Pyruvate kinase and glucose-6-phosphate dehydrogenase deficies and their association with malaria - population genetics and proteomic studies

A malária é reconhecida como uma das principais forças selectivas a actuar na história recente no genoma humano. Inúmeros polimorfismos genéticos têm sido descritos como protectores contra a gravidade da malária, como o alelo HbS (designado de traço falciforme) e o alelo G6PD A- (associado à deficiência de G6PD). Mais recentemente, também a deficiência de PK foi associada com a protecção contra a malária. Evidências desta associação foram obtidas em estudos com modelos de roedor e estudos in vitro utilizando GV humanos deficientes em PK. Até à data, não foram obtidos dados em populações humanas que revelem esta associação: ainda não foi identificada uma variante de PK com uma prevalência elevada em regiões endémicas de malária e não foram identificadas marcas de selecção na região do gene que codifica para a PK (gene PKLR). Além disso, os mecanismos subjacentes à protecção contra a malária por deficiências enzimáticas dos GV não estão bem esclarecidos. Assim, os objectivos do presente estudo foram: investigar os polimorfismos genéticos humanos com associação com a malária em Cabo Verde; pesquisar marcas de selecção da malária na região do gene PKLR em populações Africanas; determinar a frequência da deficiência em PK e identificar uma eventual variante da enzima que possa estar sob selecção positiva em regiões endémicas de malária; avaliar o efeito das duas deficiências enzimáticas (PK e G6PD) na invasão e maturação do parasita em culturas in vitro de Plasmodium usando GV normais e deficientes; e analisar o perfil proteómico de GV infectados e não infectados, normais e com deficiência (em PK e G6PD), bem como de parasitas isolados de GV tanto deficientes como normais. Em Cabo Verde (área epidémica), não foram identificadas marcas de selecção pela malária, através da análise dos vários polimorfismos. No entanto, quando a análise foi realizada em dois países endémicos (Angola e Moçambique), foram detectadas várias marcas de selecção: a genotipagem de microssatélites (STRs) e polimorfismos de base única (SNPs) localizados na vizinhança do gene PKLR revelou uma diferenciação consideravelmente maior entre as populações Africana e Europeia (Portuguesa), do que a diferenciação determinada aquando da utilização de marcadores genéticos neutros. Além disso, uma região genómica de maior amplitude apresentou um Desequilíbrio de Ligação (LD) significativo no grupo de malária não grave (e não no grupo de malária grave), sugerindo que a malária poderá estar a exercer pressão selectiva sobre a região do genoma humano que envolve o gene PKLR. No estudo que incidiu na determinação da prevalência da deficiência de PK no continente Africano (realizado em Moçambique), esta revelou-se elevada - 4,1% - sendo o valor mais elevado descrito até ao momento a nível mundial para esta enzimopatia. Na pesquisa de mutações que pudessem estar na causa deste fenótipo (baixa actividade de PK), foi identificada uma mutação não sinónima 829G>A (277Glu>Lys), significativamente associada à baixa actividade enzimática. Esta mutação foi também identificada em Angola, São Tomé e Príncipe e Guiné Equatorial, onde a frequência de portadores heterozigóticos foi entre 2,6 e 6,7% (valores que se encontram entre os mais elevados descritos globalmente para mutações associadas à deficiência em PK). Não foi possível concluir acerca da associação entre a deficiência de PK e o grau de severidade da malária e da associação entre o alelo 829A e a mesma, devido ao baixo número de amostras. Os resultados dos ensaios de invasão/maturação do parasita sugeriram que, nos GV com deficiência de PK ou G6PD, a invasão (onde está envolvida a membrana do GV hospedeiro e o complexo apical do parasita) é mais relevante para a eventual protecção contra a malária do que a maturação. Os resultados da análise proteómica revelaram respostas diferentes por parte do parasita nas duas condições de crescimento (GV com deficiência de PK e GV com deficiência de G6PD). Esta resposta parece ser proporcional à gravidade da deficiência enzimática. Nos parasitas que cresceram em GV deficientes em G6PD (provenientes de um indivíduo assintomático), a principal alteração observada (relativamente às condições normais) foi o aumento do número de proteínas de choque térmico e chaperones, mostrando que os parasitas responderam às condições de stress oxidativo, aumentando a expressão de moléculas de protecção. Nos parasitas que cresceram em condições de deficit de PK (GV de indivíduo com crises hemolíticas regulares, dependente de transfusões sanguíneas), houve alteração da expressão de um maior número de proteínas (relativamente ao observado em condições normais), em que a maioria apresentou uma repressão da expressão. Os processos biológicos mais representados nesta resposta do parasita foram a digestão da hemoglobina e a troca de proteínas entre hospedeiro e parasita/remodelação da superfície do GV. Além disso, uma elevada percentagem destas proteínas com expressão alterada está relacionada com as fendas de Maurer, que desempenham um papel importante na patologia da infecção malárica. É colocada a hipótese de que a protecção contra a malária em GV deficientes em PK está relacionada com o processo de remodelação da membrana dos GV pelo parasita, o que pode condicionar a invasão por novos parasitas e a própria virulência da malária. Os resultados da análise do proteoma dos GV contribuirão para confirmar esta hipótese.

Epidemiological studies of Streptococcus pneumoniae carriage in the post-vaccination era among two risk groups: children and the elderly

Dissertation presented to obtain the Ph.D. degree in Biology/ Molecular Biology

The burden of chronic low back pain in the adult Portuguese population : an epidemiological population-based study under the scope of Epireumapt

RESUMO: Nos países desenvolvidos a lombalgia é a condição músculo-­‐esquelética mais prevalente. Quando evolui para um quadro crónico é responsável por um encargo económico bastante considerável, não só em relação aos indivíduos, mas também para a sociedade. A lombalgia crónica é por isso uma das principais causas de perda de produtividade e de perda de independência económica, nomeadamente através do absenteísmo (ausência do trabalho), do presenteísmo (perda de produtividade no trabalho, devido à capacidade diminuída provocada pela lombalgia) e da incapacidade para trabalhar (invalidez permanente, total ou parcial). Até à data, em Portugal, a prevalência e carga social da lombalgia crónica eram desconhecidas. Até agora não existiam estudos populacionais de grande dimensão sobre este tema. O objetivo principal desta tese foi determinar a prevalência de lombalgia crónica, e também avaliar a carga social que esta tem na população adulta Portuguesa. O trabalho de investigação foi desenvolvido no âmbito do Estudo Epidemiológico de Doenças Reumáticas em Portugal (EpiReumaPt). Este foi o primeiro estudo de larga escala e de base populacional, que determinou a prevalência de doenças reumáticas e músculo-­‐ esqueléticas na população adulta portuguesa. Foi realizado numa amostra aleatória e representativa, de 10.661 indivíduos do Continente, da Região Autónoma dos Açores e da Região Autónoma da Madeira, entre Setembro de 2011 e Dezembro de 2013. Esta tese foi dividida em duas secções. A primeira secção incluiu o detalhe das questões relativas ao desenvolvimento e gestão do EpiReumaPt, constituindo-­‐se como um guia prático sobre como realizar um estudo de base populacional de larga escala, em Portugal. A metodologia detalhada do EpiReumaPt foi também descrita nesta secção e incluiu os objectivos, o desenho do estudo, as características de recrutamento e a preparação de dados para análise. Nesta secção foram ainda descritos os principais resultados do EpiReumaPt. Estes evidenciaram que a lombalgia foi a condição músculo-­‐esquelética com maior prevalência na população adulta portuguesa.A segunda secção desta tese estimou a prevalência da lombalgia crónica ativa na população adulta Portuguesa, e avaliou a carga social esta condição. A lombalgia ativa foi definida com base na dor auto-­‐relatada no dia da entrevista e que persistia há pelo menos 90 dias (independentemente da causa). A lombalgia foi definida como dor na área definida entre a margem inferior das décimas segundas costelas até às pregas glúteas inferiores, com ou sem dor nos membros inferiores. A carga social foi medida tendo em conta os seguintes parâmetros: qualidade de vida, função, consumo de recursos de saúde, consumo de analgésicos e outros fármacos usados no alívio da dor, sintomas de ansiedade e sintomas de depressão. Os resultados mostraram que o consumo de recursos em saúde e a carga social da lombalgia crónica na população adulta Português é significativa. Também a incapacidade causada pela lombalgia crónica,nos indivíduos com idade ativa, é responsável por elevadas taxas de absenteísmo e má qualidade de vida, aos quais acresce o consequente ónus socioeconómico. Esta tese também concluiu que o consumo de analgésicos e outros medicamentos para alívio da dor, na população adulta portuguesa com lombalgia crónica ativa, é relativamente baixa. A maioria destes indivíduos não tomava nenhum medicamento analgésico, independentemente da intensidade da dor. Mesmo os indivíduos que reportaram dor intensa, apenas 4.0% estavam no primeiro degrau da escada analgésica da Organização Mundial de Saúde; 2.3% usavam opióides fracos e 0.03% usavam opióides fortes para controlar a dor (segundo e terceiro degrau da escada analgésica da Organização Mundial da Saúde). O trabalho de investigação também confirmou que a prevalência de sintomas de ansiedade e depressão entre os indivíduos adultos portugueses com lombalgia crónica ativa é elevada. Nestes indivíduos, registou-­‐se um consumo mais elevado de analgésicos e outros medicamentos para alívio da dor, quando comparados com os indivíduos com lombalgia crónica activa sem esses sintomas psicológicos. Os grupos terapêuticos mais utilizados foram os ansiolíticos, sedativos e hipnóticos, os antidepressivos e os anti-­‐inflamatórios não esteróides. A intensidade média da dor reportada foi também maior entre os indivíduos com lombalgia ativa e sintomas de ansiedade e/ou depressão. Também nestes, foi reportada pior função e pior estado de saúde. Em relação ao consumo de recursos de saúde foram encontradas diferenças significativas entre as duas populações: os indivíduos com lombalgia ativa e sintomas psicológicos concomitantes registaram maior número de consultas de psiquiatria de outras especialidades médicas, assim como precisaram de mais apoio domiciliário nos 12 meses prévios à entrevista do EpiReumaPt. Foram também identificados os fatores associados a sintomas isolados de ansiedade, a sintomas isolados de depressão e a sintomas de ansiedade e depressão. Resumindo,esta tese permitiu concluir que a lombalgia crónica é um problema de saúde comum na população adulta portuguesa, contribuindo para um elevado grau de incapacidade e que consequentemente afeta o desempenho laboral e o bem-­‐estar dos indivíduos. A lombalgia crónica é também responsável por um consumo considerável de recursos de saúde. Acresce ainda que os sintomas de ansiedade e depressão são comuns, entre os indivíduos com lombalgia crónica, contribuindo com uma carga social adicional.---------------------------------- ABSTRACT:Low Back Pain(LBP) is the most prevalent of musculoskeletal condition in developed countries.When it becomes chronic, LBP causesan enormous economic burden on individuals and society -­‐ it is one of the leading causes of loss of productivity and economic independence through absenteeism (time off work), presenteeism (lost productivity because of diminished capacity while at work) and work disability (permanent, partial or complete disablement for work purposes). In Portugal the prevalence and burden of LBP and chronic LBP (CLBP) were poorly defined. Until now no large population-­‐based studies have focused on this. The main aim of this thesis was to determine the prevalence of LBP and CLBP, and also to assess the burden of CLBP in the adult rtuguese population. The research work was developed under the scope of EpiReumaPt (the Portuguese Epidemiologic Study of Rheumatic Diseases). EpiReumaPt was the first national large population-­‐based and prevalence study of rheumatic and musculoskeletal diseases (RMD). It was performed among a randomized and representative sample of 10,661 adult Portuguese subjects recruited in Mainland, Azores and Madeira Islands, from September 2011 to December 2013. The first section of this thesis included detailed issues regarding the development and management of EpiReumaPt, and provided a practical guide on how to set-­‐up a large population-­‐based study in Portugal. The detailed methodology of EpiReumaPt, including its objectives,study design,recruitment features,and data preparation for analyses were also described. The main results from EpiReumaPt study were provided in this section and showed that LBP was the musculoskeletal condition with highest prevalence among Portuguese population. The second section of this thesis estimated the prevalence of active CLBP among adult Portuguese population, and assessed the social burden of this condition. Active CLBP was defined based on self-­‐reported pain on the day of the interview, and for most of the time for at least 90 days (independently from cause). LBP was defined as pain in the back area from the lower margin of the twelfth ribs to he lower gluteal folds, with or without pain referred to the lower limbs. Social burden was measured taking into account the following outcomes: quality of life, function, healthcare resources consumption, analgesic and other pain relief drugs intake, anxiety and depression symptoms. Results showed that the healthcare consumption and social burden of CLBP among adult Portuguese population were enormous, and the disability caused by CLBP among subjects in a working age provides high rates of absenteeism (work loss) and poor quality of life, with a consequent socioeconomic burden. This thesis also concluded that analgesic and other pain relief drugs untake among adult Portuguese population with active CLBP was very low. Most of the subjects with active CLBP did not take any analgesic drug regardless pain severity. Even when subjects self-­‐reported severe pain, only 24.0% were in the 1st step of the analgesic ladder,2.3% used weak analgesic opioids and 0.03% used strong opioids (2nd and 3rd step of WHO analgesic ladder, respectively) to control pain . The research work also confirmed that the prevalence of anxiety and depression symptoms among adult Portuguese subjects with active CLBP was high. Regarding pharmacological therapy, the intake of analgesic and other pain relief drugs was higher among subjects with anxiety and/or depression symptoms, when compared with subjects without these psychological symptoms. Anxiolytics, sedatives and hypnotics, antidepressants and NSAIDs intake had higher usage rates among these subjects. The pain severity mean was also higher among this subjects and function and health status was worse. Regarding healthcare resources consumption,significant differences between the two populations were found. Subjects with ctive CLBP and concomitant psychological symptoms had a higher number of psychiatrist and other physician visits. They also needed more home care in the previous 12 months. Factors associated with isolated symptoms of anxiety, depression,and concomitant anxiety and depression symptoms were also identified. Summarizing, we concluded that CLBP is a common health problem among adult Portuguese population contributing to disability and affecting labor performance, and the well being of subjects. it is also responsible for considerable healthcare resource consumption. Anxiety and depression symptoms are common among subjects with CLBP and provided an additional burden among them.