Effects of UV radiation exposure on DNA and DNA repair enzymes

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Gold nanoparticles for plasmid delivery

Gene therapy presents an ideal strategy for the treatment of genetic as well as acquired diseases, such as cancer and typically involves the insertion of a functioning gene into cells to correct a cellular dysfunction or to provide a new cellular function. Gene delivery vectors are based in two models: viral and non-viral. Viral vectors have high transfection efficiency but their major barrier is immunogenicity. Since the non-viral vectors have no immunogenicity, these have been widely studied. Gold nanoparticles have been proposed as optimal delivery systems of genetic material, due their small size, high surface-to-volume ratio and the ability to be functionalized with multiple molecules. In the present work, an AuNP-based formulation was developed to deliver a plasmid in a colorectal cancer cell line, containing as reporter gene the gene encoding to EGFP. The delivery system resulted from the functionalization of 14 nm AuNP with a PEG layer (4300114 PEG chains/AuNP), which increases stability and biocompatibility of AuNPs; quaternary ammonium groups which provide positive charges that allow electrostatic binding of plasmid, which is considered the therapeutic agent to be transported into cells. The system developed was characterized by UV-vis spectroscopy, DLS, TEM and by electrophoretic mobility, yielding a formulation with 113.5 nm.Transfection efficiency of the formulation developed was evaluated through PCR and through EGFP expression by fluorescence microscopy and fluorescence spectroscopy. The internalization was observed 3h post transfection; however a low level of EGFP expression was achieved. After 24h of incubation, EGFP expression increases just 3 times compared to non-transfected cells. The commercial system (Lipofectamine) expressed EGFP 5 times more than the system developed AuNP@PEG@R4N+@pEGFP. This difference could be related to lower translocation to the nucleus.

Evaluation of a new vaccine based on pDNA and recombinant protein against Helicobacter pylori

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Overexpressing BDNF in Neural Stem Cells using non-viral gene delivery strategies

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Electrochemical characterization of Dps, a DNA-protecting protein

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Probing key DNA contacts in AraR-mediated transcriptional repression of the Bacillus subtilis arabinose regulon.

Nucleic Acid Research (2007) Vol.37 N. 14 4755-4766

DNA nanoprobes for molecular detection

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Biológica – especialidade Engenharia Genética, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Gold nanoparticle-DNA conjugates for oligonucleotide vectorization towards gene silencing

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Estudo do efeito de radiação ionizante em metaloproteínas que ligam DNA

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Role of ß-lactamase operon on mecA expression in Staphylococcus aureus

RESUMO: Os Staphylococcus aureus resistentes à meticilina (MRSA, do inglês “methicillin-resistant Staphylococcus aureus”) são um dos principais agentes responsáveis por infeções hospitalares. Os MRSA são resistentes a praticamente todos os antibióticos β-lactâmicos devido a dois mecanismos principais: produção de β-lactamase (bla), codificada pelo gene blaZ, e produção de uma proteína de ligação à penicilina (PBP2a, do inglês “penicillin binding protein 2”), codificada pelo gene mecA. Estes dois genes são regulados por sistemas homólogos, constituídos por um sensor-transdutor (BlaR1 e MecR1) e um repressor (BlaI e MecI), de tal modo que ambos os sistemas são capazes de co-regular os genes mecA e blaZ, embora com eficiências de indução muito diferentes. De facto, a indução mediada pelo sistema mecI-mecR1 é tão lenta que se acredita que este sistema não está funcional na maioria das estirpes MRSA. No entanto, dados recentes do nosso laboratório, demonstram a ausência de relação entre a presença do gene mecI e o nível de resistência à meticilina em estirpes MRSA epidémicas, e também que, o fenótipo de resistência da grande maioria das estirpes não é perturbado pela sobre-expressão em trans do repressor mecI. Curiosamente, as duas estirpes em que a expressão da resistência foi afetada pela sobre-expressão do mecI são negativas para o locus da β-lactamase, o que sugere que este locus pode interferir diretamente com a repressão do gene mecA mediada pelo MecI. Nesta tese de mestrado esta hipótese foi explorada usando estratégias de biologia molecular e ensaios fenotípicos da resistência aos -lactâmicos. Os resultados obtidos demonstram que a presença do plasmídeo nativo da β-lactamase não só anula a repressão mediada pelo MecI, como também aumenta o nível de resistência das estirpes parentais. Várias hipóteses foram então formuladas para explicar estas observações. Dados preliminares, em conjunto com evidências experimentais publicadas, sugerem que o BlaI forma hetero-dímeros com o MecI que, após a indução, são inativados eficientemente pelo BlaR1. Em conclusão, estes resultados apresentam novas perspetivas para o mecanismo de regulação do mecA e para uma nova importante função do operão da β-lactamase para o fenótipo das estirpes MRSA.-------------------ABSTRACT: Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is an important nosocomial pathogen and is also emerging in the community. MRSA is cross-resistant to virtually all β-lactam antibiotics and has acquired two main resistance mechanisms: production of β-lactamase (bla), coded by blaZ, and production of penicillin binding protein 2a (PBP2a), coded by mecA. Both genes are regulated by homologous sensor-transducers (BlaR1 and MecR1) and repressors (BlaI and MecI), and coregulation of mecA and blaZ by both systems has been demonstrated, although with remarkable different efficiencies. In fact, induction of mecA by mecI-mecR1 is so slow that it is believed it is not functional in most MRSA strains. However, recent data from our laboratory has unexpectedly demonstrated that not only there is no correlation between the presence of mecI gene and the resistance level in epidemic MRSA strains, but also that for most strains there were no significant changes on the resistance phenotype upon the mecI overexpression in trans. Interestingly, the two strains in which mecI overexpression affected the resistance expression were negative for the bla locus, suggesting that this locus may interfere directly with the MecI-mediated repression of mecA and account for those puzzling observations. In this master thesis we have explored this hypothesis using molecular biology strategies and phenotypic analysis of -lactam resistance. The data obtained demonstrate that the presence of a wild-type plasmid containing the bla locus not only disrupts the MecImediated repression, but also significantly enhances the expression of resistance. Several preliminary hypotheses were formulated to explain these observations and preliminary data, together with published evidence, support the working model that BlaI forms functional hetero-dimers with MecI, which upon induction are readily inactivated by BlaR1. These results provide new insights into the regulatory mechanism(s) of mecA and open new perspectives for the role of β-lactamase operon in the MRSA phenotype.

Lesões inteligentes em DNA

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Modificação de proteínas e DNA por quinonas derivadas de catecolaminas

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química Especialidade de Química Orgânica, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Infecção por Treponema pallidum: análise serológica e pesquisa de DNA

RESUMO: A sífilis é uma infecção causada por T. pallidum que pode ser transmitida por via vertical, por contacto sexual ou por sangue, e cujo diagnóstico se baseia na associação entre manifestações clinicas e testes serológicos. Neste estudo utilizaram-se os testes serológicos RPR, TPHA, FTA-Abs, um teste rápido não comercializado (Signal-Spirolipin) que pesquisa anticorpos treponémicos (CDC-T) e não treponémicos (CDC-2) em simultâneo no mesmo dispositivo e uma técnica de PCR-multiplex para a pesquisa de ADN de T. pallidum. Da comparação das técnicas serológicas constatou-se que a sensibilidade dos testes RPR e TPHA foi de 84,5% e 98% respectivamente. A especificidade foi de 77,3% para o teste RPR e de 87,5% para o teste TPHA. Na avaliação do teste rápido a comparação do teste CDC-2 com o teste RPR resultou numa taxa de concordância de 93,1% enquanto que, a do teste CDC-T com o teste TPHA foi de 94,8%. A sensibilidade e especificidade obtidas pelos testes CDC-2 e CDC-T foram de 88,7% e 65% e de 94,9% e 91,3% respectivamente. Considerando o diagnóstico de sífilis activa com base na reactividade simultânea dos testes RPR e TPHA, avaliou-se a sensibilidade do teste rápido utilizando esse mesmo critério. A sensibilidade obtida foi de 98,4% para o teste rápido e de 97,2% para a associação dos testes RPR/TPHA. A técnica de PCR-multiplex apresentou fraca sensibilidade já que em apenas 33% dos casos de sífilis foi identificado ADN de T. pallidum. O teste rápido avaliado apresentou um comportamento idêntico aos testes geralmente utilizados na rotina laboratorial tais como os utilizados neste estudo. Apresenta a vantagem de pesquisar anticorpos treponémicos e não treponémicos, ao contrário dos testes rápidos comercializados que pesquisam apenas anticorpos treponémicos. Não sendo necessário para a sua execução equipamento laboratorial especializado poderá ser de grande utilidade para o clinico a exercer em locais sem laboratório.------------- ABSTRACT: Syphilis is an infection caused by T. pallidum. Transmission may be vertical, through sexual contact or blood. The diagnosis is based in both serology and clinical manifestations. In this study, we used the serological tests RPR, TPHA, FTA-Abs and a non -commercialized rapid test (Signal-Spirolipin) to detect both treponemal (CDC-T) and non – treponemal antibodies (CDC-2) in the same device. T. pallidum DNA was identified with a multiplex PCR technique. In this study, the RPR and TPHA tests sensitivity was 84,5% and 98%, respectively, and the specificity 77,3% for the RPR test and 87,5% for TPHA test, respectively. The concordance rate was 93,1% in the comparison between the RPR and the CDC2 tests and 94,8% between the CDC-T with the TPHA tests. Sensitivity and specificity of the CDC-2 and CDC-T tests were 88,7% and 65% and 94,9% e 91,3%, respectively. Taking into account that the diagnosis of active syphilis is made when both the RPR and TPHA tests are reactive, we evaluated the sensitivity of the rapid test (CDC2 and CDCT) in the diagnosis of active syphilis, using the above described criteria. The sensitivity was 98,4 % for the rapid test and 97,2 % for the association of reactivity in both RPA and TPHA tests. The multiplex PCR technique presented a low sensitivity, with T. pallidum DNA being identified in only 33% of the syphilis cases. The rapid test evaluated in this study presented identical results to the tests generally used in the routine laboratory diagnosis, such as those used here. However, it does have the advantage of detecting both treponemal and non – treponemal antibodies what is not the case of the commercialized rapid test. Furthermore, there is no need of specialized laboratory equipment, which makes it of great utility in regions where such conditions do not exist, as in developing countries.

Synthesis, characterization and applications of new schiff base fluorescent chemosensors for metal and DNA interactions: conventional and "green" approaches

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável, especialidade de Química-Física Inorgânica, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

DNA damage induced by acrylamide: roe of genetic polymorphisms in DNA damage levels

RESUMO:Em 1994 a acrilamida (AA) foi classificada pela IARC como um provável cancerígeno para o homem. Para além da utilização de AA em numerosas aplicações industriais, a AA está também presente numa grande variedade de alimentos ricos em amido e processados a temperaturas elevadas. Esta exposição através da ingestão de produtos alimentares despoletou elevadas preocupações ao nível do risco para a saúde pública e poderá implicar um risco adicional para o aparecimento de cancro. A glicidamida (GA), o metabolito epóxido formado a partir da oxidação da AA provavelmente através do citocromo P450 2E1, é considerada por vários estudos, o principal responsável pela carcinogenicidade da AA. Actualmente existe uma escassez de resultados relativamente aos mecanismos de genotoxicidade da AA e GA em células de mamífero. Por este motivo, o objectivo deste estudo centra-se na avaliação das consequências genéticas da exposição à AA e GA, recorrendo-se para tal ao uso de células de mamífero como modelo. Tendo como base este objectivo avaliou-se a citotoxicidade da AA e GA, através do ensaio do MTT, e realizaram-se dois testes citogenéticos, o teste das aberrações cromossómicas (CAs) e o teste da troca de cromátides irmãs (SCEs), de modo a avaliar as lesões de DNA induzidas por estes compostos em células de hamster Chinês V79. Os resultados globalmente mostraram que a GA é mais citotóxica e clastogénica do que a AA. No âmbito deste trabalho, foi também efectuada a quantificação de aductos específicos de DNA, nomeadamente N7-(2-carbamoil-2-hidroxietil)guanina (N7-GA-Gua) e N3-(2-carbamoil-2-hidroxietil)adenina (N3-GA-Ade). Os resultados obtidos permitem afirmar que os níveis de N7-GA-Gua e a concentração de GA apresentam uma relação linear dose-resposta. Foi também identificada uma óptima correlação entre os níveis de N7-GA-Gua e a frequência de troca de cromátides irmãs. Adicionalmente, e de forma a compreender os mecanismos de toxicidade da AA, estudaram-se os mecanismos dependentes da modulação do glutationo reduzido (GSH), nomeadamente da butionina sulfoximina (BSO), um inibidor da síntese de GSH, do GSH-monoetil estér (GSH-EE), um composto permeável nas células e que é intra-celularmente hidrolisado a GSH e ainda do GSH adicionado exogenamente ao meio de cultura, em células V79. Os resultados obtidos reforçaram o papel da modulação do GSH nos efeitos de citotoxicidade e clastogenicidade da AA. Para além dos estudos efetuados com células V79, procedeu-se também à determinação da frequência de SCEs, à quantificação de aductos específicos de DNA, bem como ao ensaio do cometa alcalino em amostras de dadores saudáveis expostos à AA e GA. Tanto os resultados obtidos através do ensaio das SCE, como pela quantificação de aductos específicos de DNA, ambos efectuados em linfócitos estimulados, originaram resultados comparáveis aos obtidos anteriormente para as células V79, reforçando a ideia de que a GA é bastante mais genotóxica do que a AA. Por outro lado, os resultados obtidos pelo ensaio do cometa para exposição à AA e GA mostraram que apenas esta última aumenta o nível das lesões de DNA. Outro objectivo deste trabalho, foi a identificação de possíveis associações existentes entre as lesões de DNA, quantificadas através do ensaio das SCEs e do cometa, e biomarcadores de susceptibilidade, tendo em conta os polimorfismos genéticos individuais envolvidos na destoxificação e nas vias de reparação do DNA (BER, NER, HRR e NHEJ) em linfócitos expostos à GA. Tal permitiu identificar associações entre os níveis de lesão de DNA determinados através do ensaio das SCEs, e os polimorfismos genéticos estudados, apontando para uma possível associação entre o GSTP1 (Ile105Val) e GSTA2 (Glu210Ala) e a frequência de SCEs. Por outro lado, os resultados obtidos através do ensaio do cometa sugerem uma associação entre as lesões de DNA e polimorfismos da via BER (MUTYH Gln335His e XRCC1 Gln39Arg) e da via NER (XPC Ala499val e Lys939Gln), considerando os genes isoladamente ou combinados. Estes estudos contribuem para um melhor entendimento da genotoxicidade e carcinogenicidade da AA e GA em células de mamífero, bem como da variabilidade da susceptibilidade individual na destoxificação e reparação de lesões de DNA provocadas pela exposição a estes xenobióticos alimentares. ----------- ABSTRACT:Acrylamide (AA) has been classified as a probable human carcinogen by IARC. Besides being used in numerous industrial applications, AA is also present in a variety of starchy cooked foods. This AA exposure scenario raised concerns about risk in human health and suggests that the oral consumption of AA is an additional risk factor for cancer. A considerable number of findings strongly suggest that the reactive metabolite glycidamide (GA), an epoxide generated presumably by cytochrome P450 2E1, plays a central role in AA carcinogenesis. Until now there are a scarcity of results concerning the mechanisms of genotoxicity of AA and GA in mammalian cells. In view of that, the study described in this thesis aims to unveil the genetic consequences of AA and GA exposure using mammalian cells as a model system. With this aim we evaluated the cytotoxicity of AA and GA using the MTT assay and subsequently performed two cytogenetic end-points: chromosomal aberrations (CAs) and sister chromatid exchanges (SCEs), in order to evaluate DNA damage induced by these compounds in V79 Chinese hamster cell line. The results showed that GA was more cytotoxic and clastogenic than AA. Within the scope of this thesis the quantification of specific DNA adducts were also performed, namely N7-(2-carbamoyl-2-hydroxyethyl)guanine (N7-GA-Gua) and N3-(2-carbamoyl-2-hydroxyethyl)adenine (N3-GA-Ade). Interestingly, the GA concentration and the levels of N7-GA-Gua presented a linear dose-response relationship. Further, a very good correlation between the levels of N7-GA-Gua and the extent of SCEs were observed. In order to understand the mechanisms of AA-induced toxicity, the modulation of reduced glutathione (GSH)-dependent mechanisms were studied, namely the evaluation of the effect of buthionine sulfoximine (BSO), an effective inhibitor of GSH synthesis, of GSH-monoethyl ester (GSH-EE), a cell permeable compound that is intracellularly hydrolysed to GSH and also of GSH endogenously added to culture medium,z in V79 cell line. The overall results reinforced the role of GSH in the modulation of the cytotoxic and clastogenic effects induced by AA.Complementary to the studies performed in V79 cells, SCEs, specific DNA-adducts and alkaline comet assay in lymphocytes from healthy donors exposed to AA and GA were also evaluated. Both, the frequency of SCE and the quantification of specific GA DNA adducts, produced comparable results with those obtained in V79 cell line, reinforcing the idea that GA is far more genotoxic than AA. Further, the DNA damaging potential of AA and GA in whole blood leukocytes evaluated by the alkaline comet assay, showed that GA, but not AA, increases DNA damage. Additionally, this study aimed to identify associations between DNA damage and biomarkers of susceptibility, concerning individual genetic polymorphisms involved in detoxification and DNA repair pathways (BER, NER, HRR and NHEJ) on the GA-induced genotoxicity assessed by the SCE assay and by the alkaline comet assay. The extent of DNA damage determined by the levels of SCEs induced by GA seems to be modulated by GSTP1 (Ile105Val) and GSTA2 (Glu210Ala) genotypes. Moreover, the results obtained from the comet assay suggested associations between DNA damage and polymorphisms of BER (MUTYH Gln335His and XRCC1 Gln399Arg) and NER (XPC Ala499Val and Lys939Gln) genes, either alone or in combination. The overall results from this study contribute to a better understanding of the genotoxicity and carcinogenicity of AA and GA in mammalian cells, as well as the knowledge about the variability in individual susceptibility involved in detoxification and repair of DNA damage due to these dietary xenobiotics.