Relação entre fatores genéticos envolvidos em vias metabólicas mitocondriais e a doença de Parkinson

A doença de Parkinson (DP) é uma das desordens neurodegenerativas mais comuns associada ao envelhecimento, alcançando 2% aos 70 anos. É uma doença caracterizada pela degeneração progressiva de neurônios dopaminérgicos nigrais nos gânglios basais e pela presença de inclusões protéicas citoplasmáticas denominadas corpúsculos e neuritos de Lewy nos neurônios sobreviventes. A etiologia da DP é pouco conhecida, sendo considerada, na maioria dos casos, idiopática. Conhecimentos alcançados nos últimos 15 anos sobre a base genética da DP demonstram, claramente, que os fatores genéticos desempenham um importante papel na etiologia desta desordem. Neste trabalho, rastreamos mutações nos genes que codificam proteínas participantes de vias metabólicas mitocondriais (Parkin, PINK1 e DJ-1) em 136 pacientes brasileiros com manifestação precoce da DP, através do sequenciamento automático e da técnica de MLPA. Avaliamos a presença de variantes de sequência por meio do sequenciamento dos exons 1 a 12 do gene Parkin e dos exons 1 a 8 do gene PINK1. Em Parkin foram identificadas três mutações patogênicas ou potencialmente patogênicas, ambas em heterozigose: p.T240M, p.437L e p.S145N. Em PINK1 não encontramos variantes de ponto patogênicas. Através da técnica de MLPA investigamos alterações de dosagem nos genes Parkin, PINK1 e DJ-1. Identificamos cinco alterações no gene Parkin em quatro pacientes: uma duplicação heterozigota do exon 4 no paciente PAR2256, uma deleção heterozigota do exon 4 no probando PAR2099, uma deleção homozigota do exon 4 na paciente PAR3380 e um probando heterozigoto composto (PAR2396) com duas alterações, uma duplicação do exon 3 e uma deleção dos exons 5 e 6. No gene PINK1 identificamos uma deleção heterozigota do exon 1, que nunca foi descrita na literatura, em um paciente (PAR2083). Não encontramos alteração quantitativa no gene DJ-1. Neste estudo obtivemos uma frequência total de mutações patogênicas (pontuais e de dosagem) nos genes estudados de 7,3%, sendo 6,6% no gene Parkin e 0,7% no gene PINK1.

Utilização de macroalgas verdes como biorremediadores em efluentes de indústrias agroalimentares: dinâmica das vias metabólicas relacionadas com os compostos azotados

Dissertação de mest., Tecnologia de Alimentos, Instituto Superior de Engenharia, Univ. do Algarve, 2013

Estimativa do custo energético e contribuição das diferentes vias metabólicas na canoagem de velocidade

O desempenho na canoagem de velocidade depende da capacidade de o organismo regenerar ATP em grandes quantidades e a altas taxas, a partir das diferentes vias metabólicas. Assim, o objetivo do presente estudo foi combinar dois modelos bioenergéticos, um genérico denominado de potência crítica e outro específico para a canoagem, proposto por Zamparo et al. (1999), na tentativa de produzir estimativas de aptidão aeróbia e anaeróbia para essa modalidade, bem como estabelecer estimativas não-invasivas da contribuição dos sistemas aeróbio e anaeróbio para diferentes distâncias percorridas. Para tanto, 11 atletas de canoagem (16,0 ± 1,2 anos; 174,0 ± 2,4cm; 65,2 ± 4,4kg), do sexo masculino, percorreram diferentes distâncias (500, 1.000 e 1.790m), na máxima velocidade possível, em embarcações do tipo K-1, em um lago com águas calmas. As informações obtidas foram inicialmente convertidas em quantidades geradas de trabalho (kJ) e potência interna (W). Posteriormente, os valores individuais estimados foram aplicados às três equações preditivas da potência crítica (PCrit) e capacidade de trabalho anaeróbio (CTAnaer). Por fim, os valores produzidos foram transformados em unidades de equivalentes de oxigênio para a estimativa da contribuição aeróbia (equivalente de O2 para a PCrit x tempo para a distância) e anaeróbia (equivalente de O2 para a CTAnaer x tempo para a distância), nas diferentes distâncias. A contribuição aeróbia relativa encontrada para as diferentes distâncias analisadas (500, 1.000 e 1.790m) foi de 60,6, 78,6 e 89,4%, respectivamente. Os resultados encontrados confirmaram as informações produzidas anteriormente por outras investigações, o que sugere que os procedimentos adotados neste estudo podem fornecer estimativas confiáveis sobre a participação das vias energéticas no desempenho de canoagem.

Caracterização transcriptômica de vias metabólicas na formiga Attini Atta sexdens rubropilosa Forel, 1908 (Hymenoptera, Formicidae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Desenvolvimento e validação de métodos bioanalíticos para o monitoramento dos produtos das vias metabólicas do triptofano em linhagem celular de glioma humano

O metabolismo do triptofano (Trp) se dá pela via das quinureninas (QUIN), pela via serotoninérgica (SER) e pela via das aminas traço. A primeira gera QUIN e uma variedade de outros metabólitos secundários. Quando conduzida pela enzima indolamina 2,3 dioxigenase (IDO) contribui para os fenômenos de tolerância e imune escape de células tumorais; e quando conduzida pela triptofano 2,3 dioxigenase (TDO) no fígado, participa na síntese da niacina e NAD. A via SER leva à formação do neurotransmissor serotonina (SER), que pode gerar o hormônio melatonina (MEL), respectivamente e outros metabólitos biologicamente ativos. Outra via menos estudada, a via das aminas traço, produz produtos neuroativos. Dada a abrangência e importância das rotas metabólicas do Trp, nós desenvolvemos e validamos uma metodologia bioanalítica robusta, seletiva e sensível por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), acoplado espectrometria de massas (MS) para a determinação simultânea do Trp e seus 15 metabólitos. Para tanto, escolhemos para a avaliação das três vias, linhagens de glioma humano. A escolha por este tipo celular deveu-se ao grande interesse de estudos de metabolismo de Trp em células tumorais, no qual células de glioma tem sido modelo. Nos ensaios com as células de glioma acompanhamos os efeitos de um indutor e inibidores da primeira etapa de metabolização do Trp pela via das quinureninas, ou seja, IFN-γ (indutor da IDO), 1-metiltriptofano (1-MT; inibidor competitivo da IDO) e 680C91 (inibidor seletivo da TDO). Pudemos observar o impacto que a indução ou a inibição do primeiro passo teve sobre os metabólitos subsequentes e as diferenças no metabolismo das duas linhagens estudadas, A172 e T98G. A linhagem T98G só tem atividade de IDO, enquanto que a A172 tem tanto atividade IDO quanto TDO. A indução por IFN-γ mostrou que essa citocina não só atua na formação da via QUIN, mas possui um impacto modesto nas demais rotas. Observamos também que a inibição do 1-MT mostrou seu impacto nos metabólitos invdividualmente, do que a simples relação Trp-QUIN. Contudo, nosso resultados nos permitiu mostrar pela primeira vez a descrição completa dessas vias, em especial nessas linhagens celulares, podendo supor estratégias terapêuticas nessas rotas que estão relacionadas a progressão ou não tumoral.

Alterações metabólicas no diabético

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas

Papel de metaloproteases de Estreptococos do grupo B na interação,viabilidade celular e indução de apoptose e necrose em células endoteliais e epiteliais humanas

Estreptococos do grupo B (EGB) é a principal causa de sepse e meningite neonatal e tem sido recentemente reconhecido como patógeno responsável por infecções invasivas em adultos imunocomprometidos (idosos ou portadores de doenças crônicas). Os EGB produzem inúmeras enzimas extracelulares, várias das quais interagem com o sistema imune do hospedeiro e são importantes durante a interação EGB-hospedeiro, bem como para o desenvolvimento da doença. Estudos anteriores mostraram que metaloproteases estão envolvidas em várias vias metabólicas em diferentes tipos celulares. Por esta razão, nós decidimos investigar o possível envolvimento de metaloproteases de EGB durante a interação celular e apoptose/necrose induzida pelo micro-organismo em células endoteliais da veia umbilical humana (HUVEC) e da linhagem de epitélio respiratório (A549). Tratamento de EGB com inibidores de metaloproteases (EDTA, EGTA e FEN) não induziu alterações no crescimento bacteriano, mas promoveu alterações na expressão de proteínas de superfície, capacidade adesiva e perfil de sobrevivência intracelular do patógeno. O EGB e o sobrenadante do crescimento bacteriano (meio condicionado; MC) promoveram a morte das células HUVEC e A549. Contudo, o tratamento com inibidores de metaloproteases restauraram a viabilidade celular induzida pelos EGB e o MC, sugerindo que metaloproteases bacteriana estão envolvidas no rompimento da barreira celular, promovendo a disseminação bacteriana. Este trabalho descreve pela primeira vez apoptose e necrose induzidas pelo EGB e MC em HUVEC e células A549 após 24h de incubação, respectivamente. Nós também observamos redução da pró-caspase-3 após infecção das HUVEC com EGB e MC, sugerindo ativação da caspase-3. Além disso, o aumento da expressão da proteína pró-apoptótica Bax e diminuição dos níveis da proteína anti-apoptótica Bcl-2 em HUVEC, demonstram o envolvimento do mecanismo apoptótico mitocondrial (via intrínseca). A melhor compreensão das bases moleculares da patogênese do EGB contribui para identificar novas moléculas bacterianas e hospedeiras que podem representar novos alvos terapêuticos ou imunoprofiláticos contra a doença causada por esse patógeno neonatal.

The use of biomarkers to diagnose the ecological impact of pollutants in Mediterranean rivers

Um assunto que requer atenção é a avaliação ecológica da qualidade da água de ecossistemas de água doce. Uma abordagem que surge como promissora é a biomonitorização baseada em biomarcadores, porque pode avaliar a saúde dos organismos e obter sinais de alerta precoce acerca dos riscos ambientais. Até agora, porém, o uso de biomarcadores em espécies de invertebrados, para diagnosticar danos ecológicos nos rios, é escasso. Por essa razão, existe uma necessidade urgente de desenvolver biomarcadores nas principais espécies de macroinvertebrados dos ecossistemas fluviais que são alvo de estudo. Esta tese tem como objectivo averiguar se as respostas in situ, aliadas aos biomarcadores, podem ser um método viável para avaliar os danos ecológicos de contaminantes em ecossistemas de água doce. Numa primeira fase, os biomarcadores foram usados para averiguar os mecanismos fisiológicos de adaptação genética de clones de Daphnia magna ao pesticida organofosforado fenitrothion. Numa segunda fase, os biomarcadores foram usados como ferramentas de diagnóstico de poluição em zonas ribeirinhas. Estes estudos foram realizados com três espécies-chave de macroinvertebrados: Daphnia magna, Corbicula fluminea e Hydropsyche exocellata, nos rios Besós e Llobregat e no Delta do rio Ebro (NE Espanha). Além disso, foram realizados com animais capturados nos rios, ou com ensaios de transplantes, e foram complementados com índices biológicos de macroinvertebrados e análises químicas da água e dos animais. Como os contaminantes químicos têm vários modos toxicológicos de acção e, portanto, afectam várias respostas bioquímicas dos organismos, foram analisados nas três espécies um conjunto de biomarcadores pertencentes a diferentes vias metabólicas. A abordagem experimental indica que o uso combinado de biomarcadores e outras medidas, tais como índices biológicos e testes in situ, contribui para diagnosticar os efeitos prejudiciais de contaminantes nas comunidades ribeirinhas.

From genes to population: effects of toxicants on Enchytraeus albidus

Nowadays, a systems biology approach is both a challenge as well as believed to be the ideal form of understanding the organisms’ mechanisms of response. Responses at different levels of biological organization should be integrated to better understand the mechanisms, and hence predict the effects of stress agents, usable in broader contexts. The main aim of this thesis was to evaluate the underlying mechanisms of Enchytraeus albidus responses to chemical stressors. Therefore, there was a large investment on the gene library enrichment for this species, as explained ahead. Overall, effects of chemicals from two different groups (metals and pesticides) were assessed at different levels of biological organization: from genes and biochemical biomarkers to population endpoints. Selected chemicals were: 1) the metals cadmium and zinc; 2) the insecticide dimethoate, the herbicide atrazine and the fungicide carbendazim. At the gene and sub-cellular level, the effects of time and dosage were also adressed. Traditional ecotoxicological tests - survival, reproduction and avoidance behavior - indicated that pesticides were more toxic than metals. Avoidance behaviour is extremely important from an ecological point of view, but not recommended to use for risk assessment purposes. The oxidative stress related experiment showed that metals induced significant effects on several antioxidant enzyme activities and substrate levels, as well as oxidative damage on the membrane cells. To increase the potential of our molecular tool to assess transcriptional responses, the existing cDNA library was enriched with metal and pesticide responding genes, using Suppression Subtractive Hybridization (SSH). With the sequencing information obtained, an improved Agilent custom oligonucleotide microarray was developed and an EST database, including all existing molecular data on E. albidus, was made publicly available as an interactive tool to access information. With this microarray tool, most interesting and novel information on the mechanisms of chemical toxicity was obtained, with the identification of common and specific key pathways affected by each compound. The obtained results allowed the identification of mechanisms of action for the tested compounds in E. albidus, some of which are in line with the ones known for mammals, suggesting across species conserved modes of action and underlining the usefulness of this soil invertebrate as a model species. In general, biochemical and molecular responses were influenced by time of exposure and chemical dosage and these allowed to see the evolution of events. Cellular energy allocation results confirmed the gene expression evidences of an increased energetic expenditure, which can partially explain the decrease on the reproductive output, verified at a later stage. Correlations found throughout this thesis between effects at the different levels of biological organization have further improved our knowledge on the toxicity of metals and pesticides in this species.

Trophic plasticity in the cnidarian-dinoflagellate symbiosis

Coral reefs are of utmost ecological and economical importance but are currently in global decline due to climate change and anthropogenic disturbances. Corals, as well as other cnidarian species, live in symbiosis with photosynthetic dinoflagellates of the genus Symbiodinium. This relationship provides the cnidarian host with alternative metabolic pathways, as the symbionts translocate photosynthetic carbon to the animal. Besides this autotrophic nutrition mode, symbiotic cnidarians also take up organic matter from the environment (heterotrophy). The nutritional balance between auto- and heterotrophy is critical for the functioning, fitness and resilience of the cnidariandinoflagellate symbiosis. New methodological approaches were developed to better understand the role of auto- and heterotrophy in the ecophysiology of cnidarians associated with Symbiodinium, and the ecological implications of this trophic plasticity. Specifically, the new approaches were developed to assess photophysiology, biomass production of the model organism Aiptasia sp. and molecular tools to investigate heterotrophy in the cnidarian-dinoflagellate symbiosis. Using these approaches, we were able to non-invasively assess the photophysiological spatial heterogeneity of symbiotic cnidarians and identify spatial patterns between chlorophyll fluorescence and relative content of chlorophyll a and green-fluorescent proteins. Optimal culture conditions to maximize the biomass production of Aiptasia pallida were identified, as well as their implications on the fatty acid composition of the anemones. Molecular trophic markers were used to determine prey digestion times in symbiotic cnidarians, which vary between 1-3 days depending on prey species, predator species and the feeding history of the predator. This method was also used to demonstrate that microalgae is a potential food source for symbiotic corals. By using a stable isotope approach to assess the trophic ecology of the facultative symbiotic Oculina arbuscula in situ, it was possible to demonstrate the importance of pico- and nanoplanktonic organisms, particularly autotrophic, in the nutrition of symbiotic corals. Finally, we showed the effects of functional diversity of Symbiodinium on the nutritional plasticity of the cnidarian-dinoflagellate symbiosis. Symbiont identity defines this plasticity through its individual metabolic requirements, capacity to fix carbon, quantity of translocated carbon and the host’s capacity to feed and digest prey.

Mitochondrial dysfunction in fatty acid β-oxidation disorders

Mitochondria are central organelles for cell survival with particular relevance in energy production and signalling, being mitochondrial fatty acid β–oxidation (FAO) one of the metabolic pathways harboured in this organelle. FAO disorders (FAOD) are among the most well studied inborn errors of metabolism, mainly due to their impact in health. Nevertheless, some questions remain unsolved, as their prevalence in certain European regions and how pathophysiological determinants combine towards the phenotype. Analysis of data from newborn screening programs from Portugal and Spain allowed the estimation of the birth prevalence of FAOD revealing that this group of disorders presents in Iberia (and particularly in Portugal) one of the highest European birth prevalence, mainly due to the high birth prevalence of medium chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency. These results highlight the impact of this group of genetic disorders in this European region. The characterization of mitochondrial proteome, from patients fibroblasts with FAOD, namely multiple acyl-CoA dehydrogenase deficiency (MADD) and long chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency (LCHADD), provided a global perspective of the mitochondrial proteome plasticity in these disorders and highlights the main molecular pathways involved in their pathogenesis. Severe MADD forms show an overexpression of chaperones, antioxidant enzymes (MnSOD), and apoptotic proteins. An overexpression of glycolytic enzymes, which reflects cellular adaptation to energy deficiency due to FAO blockage, was also observed. When LCHADD fibroblasts were analysed a metabolic switching to glycolysis was also observed with overexpression of apoptotic proteins and modulation of the antioxidant defence system. Severe LCHADD present increased ROS alongside with up regulation of MnSOD while moderate forms have lower ROS and down-regulation of MnSOD. This probably reflects the role of MnSOD in buffering cellular ROS, maintain them at levels that allow cells to avoid damage and start a cellular response towards survival. When ROS levels are very high cells have to overexpress MnSOD for detoxifying proposes. When severe forms of MADD were compared to moderate forms no major differences were noticed, most probably because ROS levels in moderate MADD are high enough to trigger a response similar to that observed in severe forms. Our data highlights, for the first time, the differences in the modulation of antioxidant defence among FAOD spectrum. Overall, the data reveals the main pathways modulated in FAOD and the importance of ROS levels and antioxidant defence system modulation for disease severity. These results highlight the complex interaction between phenotypic determinants in FAOD that include genetic, epigenetic and environmental factors. The development of future better treatment approaches is dependent on the knowledge on how all these determinants interact towards phenotype.!

Identificação de indicadores moleculares de bem-estar durante o cultivo de dourada (Sparus aurata, Linnaeus 1758), utilizando técnicas de proteómica

Dissertação de Mestrado, Biologia Marinha, Especialização em Biotecnologia Marinha, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Universidade do Algarve, 2008

Exploring an uncommon host-parasite interaction to unveil the uniqueness of Perkinsus sp as a model organism

We report the exploration of some unique metabolic pathways in Perkinsus olseni a marine protist parasite, responsible to significant mortalities in mollusks, especially in bivalves all around the world. In Algarve, south of Portugal carpet shell clam Ruditapes decussatus mortalities can reach up to 70%, causing social and economic losses. The objective of studying those unique pathways, is finding new therapeutic strategies capable of controlling/eliminating P. olseni proliferation in clams. In that sense metabolic pathways, were explored, and drugs affecting these cycles were tested for activity. The first step involved the identification of the genes behind those pathways, the reconstitution of the main steps, and molecular characterization of those genes and later on, the identification of possible targets within the genes studied. Metabolic cycles were screened due to the fact of not being present in host or differ in a critical way, such as the following pathways: shikimate, MEP-­‐ isoprenoids, Leloir cycle for chitin production, purine biosynthesis (unique among protists), the de novo synthesis of folates (absent in metazoa) and some unique genes like, the alternative oxidase (a branch of respiratory chain) and the hypoxia sensor HPH. All those pathways were covered and possible chemical inhibition using therapeutic drugs was tested with positive results. The relation between the common host Ruditapes decussatus and P. olseni was also explored in a dimension not possible some years ago. With the accessibility to second generation sequencers and microarray analysis platforms, genes involved in host defense or parasite virulence and resistance to the host were deciphered, allowing aiming to new targets (mechanisms and pathways), offering new possibilities for the control of Perkinsus in close environments. The thousands of genes, generated by this work, sequenced and analyzed from this commercial valuable clam and for Perkinsus olseni will be an important and value tool for the scientific community, allowing a better understanding of host-­‐parasite interactions, promoting the usage of P. olseni as an emerging model for alveolata parasites.

Human factors required for mycobacterium tuberculosis macrophage infection

Tese de doutoramento, Farmácia (Biologia Celular e Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Cultivo de Eucalyptus urograndis em atmosfera enriquecida com CO2: mudanças no proteoma cloroplastidial

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)