Synthesis, characterization and applications of new schiff base fluorescent chemosensors for metal and DNA interactions: conventional and "green" approaches

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável, especialidade de Química-Física Inorgânica, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

DNA damage induced by acrylamide: roe of genetic polymorphisms in DNA damage levels

RESUMO:Em 1994 a acrilamida (AA) foi classificada pela IARC como um provável cancerígeno para o homem. Para além da utilização de AA em numerosas aplicações industriais, a AA está também presente numa grande variedade de alimentos ricos em amido e processados a temperaturas elevadas. Esta exposição através da ingestão de produtos alimentares despoletou elevadas preocupações ao nível do risco para a saúde pública e poderá implicar um risco adicional para o aparecimento de cancro. A glicidamida (GA), o metabolito epóxido formado a partir da oxidação da AA provavelmente através do citocromo P450 2E1, é considerada por vários estudos, o principal responsável pela carcinogenicidade da AA. Actualmente existe uma escassez de resultados relativamente aos mecanismos de genotoxicidade da AA e GA em células de mamífero. Por este motivo, o objectivo deste estudo centra-se na avaliação das consequências genéticas da exposição à AA e GA, recorrendo-se para tal ao uso de células de mamífero como modelo. Tendo como base este objectivo avaliou-se a citotoxicidade da AA e GA, através do ensaio do MTT, e realizaram-se dois testes citogenéticos, o teste das aberrações cromossómicas (CAs) e o teste da troca de cromátides irmãs (SCEs), de modo a avaliar as lesões de DNA induzidas por estes compostos em células de hamster Chinês V79. Os resultados globalmente mostraram que a GA é mais citotóxica e clastogénica do que a AA. No âmbito deste trabalho, foi também efectuada a quantificação de aductos específicos de DNA, nomeadamente N7-(2-carbamoil-2-hidroxietil)guanina (N7-GA-Gua) e N3-(2-carbamoil-2-hidroxietil)adenina (N3-GA-Ade). Os resultados obtidos permitem afirmar que os níveis de N7-GA-Gua e a concentração de GA apresentam uma relação linear dose-resposta. Foi também identificada uma óptima correlação entre os níveis de N7-GA-Gua e a frequência de troca de cromátides irmãs. Adicionalmente, e de forma a compreender os mecanismos de toxicidade da AA, estudaram-se os mecanismos dependentes da modulação do glutationo reduzido (GSH), nomeadamente da butionina sulfoximina (BSO), um inibidor da síntese de GSH, do GSH-monoetil estér (GSH-EE), um composto permeável nas células e que é intra-celularmente hidrolisado a GSH e ainda do GSH adicionado exogenamente ao meio de cultura, em células V79. Os resultados obtidos reforçaram o papel da modulação do GSH nos efeitos de citotoxicidade e clastogenicidade da AA. Para além dos estudos efetuados com células V79, procedeu-se também à determinação da frequência de SCEs, à quantificação de aductos específicos de DNA, bem como ao ensaio do cometa alcalino em amostras de dadores saudáveis expostos à AA e GA. Tanto os resultados obtidos através do ensaio das SCE, como pela quantificação de aductos específicos de DNA, ambos efectuados em linfócitos estimulados, originaram resultados comparáveis aos obtidos anteriormente para as células V79, reforçando a ideia de que a GA é bastante mais genotóxica do que a AA. Por outro lado, os resultados obtidos pelo ensaio do cometa para exposição à AA e GA mostraram que apenas esta última aumenta o nível das lesões de DNA. Outro objectivo deste trabalho, foi a identificação de possíveis associações existentes entre as lesões de DNA, quantificadas através do ensaio das SCEs e do cometa, e biomarcadores de susceptibilidade, tendo em conta os polimorfismos genéticos individuais envolvidos na destoxificação e nas vias de reparação do DNA (BER, NER, HRR e NHEJ) em linfócitos expostos à GA. Tal permitiu identificar associações entre os níveis de lesão de DNA determinados através do ensaio das SCEs, e os polimorfismos genéticos estudados, apontando para uma possível associação entre o GSTP1 (Ile105Val) e GSTA2 (Glu210Ala) e a frequência de SCEs. Por outro lado, os resultados obtidos através do ensaio do cometa sugerem uma associação entre as lesões de DNA e polimorfismos da via BER (MUTYH Gln335His e XRCC1 Gln39Arg) e da via NER (XPC Ala499val e Lys939Gln), considerando os genes isoladamente ou combinados. Estes estudos contribuem para um melhor entendimento da genotoxicidade e carcinogenicidade da AA e GA em células de mamífero, bem como da variabilidade da susceptibilidade individual na destoxificação e reparação de lesões de DNA provocadas pela exposição a estes xenobióticos alimentares. ----------- ABSTRACT:Acrylamide (AA) has been classified as a probable human carcinogen by IARC. Besides being used in numerous industrial applications, AA is also present in a variety of starchy cooked foods. This AA exposure scenario raised concerns about risk in human health and suggests that the oral consumption of AA is an additional risk factor for cancer. A considerable number of findings strongly suggest that the reactive metabolite glycidamide (GA), an epoxide generated presumably by cytochrome P450 2E1, plays a central role in AA carcinogenesis. Until now there are a scarcity of results concerning the mechanisms of genotoxicity of AA and GA in mammalian cells. In view of that, the study described in this thesis aims to unveil the genetic consequences of AA and GA exposure using mammalian cells as a model system. With this aim we evaluated the cytotoxicity of AA and GA using the MTT assay and subsequently performed two cytogenetic end-points: chromosomal aberrations (CAs) and sister chromatid exchanges (SCEs), in order to evaluate DNA damage induced by these compounds in V79 Chinese hamster cell line. The results showed that GA was more cytotoxic and clastogenic than AA. Within the scope of this thesis the quantification of specific DNA adducts were also performed, namely N7-(2-carbamoyl-2-hydroxyethyl)guanine (N7-GA-Gua) and N3-(2-carbamoyl-2-hydroxyethyl)adenine (N3-GA-Ade). Interestingly, the GA concentration and the levels of N7-GA-Gua presented a linear dose-response relationship. Further, a very good correlation between the levels of N7-GA-Gua and the extent of SCEs were observed. In order to understand the mechanisms of AA-induced toxicity, the modulation of reduced glutathione (GSH)-dependent mechanisms were studied, namely the evaluation of the effect of buthionine sulfoximine (BSO), an effective inhibitor of GSH synthesis, of GSH-monoethyl ester (GSH-EE), a cell permeable compound that is intracellularly hydrolysed to GSH and also of GSH endogenously added to culture medium,z in V79 cell line. The overall results reinforced the role of GSH in the modulation of the cytotoxic and clastogenic effects induced by AA.Complementary to the studies performed in V79 cells, SCEs, specific DNA-adducts and alkaline comet assay in lymphocytes from healthy donors exposed to AA and GA were also evaluated. Both, the frequency of SCE and the quantification of specific GA DNA adducts, produced comparable results with those obtained in V79 cell line, reinforcing the idea that GA is far more genotoxic than AA. Further, the DNA damaging potential of AA and GA in whole blood leukocytes evaluated by the alkaline comet assay, showed that GA, but not AA, increases DNA damage. Additionally, this study aimed to identify associations between DNA damage and biomarkers of susceptibility, concerning individual genetic polymorphisms involved in detoxification and DNA repair pathways (BER, NER, HRR and NHEJ) on the GA-induced genotoxicity assessed by the SCE assay and by the alkaline comet assay. The extent of DNA damage determined by the levels of SCEs induced by GA seems to be modulated by GSTP1 (Ile105Val) and GSTA2 (Glu210Ala) genotypes. Moreover, the results obtained from the comet assay suggested associations between DNA damage and polymorphisms of BER (MUTYH Gln335His and XRCC1 Gln399Arg) and NER (XPC Ala499Val and Lys939Gln) genes, either alone or in combination. The overall results from this study contribute to a better understanding of the genotoxicity and carcinogenicity of AA and GA in mammalian cells, as well as the knowledge about the variability in individual susceptibility involved in detoxification and repair of DNA damage due to these dietary xenobiotics.

Inserção de DNA de Trypanosoma cruzi no genoma de célula hospedeira de mamífero por meio de infecção

Observamos a cromatina deformas amastigotas de T. cruzi associada a cromossomos de macrófagos metafásicos obtidos em diversos períodos da infecção aguda. O estudo imunocitogenético demonstrou que o material genético inserido naqueles cromossomos era produto do T. cruzi. Pelo teste de hibridizaçâo in situ com sonda biotinilada de DNA de T. cruzi, foi confirmada a inserção de DNA do protozoário nos cromossomos murinos. A inserção seletiva de ³H-DNA do protozoário em alguns cromossomos sugere que podem ocorrer rearranjos transxenogénicos em infecções de mamíferos pelo T. cruzi.

Atomic force microscopy assisted with electron and ion beam microscopy for the direct measurement of biostructures and DNA samples

Dissertation to obtain a Master degree in Biotechnology

The role of electron transfer in DNA building blocks: evaluation of strand breaks and their implications

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Física

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

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Sistemas de Bioengenharia

Arte em Construção: Análise Documental Sobre o Projecto “DNA – District of New Art”, Lisboa

Trabalho de Projecto realizado para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Ciências da Comunicação – Cinema e Televisão

Optimization of randomly amplified polymorphic DNA-polymerase chain reaction for molecular typing of Salmonella enterica serovar Typhi

Optimization of the RAPD reaction for characterizing Salmonella enterica serovar Typhi strains was studied in order to ensure the reproducibility and the discriminatory power of this technique. Eight Salmonella serovar Typhi strains isolated from various regions in Brazil were examined for the fragment patterns produced using different concentrations of DNA template, primer, MgCl2 and Taq DNA polymerase. Using two different low stringency thermal cycle profiles, the RAPD fingerprints obtained were compared. A set of sixteen primers was evaluated for their ability to produce a high number of distinct fragments. We found that variations associated to all of the tested parameters modified the fingerprinting patterns. For the strains of Salmonella enterica serovar Typhi used in this experiment, we have defined a set of conditions for RAPD-PCR reaction, which result in a simple, fast and reproducible typing method.

Phenetic studies on randomly amplified polymorphic DNA-polymerase chain reaction-variability of four geographical populations of Lutzomyia whitmani (Diptera: Psychodidae) in Brazil

Previous evaluation of the genetic variability of four biogeographical populations of Lutzomyia whitmani from known foci of cutaneous leishmaniasis in Brazil demonstrated two main spatial clusters: Corte de Pedra-BA, Ilhéus-BA and Serra de Baturité-CE in the first cluster, and Martinho Campos-MG in the second. Further analysis showed a high degree of homogeneity in Corte de Pedra population but not in the others, which presented a significant percentage of specimens displaced from their phenon of origin (discrepant individuals). In the present work we analyzed the frequencies of association coefficients in the matrixes of similarity per population of Lutzomyia whitmani from both sexes and the general phenograms obtained, in a more detailed study of those discrepant specimens. Populational stability was observed for Corte de Pedra population, whereas the three remaining populations showed varying degrees of heterogeneity and different displacements according to sex. Our results strongly suggested the existence of a genetic flow between the lineages North-South/North-East and Ilhéus/Serra do Baturité of Lutzomyia whitmani.

DNA-Protein interaction: a response regulatory protein associated with Mo homeostasis in Desulfovibrio alaskensis G20.

Dissertation for a degree in Doctor in Sustainable Chemistry

Efetividade das vacinas anti-VHB (DNA-recombinante) em doadores de sangue de uma região endêmica para hepatite B no sul do Brasil

O objetivo deste estudo foi de estimar a efetividade das vacinas anti-VHB em um estudo longitudinal, retrospectivo composto por 1.012 doadores de sangue que completaram o esquema padrão de vacinação (três doses, incluindo doses de reforço nos doadores com títulos de anti-HBs <10UI/L) durante o período entre 1998 e 2002. Os resultados mostram que a taxa de soroconversão foi significativamente menor nos doadores cujo título de anti-HBs foi mensurado após seis meses decorridos do término do esquema de vacinação e nos doadores com mais de 50 anos. A efetividade média correspondeu a 88,7%, variando de 80,6% nos com maior idade (50 anos ou mais) a 91,4% nos doadores mais jovens (18 a 30 anos). O regime de dose de reforço foi efetivo, principalmente por reduzir o percentual de não-respondedores. Conclui-se que a efetividade da vacina foi significativamente maior nos doadores mais jovens e que o tempo decorrido entre a vacinação e a testagem interferiu na taxa de soroconversão.

Estudo da ação danificadora do 2,2'-Bipyridyl no DNA na presença de radiação UV

Em 2008, foram estimados no mundo, cerca de 12.7 milhões de novos casos de cancro e 7,6 milhões de mortes por cancro, sendo que 56% dos casos e 64% das mortes ocorreram nos países em desenvolvimento. Estes números indicam que é necessário se encontrar novos meios de combater este flagelo. Uma das possibilidades é encontrar moléculas intercalantes do ácido desoxirribonucleico (DNA) que se degradem na presença de radiação ou partículas carregadas de baixa energia que criem condições de induzir lesões no DNA, inibidoras da replicação e que portanto contribuam para a não proliferação de células cancerígenas. Assim, nesta dissertação analisou-se a influência do agente intercalante 2,2'-Bipyridyl do DNA em presença de radiação UV, 254 nm, na degradação do DNA. Os danos criados no DNA foram analisados pelas técnicas de espectroscopia de ultravioleta-visível e de infravermelho. Os resultados obtidos permitiram inferir que a cinética de degradação do DNA é mais eficiente na presença do composto 2,2'-Bipyridyl e que o ataque pelos produtos da decomposição do 2,2'-Bipyridyl é feito a todas as bases, embora com constantes características diferentes, sendo a ataque à guanina com uma constante de tempo maior. Estes resultados permitem concluir que este composto pode ser um possível candidato a indutor de lesões no DNA.

Identification and differentiation of Candida species from pediatric patients by random amplified polymorphic DNA

Thirty-four Candida isolates were analyzed by random amplified polymorphic DNA using the primer OPG-10:24 Candida albicans; 4 Candida tropicalis; 2 Candida parapsilosis; 2 Candida dubliniensis; 1 Candida glabrata and 1 Candida krusei. The UPGMA-Pearson correlation coefficient was used to calculate the genetic distance between the different Candida groupings. Samples were classified as identical (correlation of 100%); highly related samples (90%); moderately related samples (80%) and unrelated samples (< 70%). The results showed that the RAPD proposed was capable of classifying the isolates coherently (such that same species were in the same dendrogram), except for two isolates of Candida parapsilosis and the positive control (Netherlands, 1973), probably because they are now recognized as three different species. Concerning the only fluconazole-resistant Candida tropicalis isolate with a genotype that was different to the others, the data were insufficient to affirm that the only difference was the sensitivity to fluconazole. We concluded that the Random Amplified Polymorphic DNA proposed might be used to confirm Candida species identified by microbiological methods.