Gold nanoparticle to antibody conjugates for diagnosis applications: molecular interactions and immunoassay development

Thesis for the Master degree in Structural and Functional Biochemistry

Smart macroporous structures for the purification of viral particles

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Development of a piezoelectric biosensor based on PVDF films

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Transcriptional regulation of the mannosyltransferase-encoding gene pigm in inherited glycosylphosphatidylinositol (GPI) deficiency

RESUMO:O glicosilfosfatidilinositol (GPI) é um complexo glicolipídico utlizado por dezenas de proteínas, o qual medeia a sua ancoragem à superfície da célula. Proteínas de superfície celular ancoradas a GPI apresentam várias funções essenciais para a manutenção celular. A deficiência na síntese de GPI é o que caracteriza principalmente a deficiência hereditária em GPI, um grupo de doenças autossómicas raras que resultam de mutações nos genes PIGA, PIGL, PIGM, PIGV, PIGN, PIGO e PIGT, os quais sao indispensáveis para a biossíntese do GPI. Uma mutação pontual no motivo rico em GC -270 no promotor de PIGM impede a ligação do factor de transcrição (FT) Sp1 à sua sequência de reconhecimento, impondo a compactação da cromatina, associada à hipoacetilação de histonas, e consequentemente, impedindo a transcrição de PIGM. Desta forma, a adição da primeira manose ao GPI é comprometida, a síntese de GPI diminui assim como as proteínas ligadas a GPI à superficie das células. Pacientes com Deficiência Hereditária em GPI-associada a PIGM apresentam trombose e epilesia, e ausência de hemólise intravascular e anemia, sendo que estas duas últimas características definem a Hemoglobinúria Paroxística Nocturna (HPN), uma doença rara causada por mutações no gene PIGA. Embora a mutação que causa IGD seja constitutiva e esteja presente em todos os tecidos, o grau de deficiência em GPI varia entre células do mesmo tecido e entre células de tecidos diferentes. Por exemplo nos granulócitos e linfócitos B a deficiência em GPI é muito acentuada mas nos linfócitos T, fibroblastos, plaquetas e eritrócitos é aproximadamente normal, daí a ausência de hemólise intravascular. Os eventos transcricionais que estão na base da expressão diferencial da âncora GPI nas células hematopoiéticas são desconhecidos e constituem o objectivo geral desta tese. Em primeiro lugar, os resultados demonstraram que os níveis de PIGM mRNA variam entre células primárias hematopoiéticas normais. Adicionalmente, a configuração dos nucleossomas no promotor de PIGM é mais compacta em células B do que em células eritróides e tal está correlacionado com os níveis de expressão de PIGM, isto é, inferior nas células B. A presença de vários motivos de ligação para o FT específico da linhagem megacariocítica-eritróide GATA-1 no promotor de PIGM sugeriu que GATA-1 desempenha um papel regulador na sua transcrição. Os resultados mostraram que muito possivelmente GATA-1 desempenha um papel repressor em vez de activador da expressão de PIGM. Resultados preliminares sugerem que KLF1, um factor de transcrição restritamente eritróide, regula a transcrição de PIGM independentemente do motivo -270GC. Em segundo lugar, a investigação do papel dos FTs Sp demonstrou que Sp1 medeia directamente a transcrição de PIGM em ambas as células B e eritróide. Curiosamente, ao contrário do que acontece nas células B, em que a transcrição de PIGM requer a ligação do FT geral Sp1 ao motivo -270GC, nas células eritróides Sp1 regula a transcrição de PIGM ao ligar-se a montante e não ao motivo -270GC. Para além disso, demonstrou-se que Sp2 não é um regulador directo da transcrição de PIGM quer nas células B quer nas células eritróides. Estes resultados explicam a ausência de hemólise intravascular nos doentes com IGD associada a PIGM, uma das principais características que define a HPN. Por último, resultados preliminares mostraram que a repressão da transcrição de PIGM devida à mutação patogénica -270C>G está associada com a diminuição da frequência de interacções genómicas em cis entre PIGM e os seus genes “vizinhos”, sugerindo adicionalmente que a regulação de PIGM e desses genes é partilhada. No seu conjunto, os resultados apresentados nesta tese contribuem para o conhecimento do controlo transcricional de um gene housekeeping, específico-detecido, por meio de FTs genéricos e específicos de linhagem.-------------ABSTRACTC: Glycosylphosphatidylinositol (GPI) is a complex glycolipid used by dozens of proteins for cell surface anchoring. GPI-anchored proteins have various functions that are essential for the cellular maintenance. Defective GPI biosynthesis is the hallmark of inherited GPI deficiency (IGD), a group of rare autosomal diseases caused by mutations in PIGA, PIGL, PIGM, PIGV, PIGN, PIGO and PIGT, all genes indispensable for GPI biosynthesis. A point mutation in the -270GC-rich box in the core promoter of PIGM disrupts binding of the transcription factor (TF) Sp1 to it, imposing nucleosome compaction associated with histone hypoacetylation, thus abrogating transcription of PIGM. As a consequence of PIGM transcriptional repression, addition of the first mannose residue onto the GPI core and thus GPI production are impaired; and expression of GPI-anchored proteins on the surface of cells is severely impaired. Patients with PIGM-associated IGD suffer from life-threatening thrombosis and epilepsy but not intravascular haemolysis and anaemia, two defining features of paroxysmal nocturnal haemoglobinuria (PNH), a rare disease caused by somatic mutations in PIGA. Although the disease-causing mutation in IGD is constitutional and present in all tissues, the degree of GPI deficiency is variable and differs between cells of the same and of different tissues. Accordingly, GPI deficiency is severe in granulocytes and B cells but mild in T cells, fibroblasts, platelets and erythrocytes, hence the lack of intravascular haemolysis.The transcriptional events underlying differential expression of GPI in the haematopoietic cells of PIG-M-associated IGD are not known and constitute the general aim of this thesis. Firstly, I found that PIGM mRNA levels are variable amongst normal primary haematopoietic cells. In addition, the nucleosome configuration in the promoter of PIGM is more compacted in B cells than in erythroid cells and this correlated with the levels of PIGM mRNA expression, i.e., lower in B cells. The presence of several binding sites for GATA-1, a mega-erythroid lineage-specific transcription factor (TF), at the PIGM promoter suggested that GATA-1 has a role on PIGM transcription. My results showed that GATA-1 in erythroid cells is most likely a repressor rather than an activator of PIGM expression. Preliminary data suggested that KLF1, an erythroid-specific TF, regulates PIGM transcription but independently of the -270GC motif. Secondly, investigation of the role of the Sp TFs showed that Sp1 directly mediates PIGM transcriptional regulation in both B and erythroid cells. However, unlike in B cells in which active PIGM transcription requires binding of the generic TF Sp1 to the -270GC-rich box, in erythroid cells, Sp1 regulates PIGM transcription by binding upstream of but not to the -270GC-rich motif. Additionally, I showed that Sp2 is not a direct regulator of PIGM transcription in B and erythroid cells. These findings explain lack of intravascular haemolysis in PIGM-associated IGD, a defining feature of PNH. Lastly, preliminary work shows that transcriptional repression of PIG-M by the pathogenic -270C>G mutation is associated with reduced frequency of in cis genomic interactions between PIGM and its neighbouring genes, suggesting a shared regulatory link between these genes and PIGM. Altogether, the results presented in this thesis provide novel insights into tissuespecific transcriptional control of a housekeeping gene by lineage-specific and generic TFs.

Autonomia funcional em idosos : caracterização multidimensional em idosos utentes de um centro de saúde urbano

RESUMO: Tivemos como objectivo do presente trabalho avaliar a capacidade funcional, e factores eventualmente a ela associados, numa amostra de 152 idosos ambulatórios, sem doenças agudas ou graves, utentes de um centro de saúde urbano. Cada avaliação consistiu numa entrevista, mediante um inquérito sobre capacidade funcional, morbilidade, estado mental e aspectos sociais, e no estudo da composição corporal. As perguntas referentes às variáveis estudadas foram por nós desenvolvidas e estruturadas com base em escalas internacionais validadas e de utilização comum na avaliação de idosos, excepto para as variáveis em que não encontrámos escalas com essas características. Os seus quesitos foram incluídos como perguntas e respostas estruturadas e pré-codificadas, permitindo a atribuição de uma pontuação a cada variável e a sua posterior divisão dicotómica. Aplicámos as escalas de Katz e de Lawton para a avaliação das actividades de autonomia física e instrumental da vida diária, a escala de Grimby para a avaliação da actividade física, a escala de Hamilton e o teste de Folstein para a avaliação do estado mental nas vertentes afectiva e cognitiva e a escala de Graffar para caracterizar a classe social, e perguntas sobre locomoção, autoavaliação da saúde, queixas de saúde presentes e rede social. Fizemos o registo da morbilidade segundo a International Classification of Primary Care - ICPC. A avaliação antropométrica constou da medição do peso, da altura, dos perímetros do braço, da cintura, da anca e proximal da coxa, e das pregas bicipital, tricipital, sub-escapular e supra-ilíaca. Foi também feita a estimativa da composição corporal por cálculos derivados de índices antropométricos e de bioimpedância eléctrica corporal total, o doseamento de algumas proteínas plasmáticas e a quantificação da força de preensão. Analisámos os resultados obtidos por grupos quanto ao sexo e à idade, dividida nos escalões etários 65 a 74 anos e mais do que 74 anos. Por regressão linear múltipla, foi testado o efeito do sexo e da idade sobre os valores medidos, para cada uma das variáveis e cada uma das suas pontuações parciais, sendo considerado como evidência de um efeito estaticamente significativo um valor “p” inferior a 0,05.Resumimos do seguinte modo os dados obtidos e a sua comparação com os dos estudos que seleccionámos como referência: A média de idades da amostra foi de 74 anos, sendo um terço destes do sexo masculino. Na sua maioria eram independentes em locomoção e funcionalidade, praticavam alguma actividade física, classificavam a sua saúde como razoável ou boa, apresentavam sintomatologia activa, não tinham depressão ou demência, tinham quem os acompanhasse embora cerca de metade apresentasse algum grau de isolamento, eram de baixa classe social, tinham excesso de peso, valores elevados de massa gorda, parâmetros plasmáticos proteicos compatíveis com ausência de doenças agudas ou graves e considerável força muscular de preensão. Na análise descritiva por grupos quanto ao sexo e/ou à idade, verificou-se que as mulheres e os mais idosos apresentavam maior isolamento social e os valores mais baixos de massa magra, hemoglobina e força de preensão. As mulheres tinham maior prevalência de dependência em autonomia física, depressão e valores mais baixos de transferrina. Os mais idosos apresentavam maior dependência em funcionalidade, menor actividade física, maior prevalência de demência, índice de massa corporal menos elevado, e valores mais baixos de albumina. Não se verificou prevalência de piores resultados dicotómicos nos homens nem no escalão etário menos idoso. Não teve relação com o sexo ou a idade o compromisso em autonomia instrumental, a presença de morbilidade ou a baixa classe social, assim como a não perturbação da locomoção e dos níveis de somatomedina-C. A análise comparativa com estudos multidimensionais em idosos portugueses e europeus ambulatórios revelou que a nossa amostra apresentava muitas características semelhantes às desses idosos. Assim, tinham elevada independência em locomoção, considerável independência em autonomia física e menor independência em autonomia instrumental; prática de actividade física ligeira, as mulheres dentro e os homens fora de casa; maior prevalência de morbilidade a nível dos aparelhos locomotor e cardiocirculatório, nos nossos idosos com pouca flutuação na autoavaliação de saúde; pequena prevalência de depressão e de demência; maior isolamento social nas mulheres e nas mais idosas; factores de classe social de baixo nível, diferindo apenas em relação aos idosos do norte da Europa que apresentavam elevada escolaridade e profissões mais diferenciadas; características biométricas sobreponíveis às dos idosos portugueses e às dos do sul da Europa, com tendência para o excesso de peso e proporção elevada de massa gorda; e doseamentos plasmáticos proteicos e força muscular de preensão compatíveis com ausência de doenças agudas ou crónicas graves. A comparação com os referidos estudos em relação ao risco de dependência, revelou semelhanças na associação entre dependência funcional e idade avançada, morbilidade, alteração do estado mental e isolamento social. Na amostra que estudámos não obtivemos associação entre dependência e o sexo feminino, facto que se verificou no estudo nacional de Almeida et al. e nos estudos multicêntricos europeus, ou o grau de escolaridade, como no estudo francês. Podemos concluir que, com o instrumento de avaliação que utilizámos, foi possível detectar e caracterizar perturbações numa amostra de idosos ambulatórios, a maioria funcionalmente independentes, sem alterações do estado mental, mas apresentando morbilidade activa, tendência para a obesidade, e actividade física ligeira. Nos que apresentaram alterações, estas foram mais frequentes no sexo feminino e nos indivíduos com mais de 74 anos. A escala de funcionalidade desenvolvida foi sensível aos efeitos da idade e permitiu o cálculo do risco de dependência em relação às outras variáveis estudadas, sendo mais marcante a associação com baixa actividade física, presença de queixas de saúde, demência e índice de massa corporal elevado. Consideramos que a metodologia que empregámos poderá contribuir para a avaliação de capacidades, cujo conhecimento sistemático nos idosos se impõe. ------------- ABSTRACT: The main objective of the present work was to evaluate functional capacity and related factors, in a sample of 152 ambulatory elderly, free from acute or serious disease, attending an urban health centre. Each evaluation included an interview, with a questionnaire about functional capacity, morbidity, mental health and social aspects, and the study of body composition. The questions were developed and structured in accordance with international validated scales usually applied in the evaluation of the elderly, whenever there were scales for that purpose. Their items were included as structured pre-coded questions and answers, so that each variable could have its own quotation and be dichotomised. We employed Katz and Lawton scales for basic and instrumental activities of daily living, Grimby scale for physical activity, Hamilton scale for depression, Folstein’s Mini Mental State Examination for cognitive ability and Graffar scale for social class, and questions about walking, health perception, active complaints and social network. The symptoms register was done according to the International Classification of Primary Care - ICPC. The anthropometric exam involved the determination of height and weight, arm, waist, hip and proximal thigh circumferences, and biceps, triceps, subscapular and suprailiac skinfolds. For the body composition calculation we employed equations derived from anthropometric indices, and from measurement of total body bioelectric impedance. We also measured some plasma proteins and handgrip strength. The analysis of results was done by sex and age groups, separating those with 65 to 74 years from those older than 74 years. The effects of sex and age were tested by linear multiple regression, for each variable and its components. Presented "p" values being considered statistically significative if less than 0,05. The results we obtained and their comparison with the studies we choose as reference can be summarised as follows: Mean age of the sample was 74 years and about one third were men. Most of them were independent in gait and functionality, practised some physical activity, rate their health as fair or good, had physical complaints, had not depression or dementia, had some companionship although almost half of them with stigmas of isolation, belonged to low social class, were in the range of overweight, had raised values of fat mass, plasma proteins in accordance with no acute or serious disease, and considerable handgrip strength. The analysis of groups by sex and age revealed that women and the eldest had the greater social isolation and the lowest values of free fat mass, haemoglobin and handgrip strength. Women had the higher dependence in basic activities of daily living, more depression and lower levels of transferrin. The eldest were more dependent in functionality, had greater prevalence of dementia, less physical activity, less raised body mass index and lower levels of albumin. Men alone and the age range of 65 to 74 did not show any prevalence of the worse dichotomised results. There was no relationship between sex or age and instrumental activities of daily living, morbidity or low social class, and unaffected gait or somatomedin-C levels. The comparison of results with multidimensional studies in portuguese and european ambulatory elderly showed that our sample had many similarities with theirs. They were independent in gait and activities of daily living; practiced light physical activity, women indoors and men outdoors; had greater morbidity at locomotor and cardiovascular systems, with small latitude in health evaluation; low prevalence of depression and dementia; social isolation predominantly in older women; and low social class factors, witch is only different from those of north Europe who had higher education levels and professional carriers; biometric characteristics similar to other portuguese and south Europe elders, with tendency for overweight and high proportion of fat mass; and plasma protein levels and handgrip strength in accordance with no acute or chronic serious disease. The comparison to the referred studies in relation to dependency risk, showed similarities in the association of dependency and age, morbidity,altered mental state and social isolation. We did not find association between dependency and sex, as it was found in the portuguese study of Almeida et al. and the european multicentric studies, or the education level, as in the french study. We conclude that, with the evaluation battery we employed, it was possible to detect and characterise alterations in a sample of ambulatory elderly, most of whom were functionally independent and had no alterations in mental state, but had active morbidity, tendency to obesity, and only light physical activity. Those that had some alteration, were more frequently women and the eldest. The functionality scale we developed showed to be sensitive to age effects and suitable for the calculation of risk of dependency, being more important the association with low physical activity, active complaints, dementia and high body mass index. We consider that the methodology we applied can contribute to the evaluation of capabilities that should be systematically sought for in the elderly.

Computational design with flexible backbone sampling for protein remodeling and scaffolding of complex binding sites

Dissertation presented to obtain the Doutoramento (Ph.D.) degree in Biochemistry at the Instituto de Tecnologia Qu mica e Biol ogica da Universidade Nova de Lisboa

Functional and structural studies of two enzymes: membrane bound kinase and Z-DNA/Z-RNA-binding protein

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Sistemas de Bioengenharia