Sequence specific recognition and cleavage of DNA by synthetic molecules

DNA recognition is an essential biological process responsible for the regulation of cellular functions including protein synthesis and cell division and is implicated in the mechanism of action of some anticancer drugs. Studies directed towards defining the elements responsible for sequence specific DNA recognition through the study of the interactions of synthetic organic ligands with DNA are described.

DNA recognition by poly-N-methylpyrrolecarboxamides was studied by the synthesis and characterization of a series of molecules where the number of contiguous N-methylpyrrolecarboxamide units was increased from 2 to 9. The effect of this incremental change in structure on DNA recognition has been investigated at base pair resolution using affinity cleaving and MPE•Fe(II) footprinting techniques. These studies led to a quantitative relationship between the number of amides in the molecule and the DNA binding site size. This relationship is called the n + 1 rule and it states that a poly-N methylpyrrolecarboxamide molecule with n amides will bind n + 1 base pairs of DNA. This rule is consistent with a model where the carboxamides of these compounds form three center bridging hydrogen bonds between adjacent base pairs on opposite strands of the helix. The poly-N methylpyrrolecarboxamide recognition element was found to preferentially bind poly dA•poly dT stretches; however, both binding site selection and orientation were found to be affected by flanking sequences. Cleavage of large DNA is also described.

One approach towards the design of molecules that bind large sequences of double helical DNA sequence specifically is to couple DNA binding subunits of similar or diverse base pair specificity. Bis-EDTA-distamycin-fumaramide (BEDF) is an octaamide dimer of two tri-N methylpyrrolecarboxamide subunits linked by fumaramide. DNA recognition by BEDF was compared to P7E, an octaamide molecule containing seven consecutive pyrroles. These two compounds were found to recognize the same sites on pBR322 with approximately the same affinities demonstrating that fumaramide is an effective linking element for Nmethylpyrrolecarboxamide recognition subunits. Further studies involved the synthesis and characterization of a trimer of tetra-N-methylpyrrolecarboxamide subunits linked by β-alanine ((P4)_(3)E). This trimerization produced a molecule which is capable of recognizing 16 base pairs of A•T DNA, more than a turn and a half of the DNA helix.

DNA footprinting is a powerful direct method for determining the binding sites of proteins and small molecules on heterogeneous DNA. It was found that attachment of EDTA•Fe(II) to spermine creates a molecule, SE•Fe(II), which binds and cleaves DNA sequence neutrally. This lack of specificity provides evidence that at the nucleotide level polyamines recognize heterogeneous DNA independent of sequence and allows SE•Fe(II) to be used as a footprinting reagent. SE•Fe(II) was compared with two other small molecule footprinting reagents, EDTA•Fe(II) and MPE•Fe(II).

Sequence specific complexation of b DNA at sites containing g,c base pairs

A series of eight related analogs of distamycin A has been synthesized. Footprinting and affinity cleaving reveal that only two of the analogs, pyridine-2- car box amide-netropsin (2-Py N) and 1-methylimidazole-2-carboxamide-netrops in (2-ImN), bind to DNA with a specificity different from that of the parent compound. A new class of sites, represented by a TGACT sequence, is a strong site for 2-PyN binding, and the major recognition site for 2-ImN on DNA. Both compounds recognize the G•C bp specifically, although A's and T's in the site may be interchanged without penalty. Additional A•T bp outside the binding site increase the binding affinity. The compounds bind in the minor groove of the DNA sequence, but protect both grooves from dimethylsulfate. The binding evidence suggests that 2-PyN or 2-ImN binding induces a DNA conformational change.

In order to understand this sequence specific complexation better, the Ackers quantitative footprinting method for measuring individual site affinity constants has been extended to small molecules. MPE•Fe(II) cleavage reactions over a 10^5 range of free ligand concentrations are analyzed by gel electrophoresis. The decrease in cleavage is calculated by densitometry of a gel autoradiogram. The apparent fraction of DNA bound is then calculated from the amount of cleavage protection. The data is fitted to a theoretical curve using non-linear least squares techniques. Affinity constants at four individual sites are determined simultaneously. The distamycin A analog binds solely at A•T rich sites. Affinities range from 10^(6)- 10^(7)M^(-1) The data for parent compound D fit closely to a monomeric binding curve. 2-PyN binds both A•T sites and the TGTCA site with an apparent affinity constant of 10^(5) M^(-1). 2-ImN binds A•T sites with affinities less than 5 x 10^(4) M^(-1). The affinity of 2-ImN for the TGTCA site does not change significantly from the 2-PyN value. At the TGTCA site, the experimental data fit a dimeric binding curve better than a monomeric curve. Both 2-PyN and 2-ImN have substantially lower DNA affinities than closely related compounds.

In order to probe the requirements of this new binding site, fourteen other derivatives have been synthesized and tested. All compounds that recognize the TGTCA site have a heterocyclic aromatic nitrogen ortho to the N or C-terminal amide of the netropsin subunit. Specificity is strongly affected by the overall length of the small molecule. Only compounds that consist of at least three aromatic rings linked by amides exhibit TGTCA site binding. Specificity is only weakly altered by substitution on the pyridine ring, which correlates best with steric factors. A model is proposed for TGTCA site binding that has as its key feature hydrogen bonding to both G's by the small molecule. The specificity is determined by the sequence dependence of the distance between G's.

One derivative of 2-PyN exhibits pH dependent sequence specificity. At low pH, 4-dimethylaminopyridine-2-carboxamide-netropsin binds tightly to A•T sites. At high pH, 4-Me_(2)NPyN binds most tightly to the TGTCA site. In aqueous solution, this compound protonates at the pyridine nitrogen at pH 6. Thus presence of the protonated form correlates with A•T specificity.

The binding site of a class of eukaryotic transcriptional activators typified by yeast protein GCN4 and the mammalian oncogene Jun contains a strong 2-ImN binding site. Specificity requirements for the protein and small molecule are similar. GCN4 and 2-lmN bind simultaneously to the same binding site. GCN4 alters the cleavage pattern of 2-ImN-EDTA derivative at only one of its binding sites. The details of the interaction suggest that GCN4 alters the conformation of an AAAAAAA sequence adjacent to its binding site. The presence of a yeast counterpart to Jun partially blocks 2-lmN binding. The differences do not appear to be caused by direct interactions between 2-lmN and the proteins, but by induced conformational changes in the DNA protein complex. It is likely that the observed differences in complexation are involved in the varying sequence specificity of these proteins.

Adsorption of Pb(II) and Cu(II) on α-quartz from aqueous solutions: influence of pH, ionic strength, and complexing ligands

Adsorption of aqueous Pb(II) and Cu(II) on α-quartz was studied as a function of time, system surface area, and chemical speciation. Experimental systems contained sodium as a major cation, hydroxide, carbonate, and chloride as major anions, and covered the pH range 4 to 8. In some cases citrate and EDTA were added as representative organic complexing agents. The adsorption equilibria were reached quickly, regardless of the system surface area. The positions of the adsorption equilibria were found to be strongly dependent on pH, ionic strength and concentration of citrate and EDTA. The addition of these non-adsorbing ligands resulted in a competition between chelation and adsorption. The experimental work also included the examination of the adsorption behavior of the doubly charged major cations Ca(II) and Mg(II) as a function of pH.

The theoretical description of the experimental systems was obtained by means of chemical equilibrium-plus-adsorption computations using two adsorption models: one mainly electrostatic (the James-Healy Model), and the other mainly chemical (the Ion Exchange-Surface Complex Formation Model). Comparisons were made between these two models.

The main difficulty in the theoretical predictions of the adsorption behavior of Cu(II) was the lack of the reliable data for the second hydrolysis constant(*β_2) The choice of the constant was made on the basis of potentiometric titratlons of Cu^(2+)

The experimental data obtained and the resulting theoretical observations were applied in models of the chemical behavior of trace metals in fresh oxic waters, with emphasis on Pb(II) and Cu(II).

Expressão e distribuição de CGRP, VEGF e TGF-β na gengiva dos dentes de ratos com periodontite induzida por ligadura: aspectos imunohistoquímicos

No momento em que há a agressão tecidual e a defesa inata é deflagrada, mediadores químicos são liberados no local afetado. Esses mediadores podem ser de origem celular tais como CGRP, VEGF e TGFß. Os objetivos desta pesquisa foram avaliar a expressão e distribuição de CGRP, TGFß e VEGF na gengiva do primeiro molar inferior esquerdo de rato no 7 e 14 dias após a indução por ligadura; a expressão e distribuição de CGRP, TGFß e VEGF na gengiva do dente contralateral correspondente sem ligadura, no 7 e 14 dias, e se a indução da periodontite por ligadura no dente experimental provoca uma inflamação na gengiva do dente contralateral correspondente no 7 e 14 dias após a ligadura. Para o desenvolvimento deste trabalho foram selecionados 15 ratos Rattus Novergicus, Albinus, Wistar. O grupo experimental de 12 ratos foi dividido em 2 subgrupos compostos por 6 ratos cada um deles distribuídos da seguinte maneira: os do subgrupo A1 permaneceram com a ligadura no primeiro molar inferior esquerdo por 7 dias e foram sacrificados; os do subgrupo A-2 -permaneceram com a ligadura no primeiro molar inferior esquerdo por 14 dias e foram sacrificados. Outros três animais constituíram o grupo controle. Após o sacrifício dos 12 animais dos grupos experimentais e controle suas mandíbulas foram colocadas em ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) neutro para sofrerem descalcificação. Então foram processadas para inclusão em parafina e os cortes histológicos foram corados pela hematoxilina-eosina e submetidos à técnica imunohistoquímica para imunomarcação de CGRP, VEGF e TGFß. Aos 7 dias de ligadura observou-se na lâmina própria gengival, epitélio juncional e epitélio oral, expressiva marcação para CGRP. A expressão de VEGF foi intensa na lamina própria e com pouca ou nenhuma marcação no epitélio oral e juncional. O TGFß apresentou pouca marcação na lâmina própria ou nenhuma marcação no epitélio oral e juncional. Aos 14 dias de ligadura houve expressiva marcação de CGRP na lâmina própria, epitélios oral e juncional. O VEGF e o TGFß apresentaram muita marcação na lâmina própria e pouca ou nenhuma marcação no epitélio oral e juncional. Na gengiva dos dentes contralaterais nos 7 e 14 dias houve pouca marcação do CGRP do TGFß na lâmina própria e muita marcação do VEGF. Na gengiva dos dentes controle observou-se muita marcação do CGRP no epitélio juncional e oral e na lâmina própria. O TGFß e o VEGF se expressaram muito pouco ou não se expressaram. Devido à marcação expressiva do VEGF na lâmina própria dos dentes contralaterais, permanece inconclusiva a adequação do uso dos dentes contralaterais nos estudos experimentais das doenças periodontais, embora a expressão de TGFß e CGRP tenham sido menores nestes dentes. A maior marcação do CGRP, VEGF e TGFß nos animais com 14 dias de ligadura do que aos 7 dias demonstra a progressão do processo inflamatório crônico, não se observando processo de reparação cicatricial.

Structure-, stereochemistry-, and metal-regulated DNA binding/cleaving molecules

In the cell, the binding of proteins to specific sequences of double helical DNA is essential for controlling the processes of protein synthesis (at the level of DNA transcription) and cell proliferation (at the level of DNA replication). In the laboratory, the sequence-specific DNA binding/cleaving properties of restriction endonuclease enzymes (secreted by microorganisms to protect them from foreign DNA molecules) have helped to fuel a revolution in molecular biology. The strength and specificity of a protein:DNA interaction depend upon structural features inherent to the protein and DNA sequences, but it is now appreciated that these features (and therefore protein:DNA complexation) may be altered (regulated) by other protein:DNA complexes, or by environmental factors such as temperature or the presence of specific organic molecules or inorganic ions. It is also now appreciated that molecules much smaller than proteins (including antibiotics of molecular weight less than 2000 and oligonucleotides) can bind to double-helical DNA in sequence-specific fashion. Elucidation of structural motifs and microscopic interactions responsible for the specific molecular recognition of DNA leads to greater understanding of natural processes and provides a basis for the design of novel sequence-specific DNA binding molecules. This thesis describes the synthesis and DNA binding/cleaving characteristics of molecules designed to probe structural, stereochemical, and environmental factors that regulate sequence-specific DNA recognition.

Chapter One introduces the DNA minor groove binding antibiotics Netropsin and Distamycin A, which are di- and tri(N-methylpyrrolecarboxamide) peptides, respectively. The method of DNA affinity cleaving, which has been employed to determine DNA binding properties of designed synthetic molecules is described. The design and synthesis of a series of Netropsin dimers linked in tail-to-tail fashion (by oxalic, malonic, succinic, or fumaric acid), or in head-to-tail fashion (by glycine, β-alanine, and γ-aminobutanoic acid (Gaba)) are presented. These Bis(Netropsin)s were appended with the iron-chelating functionality EDTA in order to make use of the technique of DNA affinity cleaving. Bis(Netropsin)-EDTA compounds are analogs of penta(N-methylpyrrolecarboxamide)-EDTA (P5E), which may be considered a head-to-tail Netropsin dimer linked by Nmethylpyrrolecarboxamide. Low- and high-resolution analysis of pBR322 DNA affinity cleaving by the iron complexes of these molecules indicated that small changes in the length and nature of the linker had significant effects on DNA binding/cleaving efficiency (a measure of DNA binding affinity). DNA binding/cleaving efficiency was found to decrease with changes in the linker in the order β-alanine > succinamide > fumaramide > N-methylpyrrolecarboxamide > malonamide >glycine, γ-aminobutanamide > oxalamide. In general, the Bis(Netropsin)-EDTA:Fe compounds retained the specificity for seven contiguous A:T base pairs characteristic of P5E:Fe binding. However, Bis(Netropsin)Oxalamide- EDTA:Fe exhibited decreased specificity for A:T base pairs, and Bis(Netropsin)-Gaba-EDT A:Fe exhibited some DNA binding sites of less than seven base pairs. Bis(Netropsin)s linked with diacids have C₂-symmmetrical DNA binding subunits and exhibited little DNA binding orientation preference. Bis(Netropsin)s linked with amino acids lack C₂-symmetrical DNA binding subunits and exhibited higher orientation preferences. A model for the high DNA binding orientation preferences observed with head-to-tail DNA minor groove binding molecules is presented.

Chapter Two describes the design, synthesis, and DNA binding properties of a series of chiral molecules: Bis(Netropsin)-EDTA compounds with linkers derived from (R,R)-, (S,S)-, and (RS,SR)-tartaric acids, (R,R)-, (S,S)-, and (RS,SR)-tartaric acid acetonides, (R)- and (S)-malic acids, N ,N-dimethylaminoaspartic acid, and (R)- and (S)-alanine, as well as three constitutional isomers in which an N-methylpyrrolecarboxamide (P1) subunit and a tri(N-methylpyrrolecarboxamide)-EDTA (P3-EDTA) subunit were linked by succinic acid, (R ,R)-, and (S ,S)-tartaric acids. DNA binding/cleaving efficiencies among this series of molecules and the Bis(Netropsin)s described in Chapter One were found to decrease with changes in the linker in the order β-alanine > succinamide > P1-succinamide-P3 > fumaramide > (S)-malicamide > N-methylpyrrolecarboxamide > (R)-malicamide > malonamide > N ,N-dimethylaminoaspanamide > glycine = Gaba = (S,S)-tartaramide = P1-(S,S)-tanaramide-P3 > oxalamide > (RS,SR)-tartaramide = P1- (R,R)-tanaramide-P3 > (R,R)-tartaramide (no sequence-specific DNA binding was detected for Bis(Netropsin)s linked by (R)- or (S)-alanine or by tartaric acid acetonides). The chiral molecules retained DNA binding specificity for seven contiguous A:T base pairs. From the DNA affinity cleaving data it could be determined that: 1) Addition of one or two substituents to the linker of Bis(Netropsin)-Succinamide resulted in stepwise decreases in DNA binding affinity; 2) molecules with single hydroxyl substituents bound DNA more strongly than molecules with single dimethylamino substituents; 3) hydroxyl-substituted molecules of (S) configuration bound more strongly to DNA than molecules of (R) configuration. This stereochemical regulation of DNA binding is proposed to arise from the inherent right-handed twist of (S)-enantiomeric Bis(Netropsin)s versus the inherent lefthanded twist of (R)-enantiomeric Bis(Netropsin)s, which makes the (S)-enantiomers more complementary to the right-handed twist of B form DNA.

Chapter Three describes the design and synthesis of molecules for the study of metalloregulated DNA binding phenomena. Among a series of Bis(Netropsin)-EDTA compounds linked by homologous tethers bearing four, five, or six oxygen atoms, the Bis(Netropsin) linked by a pentaether tether exhibited strongly enhanced DNA binding/cleaving in the presence of strontium or barium cations. The observed metallospecificity was consistent with the known affinities of metal cations for the cyclic hexaether 18-crown-6 in water. High-resolution DNA affinity cleaving analysis indicated that DNA binding by this molecule in the presence of strontium or barium was not only stronger but of different sequence-specificity than the (weak) binding observed in the absence of metal cations. The metalloregulated binding sites were consistent with A:T binding by the Netropsin subunits and G:C binding by a strontium or barium:pentaether complex. A model for the observed positive metalloregulation and novel sequence-specificity is presented. The effects of 44 different cations on DNA affinity cleaving by P5E:Fe were examined. A series of Bis(Netropsin)-EDTA compounds linked by tethers bearing two, three, four, or five amino groups was also synthesized. These molecules exhibited strong and specific binding to A:T rich regions of DNA. It was found that the iron complexes of these molecules bound and cleaved DNA most efficiently at pH 6.0-6.5, while P5E:Fe bound and cleaved most efficiently at pH 7.5-8.0. Incubating the Bis(Netropsin) Polyamine-EDTA:Fe molecules with K₂PdCl₄ abolished their DNA binding/cleaving activity. It is proposed that the observed negative metalloregulation arises from kinetically inert Bis(Netropsin) Polyamine:Pd(II) complexes or aggregates, which are sterically unsuitable for DNA complexation. Finally, attempts to produce a synthetic metalloregulated DNA binding protein are described. For this study, five derivatives of a synthetic 52 amino acid residue DNA binding/cleaving protein were produced. The synthetic mutant proteins carried a novel pentaether ionophoric amino acid residue at different positions within the primary sequence. The proteins did not exhibit significant DNA binding/cleaving activity, but they served to illustrate the potential for introducing novel amino acid residues within DNA binding protein sequences, and for the development of the tricyclohexyl ester of EDTA as a superior reagent for the introduction of EDT A into synthetic proteins.

Chapter Four describes the discovery and characterization of a new DNA binding/cleaving agent, [SalenMn(III)]OAc. This metal complex produces single- and double-strand cleavage of DNA, with specificity for A:T rich regions, in the presence of oxygen atom donors such as iodosyl benzene, hydrogen peroxide, or peracids. Maximal cleavage by [SalenMn(III)]OAc was produced at pH 6-7. A comparison of DNA singleand double-strand cleavage by [SalenMn(III)]⁺ and other small molecules (Methidiumpropyl-EDTA:Fe, Distamycin-EDTA:Fe, Neocarzinostatin, Bleomycin:Fe) is presented. It was found that DNA cleavage by [SalenMn(III)]⁺ did not require the presence of dioxygen, and that base treatment of DNA subsequent to cleavage by [SalenMn(III)]⁺ afforded greater cleavage and alterations in the cleavage patterns. Analysis of DNA products formed upon DNA cleavage by [SalenMn(III)] indicated that cleavage was due to oxidation of the sugar-phosphate backbone of DNA. Several mechanisms consistent with the observed products and reaction requirements are discussed.

Chapter Five describes progress on some additional studies. In one study, the DNA binding/cleaving specificities of Distamycin-EDTA derivatives bearing pyrrole N-isopropyl substituents were found to be the same as those of derivatives bearing pyrrole N-methyl substituents. In a second study, the design of and synthetic progress towards a series of nucleopeptide activators of transcription are presented. Five synthetic plasmids designed to test for activation of in vitro run-off transcription by DNA triple helix-forming oligonucleotides or nucleopeptides are described.

Chapter Six contains the experimental documentation of the thesis work.

Ausência de correlação entre a penetração do cimento AH Plus nos túbulos dentinários e a qualidade do selamento

O presente estudo objetivou testar experimentalmente a existência da possível correlação entre a penetração de cimento nos túbulos dentinários e a qualidade do selamento. Foram utilizados 60 incisivos centrais superiores humanos que formaram um único grupo experimental. Após a eliminação das porções coronárias, as raízes foram padronizadas em 13 mm de comprimento. A instrumentação dos canais foi realizada no sentido coroa-ápice, e o comprimento de trabalho estabelecido a 1 mm aquém do forame apical. Como solução irrigadora foi empregado o NaOCl a 5,25% e ao final, EDTA a 17%. Em seguida, todos os canais foram obturados com guta-percha e cimento AH Plus marcado com um corante fluorescente. Para determinar a qualidade do selamento das obturações endodônticas, as amostras foram submetidas ao modelo de infiltração de glicose sob pressão. As raízes foram montadas em um dispositivo de dupla-câmara selada para permitir a infiltração da glicose. Como controle negativo foram utilizados 4 dentes hígidos, e como controle positivo, 2 dentes instrumentados porém, não obturados. Foram utilizados 0,75 mL de solução de glicose a 1 mol/L na câmara superior e 0,75 mL de água deionizada na câmara inferior. Os dispositivos foram conectados a um sistema de distribuição de pressão desenvolvido com o objetivo de permitir a infiltração de 32 amostras em uma mesma etapa. A solução de glicose foi forçada apicalmente sob uma pressão de 15 psi durante 1 hora. Uma alíquota de 50 L foi coletada da câmara inferior para quantificar a glicose infiltrada. A concentração de glicose foi determinada através de um método enzimático com o auxílio do Kit Glucose HK e de um espectrofotômetro em um comprimento de onda de 340 nm. Na sequência, as amostras foram desacopladas dos corpos de prova, embutidas em resina epóxi e cortadas em 3 secções transversais. Uma sequência de preparação metalográfica padrão foi realizada para permitir a observação da penetração de cimento nos túbulos dentinários por meio de microscopia confocal e óptica. Os dados obtidos nos 2 experimentos foram cruzados pelo teste de correlação de Spearman, o qual revelou a inexistência de qualquer possibilidade de correlação (r = 0,12). Com base nesses resultados, o presente trabalho concluiu que, dentro das condições experimentais usadas, a quantidade de cimento presente dentro dos túbulos dentinários não teve relação com a qualidade do selamento produzido.

Remoção de metais pesados de efluentes sintéticos aquosos por nanofiltração

O objetivo deste trabalho foi estudar a remoção de metais pesados de efluentes sintéticos aquosos através de nanofiltração, com utilização de membrana de poliamida. A membrana utilizada constituída de poliamida apresentou uma boa permeabilidade hidráulica, constatada pela linearidade de fluxo com a variação de pressão de trabalho. Os metais estudados foram cobre, cádmio, zinco, chumbo e níquel com especiação de nitrato e sulfato. O desempenho do sistema foi verificado pela variação dos parâmetros operacionais (pressão e fluxo), associados também com a variação da salinidade e da concentração do metal. Em uma etapa inicial estudou-se a remoção de metais (nitrato e sulfato) isoladamente em uma mesma concentração molar, na pressão de 10 bar, comparando-se as rejeições com e sem agente complexante (EDTA). Em uma segunda etapa, estudou-se o desempenho da membrana, com misturas dos metais (nitrato) e mistura de metais (sulfato), também com e sem agente complexante, os resultados mostraram que a presença de agente complexante melhorou a rejeição dos metais. Nestas misturas estudaram-se os efeitos das concentrações (0,001; 0,0005 e 0,0001mol/L) e das pressões (5; 7; 10 e 12,5 bar) no sistema de remoção, constatou-se que o aumento da concentração e diminuição da pressão afeta a remoção. Em uma terceira etapa, estudou-se a influência da salinidade pela mistura de dois metais de mesma especiação (sulfato), comparando a remoção na pressão de 10 bar. Os resultados atestaram uma rejeição maior que 94 % para todos metais, na pressão de 10 bar, indicando um excelente desempenho e fluxo adequado, daí viabilidade de processo para todas as concentrações testadas. A pertinência do teste se justifica pela adequação do permeado ao atendimento aos padrões ambientais de concentração de metais e confirmam a eficácia do sistema de nanofiltração na remoção de metais pesados

Avaliação da remoção de níquel em solução aquosa pelo processo de osmose inversa

O objetivo deste trabalho foi investigar o desempenho de uma membrana comercial na remoção de um metal pesado (níquel) de efluentes sintéticos, por osmose inversa. Na primeira etapa foi realizada uma comparação com os resultados obtidos com soluções de alimentação contendo sais, como NaCl, NaNO3 e Ni(NO3)2.6 H2O, nas concentrações de 50, 100 e 200 ppm, e nas pressões de 10, 20 e 26 bar. Os resultados mostraram que a influência da concentração e da pressão aplicada ao sistema não afetaram as rejeições de forma significativa. Na segunda etapa, como os parâmetros não influíram significativamente na rejeição dos sais, optou-se, pela aplicação de uma pressão de operação de 10 bar, para avaliar a eficiência de remoção de níquel. A membrana utilizada, constituída de poliamida, modelo HR98PP e fornecida pela DOW/Filmtec, apresentou uma boa permeabilidade hidráulica. Os resultados mostraram que para todas as concentrações testadas, as rejeições de níquel ultrapassaram 96%, comprovando a boa seletividade deste tipo de membrana na rejeição do referido metal, com fluxos de permeado variando entre 4,78 e 5,55 L/h.m2 , sob pressão de operação de 10 bar. Para estudar o efeito do tamanho iônico na rejeição da membrana, o níquel foi complexado pela adição de um agente quelante na solução de alimentação. O agente escolhido foi o Na2EDTA, devido à formação de um complexo estável com o níquel e por ser um agente não prejudicial à saúde humana. Os resultados com adição de EDTA indicaram um aumento na rejeição de níquel, atingindo o índice máximo de 98,22 %, partindo-se de uma solução com 40,39 ppm de Ni2+, e confirmam que o processo de osmose inversa com a membrana HR98PP é altamente adequado para o tratamento de efluentes contendo níquel

I. Studies on alkaline phosphatase activity in developing sea urchin embryos. II. Studies on the activation of protein biosynthesis in sea urchin eggs at fertilization

I. Alkaline phosphatase activity in the developing sea urchin Lytechinus pictus has been investigated with respect to intensity at various stages, ionic requirements and intracellular localization. The activity per embryo remains the same in the unfertilized egg, fertilized egg and cleavage stages. At a time just prior to gastrulation (about 10 hours after fertilization) the activity per embryo begins to rise and increases after 300 times over the activity in the cleavage stages during the next 60 hours.

The optimum ionic strength for enzymatic activity shows a wide peak at 0.6 to 1.0. Calcium and magnesium show an additional optimum at a concentration in the range of 0.02 to 0.07 molar. EDTA at concentrations of 0.0001 molar and higher shows a definite inhibition of activity.

The intracellular localization of alkaline phosphatase in homogenates of 72-hour embryos has been studied employing the differential centrifugation method. The major portion of the total activity in these homogenates was found in mitochondrial and microsomal fractions with less than 5% in the nuclear fraction and less than 2% in the final supernatant. The activity could be released from all fractions by treatment with sodium deoxycholate.

II. The activation of protein biosynthesis at fertilization in eggs of the sea urchins Lytechinus pictus and Strongylocentrotus purpuratus has been studied in both intact eggs and cell-free homogenates. It is shown that homogenates from both unfertilized and fertilized eggs are dependent on potassium and magnesium ions for optimum amino acid incorporation activity and in the case of the latter the concentration range is quite narrow. Though the optimum magnesium concentrations appear to differ slightly in homogenates of unfertilized and fertilized eggs, in no case was it observed that unfertilized egg homogenates were stimulated to incorporate at a level comparable to that of the fertilized eggs.

An activation of amino acid incorporation into protein has also been shown to occur in parthenogenetically activated non-nucleate sea urchin egg fragments or homogenates thereof. This activation resembles that in the fertilized whole egg or fragment both in amount and pattern of activation. Furthermore, it is shown that polyribosomes form in these non-nucleate fragments upon artificial activation. These findings are discussed along with possible mechanisms for activation of the system at fertilization.

Potencial antiinflamatório do extrato aquoso de Echinodorus macrophyllus e de suas frações em modelo de inflamação aguda

A Echinodorus macrophyllus (Alismataceae), conhecida como chapéu de couro no Brasil, é usada popularmente para tratar doenças reumáticas e inflamatórias. Neste trabalho, foram avaliados os efeitos antiinflamatórios do extrato aquoso de E. macrophyllus (EAEm) e suas frações etanólicas no modelo murino de air pouch. Para a obtenção das frações, 7 g do EAEm foram aplicadas em uma coluna cromatográfica aberta de sílica gel eluída com diferentes concentrações de etanol. Os cromatogramas do EAEm/frações foram obtidos usando um sistema de HPLC. Foram obtidas quatro frações, duas delas com maior rendimento. Resumidamente, a bolha de ar foi induzida pela injeção de 5 mL de ar estéril (s.c) no dorso de camundongos SW machos (25-35 g). Após 3 dias, mas 3 mL de ar estéril foram injetados para manter a bolha. No sexto dia, cada grupo (n = 4) foi tratado intraperitoneal (ip) ou oralmente (v.o) com EAEm (25 ou 250 mg/kg), Fr20 ou Fr40 (2,5, 25, 50 ou 100 mg/kg) e os controles com indometacina (10 mg/kg, v.o.) ou veículo (salina). Uma hora depois, 1 mL de salina ou de carragenina 1% estéril foi injetada dentro da bolha. Após 4 h, a cavidade foi lavada com NaCl 0,9%, EDTA 2 mM (1 mL), para a determinação do número de leucócitos, volume do exsudato e concentração de proteínas. Células do exsudato foram preparadas em citocentrífuga e coradas pelo método do Panótico para a contagem diferencial dos leucócitos. Cortes histológicos coletados dos diferentes grupos foram fixados com formol tamponado 10% (pH 7,4) por 7 dias, corados com HE e analisados em MO. A análise da expressão da iNOS e da COX-2 foi realizada em células do exsudato por RT-PCR. O acúmulo de nitrito (NO2−) no sobrenadante do cultivo de células RAW 264.7 foi determinado usando um ensaio colorimétrico baseado na reação de Griess. Os resultados foram expressos como média EP e comparados usando ANOVA seguido de teste de Dunnet. Os experimentos foram realizados em triplicata. No modelo air pouch, a injeção de carragenina 1% aumentou tanto a migração celular quanto a concentração de proteína no exsudato. Contudo, enquanto o pré-tratamento com a Fr40 aumentou a resposta inflamatória, o pré-tratamento com o EAEm e a Fr20, sobretudo por via i.p., inibiu esta resposta quando comparado ao grupo controle tratado apenas com o veículo. Assim, foram observadas as seguintes razões de inibição da migração de células: EAEm, i.p. a 25 mg/kg (66,44%) e a 250 mg/kg (87,27%) e Fr20 a 2,5 mg/kg (26,89%), 25 mg/kg (60,06%), 50 mg/kg (63,13%) e a 100 mg/kg (77,47%). Em relação à contagem diferencial, o EAEm e a Fr20 afetaram principalmente o número de neutrófilos, inibindo sua migração no exsudato. O EAEm e a Fr20 também reduziram a concentração total de proteínas no exsudato principalmente no tratamento i.p.; EAEm a 25 e 250 mg/kg mostrou 3,33 0,55 e 2,05 0,51 mg/mL, respectivamente, quando comparado aos grupos controles (Indometacina 2.88 0.64 mg/mL; Veículo 5.48 0.88 mg/mL). A Fr20 a 2,5, 25, 50 e 100 mg/kg mostrou 4,788 0,444, 1,417 0,519, 2,474 0,529 e 2,215 0, 361 mg/mL. A análise histológica mostrou infiltrado celular, principalmente composto de leucócitos polimorfonucleares ao longo da derme inflamada de animais tratados com veículo. O tratamento com o EAEm ou Fr20 reduziu a infiltração de leucócitos no tecido inflamado. Além disso, o tratamento com o EAEm e a Fr20 mostrou atividade supressora sobre a expressão de iNOS e COX-2, e mostrou efeitos inibitórios na produção de NO induzida por LPS. Concluindo, todos estes resultados confirmam o potencial antiinflamatório sugerido para esta planta e fornecem uma base para a compreensão de seus mecanismos moleculares de ação. Contudo, outros estudos devem ser realizados para melhor elucidar as vias pelas quais o EAEm e a Fr20 exercem seus efeitos antiinflamatórios. Além disso, estudos fitoquímicos devem ser realizados para identificar os compostos ativos no EAEm e na Fr20.

Enzyme induction in Neurospora crassa

I. Studies on Nicotinamide Adenine Dinucleotide Glycohydrase (NADase)

NADase, like tyrosinase and L-amino acid oxidase, is not present in two day old cultures of wild type Neurospora, but it is coinduced with those two enzymes during starvation in phosphate buffer. The induction of NADase, like tyrosinase, is inhibited by puromycin. The induction of all three enzymes is inhibited by actinomycin D. These results suggest that NADase is synthesized de novo during induction as has been shown directly for tyrosinase. NADase induction differs in being inhibited by certain amino acids.

The tyrosinaseless mutant ty-1 contains a non-dialyzable, heat labile inhibitor of NADase. A new mutant, P110A, synthesizes NADase and L-amino acid oxidase while growing. A second strain, pe, fl;cot, makes NADase while growing. Both strains can be induced to make the other enzymes. These two strains prove that the control of these three enzymes is divisible. The strain P110A makes NADase even when grown in the presence of Tween 80. The synthesis of both NADase and L-amino acid oxidase by P110A is suppressed by complete medium. The theory of control of the synthesis of the enzymes is discussed.

II. Studies with EDTA

Neurospora tyrosinase contains copper but, unlike other phenol oxidases, this copper has never been removed reversibly. It was thought that the apo-enzyme might be made in vivo in the absence of copper. Therefore cultures were treated with EDTA to remove copper before the enzyme was induced. Although no apo-tyrosinase was detected, new information on the induction process was obtained.

A treatment of Neurospora with 0.5% EDTA pH 7, inhibits the subsequent induction during starvation in phosphate buffer of tyrosinase, L-amino acid oxidase and NADase. The inhibition of tyrosinase and L-amino acid oxidase induction is completely reversed by adding 5 x 10^-5M CaCl₂, 5 x 10^-4M CuSO₄, and a mixture of L-amino acids (2 x 10^-3M each) to the buffer. Tyrosinase induction is also fully restored by 5 x 10^-4M CaCl₂ and amino acids. As yet NADase has been only partially restored.

The copper probably acts by sequestering EDTA left in the mycelium and may be replaced by nickel. The EDTA apparently removes some calcium from the mycelium, which the added calcium replaces. Magnesium cannot replace calcium. The amino acids probably replace endogenous amino acids lost to the buffer after the EDTA treatment.

The EDTA treatment also increases permeability, thereby increasing the sensitivity of induction to inhibition by actinomycin D and allowing cell contents to be lost to the induction buffer. EDTA treatment also inhibits the uptake of exogenous amino acids and their incorporation into proteins.

The lag period that precedes the first appearance of tyrosinase is demonstrated to be a separate dynamic phase of induction. It requires oxygen. It is inhibited by EDTA, but can be completed after EDTA treatment in the presence of 5 x 10^-5M CaCl₂ alone, although no tyrosinase is synthesized under these conditions.

The time course of induction has an early exponential phase suggesting an autocatalytic mechanism of induction.

The mode of action of EDTA, the process of induction and the kinetics of induction are discussed.

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.

Análise clínica e molecular em indivíduos com deficiência mental idiopática no Maranhão: diagnóstico diferencial da síndrome do X frágil

O retardo mental (RM) representa um problema de saúde pública mundial ainda negligenciado no Brasil e, em especial nas regiões mais pobres como o Nordeste. A síndrome do X frágil (SXF) é uma das formas mais estudadas de RM hereditário em seres humanos. Esta doença monogênica, de herança ligada ao X dominante, é decorrente de uma mutação no exon 1 do gene FMR1, localizado na região Xq27.3. A mutação no FMR1 se caracteriza pelo aumento de repetições de trinucleotídios CGG em tandem na região 5 UTR desse gene, sendo a expansão dessas trincas o principal evento mutacional responsável pela SXF. De maneira geral, os fenótipos cognitivos de indivíduos do sexo masculino com a síndrome incluem deficiência intelectual de moderada à grave. No presente trabalho, realizamos um estudo transversal da SXF em indivíduos portadores de retardo mental de causa desconhecida, engajados em Programas de Educação Especial e em instituições psiquiátricas de São Luís-MA, rastreando amplificações de sequências trinucleotídicas no gene FMR1. A amostra foi composta por 238 indivíduos do sexo masculino, não aparentados, na faixa etária de 4 a 60 anos (média = 21 9 anos). O DNA dos participantes foi obtido a partir de 5 mL de sangue coletados em tubos com anti-coagulante EDTA e a análise molecular da região gênica de interesse foi realizada através da reação em cadeia da polimerase, utilizando-se três primers. Dentre os indivíduos triados quanto à presença de mutações no gene FMR1, apenas um apresentou um resultado inconclusivo e 2 (0,84%) foram positivos para a SXF, sendo que um deles (3503) apresentou mais de 200 repetições CGG no locus FRAXA e o outro indivíduo (3660) apresentou uma deleção de ~197 pb envolvendo parte das repetições CGG e uma região proximal às repetições CGG. Ambos possuíam história familiar de RM ligado ao X. No indivíduo 3503 observamos as seguintes características clínicas: temperamento dócil, orelhas grandes, mandíbula proeminente e flacidez ligamentar. O indivíduo 3660 apresentava hiperatividade, contato pobre com os olhos, orelhas grandes, mandíbula proeminente, pectus excavatum, macroorquidismo e pouca comunicação. O esclarecimento sobre a doença oferecido às famílias de ambos contribuiu sobremaneira para o entendimento da condição, do prognóstico e dos riscos de recorrência. A prevalência da SXF em nossa amostra, 0,84%, embora relativamente baixa, encontra-se na faixa de incidência de casos diagnosticados em outras populações que, em sua maioria, relatam incidências variando de 0 a 3%. Em parte, atribuímos o percentual encontrado aos critérios de inclusão utilizados em nosso estudo. Concluímos que o protocolo de triagem molecular utilizado em nosso estudo se mostrou eficiente e adequado para a realidade do Maranhão, podendo constituir uma ferramenta auxiliar a ser aplicada na avaliação de rotina dos portadores de RM, com grandes benefícios para o Estado.

Reprodução e parasitismo em Melanoides tuberculata (Müller, 1774) (Gastropoda, Thiaridae) da Vila do Abraão, Ilha Grande, Angra dos Reis, RJ

Melanoides tuberculata (Müller, 1774), molusco exótico límnico de origem afroasiática, foi registrado pela primeira vez na Vila do Abraão, Ilha Grande, Angra dos Reis, Rio de Janeiro, em 2005. Atua como primeiro hospedeiro intermediário de diversos trematódeos de importância médica. As populações são compostas majoritariamente por fêmeas partenogenéticas que possuem um marsúpio onde se desenvolvem os juvenis. Os objetivos foram verificar: a presença de machos; se existem flutuações na produção de ovos e juvenis ao longo do tempo; quando a maturidade sexual é atingida e, a existência de parasitos relacionando sua presença com o número de ovos e juvenis. Para a contagem de ovos e juvenis, foram utilizadas fêmeas coletadas bimestralmente de setembro/07 a outubro/10, separadas em quatro classes de tamanho, segundo o diâmetro da concha: Classe I: < 3mm; Classe II: 3 a 5,99mm; Classe III: 6 a 8,99mm; Classe IV: > 9mm. Separamos cinco fêmeas/classe, totalizando 20 fêmeas/coleta, exceto nas amostras de setembro/07 (16 exemplares), abril/09 (19 exemplares) e de abril/10 (13 exemplares), totalizando 348 fêmeas. Para observação dos parasitos, ovos e juvenis o teto da cavidade palial foi retirado e o marsúpio dissecado. Classificamos os juvenis em classes de acordo com o número de voltas: com menos de duas; com duas a quatro e com mais de quatro. Os dados foram analisados utilizando Excel e SYSTAT 12. Para a histologia da gônada e do marsúpio, utilizamos cinco exemplares coletados mensalmente de setembro/12 a fevereiro/13, de cada classe de tamanho, totalizando 20 espécimes/coleta, exceto em outubro/12, quando 16 espécimes foram usados, pois somente um espécime da Classe IV foi encontrado. Os espécimes foram fixados em formalina Millonig de Carson, descalcificados em EDTA, incluídos em parafina e corados em hematoxilina e eosina. Foram encontrados 16 machos. Quantificamos 24.694 ovos e 31.474 juvenis, com as seguintes médias: Classe I: 0 ovos e 0,31 juvenis; Classe II: 24,19 ovos e 47,56 juvenis; Classe III: 114,84 ovos e 155,78 juvenis; Classe IV: 146,76 ovos e 158,41 juvenis. O teste de Kruskal-Wallis mostrou que existe variação significativa no número de ovos e juvenis ao longo do ano (p < 0,01 para ambos) e entre o número de ovos e juvenis entre as diferentes classes de tamanho de concha (p <0,01 para ambos). Foram contabilizados 27.877 juvenis com menos de duas voltas, 3.251 juvenis com duas a quatro voltas e 346 juvenis com mais de quatro voltas. Dentre 348 fêmeas, 111 estavam parasitadas (32% do total) por Centrocestus formosanus (Nishigori, 1924). O Teste de Mann-Whitney, levando em consideração todas as fêmeas, demonstrou que fêmeas parasitadas apresentaram menor número de ovos e juvenis que as não parasitadas ( p<0,01). Excluindo as fêmeas da Classe 1, o resultado do teste foi o mesmo (p< 0,01). Concluímos que: a população de M. tuberculata da Vila do Abraão não é formada somente por fêmeas; as fêmeas se reproduzem o ano todo, pois foram encontrados ovos e juvenis em todas as coletas; que quanto maior a fêmea há mais ovos e, em média, há mais juvenis no marsúpio; que a maturidade sexual é alcançada com aproximadamente 3 mm de diâmetro de concha, devido a presença de ovócitos vitelogênicos tardios e, que o parasitismo afeta negativamente M. tuberculata, reduzindo o número de ovos e juvenis formados

On-demand generation and removal of alginate biocompatible microvalves for flow control in microfluidics

[EN] This paper describes, for the first time, the use of alginate hydrogels as miniaturised microvalves within microfluidic devices. These biocompatible and biodegradable microvalves are generated in situ and on demand, allowing for microfluidic flow control. The microfluidic devices were fabricated using an origami inspired technique of folding several layers of cyclic olefin polymer followed by thermocompression bonding. The hydrogels can be dehydrated at mild temperatures, 37◦C, to slightly open the microvalve and chemically erased using an ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt (EDTA) solution, to completely open the channel, ensuring the reusability of the whole device and removal of damaged or defective valves for subsequent regeneration.