Behavioral and synaptic circuit analysis in models of neuropsychiatric disorders: Dissecting the in vivo role of the postsynaptic density proteins nArgBP2 and Shank3 using genetic engineered mice

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Insights into human carboxylesterase 2 stability and activity in vivo and in vitro

Dissertation to obtain a Master Degree in Biotechnology

Avaliação in vitro e in vivo da atividade antimalárica dos trioxolanos NAC89, LDC67 e LC50 em estirpes sensíveis e resistentes à artemisinina e ao artesunato.

A malária mantem-se como uma das doenças mais importantes do mundo, causando a morte de mais de 1 milhão de pessoas anualmente e elevada morbilidade. Face à propagação da resistência do Plasmodium falciparum à maioria dos medicamentos antimaláricos disponíveis, a Organização Mundial de Saúde (OMS), desde 2006, recomenda a utilização de terapias combinadas com artemisinina (ACTs) como tratamento de primeira linha para a malária não complicada. Em 2008, relatórios clínicos revelaram a falha terapêutica dos ACTs na fronteira Tailândia-Camboja e uma vez que não existem alternativas para o tratamento da malária é fundamental manter linhas de investigação sobre novos e eficazes fármacos. A partir da artemisinina (ART) surgiram novos peróxidos designados trioxolanos que apresentam como farmacóforo a função 1,2,4-trioxano. A acessibilidade, a preparação relativamente económica e a estabilidade da função 1,2,4-trioxano permite a síntese de derivados com estruturas diversas, alargando a possibilidade de desenvolvimento de novos fármacos. Foram realizados testes in vitro de triagem com o MARK III (OMS micro-ensaio), com controlos positivos (artemisinina e dihidroartemisinina) e controlo negativo (sem fármaco). Foram efetuados ensaios diversos com 3 compostos, aqui denominados NAC89, LCD67 e LC50 em culturas da estirpe de P. falciparum (Dd2) para avaliação da atividade antimalárica dos compostos, bem como ensaios utilizando o modelo de malária de murino, Plasmodium chabaudi, com 4 estirpes, denominadas AS-3CQ, AS-ATN, respectivamente sensível e resistente ao artesunato (ATN) e AS-30CQ e AS-ART respectivamente sensível e resistente à (ART). Também foi avaliada a citotoxicidade dos compostos, utilizando células HepG2 de hepatoma humano pelo ensaio com método colorimétrico metil-tiazol-tetrazólico (MTT). No modelo murino compararam-se também duas vias de administração dos novos compostos, sendo uma por via subcutânea nos 3 compostos e outra por via tópica apenas para LC50. A verificação de cura foi efetuada por observação microscópica de esfregaços sanguíneos corados pelo método de Giemsa e determinação da parasitemia. Os resultados observados foram: a) baixa citotoxicidade dos três compostos; b) o composto LC50 eliminou a parasitémia nos ensaios in vitro em cultivos de P. falciparum bem como eliminou P. chabaudi nos tratamentos por via subcutânea e tópica na dose de 50 mg/kg e na dose de 10 mg/Kg na via subcutânea; c) o NAC89 mostrou boa atividade no mesmo ensaio in vivo, na dose de 10 mg/Kg e 50 mg/Kg por via subcutânea; d) fraca atividade para LCD67 na dose de 50 mg/Kg. O LC50 e o NAC89 foram muito eficazes contra parasitas resistentes ao ATN e à ART sugerindo novos mecanismos de ação. Assim, este trabalho de investigação trouxe resultados promissores na àrea de potenciais novos antimaláricos.

Nanostructuring silicon probes via electrodeposition: characterization of electrode coatings for acute in vivo neural recordings

Understanding how the brain works will require tools capable of measuring neuron elec-trical activity at a network scale. However, considerable progress is still necessary to reliably increase the number of neurons that are recorded and identified simultaneously with existing mi-croelectrode arrays. This project aims to evaluate how different materials can modify the effi-ciency of signal transfer from the neural tissue to the electrode. Therefore, various coating materials (gold, PEDOT, tungsten oxide and carbon nano-tubes) are characterized in terms of their underlying electrochemical processes and recording ef-ficacy. Iridium electrodes (177-706 μm2) are coated using galvanostatic deposition under different charge densities. By performing electrochemical impedance spectroscopy in phosphate buffered saline it is determined that the impedance modulus at 1 kHz depends on the coating material and decreased up to a maximum of two orders of magnitude for PEDOT (from 1 MΩ to 25 kΩ). The electrodes are furthermore characterized by cyclic voltammetry showing that charge storage capacity is im-proved by one order of magnitude reaching a maximum of 84.1 mC/cm2 for the PEDOT: gold nanoparticles composite (38 times the capacity of the pristine). Neural recording of spontaneous activity within the cortex was performed in anesthetized rodents to evaluate electrode coating performance.

Study of in vivo interactions between penicillin-binding proteins of Staphylococcus aureus

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a major human pathogen that has acquired resistance to practically all classes of β-lactam antibiotics, being responsible of Multidrug resistant S. aureus (MRSA) associated infections both in healthcare (HA-MRSA) and community settings (CA-MRSA). The emergence of laboratory strains with high-resistance (VRSA) to the last resort antibiotic, vancomycin, is a warning of what is to come in clinical strains. Penicillin binding proteins (PBPs) target β-lactams and are responsible for catalyzing the last steps of synthesis of the main component of cell wall, peptidoglycan. As in Escherichia coli, it is suggested that S. aureus uses a multi-protein complex that carries out cell wall synthesis. In the presence of β-lactams, PBP2A and PBP2 perform a joint action to build the cell wall and allow cell survival. Likewise, PBP2 cooperates with PBP4 in cell wall cross-linking. However, an actual interaction between PBP2 and PBP4 and the location of such interaction has not yet been determined. Therefore, investigation of the existence of a PBP2-PBP4 interaction and its location(s) in vivo is of great interest, as it should provide new insights into the function of the cell wall synthesis machinery in S. aureus. The aim of this work was to develop Split-GFPP7 system to determine interactions between PBP2 and PBP4. GFPP7 was split in a strategic site and fused to proteins of interest. When each GFPP7 fragment, fused to proteins, was expressed alone in staphylococcal cells, no fluorescence was detectable. When GFPP7 fragments fused to different peptidoglycan synthesis (PBP2 and PBP4) or cell division (FtsZ and EzrA) proteins were co-expressed together, fluorescent fusions were localized to the septum. However, further analysis revealed that this positive result is mediated by GFPP7 self-association. We then interpret the results in light of such event and provide insights into ways of improving this system.