Cancer theranostics: multifunctional gold nanoparticles for diagnostics and therapy

Doctorate in Biology, Specialty in Biotechnology

Cellular reprogramming strategies for degenerative disorders involving the retinal pigment epithelium

RESUMO: A reprogramação celular permite que uma célula somática seja reprogramada para outra célula diferente através da expressão forçada de factores de transcrição (FTs) específicos de determinada linhagem celular, e constitui uma área de investigação emergente nos últimos anos. As células somáticas podem ser experimentalmente manipuladas de modo a obter células estaminais pluripotentes induzidas (CEPi), ou convertidas directamente noutro tipo de célula somática. Estas descobertas inovadoras oferecem oportunidades promissoras para o desenvolvimento de novas terapias de substituição celular e modelos de doença, funcionando também como ferramentas valiosas para o estudo dos mecanismos moleculares que estabelecem a identidade celular e regulam os processos de desenvolvimento. Existem várias doenças degenerativas hereditárias e adquiridas da retina que causam deficiência visual devido a uma disfunção no tecido de suporte da retina, o epitélio pigmentar da retina (EPR). Uma destas doenças é a Coroideremia (CHM), uma doença hereditária monogénica ligada ao cromossoma X causada por mutações que implicam a perda de função duma proteína com funções importantes na regulação do tráfico intracelular. A CHM é caracterizada pela degenerescência progressiva do EPR, assim como dos foto-receptores e da coróide. Resultados experimentais sugerem que o EPR desempenha um papel importante na patogénese da CHM, o que parece indicar uma possível vantagem terapêutica na substituição do EPR nos doentes com CHM. Por outro lado, existe uma lacuna em termos de modelos in vitro de EPR para estudar a CHM, o que pode explicar o ainda desconhecimento dos mecanismos moleculares que explicam a patogénese desta doença. Assim, este trabalho focou-se principalmente na exploração das potencialidades das técnicas de reprogramação celular no contexto das doenças de degenerescência da retina, em particular no caso da CHM. Células de murganho de estirpe selvagem, bem como células derivadas de um ratinho modelo de knockout condicional de Chm, foram convertidos com sucesso em CEPi recorrendo a um sistema lentiviral induzido que permite a expressão forçada dos 4 factores clássicos de reprogramação, a saber Oct4, Sox2, Klf4 e c-Myc. Estas células mostraram ter equivalência morfológica, molecular e funcional a células estaminais embrionárias (CES). As CEPi obtidas foram seguidamente submetidas a protocolos de diferenciação com o objectivo final de obter células do EPR. Os resultados promissores obtidos revelam a possibilidade de gerar um valioso modelo de EPR-CHM para estudos in vitro. Em alternativa, a conversão directa de linhagens partindo de fibroblastos para obter células do EPR foi também abordada. Uma vasta gama de ferramentas moleculares foi gerada de modo a implementar uma estratégia mediada por FTs-chave, seleccionados devido ao seu papel fundamental no desenvolvimento embrionário e especificação do EPR. Conjuntos de 10 ou menos FTs foram usados para transduzir fibroblastos, que adquiriram morfologia pigmentada e expressão de alguns marcadores específicos do EPR. Adicionalmente, observou-se a activação de regiões promotoras de genes específicos de EPR, indicando que a identidade transcricional das células foi alterada no sentido pretendido. Em conclusão, avanços significativos foram atingidos no sentido da implementação de tecnologias de reprogramação celular já estabelecidas, bem como na concepção de novas estratégias inovadoras. Metodologias de reprogramação, quer para pluripotência, quer via conversão directa, foram aplicadas com o objectivo final de gerar células do EPR. O trabalho aqui descrito abre novos caminhos para o estabelecimento de terapias de substituição celular e, de uma maneira mais directa, levanta a possibilidade de modelar doenças degenerativas da retina com disfunção do EPR numa placa de petri, em particular no caso da CHM.---------------ABSTRACT: Cellular reprogramming is an emerging research field in which a somatic cell is reprogrammed into a different cell type by forcing the expression of lineage-specific transcription factors (TFs). Cellular identities can be manipulated using experimental techniques with the attainment of pluripotency properties and the generation of induced Pluripotent Stem (iPS) cells, or the direct conversion of one somatic cell into another somatic cell type. These pioneering discoveries offer new unprecedented opportunities for the establishment of novel cell-based therapies and disease models, as well as serving as valuable tools for the study of molecular mechanisms governing cell fate establishment and developmental processes. Several retinal degenerative disorders, inherited and acquired, lead to visual impairment due to an underlying dysfunction of the support cells of the retina, the retinal pigment epithelium (RPE). Choroideremia (CHM), an X-linked monogenic disease caused by a loss of function mutation in a key regulator of intracellular trafficking, is characterized by a progressive degeneration of the RPE and other components of the retina, such as the photoreceptors and the choroid. Evidence suggest that RPE plays an important role in CHM pathogenesis, thus implying that regenerative approaches aiming at rescuing RPE function may be of great benefit for CHM patients. Additionally, lack of appropriate in vitro models has contributed to the still poorly-characterized molecular events in the base of CHM degenerative process. Therefore, the main focus of this work was to explore the potential applications of cellular reprogramming technology in the context of RPE-related retinal degenerations. The generation of mouse iPS cells was established and optimized using an inducible lentiviral system to force the expression of the classic set of TFs, namely Oct4, Sox2, Klf4 and c-Myc. Wild-type cells, as well as cells derived from a conditional knockout (KO) mouse model of Chm, were successfully converted into a pluripotent state, that displayed morphology, molecular and functional equivalence to Embryonic Stem (ES) cells. Generated iPS cells were then subjected to differentiation protocols towards the attainment of a RPE cell fate, with promising results highlighting the possibility of generating a valuable Chm-RPE in vitro model. In alternative, direct lineage conversion of fibroblasts into RPE-like cells was also tackled. A TF-mediated approach was implemented after the generation of a panoply of molecular tools needed for such studies. After transduction with pools of 10 or less TFs, selected for their key role on RPE developmental process and specification, fibroblasts acquired a pigmented morphology and expression of some RPE-specific markers. Additionally, promoter regions of RPE-specific genes were activated indicating that the transcriptional identity of the cells was being altered into the pursued cell fate. In conclusion, highly significant progress was made towards the implementation of already established cellular reprogramming technologies, as well as the designing of new innovative ones. Reprogramming into pluripotency and lineage conversion methodologies were applied to ultimately generate RPE cells. These studies open new avenues for the establishment of cell replacement therapies and, more straightforwardly,raise the possibility of modelling retinal degenerations with underlying RPE defects in apetri dish, particularly CHM.

G-quadruplex ligands for cancer therapy

DNA may fold into a diversity of structures and topologies such as duplexes and triplexes. Some specific guanine-rich DNA sequences may even fold into a higher order structures denominated guanine G-quadruplexes (G4). These G-quadruplex forming sequences have shown biological interest since were found in telomeres and in promoter region of oncogenes. Thus, these G4 forming sequences have been explored as therapeutic targets for cancer therapy, since G4 formation was demonstrated to inhibit RNA-polymerase and telomerase activity. However, the G4 structures are transient and are only formed under specific conditions. Hence the main objective of this work is to develop new G4-specific ligands which may potentially find applications in the therapeutic area. Several potential G4-binding ligands were synthesized and characterized. The synthesis of these compounds consisted on a procedure based on van Leusen chemistry and a cross-coupling reaction through C-H activation, affording phenanthroline compounds (Phen-1, 50%; Phen-2, 20%), phenyl (Iso-1, 61%; Iso-2, 21%; Ter-1, 85%; Ter-2, 35%), and quinolyl (Quin-1, 85%; Quin-2, 45%) compounds. Screening assays for selecting the potential G4 compounds were performed by FRET-melting, G4-FID, CD-melting and DSF. Qualitative biophysical studies were performed by fluorescence and CD spectroscopy. Two high-specific G-quadruplex ligands, Phen-1 and Phen-2, were found to effectively bind telomeric and c-myc G4 structures. Phen-1 was found to stabilize parallel telomeric 22AG and c-myc sequence by 4.1 and 4.3 ˚C, respectively. Phen-2 also displayed high affinity towards 22AG (

Blocking tumor exosome release using nanovectorization systems

Exosomes are small membrane vesicles secreted by most cell types, either normal or malignant and are found in most body fluids such as saliva, plasma and breast milk. In the past decade, the interest in these vesicles has been growing more and more since it was found that besides their beneficial functions such as the removal of cellular debris and unnecessary proteins during cell maturation process, they can also interact with other cells and transfer information between them, thus helping diseases like cancer to progress. The present work intended to use gold nanoparticles as vehicles for gene silencing in an attempt to reduce the tumor-derived exosome secretion, regulated by Rab27a protein, and also aimed to compare the exosome secretion between two breast cell lines, MCF7 and MDA. Changes in RAB27A gene expression were measured by Real-time Quantitative PCR and it was revealed a decreased in RAB27A gene expression, as expected. Exosomes were isolated and purified by two different methods, ultracentrifugation and the commercial kit ExoQuick™ Solution, and further characterized using Western Blot analysis. ExoQuick™ Solution was proven to be the most efficient method for exosome isolation and it was revealed that MDA cells secrete more exosomes. Furthermore, the isolated MCF7-derived exosomes were placed together with a normal bronchial/tracheal epithelial cell line (BTEC) for an additional assay, which aimed to observe the uptake of exosomes by other cells and the exosomes’ capability of promoting cell-cell communication. This observation was made based on alterations in the expression levels of c-Myc and miR-21 genes and the fact that they both have an increased expression in BTEC cells incubated with tumor-derived exosomes when compared to control cells (without incubation with the exosomes) lead us to the conclusion that the exosome uptake and exchange of information between the exosomes and the normal cells did occurred.

Interacção de proteínas com superfícies nanoestruturadas e nanopartículas de metais nobres

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

New evidence of shared dinosaur across upper jurassic proto-North Atlantic: stegosaurus from Portugal

Naturwissenschaften 94,367–374

Arte rupestre do Vale do Tejo. Um ciclo artístico-cultural pré e proto-histórico

Dissertação apresentada para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Doutor em História, especialidade Arqueologia

Produção de partículas semelhantes a retrovírus como candidatas a vacina para a Hepatite C

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

Avaliação da monitorização diária da proteína C-Reativa no doente crítico

RESUMO: O objectivo desta Tese de Doutoramento foi estudar o valor da Proteína CReactiva(PCR) como marcador de infecção e sepsis. Por definição, um marcador da infecção não está presente se o doente não está infectado, deve aparecer concomitantemente ou idealmente preceder a instalação da infecção, deve desaparecer com a instituição de terapêutica antimicrobiana adequada e permanecer elevado se a infecção for refractária ao tratamento. Do ponto de vista biológico, a PCR é o protótipo das proteínas de fase aguda, com uma marcada elevação da sua concentração sérica em resposta a diversos estímulos inflamatórios em particular infecções bacterianas. A sua concentração sérica depende apenas da intensidade do estímulo e da velocidade de síntese hepática, não sendo influenciada por nenhum factor ou tratamento a não ser que este tenha influência directa sobre o estímulo desencadeante, o que a torna um marcador de infecção com grande potencial. Nesta Tese comparou-se a PCR com marcadores clássicos de infecção, temperatura e contagem leucocitária, em diversas situações clínicas analisando doentes com infecções documentadas e doentes controlos, sem infecção. Globalmente os resultados dos trabalhos desta Tese mostram que a PCR é um bom marcador de infecção de acordo com a definição previamente apresentada. Em conjunto com a restante avaliação clínica e laboratorial, a monitorização diária da PCR nos doentes sem infecção mostrou ser útil como sentinela da infecção, isto é, apresenta valores baixos nos doentes sem infecção e sobe precocemente nos doentes que desenvolvem uma infecção. Nos doentes com infecção documentada revelou um ser bom marcador de resposta à terapêutica e evolução clínica, diminuindo naqueles que melhoravam e persistindo elevada nos que tinham mau prognóstico, bem assim como identificar diferentes perfis evolutivos. Em suma, a monitorização diária da PCR mostrou utilidade ao longo de todo o internamento na Unidade de Cuidados Intensivos, quer na presença quer na ausência de infecção. Deste todo, a monitorização diária da PCR pode a possibilitar uma utilização mais racional e judiciosa da terapêutica antimicrobiana, contribuindo dessa forma para uma diminuição da toxicidade e da pressão antibiótica, menor risco de emergência de resistências e finalmente diminuição dos custos. Uma vez que, os doentes internados nas Unidades de Cuidados Intensivos apresentam as mesmas doenças que os restantes doentes admitidos no hospital apenas se distinguindo pela sua maior gravidade, poder-se-á extrapolar que a PCR também é potencialmente um bom marcador de infecção nestes doentes. ----------------ABSTRACT: The aim of this PhD Thesis was to assess the value of C-Reactive Protein (CRP) as a marker of infection and sepsis. A marker of infection should be absent in a non-infected patient, should increase alongside or ideally precede the development of an infection, and finally should assess the therapeutic response, that is to say decrease or even disappear with adequate antimicrobial therapy or on the opposite remain elevated if the infection is refractory to the prescribed treatment. The biology of CRP makes it the prototype of acute phase proteins, with marked and sharp elevations of its serum concentration in response to several inflammatory stimulus in particular bacterial infections. Besides, CRP level depends only of the intensity of the stimulus and the rate of hepatic synthesis. Its concentration is not modified by any therapy or intervention. Only those interventions affecting the inflammatory process responsible for the acute phase reaction can change the CRP level. These properties make CRP a potentially good marker of infection. In this Thesis the value of CRP was studied in comparison to traditional markers of infection, like temperature and white cell count, in different clinical situations analysing patients with documented infections and a control group without infection. The aggregated results of the analysis presented in this Thesis illustrate that CRP could be used as a marker of infection. In conjunction with other clinical and laboratory manifestations of sepsis, daily CRP measurement in patients without infection was useful in prediction of infection as its concentration remains low in patients without infection whereas if an infection appears its levels raise markedly. In addition, in patients with documented infections CRP was useful as a marker of therapeutic response and follow-up, with marked decreases in patients with good outcome and remaining elevated in those with poor prognosis, as well as the recognition of different patterns of evolution. In summary, daily CRP measurement was helpful in critical ill patients along the entire Intensive Care Unit stay, both in the presence and in the absence of infection. As a result, daily CRP measurement can assure a better and more rational use of antibiotics and consequently contribute to a decrease in the antibiotic toxicity and demand, reducing the risks of emergence of resistant strains aas well as costs. Provided that patients admitted to an Intensive Care Unit presented the same clinical diagnosis as those admitted to the wards but with higher severity, one can speculate that CRP is also a potentially good marker of infection in these of patients.

Mining protein structure data

The principal topic of this work is the application of data mining techniques, in particular of machine learning, to the discovery of knowledge in a protein database. In the first chapter a general background is presented. Namely, in section 1.1 we overview the methodology of a Data Mining project and its main algorithms. In section 1.2 an introduction to the proteins and its supporting file formats is outlined. This chapter is concluded with section 1.3 which defines that main problem we pretend to address with this work: determine if an amino acid is exposed or buried in a protein, in a discrete way (i.e.: not continuous), for five exposition levels: 2%, 10%, 20%, 25% and 30%. In the second chapter, following closely the CRISP-DM methodology, whole the process of construction the database that supported this work is presented. Namely, it is described the process of loading data from the Protein Data Bank, DSSP and SCOP. Then an initial data exploration is performed and a simple prediction model (baseline) of the relative solvent accessibility of an amino acid is introduced. It is also introduced the Data Mining Table Creator, a program developed to produce the data mining tables required for this problem. In the third chapter the results obtained are analyzed with statistical significance tests. Initially the several used classifiers (Neural Networks, C5.0, CART and Chaid) are compared and it is concluded that C5.0 is the most suitable for the problem at stake. It is also compared the influence of parameters like the amino acid information level, the amino acid window size and the SCOP class type in the accuracy of the predictive models. The fourth chapter starts with a brief revision of the literature about amino acid relative solvent accessibility. Then, we overview the main results achieved and finally discuss about possible future work. The fifth and last chapter consists of appendices. Appendix A has the schema of the database that supported this thesis. Appendix B has a set of tables with additional information. Appendix C describes the software provided in the DVD accompanying this thesis that allows the reconstruction of the present work.

A Bacia Lusitaniana: estratigrafia, paleogeografia e tectónica

A Bacia Lusitaniana é uma bacia sedimentar que se desenvolveu na Margem Ocidental Ibérica (MOI) durante parte do Mesozóico, e a sua dinâmica enquadra-se no contexto da fragmentação da Pangeia, mais especificamente da abertura do Atlântico Norte. Caracteriza-se como uma bacia distensiva, pertencente a uma margem continental do tipo atlântico de rift não vulcânica. Ocupa mais de 20 000 km2 na parte central da MOI, alongando-se por cerca de 200 km segundo direcção aproximada NNW-SSE e por mais de 100 km na direcção perpendicular; cerca de 2/3 aflora na área continental emersa e a restante área, encontra-se imersa, na plataforma continental. Trata-se da única bacia das margens do Atlântico Norte com extensa exposição superficial, pelo que tem atraído nas últimas décadas um número considerável de geólogos, especialistas de variados domínios, para a realização de trabalhos de investigação integrados em equipas nacionais e internacionais, muitos delas ligadas à indústria do petróleo. Ao longo das várias décadas de prospecção foram efectuadas cerca de 50 sondagens profundas e mais de 37 000 km de perfis sísmicos de reflexão 2D. A evolução tectónica da Bacia Lusitaniana foi condicionada por falhas que se formaram durante o episódio de gracturação tardi-varisca aproximadamente entre os 300 e os 280 M.a. Este episódio tardi-orogénico resulta de imposição de regime de cisalhamento direito à micro-placa ibérica nos seus paleolimites E-W setentrional e meridional, dos quais resultariam as falhas de desligamento esquerdo de direcção aproximada NNE-SSW a NE-SW. Outras falhas orogénicas variscas de orientação N-S (falha de Porto-Tomar) e NW-SE foram também importantes na estruturação da Bacia Lusitaniana, como adiante ficará patente. Esta é a herança tectónica da Bacia que levou, durante o estiramento crostal mesozóico, à formação do conjunto de bacias marginais na MOI. A evolução tectónica da Bacia Lusitaniana está condicionada pela distensão mesozóica relacionada com a abertura do Atlântico Norte, na proximidade do Atlântico Central, domínios oceânicos distintos separados pela Zona de Falha de Açores-Gibraltar (ZFAG). Esta constitui limite transformante entre placas, que numa fase inicial do ciclo alpino, ou seja da rotura da Pangea, separou dois grandes continentes, a Laurásia a Norte e a Gondwana a Sul. A Ibéria localiza-se, assim, durante o Mesozóico, numa posição de charneira, cuja actividade está também relacionada com a evolução dos limites de placa: i) a sul, entre África e a Eurásia, limite transcorrente ao longo da Zona de Falha de Açores Gibraltar e ii) a Oeste, entre a Ibéria e a Terra Nova limite divergente associado à evolução do Atlântico. Nas fases iniciais de desenvolvimento do proto-Atlântico norte, desde o Triásico, a Ibéria encontra-se solidária ao continente norte-americano, mas por estiramento litosférico progressivo, acabará por ocorrer rotura crostal e consequente oceanização no final do Cretácico Inf. Este conjunto de interações será assim responsável por uma evolução também complexa da Margem Ocidental da Ibéria, onde se encontra a Bacia Lusitaniana, bacia intracratónica, interna, separada de uma zona externa por um relevo estrutural, o horst da Berlenga. Desta forma, alguns processos complexos, uns exógenos, outros de clara influência endógena, vão ficando registados na Bacia. Referimo-nos a episódios de inversão tectónica precoce, a um magmatismo muito ténue - para todos os efeitos podendo-se considerar como uma margem continental de rift, não vulcânica - e a diapirismo que se encontra registado na sua área geográfica.

The isolation and characterization of cytochrome c nitrite reductase subunits (NrfA and NrfH) from Desulfovibrio desulfuricans ATCC 27774

Eur. J. Biochem. 270, 3904–3915 (2003)

Cytochrome c nitrite reductase from desulfovibrio desulfuricans ATCC 27774

The Journal of Biological Chemistry Vol. 278, No. 19, Issue of May 9, pp. 17455–17465, 2003

A further investigation of the cytochrome b5–cytochrome c complex

J Biol Inorg Chem (2003) 8: 777–786

Mudanças nos padrões de poder do "Hinterland" de Luanda: o impacto da colonização sobre os Mbundu (c.1845-1920)

Penélope. Fazer e desfazer a história, n.14, pág.43-91