Design,optimization and in vivo evaluation of non-viral vectors for gene therapy. Applications in ocular disorders

227 págs.

Molecular mechanism of sulfated carbohydrate recognition: structural and biochemical studies of the cysteine-rich domain of mannose receptor

Mannose receptor (MR) is widely expressed on macrophages, immature dendritic cells, and a variety of epithelial and endothelial cells. It is a 180 kD type I transmembrane receptor whose extracellular region consists of three parts: the amino-terminal cysteine-rich domain (Cys-MR); a fibronectin type II-like domain; and a series of eight tandem C-type lectin carbohydrate recognition domains (CRDs). Two portions of MR have distinct carbohydrate recognition properties: Cys-MR recognizes sulfated carbohydrates and the tandem CRD region binds terminal mannose, fucose, and N-acetyl-glucosamine (GlcNAc). The dual carbohydrate binding specificity allows MR to interact with sulfated and nonsulfated polysaccharide chains, and thereby facilitating the involvement of MR in immunological and physiological processes. The immunological functions of MR include antigen capturing (through binding non-sulfated carbohydrates) and antigen targeting (through binding sulfated carbohydrates), and the physiological roles include rapid clearance of circulatory luteinizing hormone (LH), which bears polysaccharide chains terminating with sulfated and non-sulfated carbohydrates.

We have crystallized and determined the X-ray structures of unliganded Cys-MR (2.0 Å) and Cys-MR complexed with different ligands, including Hepes (1.7 Å), 4SO_4-N-Acetylgalactosamine (4SO_4-GalNAc; 2.2 Å), 3SO_4-Lewis^x (2.2 Å), 3S04-Lewis^a (1.9 Å), and 6SO_4-GalNAc (2.5 Å). The overall structure of Cys-MR consists of 12 anti-parallel β-strands arranged in three lobes with approximate three fold internal symmetry. The structure contains three disulfide bonds, formed by the six cysteines in the Cys-MR sequence. The ligand-binding site is located in a neutral pocket within the third lobe, in which the sulfate group of ligand is buried. Our results show that optimal binding is achieved by a carbohydrate ligand with a sulfate group that anchors the ligand by forming numerous hydrogen bonds and a sugar ring that makes ring-stacking interactions with Trpll7 of CysMR. Using a fluorescence-based assay, we characterized the binding affinities between CysMR and its ligands, and rationalized the derived affinities based upon the crystal structures. These studies reveal the mechanism of sulfated carbohydrate recognition by Cys-MR and facilitate our understanding of the role of Cys-MR in MR recognition of its ligands.

Tunable heparan sulfate glycomimetics for modulating chemokine activity

Heparan sulfate (HS) glycosaminoglycans participate in critical biological processes by modulating the activity of a diverse set of protein binding partners. Such proteins include all known members of the chemokine superfamily, which are thought to guide the migration of distinct subsets of immune cells through their interactions with HS proteoglycans on endothelial cell surfaces. Animal-derived heparin polysaccharides have been shown to reduce inflammation levels through the inhibition of HS-chemokine interactions; however, the clinical usage of heparin as an anti-inflammatory drug is hampered by its anticoagulant activity and potential risk for side effects, such as heparin-induced thrombocytopenia (HIT).

Here, we describe an expedient, divergent synthesis to prepare defined glycomimetics of HS that recapitulate the macromolecular structure and biological activity of natural HS glycosaminoglycans. Our synthetic approach uses a core disaccharide precursor to generate a library of four differentially sulfated polymers. We show that a trisulfated glycopolymer antagonizes the chemotactic activities of pro-inflammatory chemokine RANTES with similar potency as heparin polysaccharide, without potentiating the anticoagulant activities of antithrombin III. The same glycopolymer also inhibited the homeostatic chemokine SDF-1 with significantly more efficacy than heparin. Our work offers a general strategy for modulating chemokines and dissecting the pleiotropic functions of HS/heparin through the presentation of defined sulfation motifs within multivalent polymeric scaffolds.

Validação do processo de limpeza de tanque multiuso utilizado para formulação de vacinas

A validação de limpeza de equipamentos é requisito regulatório para assegurar que os procedimentos de limpeza removem os resíduos de produto e agente de limpeza existentes até um nível de aceitação pré-determinado, garantindo que não haja contaminação cruzada. A metodologia analítica escolhida para monitorar a ocorrência de contaminação cruzada foi a determinação de carbono orgânico total (TOC) por ser uma técnica não específica permitindo assim quantificar os resíduos antes e após o procedimento de limpeza. Para execução desta validação foi selecionado o pior caso em relação ao contaminante. A vacina Hib foi escolhida como pior caso, pois possui maior aderência ao aço inox 316L, apresentando uma menor percentagem de recuperação, quando comparada à vacina Meningite A e C, sendo respectivamente de 93,0% e 98,4% para o tempo de extração de 30 segundos e 67,8% e 72,6% para o tempo de extração de 10 segundos. O resíduo aceitável de produto em água de rinsagem foi de 0,0007 g/mL de polissacarídeo (0,49 g/mL de TOC) e em swab foi de 0,006 g/mL de polissacarídeo (3,49 g/mL de TOC). As amostras retiradas para determinação de resíduo de produto foram analisadas e corrigidas pelo fator de recuperação deste resíduo para amostras de água de rinsagem que é de 98,5% e para amostras em swab que é de 98,4%. Já o resíduo aceitável para agente de limpeza (NaOH) foi de 3,5 g/mL que fornece um pH de 9,94, porém não existem evidências que a concentração calculada de resíduo de NaOH não interferirá quimicamente ao entrar em contato com a vacina. Assim o critério adotado foi o mesmo da água para injetáveis, segundo USP que é pH entre 5 e 7. As amostras retiradas para determinação de resíduo de agente de limpeza não foram corrigidas pelo fator de recuperação uma vez que o critério utilizado é muito mais crítico que o calculado. Todas as análises realizadas apresentaram resultados dentro dos parâmetros aceitáveis permitindo a conclusão de que o procedimento de limpeza para tanque de aço inox 316L é eficiente removendo os resíduos até níveis aceitáveis, evitando assim uma contaminação cruzada

Análise do polimorfismo numérico de sequências repetitivas em múltiplos loci (MLVA) como instrumentos de avaliação da diversidade genética de Streptococcus pneumoniae do sorotipo 14

Streptococcus pneumoniae é um importante agente etiológico de infecções invasivas e não invasivas, incluindo meningite, pneumonia e otite média. A cápsula polissacarídica é o principal fator de virulência desse microrganismo, sendo também considerada um importante marcador em estudos epidemiológicos. Dentre os mais de 90 tipos capsulares conhecidos, o sorotipo 14 se destaca pela prevalência elevada em várias regiões, inclusive no Brasil. A avaliação da diversidade genética desse microrganismo também inclui a aplicação de métodos moleculares, como PFGE e MLST. Entretanto, essas metodologias são relativamente onerosas, consomem muito tempo e os resultados obtidos com a técnica de PFGE são de difícil comparação entre diferentes laboratórios. A técnica de análise do polimorfismo numérico de segmentos repetitivos em múltiplos loci [MLVA, do inglês Multiple Loci VTNR (Variable-Number Tandem Repeat) Analysis] se apresenta como uma alternativa, embora ainda necessite de padronização e avaliação mais ampla para a espécie em questão. No presente estudo, 60 amostras de Streptococcus pneumoniae pertencentes ao sorotipo 14, isoladas de diversas fontes clínicas, em diferentes locais e períodos de tempo, foram caracterizadas pelas técnicas de MLVA (baseada na análise de 18 loci distintos), MLST, PFGE e tipagem do gene pspA. O gene pspA2 predominou entre as amostras analisadas, seguido pelo gene pspA1. Os tipos de MLVA, perfis de PFGE, e STs encontrados apresentaram resultados, em geral, concordantes, indicando o elevado poder discriminatório da versão da técnica de MLVA empregada. Cinco complexos clonais (CC) de MLVA e cinco singletons puderam ser definidos. O CC de MLVA denominado de L7 foi o predominante, compreendendo 36,7% da amostragem estudada. O CC L7 mostrou-se relacionado com genes pspA da família 2, com o CC1 de MLST, com o CC Pen14-H de PFGE, e com a não susceptibilidade à penicilina, Entre os complexos clonais de MLST, o CC1 foi o prevalente e incluiu predominantemente o ST156, pertencente ao clone internacional Spain9V-3. O CC L3 e o singleton L17 de MLVA apresentaram-se associados ao CC de PFGE Eri14-A, a família 1 de PspA e ao CC2 de MLST, que por sua vez também estava relacionado com o clone internacional England14-9. O CC L15 de MLVA esteve associado ao CC de PFGE Pen14-A, ao gene pspA2, aos CC3 e CC4 de MLST e ao clone internacional do PMEN Tennessee14-18. A técnica de MLVA revelou-se significativamente mais discriminatória que as técnicas de PFGE e MLST, conforme exemplificado pela detecção de 21 perfis de MLVA, 13 perfis de PFGE e cinco STs, entre as 22 amostras pertencentes ao CC de MLVA L7. Uma versão de MLVA, compreendendo um painel com os oito loci de maior poder discriminatório, pôde ser proposta a partir da análise dos resultados obtidos. Estes aspectos, aliados ao menor tempo e custo de execução, indicam que a técnica de MLVA constitui uma alternativa importante e satisfatória para uso em estudos sobre a diversidade genética de S. pneumoniae.

Preparação e avaliação de hidrogéis nanocompósitos à base de alginato na remoção de Cu (II) e Zn (II) de soluções aquosas

Esta dissertação teve como objetivo, a preparação de hidrogéis à base de alginato contendo argila e material magnético em sua estrutura. Foram analisadas as modificações nas características físico-químicas dos hidrogéis preparados com diferentes reticulantes (CaCl2 e FeCl3) e diferentes concentrações de material magnético (1 e 3 % m/m) e argila (1, 5 e 10 %). Após isso, os hidrogéis foram avaliados quanto à capacidade de remoção de íons Cu2+ e Zn2+ de soluções aquosas. As amostras foram caracterizadas quanto à composição química por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), quanto à morfologia por microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (SEM) e quanto às propriedades magnéticas por magnetometria de amostra vibrante (VSM). Através da técnica de difratometria de raios-X (XRD), foi possível verificar a natureza do material magnético e a dispersão da argila nos hidrogéis. A estabilidade térmica das amostras foi analisada por análise termogravimétrica (TGA). Os resultados mostraram que tanto a argila como o material magnético ficaram bem dispersos nas amostras. De forma geral, foram preparados hidrogéis com morfologia esférica, sendo que os hidrogéis de alginato de cálcio tenderam a apresentar maior resistência térmica do que os hidrogéis de alginato de ferro. Todas as amostras magnéticas apresentaram comportamento superparamagnético, porém as amostras de alginato de ferro mostraram-se quebradiças após o intumescimento em água. O tempo médio de equilíbrio de intumescimento foi de 240 minutos. Os resultados de cinética de adsorção mostraram que os hidrogéis de alginato de cálcio preparados nas condições avaliadas nesta Dissertação foram eficientes na remoção dos íons Cu2+ e Zn2+, sendo que o cobre apresentou maior afinidade pelo hidrogel do que o zinco

Validação dos processos envolvidos na obtenção do polissacarídeo capsular de Haemophilus influenzae tipo b conjugado com toxóide tetânico utilizado para produção de vacina

Haemophilus influenzae tipo b (Hib) é a principal causa de pneumonia bacteriana e meningite em crianças com menos de 5 anos de idade. A doença pode ser prevenida através da vacinação com uma vacina conjugada polissacarídeo-proteína, uma vez que a vacina de polissacarídeo não é eficaz. Desde 1999, o Ministério da Saúde incluiu a vacina conjugada Hib na rotina do calendário de imunização para crianças rotineiramente. Sendo este um processo de grande importância para as pessoas e demanda de produção significativa para o governo brasileiro, é necessário que os processos estejam de acordo com as normas nacionais e internacionais de regulamentação e devem ser validados. Uma operação validada assegura a produção de lotes uniformes que atendem as especificações exigidas, consequentemente, garantindo ao fabricante a capacidade de proporcionar um produto de qualidade. O trabalho propõe o desenvolvimento de uma metodologia que evidencie e garanta o processo de produção de um conjugado de polissacarídeo-proteína pelo método de conjugação química e que será produzido de forma consistente e de acordo com as suas especificações pré-definidas. Os atributos de qualidade garantem o não desabastecimento da vacina Haemophilus influenzae tipo b por desvios de processo, o que contribui com aumento do valor agregado ao produto em questão. Portanto, a metodologia de validação foi aplicada ao estudo de validação. O estudo baseou-se em três etapas. A primeira foi baseada em análise de parâmetros do processo de conjugação química para mapear e estabelecer intervalos críticos de controle quanto a estes parâmetros, a segunda fase foi realizada com a produção de três lotes consecutivos, em escala industrial, com monitorização regular dos parâmetros críticos mapeados anteriormente. A fase final consistiu em amostras recolhidas, em tempo pré-determinado, durante o processo de produção e de controle do produto final em tamanho 50% a mais que na rotina de produção. Estas amostras foram analisadas utilizando os métodos de análise que foram anteriormente validados, a fim de garantir a reprodutibilidade dos resultados. A robustez do processo foi assegurada uma vez que todos os parâmetros do processo avaliados apresentaram resultados dentro do padrão de conformidade com os resultados de controle determinados durante o processo, e no produto final para a população de amostragem dentro de especificações definidas pelas metodologias analíticas validadas garantindo os resultados. O trabalho proposto assegura status de processo validado para o conjugado polissacarídeo-proteína com excepcionais rendimentos obtidos, combinado com características químicas bem definidas

Wet-spinning of amyloid protein nanofibers into multifunctional high-performance biofibers.

Amyloid nanofibers derived from hen egg white lysozyme were processed into macroscopic fibers in a wet-spinning process based on interfacial polyion complexation using a polyanionic polysaccharide as cross-linker. As a result of their amyloid nanostructure, the hierarchically self-assembled protein fibers have a stiffness of up to 14 GPa and a tensile strength of up to 326 MPa. Fine-tuning of the polyelectrolytic interactions via pH allows to trigger the release of small molecules, as demonstrated with riboflavin-5'-phophate. The amyloid fibrils, highly oriented within the gellan gum matrix, were mineralized with calcium phosphate, mimicking the fibrolamellar structure of bone. The formed mineral crystals are highly oriented along the nanofibers, thus resulting in a 9-fold increase in fiber stiffness.

水母雪莲毛状根培养及黄酮类化合物生物合成的调控

水母雪莲(Saussurea medusa Maxim)为菊科凤毛菊属植物,是名贵中药材,其主要活性成分为黄酮类化合物。为解决雪莲资源匮乏，本文开展了利用水母雪莲毛状根培养生产黄酮类活性成分的研究。 在1/2MS液体培养基上研究了不同理化因子对水母雪莲毛状根生长和黄酮类化合物生物合成的影响。实验结果表明:氮源总浓度（包括NH4+和NO3-）为30 mmol/L;NH4+/NO3-比例为5:25;2 %蔗糖和3 %葡萄糖组合;0.5 mg/L GA3和0.5 mg/L IBA;pH 5.8;18 h/d的光照（光强为3500 Lux）;24℃;摇床转速为100 rpm的条件有利于毛状根生长及黄酮类化合物的生物合成。在此培养条件下，经过21 d的培养毛状根生长量达到12.8 g/L（DW），黄酮类化合物合成量为1922 mg/L，即黄酮类化合物含量占毛状根干重的15 %，约为野生水母雪莲植株干重黄酮类化合物含量的25倍。 用MJ和SA两种诱导子分别处理水母雪莲的毛状根，适宜条件下它们均能使毛状根中黄酮类化合物的产量得到提高。实验发现，在水母雪莲毛状根培养过程中，MJ抑制其生长，但提高了黄酮类化合物在毛状根中的百分含量;SA降低了黄酮类化合物在毛状根中的百分含量，但促进其生长。诱导子的作用效果与诱导子的浓度和添加时间有关。在延迟期后期添加浓度为0.02 mmol/L的MJ时黄酮类化合物产量达到 849 mg/L，比对照（633 mg/L）提高34.1 %;在指数生长期中期添加浓度为0.03 mmol/L的SA时，黄酮类化合物产量达到968 mg/L，比对照（633 mg/L）提高52.9 %。在指数生长期前期同时添加浓度为0.02 mmol/L的MJ 和0.03 mmol/L的SA，黄酮类化合物的产量为1125 mg/L，比对照（633 mg/L）提高77.7 %。 另外采取热水、碱提取，乙醇沉淀获得水母雪莲毛状根多糖。进一步用α-萘酚—浓硫酸法进行定性、定量分析，测得水母雪莲毛状根中水溶性多糖与碱溶性多糖的含量分别为2.453 %和3.391 % 。

多糖化合物抗HIV活性及应用

　多糖类化合物种类繁多,许多多糖化合物在体内或体外表现出良好的抗HIV 活性,多糖能 够作用于HIV 复制周期的多个环节,影响tat 、gp120、RT 等多个病毒蛋白的功能。目前,已有多糖 被用于杀微生物剂、抗病毒辅助治疗、抗机会性感染等临床研究中,多糖在临床上存在抗凝血活 性、生物利用度低等问题,但丰富的多糖类化合物因其作用多效性仍有广阔的抗HIV 应用前景。

环境因子对铜绿微囊藻7820胞外多糖的影响

研究了多种环境因子对铜绿微囊藻7820可溶性胞外多糖(extracellular polysaccharide,EPS)合成的影响.在18 d内,较高浓度的NO3-,较高的pH和光强,均显著提高了EPS的合成,其中,NO3-对EPS的合成影响最大,其最大产率为5.255μg.L-1.d-1.而KH2PO4,CaCl2,MgSO4等大量元素、以及微量元素FeCl3和EDTA对EPS的合成无明显影响;除在实验后期20℃时EPS有较大增加外,温度对其无明显影响.在各种环境因子影响下,EPS产量均随时间延长而增加

Effects of Cd2+ and Pb2+ on the substrate biofilms in the integrated vertical-flow constructed wetland

The effects of single Cd2+ and Pb2+, and combined Cd2+ and Pb2+ on dehydrogenase activity and polysaccharide content of the substrate biofilms in the integrated vertical-flow constructed wetland (IVCW) were studied. Dehydrogenase activities decreased linearly with the increasing concentrations of Cd2+ and Pb2+ at different times (6, 24, 72, and 120 h). The activities at both 6 and 24 h were significantly higher than that at 72 and 120 h in the case of single and combined treatments. The single Cd2+ and Pb2+ treatments significantly inhibited dehydrogenase activities at concentrations in excess of 20 mu mol/L Cd2+ and 80 mu mol/L Pb2+, respectively. The inhibitory effect of Cd2+ was much greater than that of Pb2+. At the same time, the combined treatment of Cd2+ and Pb2+ Significantly inhibited dehydrogenase activities at all five concentrations studied and the lowest combined concentration was 1.25 mu mol/L Cd2+ and 5 mu mol/L Pb2+. A synergistic effect of Cd2+ and Pb2+ was observed. On the other hand, polysaccharide contents varied unpredictably with the increasing concentrations of Cd2+ and Pb2+ and extended experimental time. There were no significant statistical differences within the range of concentration and time studied, whether singly or in combination. These results implied that the effects of heavy metals on biofilms should be a concern for the operation and maintenance of constructed wetlands.

Effects of nutrients on the substrate biofilms in the integrated vertical-flow constructed wetland

A L9 orthogonal array design involving 3 factors (C6H12O6, KNO3 and NaH2PO4) and 3 levels for each (C6H12O6: 0.2, 0.4 or 0.8 g/L; KNO3: 0.4, 0.8 or 1.6 g/L, NaH2PO4: 0.05, 0.1 or 0.2 g/L), was used to study the effects of nutrients on dehydrogenase activity and polysaccharide content of substrate biofilms in the integrated vertical-flow constructed wetland (IVCW). Results showed that C6H12O6 and KNO3 were the main factors for dehydrogenase activity and polysaccharide content of biofilms, respectively. The combinations of three nutrients at different concentrations had different effects on dehydrogenase activity and polysaccharide content of biofilms. The optimal combination for dehydrogenase activity was obtained by locating the concentrations Of C6H12O6, KNO3 and NaH2PO4 at 0.2, 0.8 and 0.05 g, and the optimal combination for polysaccharide content was obtained by locating the concentrations Of C6H12O6, KNO3 and NaH2PO4 at 0.2, 0.4 and 0.2 g/L, respectively. The corresponding maximum activity and polysaccharide content were 5.40 mu g TF/g substrate/12 h and 3454.6 mu g/g substrate, respectively. These results would provide the laboratory foundation for optimizing the purification function of the wetland systems.

Regulation by hetC of genes required for heterocyst differentiation and cell division in Anabaena sp strain PCC 7120

Unlike those of the wild-type strain, proheterocysts of the Anabaena sp. strain PCC 7120 hetC strain keep dividing. ftsZ, the most critical cell division gene, is up-regulated in hetC proheterocysts. Heterocyst differentiation genes hglD, hglE, patB, nijB, and xisA are no longer expressed in the hetC mutant. hetC also regulates the expression of patA, a pattern formation gene.

Cloning and characterization of the gene for UDPGlc dehydrogenase from the cyanobacterium, Microcystis aeruginosa FACHB 905

Using degenerate primers based on conserved regions of the UDP-glucose dehydrogenase (UDPGDH) gene, an initial 476-bp DNA fragment was amplified from the water-bloom forming cyanobacterium, Microcystis aeruginosa FACHB 905. TAIL-PCR and ligation-mediated PCR were used to amplify the flanking regions to isolate an about 2.5-kb genomic DNA fragment. Sequence analysis revealed an ORF encoding a putative 462 amino acid protein, designated Mud for Microcystis UDPGDH. The Mud amino acid sequence is closely related to UDPGDH sequences from cyanobacterium Synechocystis PCC6803 (73% identity, 81% similarity), and bacterium Bacillus subtilis (51% identity and 67% similarity). The cloned mud gene was expressed in Escherichia coli using the pGEX-4T-1 fusion expression vector system to generate a GST-Mud fusion protein that exhibited UDPGDH activity. The cytosolic fraction of M aeruginosa FACHB 905 was subjected to Western analysis with an anti-Mud antibody, which revealed a single band of approximately 49 kD, consistent with the deduced molecular mass of the enzyme. The Mud protein could thus be characterized as a UDP-glucose dehydrogenase, which was a key enzyme for polysaccharide synthesis and has, for the first time, been studied in algae.