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.

Inhibition of SNF1-related protein kinase1 by trehalose 6-phosphate and other metabolites and the interrelation with plant gorwth

All life forms need to monitor carbon and energy availability to survive and this is especially true for plants which must integrate unavoidable environmental conditions with metabolism for cellular homeostasis maintenance. Sugars, in the heart of metabolism, are now recognized as crucial signaling molecules that translate those conditions. One such signal is trehalose 6- phosphate (T6P), a phosphorylated dimer of glucose molecules which levels correlate well with those of sucrose (Suc). Central integrators of stress and energy regulation include the conserved plant Snf1-related kinase1 (SnRK1) which respond to low cellular energy levels by up-regulating energy conserving and catabolic metabolism and down-regulating energy consuming processes. In 2009 T6P was shown to inhibit SnRK1. The in vitro inhibition of SnRK1 by T6P was confirmed in vivo through the observation that genes normally induced by SnRK1 were repressed by T6P and vice-versa, promoting growth processes. These observations provided a model for the regulation of growth by sugar.(...)

STRUCTURE-FUNCTION ANALYSIS OF MULTI-COPPER OXIDASES

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry, Structural Biochemistry

Integrated study by NMR and X-ray Crystallography on the analysis of the molecular interactions in heme-binding proteins

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Bioquímica, Especialidade Bioquímica Estrutural

Integrating protein structural information

Dissertação apresentada para obtenção de Grau de Doutor em Bioquímica,Bioquímica Estrutural, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Metal ions modulate the folding and stability of the tumor suppressor protein S100A2

Febs Journal (2009)276:1776-1786

Definição de um modelo de incentivo de profissionais de saúde em contexto de integração vertical e financiamento capitativo de cuidados de saúde

RESUMO - Contexto Os indivíduos, tal como as instituições, não são imunes a incentivos. No entanto, enquanto os modelos de incentivos das instituições têm sido alvo de diferentes evoluções, o mesmo não se verificou ao nível dos profissionais. Esta situação não se figura compatível com a complexidade de gestão de recursos humanos, devendo ser obviada para potenciar o alinhamento entre os interesses institucionais e os dos próprios profissionais. Objectivos Estudar a atribuição de incentivos a profissionais de saúde no contexto de organizações com integração vertical de cuidados. Metodologia A metodologia adoptada compreendeu três fases. Numa primeira procedeu-se à revisão sistemática de literatura relativa à: (1) construção de modelos de incentivo a profissionais em diferentes sistemas de saúde e tipo de prestadores; e (2) identificação de medidas de custo-efectividade comprovada. Tendo por base esta evidência, a par de documentação oficial ao nível do modelo de financiamento das ULS, procedeu-se, numa segunda fase, à construção de um modelo de incentivo base com recurso à ferramenta Microsoft Excel. Por último, numa terceira etapa, procedeu-se à adaptação do modelo base construído na etapa transacta tendo por base informação obtida mediante a realização de um estudo retrospectivo in loco na ULS do Baixo Alentejo (ULSBA). Em adição, procedeu-se à estimativa do impacto na perspectiva da ULS e dos profissionais para o cenário base e diversas análises de sensibilidade. Resultados No que respeita à estrutura, o modelo base de incentivos a profissionais apresenta 44 indicadores, distribuídos por cinco dimensões de análise, sendo que 28 indicadores (63,6%) são de processo e 14 (31,8%) de resultado. Relativamente às dimensões em análise, verifica-se uma predominância de indicadores ao nível da dimensão eficiência e qualidade assistencial, totalizando 35 (i.e. 79,5% dos 44 indicadores). No que respeita ao destinatário, 14 indicadores (31,8%) apresentam uma visão holística da ULS, 17 (38,6%) encontram-se adstritos unicamente aos cuidados primários e os remanescentes 13 (29,5%) aos cuidados hospitalares. Cerca de 85% dos actuais incentivos da ULSBA decorre da unidade de pagamento salarial secundada pelo pagamento de suplementos (12%). Não obstante, o estudo retrospectivo da ULSBA confirmou o cenário expectável de ausência de um modelo de incentivo homogéneos e transversal à ULS, transparecendo importantes assimetrias entre diferentes unidades prestadoras e/ou profissionais de saúde. De forma relevante importa apontar a insuficiência de incentivos capitacionais (ao contrário do que sucede com o modelo de incentivo da própria ULSBA) ou adstritos a índices de desempenho. Tendo em consideração o modelo de incentivo concebido e adaptado à realidade da ULSBA, a par do plano de implementação, estima-se que o modelo de incentivos gere: (1) poupanças na perspectiva da ULS (entre 2,5% a 3,5% do orçamento global da ULSBA); e (2) um incremento de remuneração ao nível dos profissionais (entre 5% a 15% do salario base). O supracitado – aparentemente contraditório - decorre da aposta em medidas de custo-efectividade contrastada e um alinhamento entre o modelo proposto e o vigente para o próprio financiamento da unidade, apostando numa clara estratégia de ganhos mútuos. As análises de sensibilidade realizadas permitem conferir a solidez e robustez do modelo a significativas variações em parâmetros chave.

Design of bio-inspired ionic liquids for protein stabilisation

Ionic Liquids (ILs) consist in organic salts that are liquid at/or near room temperature. Since ILs are entirely composed of ions, the formation of ion pairs is expected to be one essential feature for describing solvation in ILs. In recent years, protein - ionic liquid (P-IL) interactions have been the subject of intensive studies mainly because of their capability to promote folding/unfolding of proteins. However, the ion pairs and their lifetimes in ILs in P-IL thematic is dismissed, since the action of ILs is therefore the result of a subtle equilibrium between anion-cation interaction, ion-solvent and ion-protein interaction. The work developed in this thesis innovates in this thematic, once the design of ILs for protein stabilisation was bio-inspired in the high concentration of organic charged metabolites found in cell milieu. Although this perception is overlooked, those combined concentrations have been estimated to be ~300 mM among the macromolecules at concentrations exceeding 300 g/L (macromolecular crowding) and transient ion-pair can naturally occur with a potential specific biological role. Hence the main objective of this work is to develop new bio-ILs with a detectable ion-pair and understand its effects on protein structure and stability, under crowding environment, using advanced NMR techniques and calorimetric techniques. The choline-glutamate ([Ch][Glu]) IL was synthesized and characterized. The ion-pair was detected in water solutions using mainly the selective NOE NMR technique. Through the same technique, it was possible to detect a similar ion-pair promotion under synthetic and natural crowding environments. Using NMR spectroscopy (protein diffusion, HSQC experiments, and hydrogen-deuterium exchange) and differential scanning calorimetry (DSC), the model protein GB1 (production and purification in isotopic enrichment media) it was studied in the presence of [Ch][Glu] under macromolecular crowding conditions (PEG, BSA, lysozyme). Under dilute condition, it is possible to assert that the [Ch][Glu] induces a preferential hydration by weak and non-specific interactions, which leads to a significant stabilisation. On the other hand, under crowding environment, the [Ch][Glu] ion pair is promoted, destabilising the protein by favourable weak hydrophobic interactions , which disrupt the hydration layer of the protein. However, this capability can mitigates the effect of protein crowders. Overall, this work explored the ion-pair existence and its consequences on proteins in conditions similar to cell milieu. In this way, the charged metabolites found in cell can be understood as key for protein stabilisation.

Crystallographic studies on molybdopterin-dependent enzymes

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Bioquímica, Especialidade Bioquímica Estrutural

Structural and functional studies of PpcA: a key protein in the electron transfer pathways of Geobacter sulfurreducens

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Bioquímica, ramo de Biotecnologia

Modeling and visualization of medical anesthesiology acts

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Follow the red road of triheme cytochromes in Geobacter sulfurreducens

The bacterium Geobacter sulfurreducens (Gs) is capable of oxidizing a large variety of compounds relaying electrons out of the cytoplasm and across the membrane in a process designated as extracellular electron transfer. The Gs genome was fully sequenced and a family composed by five periplasmic triheme cytochromes c7 (designated PpcA-E) was identified. These cytochromes play an important role in the reduction of extracellular acceptors. They contain approximately 70 amino acids, three heme groups with bis-histidinyl axial coordination, and share between 57 and 77% sequence identity. The triheme cytochrome PpcA is highly abundant in Gs and is most likely the reservoir of electrons destined for outer surface. In addition to its role in electron transfer pathways this protein can perform e-/H+ energy transduction, a process that is disrupted when the strictly conserved aromatic residue phenylalanine 15 is replaced by a leucine (PpcAF15L). This Thesis focuses on the expression, purification and characterization of these proteins using Nuclear Magnetic Resonance and ultraviolet-visible spectroscopy. The orientations of the heme axial histidine ring planes and the orientation of the heme magnetic axis were determined for each Gs triheme cytochrome. The comparison of the orientations obtained in solution with the crystal structures available showed significant differences. The results obtained provide the paramagnetic constraints to include in the future refinement of the solution structure in the oxidized state. In this work was also determined the solution structure and the pH-dependent conformational changes of the PpcAF15L allowing infer the structural origin for e-/H+ energy transduction mechanism as shown by PpcA. Finally, the backbone and side chain NH signals of PpcA were used to map interactions between this protein and the putative redox partner 9,10-anthraquinone-2,6-disulfonate (AQDS). In this work a molecular interaction was identified for the first time between PpcA and AQDS, constituting the first step toward the rationalization of the Gs respiratory chain.

Epidemiologia da insónia em adolescentes : do diagnóstico de situação à intervenção

RESUMO - Introdução: Os problemas do sono, designadamente a insónia, os sintomas de insónia, os padrões de sono inadequados e a sonolência diurna, são frequentes na adolescência. Estes problemas estão frequentemente associados a múltiplos fatores, entre os quais estilos de vida e fatores ambientais, e apresentam consequências significativas na vida do adolescente e posteriormente na idade adulta. O sono e as suas perturbações deveriam constituir uma preocupação para os profissionais da saúde e da educação com o objetivo de tornar os hábitos de sono saudáveis num estilo de vida - com benefícios calculáveis como os associados a outros estilos de vida saudáveis (alimentação e exercício físico). Em Portugal, os estudos sobre problemas do sono em adolescentes são escassos, bem como as intervenções individuais e comunitárias no âmbito da higiene do sono. Os objetivos desta investigação foram estimar a prevalência de insónia e de sintomas de insónia em adolescentes, identificar fatores de risco e protetores dos sintomas de insónia, analisar as repercussões dos sintomas de insónia, caracterizar os padrões de sono dos adolescentes do distrito de Viseu e elaborar uma proposta de intervenção destinada à promoção da higiene do sono adaptada às características dos adolescentes do distrito de Viseu. Métodos: Realizou-se um estudo transversal onde se avaliaram alunos de vinte e seis escolas públicas do terceiro ciclo e secundário do distrito de Viseu, durante ano letivo 2011/2012. A recolha dos dados foi efetuada através de um questionário autoaplicado e respondido pelos alunos em sala de aula. Foram considerados elegíveis para participar no estudo todos os alunos que frequentassem entre o 7.º e o 12.º ano de escolaridade e tivessem idades entre os 12 e os 18 anos. Dos 9237 questionários distribuídos recolheu-se 7581 (82,1%). Foram excluídos da análise os questionários relativos a adolescentes com idade inferior a 12 ou superior a 18 anos e os questionários devolvidos por preencher. A amostra global foi constituída por 6919 adolescentes, sendo 3668 (53,2%) do sexo feminino. A insónia foi definida com base na presença, no mês prévio, dos sintomas de insónia definidos nos critérios do DSM-IV (dificuldade em adormecer, dificuldade em manter o sono, acordar muito cedo e ter dificuldade em voltar a adormecer e sono não reparador) com uma frequência de pelo menos três vezes por semana e associados a consequências no dia-a-dia. A qualidade de vida foi avaliada com recurso à escala de qualidade de vida SF-36; a sintomatologia depressiva através do Inventário de Depressão de Beck para adolescentes (BDI-II) e a sonolência diurna utilizando a Escala de Sonolência de Epworth (ESE). Para responder ao último objetivo foi elaborada uma proposta de intervenção individual e comunitária no âmbito da higiene do sono. A proposta resulta da evidência científica, dos resultados da presente investigação e de reuniões com profissionais da saúde e da educação. Resultados: No total da amostra, a prevalência de insónia foi de 8,3% e de sintomas de insónia foi de 21,4%. A prevalência de insónia foi superior no sexo feminino (10,1% vs. 5,9%; p<0,001) assim como a prevalência de sintomas de insónia (25,6% vs. 15,8%; p<0,001). Individualmente, todos os sintomas foram mais prevalentes no sexo feminino, sendo a diferença estatisticamente significativa (p<0,001). Em média os adolescentes dormiam, durante a semana, 8:04±1:13 horas. A prevalência de sono insuficiente (< 8 horas) foi de 29%. Apenas 6,4% dos adolescentes indicaram que se deitavam todas as noites à mesma hora. A prevalência de sintomatologia depressiva foi de 20,9% (26,0% nas raparigas e 15,1% nos rapazes, p<0,001). A prevalência de sonolência diurna foi de 33,1%, apresentando o sexo feminino um risco superior (OR=1,40; IC95%: 1,27-1,55). A prevalência de sintomatologia depressiva e de sonolência diurna foi superior entre os adolescentes com sintomas de insónia (48,2% vs. 18,8%, p<0,001 e 42,4% vs. 33,0%, p<0,001, respetivamente). Os adolescentes com sintomas de insónia apresentavam igualmente pior qualidade de vida. Em relação a outras repercussões no dia-a-dia, foram os adolescentes com sintomas de insónia que referiam mais vezes sentir dificuldade em levantar-se de manhã, acordar com cefaleias, acordar cansado e recorrer a medicação para dormir. Nos rapazes os sintomas de insónia associaram-se com o IMC. Após o ajustamento para o sexo e idade com recurso à regressão logística verificou-se uma associação entre sintomas de insónia e sexo feminino [OR ajustado(idade)= 1,82; IC95%: 1,56-2,13], idade ≥16 anos [OR ajustado(sexo)= 1,17; IC95%: 1,01-1,35], residência urbana (OR ajustado= 1,30; IC95%: 1,04-1,63), consumo de café (OR ajustado= 1,40; IC95%: 1,20-1,63), consumo de bebidas alcoólicas (OR ajustado= 1,21; IC95%: 1,03-1,41) e sintomatologia depressiva (OR ajustado= 3,59; IC95%: 3,04-4,24). Quanto à escolaridade dos pais, verificou-se uma redução do risco com o aumento da escolaridade dos pais (5º-6º ano OR ajustado= 0,82; IC95%: 0,64- 1,05; 7º-12º ano OR ajustado= 0,77; IC95%: 0,61-0,97; >12º ano OR ajustado= 0,64; IC95%: 0,47-0,87). Após uma análise multivariada, o modelo preditivo para a ocorrência de sintomas de insónia incluiu as variáveis sexo feminino, viver em meio urbano, consumir café e apresentar sintomatologia depressiva. Este modelo apresenta uma especificidade de 84,2% e uma sensibilidade de 63,6%. O sono insuficiente associou-se, após ajuste para o sexo e idade, com o ano de escolaridade, estado civil dos pais, determinados estilos de vida (consumo de café, tabagismo, consumo de álcool, consumo de outras drogas, sair à noite, presença de TV no quarto e número de horas despendido a ver televisão e no computador), latência do sono, sesta > 30 minutos, horários de sono irregulares e com a toma de medicamentos para dormir. Os resultados deste estudo constituem um diagnóstico de situação relativamente aos problemas de sono em adolescentes no distrito de Viseu. Tendo por base os princípios da Carta de Ottawa relativamente à promoção da saúde, a proposta elaborada visa a implementação de estratégias de prevenção agrupadas em intervenções individuais, comunitárias e sobre os planos curriculares. As intervenções baseiam-se na utilização das tecnologias da informação e comunicação, no contexto da nova arquitetura na esfera pública da saúde conducente aos sistemas personalizados de informação em saúde (SPIS). Conclusões: Registou-se uma elevada prevalência de insónia e sintomas de insónia entre os adolescentes do distrito de Viseu, superior no sexo feminino. A presença de sintomas de insónia esteve associada, sobretudo, a determinados estilos de vida e à ausência de higiene do sono. Os problemas de sono em adolescentes, devido à sua frequência e repercussões, devem constituir uma preocupação em termos de saúde pública e constituir uma prioridade nas estratégias de educação para a saúde. Os 9 princípios da intervenção delineada visam uma abordagem preventiva de problemas de sono - através da ação conjunta de profissionais da saúde e da educação, de elementos da comunidade e com o indispensável envolvimento dos adolescentes e da família -, procurando instituir os hábitos de sono saudáveis como um estilo de vida.

Polyglutamine diseases (PolyQ): construction and characterization of yeast models

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Gestão integrada da doença : uma abordagem experimental de gestão em sa

RESUMO - Os sistemas de saúde deparam-se, actualmente, com novos paradigmas, ao nível da qualidade da prestação de cuidados de saúde, bem como no que se refere à necessidade de controlo dos custos com o sector da saúde, obrigando as organizações a adaptarem-se por forma a fornecerem a resposta mais adequada às crescentes necessidades dos indivíduos. O reconhecimento desta realidade tem levado os governos de muitos países a definir políticas orientadas para problemas de saúde específicos e a adoptar estratégias de intervenção que privilegiam uma abordagem integrada com o objectivo de melhorarem progressivamente o nível de saúde das populações, a qualidade dos cuidados prestados e a eficiência na utilização de recursos. Em Portugal, a aplicação dos princípios que estiveram na base dos modelos de gestão da doença, deu origem ao modelo experimental de Gestão Integrada da Doença, que incorpora a gestão clínica da doença, centrada no doente, com especial enfoque na sua autogestão e na clarificação das melhores práticas profissionais, visando a sua uniformização; a reorganização do modelo de prestação de cuidados, com a criação de Centros de Elevada Diferenciação e Centros de Tratamento, com especiais preocupações no que concerne à orientação do doente no sistema para que os cuidados lhe seja ministrados no nível mais adequado; um modelo de financiamento específico, indexado aos resultados, que reflicta a adopção das melhores práticas; um sistema de informação que permita a monitorização e avaliação constante deste processo. O desenvolvimento deste modelo organizacional tem-se revelado como uma estratégia inovadora e como uma ferramenta de elevado potencial para a melhoria da prestação de cuidados de saúde e para a promoção de uma maior efectividade e eficiência, tal como poderá, ainda, constituirse como um veículo, importante e permanente, de informação de apoio à decisão em Saúde. Este modelo visa, no fundo, promover uma acção concertada no sentido da obtenção de uma intervenção precisa, através da mobilização de recursos adequados, que permitam uma melhoria do estado de saúde, da qualidade de vida e do bem-estar global dos doentes. Esta abordagem passa pela colaboração e coordenação dos diferentes níveis de prestação de cuidados, no sentido de oferecerem cuidados integrados de saúde, com níveis de qualidade elevados em termos de prevenção, diagnóstico, tratamento, reabilitação e acompanhamento. ------------------------ --ABSTRACT – The health systems are faced with new paradigms, on one hand in the healthcare services delivered to the populations, and on the other hand, in the need to control costs in the health sector, forcing organizations to adapt and provide the most appropriate response to the individuals growing needs. The magnitude of this problem, in terms of public health, requires the adoption of a directed, targeted, planned and integrated action, based on clear and well defined strategies in order to obtain health gains, improving the quality of care and streamlining the costs. In Portugal, the application of those principles forming the basis of the disease management models, led to the Integrated Disease Management model which, apart from the clinical management of the disease, also incorporates the healthcare delivery structure reorganization, a specific financing model based on an information system that allows the process monitoring and evaluation. The development of Integrated Disease Management models is a central strategy and a tool for improving healthcare delivery, more effectively and efficiently, and can even be an important and permanent vehicle of information for health decision support. Therefore, it is important to promote a concerted action towards achieving a precise intervention, mobilizing the resources, improving the health status, quality of life and the overall patients’ wellbeing. This action means increasing collaboration and coordination of the different levels of care, offering integrated healthcare s