Identifizierung chemischer Transportinhibitoren zur Modulation (patho)biologischer Genprodukte

Die intrazelluläre Lokalisation von Proteinen und Makromolekülen unterliegt in Eukaryoten einer strengen Regulation. Insbesondere erlaubt die Kompartimentierung eukaryotischer Zellen in Zellkern und Zytoplasma den simultanen Ablauf räumlich getrennter biochemischer Reaktionen, und damit die unabhängige Regulation zellulärer Programme. Da trotz intensiver Forschungsbemühungen bis dato die molekularen Details sowie die (patho)biologische Bedeutung von Kern-Zytoplasma-Transportprozessen noch immer nicht vollkommen verstanden sind, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Fokus auf die Identifizierung von chemischen Transportinhibitoren gelegt. Das zu diesem Zweck entwickelte Translokations-Biosensor-System basiert auf der Kombination von autofluoreszierenden Proteinen, sowie spezifisch ausgewählten Kernexport- und Kernimportsignalen. Nach Etablierung geeigneter Zellmodelle, die effizient und stabil die Translokations-Biosensoren exprimieren, wurde die 17 000 Substanzen umfassende Bibliothek der ChemBioNet-Initiative nach Kernexportinhibitoren mittels einer Fluoreszenzmikroskopie-basierten Hochdurchsatzanalyse-Plattform durchmustert. Zunächst wurden Translokations-Algorithmen, welche eine zuverlässige automatisierte Erkennung von Zellkern und Zytoplasma erlauben, optimiert. Im Folgenden konnten acht neue niedermolekulare Kernexport-Inhibitoren identifiziert werden, die sich in der Stärke, der Geschwindigkeit, sowie in der Beständigkeit der vermittelten Inhibition unterscheiden. Die Aktivität der Inhibitoren konnte auf den isolierten nukleären Exportsignalen (NES) von HIV-1 Rev und Survivin als auch auf den entsprechenden Volllängeproteinen mittels Mikroinjektionsexperimenten sowie durch umfassende in vitro und biochemische Methoden bestätigt werden. Zur Untersuchung der funktionellen Einheiten der Inhibitoren wurden homologe Substanzen auf Ihre Aktivität hin getestet. Dabei konnten für die Aktivität wichtige chemische Gruppen definiert werden. Alle Substanzen stellen neue Inhibitoren des Crm1-abhängigen Exports dar und zeigen keine nachweisbare NES-Selektivität. Interessanterweise konnte jedoch eine zytotoxische und Apoptose-induzierende Wirkung auf verschiedene Krebszellarten festgestellt werden. Da diese Wirkung unabhängig vom p53-Status der Tumorzellen ist und die Inhibitoren C3 und C5 die Vitalität nicht-maligner humaner Zellen signifikant weniger beeinträchtigen, wurden diese Substanzen zum internationalen Patent angemeldet. Da der nukleäre Export besonders für Tumorzellen einen wichtigen Überlebenssignalweg darstellt, könnte dessen reversible Hemmung ausgenutzt werden, um besonders in Kombination mit gängigen Krebstherapien eine therapeutisch relevante Tumorinhibition zu erzeugen. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der neuen Exportinhibitoren ist auf dem Gebiet der Infektionskrankheiten zu sehen, da auch die Aktivität des essentiellen HIV-1 Rev-Proteins inhibiert wird. Zusätzlich konnte in der Arbeit gezeigt werden, dass der zelluläre Kofaktor des Crm1-abhängigen Exports des HIV-1 Rev-Proteins, die RNA-Helikase DDX3, ein eigenes NES enthält. Der Nachweis einer direkten Interaktion des HIV-1 Rev- mit dem DDX3-Protein impliziert, dass multiple Angriffstellen für chemische Modulatoren hinsichtlich einer antiviralen Therapie gegeben sind. Da die Vielfalt des chemischen Strukturraums es unmöglich macht diesen experimentell vollständig zu durchmustern, wurden im Rahmen dieser Arbeit auch Naturstoffe als vielversprechende Wirkstoffquelle untersucht. Um zukünftig umfassend bioaktive Substanzen aus diesen hochkomplexen Stoffgemischen experimentell identifizieren zu können, wurde eine Fluoreszenzmikroskopie-basierte Hochdurchsatzanalyse-Plattform am Mainz Screening Center (MSC) etabliert. Damit konnte bereits ein weiterer, bisher unbekannter Exportinhibitor aus Cyphellopsis anomala identifiziert werden. Neben einer Anwendung dieser Substanz als chemisches Werkzeug zur Aufklärung der Regulation von Transportvorgängen, stellt sich auch die evolutionsbiologisch relevante Frage, wie es dem Pilzproduzenten gelingt die Blockierung des eigenen Kernexports zu umgehen. Weiterführende Projekte müssen sich neben der Aufklärung der molekularen Wirkmechanismen der gefundenen Substanzen mit der Identifizierung spezifischer chemischer „Funktionseinheiten“ beschäftigen. Neben einem verbesserten mechanistischen Verständnis von Transportvorgängen stellen die erarbeiteten Transportinhibitoren Vorstufen zur Weiterentwicklung möglicher Wirkstoffe dar. Die im Rahmen dieser Arbeit etablierte Technologie-Plattform und molekularen Werkzeuge stellen darüber hinaus eine wichtige Voraussetzung dar, um eine systematische Suche nach möglichen Wirkstoffen im Forschungsfeld der „Chemischen Biomedizin“ voranzutreiben.

Efeito da disponibilidade de oxigénio na produção de bioetanol por Scheffersomyces stipitis

O bioetanol constitui uma alternativa renovável aos combustíveis fósseis. Contudo, o bioetanol de primeira geração, produzido a partir de matérias-primas alimentares, desencadeou sérios problemas económicos e sociais, pelo que é fundamental encontrar estratégias que permitam a viabilidade comercial do bioetanol de segunda geração, produzido a partir de matérias-primas lenho-celulósicas. O licor de cozimento ao sulfito ácido de árvores folhosas (HSSL) é um subproduto da indústria papeleira que, devido ao seu elevado conteúdo em açúcares, pode ser utilizado como substrato para a produção de bioetanol de segunda geração. No entanto, a maior fração dos açúcares do HSSL é composta por pentoses. Por isso, a fermentação do HSSL é realizada pela levedura Scheffersomyces stipitis, pois esta é capaz de fermentar tanto as hexoses como as pentoses. Todavia, a S. stipitis só produz etanol sob condições microaerófilas, pelo que o maior desafio da produção de bioetanol por S. stipitis reside no estabelecimento das condições ótimas de arejamento. Este trabalho teve assim por objetivo estabelecer uma estratégia de arejamento que permita a eficiente produção de bioetanol a partir de HSSL por S. stipitis C4, a qual é uma estirpe adaptada a este substrato. Deste modo, foram realizados ensaios em Erlenmeyer, de modo a caracterizar o crescimento da S. stipitis C4, e ensaios em biorreator, com vista a estudar a produção de etanol por S. stipitis C4 em duas estratégias de arejamento diferentes. Na primeira estratégia foi usado apenas um único estágio de arejamento, com controlo da tensão de oxigénio dissolvido, DOT (%), e na segunda estratégia foram usados dois estágios de arejamento, com controlo da DOT no primeiro estágio e com restrição de oxigénio no segundo estágio. Nos ensaios em Erlenmeyer com HSSL o crescimento da S. stipitis C4 foi completamente inibido. Por sua vez, nos ensaios em biorreator com um único estágio de arejamento o controlo da DOT não permitiu a produção de etanol. No entanto, nos ensaios com dois estágios de arejamento em meio sintético foi possível produzir etanol de forma eficiente. Nesta estratégia, a utilização de um maior valor de DOT no primeiro estágio de arejamento permitiu aumentar a taxa específica de crescimento máxima e o rendimento em biomassa do primeiro estágio. Para além disso, a utilização de um maior valor de DOT no primeiro estágio também permitiu aumentar a produtividade em etanol durante o segundo estágio de arejamento. Por sua vez, no segundo estágio de arejamento verificou-se que a restrição de oxigénio evitou a reassimilação de etanol pela S. stipitis C4. Deste modo, os melhores resultados para a produção de etanol foram obtidos com controlo da DOT a 50% durante o primeiro estágio e com 0 mLAr.min-1 e 250 rpm durante o segundo estágio de arejamento. A aplicação desta estratégia de arejamento a 60% HSSL/40% meio sintético permitiu obter, no primeiro estágio de arejamento, uma taxa específica de crescimento máxima de 0,17 h-1, o que demonstra que a elevada disponibilidade de oxigénio durante o primeiro estágio aumenta a tolerância da S. stipitis C4 aos inibidores. Para além disso, a taxa volumétrica de produção de etanol e o rendimento em etanol de toda a fermentação foi de respetivamente de 0,03 g.L-1.h-1 e 0,38 g.g-1. Assim, a elevada eficiência de conversão dos açúcares em etanol (74,4%) demostra que a fermentação com dois estágios de arejamento constitui uma estratégia promissora para a produção de bioetanol de segunda geração a partir de HSSL.

Which-path problem for one and two particles with two degrees of freedom and a relation between transverse spatial structure and group velocity of light

Quantum mechanics, optics and indeed any wave theory exhibits the phenomenon of interference. In this thesis we present two problems investigating interference due to indistinguishable alternatives and a mostly unrelated investigation into the free space propagation speed of light pulses in particular spatial modes. In chapter 1 we introduce the basic properties of the electromagnetic field needed for the subsequent chapters. In chapter 2 we review the properties of interference using the beam splitter and the Mach-Zehnder interferometer. In particular we review what happens when one of the paths of the interferometer is marked in some way so that the particle having traversed it contains information as to which path it went down (to be followed up in chapter 3) and we review Hong-Ou-Mandel interference at a beam splitter (to be followed up in chapter 5). In chapter 3 we present the first of the interference problems. This consists of a nested Mach-Zehnder interferometer in which each of the free space propagation segments are weakly marked by mirrors vibrating at different frequencies [1]. The original experiment drew the conclusions that the photons followed disconnected paths. We partition the description of the light in the interferometer according to the number of paths it contains which-way information about and reinterpret the results reported in [1] in terms of the interference of paths spatially connected from source to detector. In chapter 4 we briefly review optical angular momentum, entanglement and spontaneous parametric down conversion. These concepts feed into chapter 5 in which we present the second of the interference problems namely Hong-Ou-Mandel interference with particles possessing two degrees of freedom. We analyse the problem in terms of exchange symmetry for both boson and fermion pairs and show that the particle statistics at a beam splitter can be controlled for suitably chosen states. We propose an experimental test of these ideas using orbital angular momentum entangled photons. In chapter 6 we look at the effect that the transverse spatial structure of the mode that a pulse of light is excited in has on its group velocity. We show that the resulting group velocity is slower than the speed of light in vacuum for plane waves and that this reduction in the group velocity is related to the spread in the wave vectors required to create the transverse spatial structure. We present experimental results of the measurement of this slowing down using Hong-Ou-Mandel interference.

Atividade fisica e os dominios da qualidade de vida e do autoconceito no processo de envelhecimento

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Fisica

Access and Affordability of Electricity in Developing Countries

A key objective of developing countries is to provide affordable access to modern energy services in order to support economic and social development. The paper presents a number of arguments for why and in which way energy access and affordability can play a key role in national development programs and in achieving the Millennium Development Goals. Approaches for measuring accessibility and affordability are presented, drawing on case studies of Bangladesh. Brazil, and South Africa, countries with different rates of electrification. Affordability of using electricity is examined in relation to the energy expenditure burden for households and time consumption. Conclusions focus on lessons learned and recommendations for implementing policies, instruments, and regulatory measures to tackle the challenge of affordability. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Measuring macromolecular diffusion using heteronuclear multiple-quantum pulsed-field-gradient NMR

We have previously shown that H-1 pulsed-field-gradient (PFG) NMR spectroscopy provides a facile method for monitoring protein self-association and can be used, albeit with some caveats, to measure the apparent molecular mass of the diffusant [Dingley et al. (1995) J. Biomol. NMR, 6, 321-328]. In this paper we show that, for N-15-labelled proteins, selection of H-1-N-15 multiple-quantum (MQ) coherences in PFG diffusion experiments provides several advantages over monitoring H-1 single-quantum (SQ) magnetization. First, the use of a gradient-selected MQ filter provides a convenient means of suppressing resonances from both the solvent and unlabelled solutes. Second, H-1-N-15 zero-quantum coherence dephases more rapidly than H-1 SQ coherence under the influence of a PFG. This allows the diffusion coefficients of larger proteins to be measured more readily. Alternatively, the gradient length and/or the diffusion delay may be decreased, thereby reducing signal losses from relaxation. In order to extend the size of macromolecules to which these experiments can be applied, we have developed a new MQ PFG diffusion experiment in which the magnetization is stored as longitudinal two-spin order for most of the diffusion period, thus minimizing sensitivity losses due to transverse relaxation and J-coupling evolution.

A televisão na era digital: qual o modelo mais adequado para o serviço público de televisão na plataforma internet?

Dissertação apresentada à Escola Superior de Comunicação Social como parte dos requisitos para obtenção de grau de mestre em Audiovisual e Multimédia.

Segurança na América do Sul: uma abordagem histórico-conceitual

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação da rentabilidade económica dos sistemas de microgeração fotovoltaica em Portugal (1990-2010)

Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica - ramo de Energia

Conceções, comportamentos e atitudes sobre Educação Ambiental, de crianças do Pré-Escolar e do 1º Ciclo

Mestrado, Educação Pré-Escolar e Ensino do 1º Ciclo do Ensino Básico, 24 de Junho de 2013, Universidade dos Açores (Relatório de Estágio).

As práticas educativas em contexto Pré-Escolar e 1º ciclo do Ensino Básico: a consciência fonológica e a aprendizagem da leitura

Mestrado (PES II), Educação Pré-Escolar e Ensino do 1º Ciclo do Ensino Básico, 3 de Julho de 2014, Universidade dos Açores.

A questão da língua na União Europeia – implicações sobre a liberdade de circulação de mercadorias

Dissertação apresentada ao Instituto Superior de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção do Grau de Mestre em Empreendedorismo e Internacionalização Orientada pela Mestre Maria Luísa Verdelho Alves

Infância Institucionalizada: Narrativas das crianças sobre o antes, o durante e o pós alta hospitalar

Dissertação apresentada à Escola Superior de Educação de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Ciências da Educação, especialização em Educação Social e Intervenção Comunitária

O jornalismo de proximidade como promotor da cultura e identidade de uma região: o caso do Porto Canal

Relatório de estágio apresentado à Escola Superior de Comunicação Social como parte dos requisitos para obtenção de grau de mestre em Jornalismo.

Metodologia de projeto como estratégia de motivação e criatividade na disciplina de artes plásticas

Mestrado em Ensino de Educação Visual e Tecnológica no Ensino Básico