR e DC, bem como no padrão nutricional destas populações com particular incidência nos nutrientes envolvidos no ciclo do folato (folato, metionina, vitamina B6, vitamina B12). Analisando o conjunto de resultados obtidos para os estudos do CCR podemos concluir que quer a TYMS quer a MTR possuem um papel relevante na susceptibilidade para desenvolver esta patologia, assim como têm destaque no funcionamento do ciclo celular durante o processo oncogénico. Os resultados demonstram que os factores que levam a uma menor disponibilidade de grupos metil no ciclo de folato (baixos níveis de folato, alteração da actividade de MTR, elevada expressão de TYMS) constituem factores de risco, muito provavelmente por contribuírem para uma desregulação dos níveis de metionina disponível para a metilação do DNA da célula. Demonstram ainda que em células tumorais ocorrem alterações na regulação do ciclo do folato de forma a favorecer a síntese de DNA em detrimento da metilação do mesmo, alterando para isso a expressão dos genes de forma a que o fluxo de grupos metil provenientes do folato sejam encaminhados para a enzima TYMS. O polimorfismo de deleção 6pb da TYMS surge como um factor de diagnóstico e de prognóstico de CCR para a população portuguesa. Dos factores nutricionais analisados apenas o folato aparenta ter um papel relevante na modelação do risco de desenvolver CCR. Na doença de Crohn (DC) podemos verificar que a homocisteína e o seu metabolismo poderão contribuir para o aparecimento e desenvolvimento da patologia. O aumento da homocisteína poderá ser o responsável por um aumento da resposta auto-imune do organismo, promovendo o aparecimento da DC. O polimorfismo A2756G MTR desempenha um papel preponderante como factor de diagnóstico da DC, tendo sido associado pela primeira vez a esta patologia. Tem também um papel importante no desenvolvimento da doença, uma vez que está associado a uma idade de diagnóstico mais baixa, sugerindo assim que o desenvolvimento da doença ocorre de forma mais precoce. Concluindo, com este estudo pensamos ter contribuído para um melhor entendimento do papel do ciclo do folato no desenvolvimento de CCR e DC, sendo um ponto de partida para futuras investigações que possam revelar cada vez melhor as complexas interacções metabólicas desta via e a sua influência nas patologias estudadas. Do nosso estudo destacamos a importância de uma análise global das várias etapas do ciclo do folato para que se possa compreender a dinâmica que se estabelece no desenvolvimento destas patologias, podendo diversas alterações, quer a nível genético quer a nível nutricional, exercerem efeitos diferentes consoante o estado dos restantes intervenientes do ciclo do folato. Acreditamos que no futuro este estudo permitirá que o conhecimento do ciclo do folato tenha cada vez mais uma relevância fundamental a nível de diagnóstico e terapêutica destas patologias.------------ ABSTRACT: Colorectal Cancer (CRC) is one of the cancers that have a higher rate of mortality worldwide. In Portugal this pathology is responsible for the deaths of about 3700 people per year, and these numbers increase each year. Over the past few decades the role of genetic changes in the etiology of oncological pathologies has had an increasingly greater emphasis. The number of studies that evaluate the importance of polymorphisms, mutations, changes in gene regulation and gene interactions in the development of these diseases has increased exponentially. With the increased knowledge of how these changes influence the development of cancer, appeared the first means for genetic diagnostic, leading to a change in the way diagnosis is seen and in the prevention of these diseases. In CRC the hereditary forms with clearly identified genetic changes represent only 5% of cases. There are about 25% representing hereditary forms for which the patterns of genetic changes haven’t been established. In this way, studies that will contribute to a greater understanding of the molecular mechanisms responsible for increased susceptibility of individuals to the CRC development are extremely important. CRC is a multifactorial pathology, where genetic factors interact with environmental factors in the emergence and development of the disease.Thus, it is essential to integrate the study of genetic changes in the environmental context of the individuals under study. In the case of this pathology one of the main environmental factors studied is nutrition. Several studies have been conducted over the past few years in order to understand how the intake of nutrients can influence the development of CRC and how nutrients interact with the individual genetic changes. The folate cycle is one of the metabolic processes where the role of nutrition in interaction with genetic alterations has been studied in recent years. This cross between the study of genetic and environmental changes developed Nutrigenetics. The set of studies of this thesis aims to increase awareness of the role of changes in genes of the folate cycle, in interaction with nutritional factors and lifestyle, not only in the development of CRC, but also of another pathology of the gastrointestinal tract, Crohn's disease (CD), an inflammatory disease often associated as a risk factor for the development of CRC. This study dealt mainly in the study of genes thymidylate synthase (TYMS) and methionine synthase (MTR) in populations with CRC and CD, as well as in the nutritional pattern of these populations with particular focus on nutrients involved in the folate cycle (folate, methionine, vitamin B6, vitamin B12). Analyzing the results obtained for the CRC studies we conclude that either the MTR TYMS have a relevant role in susceptibility to develop this pathology, and have an important role in the functioning of the cell cycle during oncogenesis. The results show that the factors that lead to a lower availability of methyl groups in folate cycle (low levels of folate, change the activity of MTR, high expression of TYMS) constitute risk factors, most likely by contribute to a dysregulation of methionine levels available for DNA methylation of the cell. Our results also demonstrate that in tumor cells occur changes in the regulation of the folate cycle in order to promote the synthesis of DNA, to the detriment of methylation of the same by changing the expression of genes so that the methyl groups from folate are forwarded to the TYMS enzyme reaction. The deletion polymorphism 6bp of TYMS emerges as a diagnostic and prognostic factor of CCR for the Portuguese population. Nutritional factors analyzed only folate appears to have a major role in modulating the risk of developing CCR.In Crohn’s disease (CD) we can check that homocysteine and its metabolism may contribute to the emergence and development of this pathology. Increased homocysteine may be responsible for an increase in the body's autoimmune response, promoting the emergence of CD. The polymorphism A2756G MTR plays a leading role as a factor of diagnosis of DC, having been associated with this pathology for the first time. It also has an important role in the development of the disease, since it is associated with a lower diagnostic age, suggesting that the development of the disease occurs earlier. In conclusion, our study has contributed to a better understanding of the role of folate cycle in the development of CRC and CD, being a starting point for future research that may prove increasingly complex metabolic interactions in this via and its influence on the pathologies studied. In our study we highlight the importance of a comprehensive analysis of the various steps of the folate cycle in order to understand the dynamics that settles in the development of these pathologies, and a number of amendments, whether at the genetic level or at the nutritional level, exercise different effects depending on the stage of the remaining participants in the folate cycle. We believe that in the future this study will allow the knowledge of folate cycle to have increasingly a fundamental relevance at the level of diagnosis and treatment of these diseases.

Desenvolvimento de novas ferramentas analíticas para a monitorização da actividade da Paraoxonase 1 em amostras de plasma humano

Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), as doenças cardiovasculares (DCV) são a principal causa de morte nos países desenvolvidos. Há uma necessidade urgente de métodos eficazes para a detecção precoce de doenças cardiovasculares, devido à falta de factores de risco convencionais. Os níveis elevados de homocisteína (Hcy) no sangue, homocisteinemia, são um factor de risco independente bem estabelecido para DCV. De acordo com alguns autores, a conversão metabólica de Hcy no metabolito tóxico Hcy-Tl e subsequente N-homocisteinilação de proteínas induz a agregação e a formação de amiloide, contribuindo assim para a alterações próaterogénicas no sistema cardiovascular. A enzima associada à lipoproteína de alta densidade (HDL), paraoxonase 1 (PON1), é capaz de hidrolisar o metabolito tóxico Hcy-Tl de volta a Hcy no soro humano, como observado em estudos recentes que indicam o papel de patogénese em DCV da hPON1. As paraoxonases de soro (PON1, PON2 e PON3) são hidrolases dependentes de cálcio, que pertencem a uma família de enzimas que exibem propriedades antioxidantes e anti-inflamatórias. Foram identificadas três actividades catalíticas principais para PON1: (i) actividade paraoxonase, que corresponde à conversão hidrolítica de paraoxon em p-nitrofenol e a dietil fosfato, (ii) a actividade arilesterase que promove a hidrólise de ésteres aromáticos, e a (iii) actividade de lactonase, que catalisa a hidrólise de Hcy a Hcy-Tl, sendo considerada a actividade principal da PON1. Vários estudos têm relacionado estas actividades enzimáticas a diversas patologias, o que sugere a sua potencial utilidade no diagnóstico clínico. Neste trabalho pretende-se desenvolver um novo método electroquímico para a detecção fácil do substrato e produto resultantes da hidrólise enzimática de paraoxon pela hPON1. Utilizando uma célula electroquímica constituída por um eléctrodo de referência Ag /AgCl., um contra-eléctrodo de Pt e um electrodo de trabalho de carbono vítreo, o paraoxon e p-nitrofenol foram detectados simultaneamente por voltametria de onda quadrada, numa janela de potencial de [-0,3;-1,2] V. Os resultados dos ensaios com a enzima testada a pH 7,6 e 37°C, na presença de paraoxon e utilizando plasma humano como uma fonte de PON1 serão discutidos. Usando a mesma composição de célula electroquímica, Hcy e Hcy-Tl foram estudados utilizando diferentes interfaces e tipos de tratamento para testar a melhor maneira possível de detecção das duas espécies na mesma experiência electroquímica.

Avaliação dos efeitos da actividade enzimática e das condições ambientais no escurecimento em preparados de morango e estratégias para a sua minimização

O objetivo do trabalho consistiu no estudo de modificações de cor verificadas em sumos de morango fabricados e comercializados pela Sumol+Compal. Neste contexto, procedeu-se a ensaios de colorimetria e foram implementados e utilizados protocolos experimentais para a determinação do teor e da qualidade do pigmento em massas de morango e para a avaliação dos mecanismos de escurecimento enzimático e não enzimático em amostras submetidas a diferentes condições de processamento. Adicionalmente, foi feita a identificação dos compostos voláteis em massa de morango sem e com tratamento térmico usando cromatografia em fase gasosa. Em paralelo fizeram-se ensaios preliminares para o desenvolvimento se um novo produto feito a partir de um subproduto do fabrico dos sumos. Executou-se, finalmente, uma sessão de análise sensorial de um novo preparado de morango. Foi observado que o tipo de tratamento térmico influencia diretamente a cor e que diminui a actividade polifenoloxidase, mas sem inactivar a enzima; quanto à avaliação dos compostos voláteis, a amostra sem tratamento contém mais componentes voláteis do que a amostra submetida a tratamento térmico. A análise sensorial do preparado feito a partir do reaproveitamento do subproduto do fabrico do sumo de morango, que foi apresentado pela primeira vez aos consumidores, teve uma boa aceitação.

Sistemas bacterianos competentes em biotransformação humana para estudos mecanísticos e toxicológicos

Devido às limitações de sistemas in vitro atuais, existe uma necessidade de modelos celulares especializados em mimetizar propriamente a biotransformação humana. Além da aplicação destes novos sistemas na avaliação e estudo de toxicidade químicos, estes sistemas permitem o uso em estudos funcionais e mecanísticos de enzimas de biotransformação humanas. Nesta dissertação é abordado o desenvolvimento de modelos celulares competentes em enzimas de biotransformação humanas, aplicado na avaliação de um dos principais metabolitos do fármaco antirretroviral Nevirapina (NVP), como também num estudo mecanístico do importante fator proteico na biotransformação humana, a NADPH citocromo P450 oxido-redutase (CPR). NVP é frequentemente usado no tratamento de HIV-1 e tem sido associado a efeitos adversos como lesões hepáticas e erupções cutâneas severas. Evidências apontam ao envolvimento de citocromos P450 e subsequente sulfonação por sulfotransferases na formação de metabolitos reativos. Contudo, testes padrão in vitro não demonstraram evidências de mutagenicidade ou clastogenicidade. Neste estudo, utilizando uma estirpe de S. typhimurium, competente na expressão controlável e estável de sulfotransferase 1A1 (SULT1A1) humana, demonstrou-se mutagenicidade de 12-hidroxi-NVP dependente de SULT1A1. A enzima CPR está envolvida nas principais reações de biotransformação de xenobióticos, além de interagir com outras proteínas importantes com funções celulares importantes. O mecanismo pelo qual CPR doa eletrões aos seus parceiros redox não é completamente claro. Foi desenvolvido um sistema de E. coli para ser aplicado em estudos mecanísticos sobre a doação de eletrões de CPR. Este novo sistema co expressa CPR e hemeoxigenase I (HO-1) humanas, que depende importantemente de CPR, sendo sustentada por sete eletrões doados por cada ciclo enzimático. As condições de cultura foram otimizadas para níveis de expressão CPR/HO-1 aproximados à estequiometria verificada em humanos. Este modelo células foi aplicado no desenvolvimento de um ensaio de cinética de HO-1, focando-se em vários parâmetros para a sua otimização.

Clinical practice guidelines in Portugal : quantitative and qualitative evaluation

RESUMO: Introdução As normas de orientação clínica são ferramentas úteis na translação de conhecimentos desde a investigação para a prática clínica diária. Estratégias ativas de implementação de normas de orientação clínica requerem elevado esforço organizacional e financeiro. Quando os recursos são escassos, as estratégias passivas podem ser a única opção de disseminação. Desde 2011 a Direção Geral da Saúde publicou cento e cinquenta e nove normas de orientação clínica. Nesta Tese é feita uma avaliação do impacto que estratégias de disseminação de normas de orientação clínica têm no padrão de prescrição dos médicos e uma avaliação qualitativa do processo das normas de orientação clínica em Portugal. Métodos: O primeiro artigo é um estudo quasi experimental usando uma série de análises temporais interrompida para comparar os níveis observados e esperados de prescrição de inibidores da ciclooxigenasa-2, antes e depois da publicação da norma de orientação clínica sobre a utilização de anti-inflamatórios não esteroides. O segundo estudo é um artigo de opinião e debate no qual numa primeira parte contextualiza o processo das normas da Direcção Geral da Saúde, na segunda parte aponta virtudes e defeitos no processo e a terceira parte constitui uma contribuição com vista à melhoria do processo. Discussão A produção de normas de orientação clínica requer metodologia rigorosa e complexa. A literatura médica revela que a translação de conhecimento é uma tarefa árdua. Estratégias de implementação ativas requerem recursos financeiros e organizacionais sólidos. Estratégias de implementação passivas podem representar uma solução aceitável se os recursos financeiros e organizacionais escasseiam. Pouco é conhecido sobre a eficácia destas estratégias fora do contexto de investigação. Com esta Tese pretendo contribuir para a clarificação desta resposta, outros países e instituições podem ver utilidade nesta informação, bem como pretendo contribuir para a discussão e melhoria do processo das normas de orientação clínica em Portugal. ------------------ ABSTRACT: Introduction Clinical practice guidelines can help address the failure to translate research findings into clinical practice. Active clinical practice guidelines implementation strategies require active efforts from organizations and are resource and financially demanding. Passive implementation strategies may represent the only option if resources are scarce. Out of research environment, real world efficacy of passive implementation strategies is still undetermined. Since 2011 the Portuguese General Health Directorate published one hundred and fifty nine guidelines. In this Thesis I evaluate the impact of passive dissemination of clinical practice guideline in clinician’s prescription behavior and review, from a qualitative point of view, the Portuguese clinical practice guideline process. Methods The first study is a quasi-experimental study using a retrospective interrupted time-series analysis design to compare the observed and expected prescription of cyclooxygenase-2 before and after the non steroidal antiinflammatory guideline publication. The second study is an opinion and debate article in which I firstly review the General Health Directorate guideline process. The second part states positive and negative aspects in the process and the third part is a contribution aimed at improving the process in the future. Discussion Clinical practice guidelines production demands a rigorous and complex methodology. medical iterature reveals that knowledge translation is a difficult task. Active implementation strategies demand solid financial and organizational resources. Passive implementation strategies may represent an acceptable solution if financial and organizational resources are scarce. Little is known about the efficacy of these strategies out of the research context. With this Thesis I intend to contribute to clarify this question, other countries and institutions with similar conditions may find this information useful, and also to contribute for the discussion and general improvement of national clinical practice guidelines process.

Complexos Organometálicos: caracterização preliminar de compostos de vanádio e de moléculas libertadoras de CO como potenciais fármacos

Vários complexos metálicos têm sido explorados visando uma melhoria de atuais tratamentos das mais variadas doenças. Os compostos de vanádio apresentam uma capacidade de mimetizar a ação da insulina, insurgindo-se assim como uma aposta no tratamento da doença Diabetes mellitus. O monóxido de carbono (CO), outrora visto como apenas um agente tóxico, atualmente é explorado pelas suas capacidades anti-inflamatórias, tendo-se desenvolvido moléculas libertadoras de CO, os CORMs, de modo a tirar partido dos seus efeitos biológicos. Com vista a determinar a formação de aductos entre os complexos organometálicos de vanádio e diferentes proteínas e caracterizar o tipo de interação estabelecida recorreu-se à Cristalografia de raios-X. A estrutura cristalográfica do aducto VOIV(picolinato)2–tripsina bovina foi obtida a 1,09 Å de resolução, mostrando o complexo VOIV(pic)2 no centro ativo da enzima, coordenado à cadeia lateral da serina catalítica (Ser195), numa geometria octaédrica. Ensaios cinéticos preliminares realizados com o complexo VO(pic)2 foram efetuados para determinar potenciais efeitos inibitórios na atividade das enzimas lisozima da clara do ovo (HEWL) e tripsina. O potencial terapêutico dos CORMs associado à Nanotecnologia foi explorado para o [Ru(CO)3Cl(glicinato)] (CORM-3), visando desenvolver nanopartículas de ouro (AuNPs) funcionalizadas com o composto e diferentes proteínas. A toxicidade celular direta do CORM-3, bem como alguns potenciais efeitos biológicos de CORM-3–albumina de soro humano (BSA) e CORM-3–HEWL foram também avaliados, recorrendo a ensaios de viabilidade celular , riscados celulares, e RT-qPCR em várias linhas celulares tumorais e linha primária de fibroblastos humanos. Foi possível iniciar o desenvolvimento de nanosistemas de AuNPs@PEG@BSA e AuNPs@PEG@HEWL, seguindo-se futuramente a conjugação com o CORM-3. Não foi possível determinar o efeito anti-inflamatório do CORM-3 e seus conjugados através da análise dos genes de resposta por RT-qPCR em tempo real, no entanto determinou-se que o composto CORM-3 não possui toxicidade em linhas celulares tumorais, e que aparenta fomentar a regeneração celular em fibroblastos e células tumorais NINA, sendo este efeito potenciado aquando conjugação com BSA.

Osteoclastogenesis, inflammatory cytokines and biomarkers of bone metabolism in psoriatic arthritis

RESUMO:A artrite psoriática (AP) é uma doença inflamatória crónica caracterizada por várias manifestações nas articulações, nas enteses e na pele. A formação de novo osso após inflamação nas enteses é um dos aspetos mais intrigantes desta doença. Os mecanismos celulares e moleculares deste processo ainda não são completamente conhecidos. Este estudo tem como objetivo compreender melhor os mecanismos subjacentes à formação e reabsorção óssea, bem como o efeito de anti-inflamatórios não esteroides (AINEs) nestes processos. Para atingir este objetivo foram quantificados biomarcadores do metabolismo ósseo e citocinas inflamatórias em doentes AP, antes e após terapêutica com AINEs. Os biomarcadores selecionados foram marcadores de remodelação óssea como CTX-I e P1NP, fatores de diferenciação e ativação de osteoclastos como o RANKL e a OPG, inibidores da via de sinalização Wnt, nomeadamente o DKK-1 e a SOST e ainda citocinas pro-inflamatórias como a IL-22 e a IL-23 e a prostaglandina PGE2. Neste contexto foram também estabelecidas culturas celulares de monócitos, isoladas de doentes AP e de controlos saudáveis. Os monócitos foram cultivados in vitro em condições não estimuladas e estimuladas e realizados dois ensaios funcionais: coloração com TRAP e ensaio de reabsorção. Foi observada uma diminuição nos níveis séricos de CTX-I e OPG em doentes AP em relação aos controlos. De igual forma os níveis séricos de SOST encontram-se significativamente mais baixos, em comparação com os controlos saudáveis. Estes valores de SOST são semelhantes aos dos doentes com espondilite anquilosante (EA), documentados anteriormente. Os ensaios com osteoclastos confirmaram a necessidade da presença de RANKL para estimulação da osteoclastogénese e que o celecoxib parece ter um papel inibitório neste processo. Os resultados obtidos sugerem que a população de doentes com AP analisados têm baixos níveis de reabsorção óssea e alguma atividade na formação óssea. --------------------------- ABSTRACT: Psoriatic arthritis (PsA) is a chronic inflammatory disease characterized by several manifestations involving the joints, enthesis and the skin. New bone formation after inflammation at enthesis site has been one of the most intriguing aspects of the disease. Cellular and molecular mechanisms in this process are still not completely understood. This study aims to understand better the mechanisms underlying bone formation and resorption and the effect of non-steroid anti-inflammatory drugs (NSAIDs) in these processes. To access that, biomarkers of bone metabolism and inflammatory cytokines were measured in PsA patients’ serum before and after NSAID therapy. These selected biomarkers were bone turnover markers such as CTX-I and P1NP, osteoclast differentiation and activation factors RANKL and OPG, Wnt pathway inhibitors DKK-1 and SOST and pro-inflammatory cytokines IL-22, IL-23 and prostaglandin PGE2. In this context monocyte cell culture was also established after PBMC isolation from PsA patients and healthy controls. Monocytes were cultured in vitro under unstimulated and stimulated conditions and two functional assays were performed: TRAP staining and resorption pit assay. It was demonstrated that CTX-I and OPG serum levels in PsA patients were lower than controls. SOST levels were extremely decreased in comparison with controls, resembling the ankylosing spondylitis patients results already documented. Osteoclast assays confirmed the need of RANKL in stimulating osteoclastogenesis and that celecoxib seems to have an inhibitor role in this process. The results obtained suggest that PsA patient population analyzed in this study have low bone resorption levels and some bone formation activity.

Understanding how dentritic cell glycans affect antitumor immune responses

RESUMO: As células dendríticas (DCs) têm a capacidade única de induzir respostas imunitárias contra as células tumorais, fagocitando antigénios tumorais e apresentando-os às células T, provocando respostas imunitárias específicas que conduzem à eliminação de células de tumorais. Por induzirem memória imunológica de longa duração, as DCs são uma estratégia atrativa para o tratamento e/ou prevenção do cancro. No entanto, os resultados terapêuticos obtidos em ensaios clínicos com DCs são escassos e pouco eficientes. O nosso grupo demonstrou que ácidos siálicos que contêm glicanos desempenham um papel funcional importante em DCs geradas ex vivo. Com o objetivo de estabelecer um modelo in vitro para avaliar a resposta anti-tumoral específica realizou-se um tratamento enzimático a DCs derivadas de monócitos (moDCs) com sialidase, enzima que cliva ácidos siálicos na superfície celular. O perfil de maturação de moDCs foi caracterizado por citometria de fluxo e expressão de citocinas. Os resultados mostram que a sialidase pode regular positivamente a expressão de moléculas co-estimuladoras na superfície de moDCs estimuladas com agonistas de Toll like receptors (TLRs). Para percebermos se o tratamento com sialidase afeta a sinalização dos TLRs foram usadas células HEK transfectadas de forma estável com TLRs 2, 4 and 7/8. Os dados mostraram que a desialilação não afeta a sinalização através estes recetores. Para investigar o impacto funcional da sialidase na capacidade de moDCs em apresentar um antigénio e ativar células T, moDCs foram tratadas, ou não, com sialidase e cultivadas com clones de células T CD8+ específicas para os péptidos derivados do antigénio tumoral gp100. Os resultados mostram que DCs HLA*02:01+ desialiladas exibem maior cross-presentation do péptido gp100280-288 às células T CD8+ específicas. Além disso o tratamento com sialidase também aumenta a capacidade de DCs de induzir a proliferação de células T CD4+. Em conjunto, os resultados indicam que moDCs com menos ácidos siálicos na superfície, têm melhor potencial imuno-estimulador, com maior capacidade de induzir respostas imunes anti-tumorais.--------------------- ABSTRACT: Dendritic cells (DCs) have a unique capacity to induce immune responses against tumor cells. They can phagocyte tumor antigens, maturate and present them to T cells, triggering antigen-specific immune responses that may lead to the elimination of tumor cells. Since they induce long-lasting immunological memory, DCs become an attractive strategy as cellular targets for vaccines in the treatment and/or prevention of cancer. However, the therapeutic results obtained in clinical trials with DCs are scarce and only few patients effectively respond to the DC vaccines. Our group has shown that sialic acid containing glycans play an important functional role in ex vivo generated DC. Here we aimed to establish an in vitro model to assess specific antitumor responses. To achieve this, an enzymatic treatment of monocyte-derived DCs (moDCs) was performed using sialidase to cleave surface sialic acids. The maturation profile of the moDCs was characterized by flow cytometry and cytokine expression. The results show that sialidase treatment can upregulate co-stimulatory molecules on surface of moDCs stimulated with Toll like receptor (TLR) agonists. To understand whether sialidase treatment affected the TLR signaling, we have used HEK cells stably transfected with TLRs 2, 4 and 7/8. The data showed that desialylation of moDCs does not affect the signaling via these receptors. To investigate the functional impact of sialidase treatment in the capacity of moDCs to present antigen and to activate antigen specific T cells, sialidase treated and untreated moDCs were co-cultured with CD8+ T cell clones specific for peptides derived from the gp100 tumor antigen. Our results show that desialylated HLA02:01+ DCs are superior in cross-presentation of the peptide to gp100280–288 specific CD8+ T cells. In addition, sialidase treatment also increased the DC capacity to induce CD4+ T cells proliferation. Together, these data indicate that moDCs with altered cell surface sialic acids, through a sialidase treatment, have a better immunostimulatory potential which could improve anti-tumor immune responses.