Inducible nitric oxide synthase: identification of amino acid residues essential for dimerization and binding of tetrahydrobiopterin.

Nitric oxide synthases (NOSs) require tetrahydrobiopterin (BH4) for dimerization and NO production. Mutation analysis of mouse inducible NOS (iNOS; NOS2) identified Gly-450 and Ala-453 as critical for NO production, dimer formation, and BH4 binding. Substitutions at five neighboring positions were tolerated, and normal binding of heme, calmodulin, and NADPH militated against major distortions affecting the NH2-terminal portion, midzone, or COOH terminus of the inactive mutants. Direct involvement of residues 450 and 453 in the binding of BH4 is supported by the striking homology of residues 448-480 to a region extensively shared by the three BH4-utilizing aromatic amino acid hydroxylases and is consistent with the conservation of these residues among all 10 reported NOS sequences, including mammalian NOSs 1, 2, and 3, as well as avian and insect NOSs. Altered binding of BH4 and/or L-arginine may explain how the addition of a single methyl group to the side chain of residue 450 or the addition of three methylenes to residue 453 can each abolish an enzymatic activity that reflects the concerted function of 1143 other residues.

Coordinate regulation of Bacillus subtilis peroxide stress genes by hydrogen peroxide and metal ions.

The Bacillus subtilis mrgA gene encodes an abundant DNA-binding protein that protects cells against the lethal effects of H2O2. Transcription of mrgA is induced by H2O2 or by entry into stationary phase when manganese and iron levels are low. We have selected for strains derepressed for transcription of mrgA in the presence of Mn(II). The resulting cis-acting mutants define an operator site just upstream of the mrgA promoter. Similar sequences flank the promoters for the catalase gene, katA, and the heme biosynthesis operon, hemAXCDBL. Like mrgA, transcription of the katA and hem genes is repressed by Mn(II), which thereby potentiates the killing action of H2O2. We identified two classes of trans-acting mutants derepressed for mrgA transcription in the presence of Mn(II): some exhibit a coordinate derepression of MrgA, catalase, heme biosynthesis, and alkyl hydroperoxide reductase and are H2O2 resistant, while others have reduced catalase activity and are H2O2 sensitive. These data indicate that the peroxide stress response of B. subtilis is regulated by a repressor that senses both metal ion levels and H2O2.

High-level expression of functional rat neuronal nitric oxide synthase in Escherichia coli.

The neuronal nitric oxide synthase (nNOS) has been successfully overexpressed in Escherichia coli, with average yields of 125-150 nmol (20-24 mg) of enzyme per liter of cells. The cDNA for nNOS was subcloned into the pCW vector under the control of the tac promotor and was coexpressed with the chaperonins groEL and groES in the protease-deficient BL21 strain of E. coli. The enzyme produced is replete with heme and flavins and, after overnight incubation with tetrahydrobiopterin, contains 0.7 pmol of tetrahydrobiopterin per pmol of nNOS. nNOS is isolated as a predominantly high-spin heme protein and demonstrates spectral properties that are identical to those of nNOS isolated from stably transfected human kidney 293 cells. It binds N omega-nitroarginine dependent on the presence of bound tetrahydrobiopterin and exhibits a Kd of 45 nM. The enzyme is completely functional; the specific activity is 450 nmol/min per mg. This overexpression system will be extremely useful for rapid, inexpensive preparation of large amounts of active nNOS for use in mechanistic and structure/function studies, as well as for drug design and development.

Phototaxis away from blue light by an Escherichia coli mutant accumulating protoporphyrin IX.

The hemH gene of Escherichia coli encodes ferrochelatase (EC 4.99.1.1), the enzyme that catalyzes the last step in the production of heme, namely the synthesis of heme from protoporphyrin IX plus Fe2+. The behavioral responses to light were studied in E. coli carrying a hemH mutation. It was shown that the hemH mutant displayed a tumbling response upon illumination and a running response upon removal of the light. The most effect light to induce a tumbling response in the hemH mutant was blue light (396-450 nm). The chemotaxis machinery was needed for the light-induced tumbling response in the hemH mutant. The bacterial defect is an analog of the human inherited disease erythropoietic protoporphyria.

The structure of Ascaris hemoglobin domain I at 2.2 A resolution: molecular features of oxygen avidity.

The perienteric hemoglobin of the parasitic nematode Ascaris has an exceptionally high affinity for oxygen. It is an octameric protein containing two similar heme-binding domains per subunit, but recombinant constructs expressing a single, monomeric heme-binding domain (domain 1; D1) retain full oxygen avidity. We have solved the crystal structure of D1 at 2.2 A resolution. Analysis of the structure reveals a characteristic globin fold and illuminates molecular features involved in oxygen avidity of Ascaris perienteric hemoglobin. A strong hydrogen bond between tyrosine at position 10 in the B helix (tyrosine-B10) and the distal oxygen of the ligand, combined with a weak hydrogen bond between glutamine-E7 and the proximal oxygen, grips the ligand in the binding pocket. A third hydrogen bond between these two amino acids appears to stabilize the structure. The B helix of D1 is displaced laterally by 2.5 A when compared with sperm whale myoglobin. This shifts the tyrosine-B10 hydroxyl far enough from liganded oxygen to form a strong hydrogen bond without steric hindrance. Changes in the F helix compared with myoglobin contribute to a tilted heme that may also be important for oxygen affinity.

Hypoxia-mediated induction of acidic/basic fibroblast growth factor and platelet-derived growth factor in mononuclear phagocytes stimulates growth of hypoxic endothelial cells.

Wound repair and tumor vascularization depend upon blood vessel growth into hypoxic tissue. Although hypoxia slows endothelial cell (EC) proliferation and suppresses EC basic fibroblast growth factor (bFGF) expression, we report that macrophages (MPs) exposed to PO2 approximately 12-14 torr (1 torr = 133.3 Pa) synthesize and release in a time-dependent manner platelet-derived growth factor (PDGF) and acidic/basic FGFs (a/bFGFs), which stimulate the growth of hypoxic ECs. Chromatography of hypoxic MP-conditioned medium on immobilized heparin with an ascending NaCl gradient resolved three peaks of mitogenic activity: activity of the first peak was neutralized by antibody to PDGF; activity of the second peak was neutralized by antibody to aFGF; and activity of the third peak was neutralized by antibody to bFGF. Metabolically labeled lysates and supernatants from MPs exposed to hypoxia showed increased synthesis and release of immunoprecipitable PDGF and a/bFGF in the absence of changes in cell viability. Possible involvement of a heme-containing oxygen sensor in MP elaboration of growth factors was suggested by the induction of bFGF and PDGF by normoxic MPs exposed to nickel or cobalt, although metabolic inhibitors such as sodium azide were without effect. These results suggest a paracrine model in which hypoxia stimulates MP release of PDGF and a/bFGF, inducing EC proliferation and potentially promoting angiogenesis in hypoxic environments.

Inactivation of ethanol-inducible cytochrome P450 and other microsomal P450 isozymes by trans-4-hydroxy-2-nonenal, a major product of membrane lipid peroxidation.

Of the microsomal P450 cytochromes, the ethanol-inducible isoform, P450 2E1, is believed to be predominant in leading to oxidative damage, including the generation of radical species that contribute to lipid peroxidation, and in the reductive beta-scission of lipid hydroperoxides to give hydrocarbons and aldehydes. In the present study, the sensitivity of a series of P450s to trans-4-hydroxy-2-nonenal (HNE), a known toxic product of membrane lipid peroxidation, was determined. After incubation of a purified cytochrome with HNE, the other components of the reconstituted system (NADPH-cytochrome P450 reductase, phosphatidylcholine, and NADPH) were added, and the rate of oxygenation of 1-phenylethanol to yield acetophenone was assayed. Inactivation occurs in a time-dependent and HNE concentration-dependent manner, with P450s 2E1 and 1A1 being the most sensitive, followed by isoforms 1A2, 3A6, and 2B4. At an HNE concentration of 0.24 microM, which was close to the micromolar concentration of the enzyme, four of the isoforms were significantly inhibited, but not P450 2B4. In other experiments, the reductase was shown to be only relatively weakly inactivated by HNE. P450s 2E1 and 2B4 in microsomal membranes from animals induced with acetone or phenobarbital, respectively, are as readily inhibited as the purified forms. Evidence was obtained that the P450 heme is apparently not altered and the sulfur ligand is not displaced, that substrate protects against HNE, and that the inactivation is reversed upon dialysis. Higher levels of reductase or substrate do not restore the activity of inhibited P450 in the catalytic assay. Our results suggest that the observed inhibition of the various P450s is of sufficient magnitude to cause significant changes in the metabolism of foreign compounds such as drugs and chemical carcinogens by the P450 oxygenase system at HNE concentrations that occur in biological membranes. In view of the known activities of P450 2E1 in generating lipid hydroperoxides and in their beta-scission, its inhibition by this product of membrane peroxidation may provide a negative regulatory function.

Basis of guanylate cyclase activation by carbon monoxide.

Kinetics of CO association with guanylate cyclase [GTP pyrophosphate-lyase (cyclizing), EC 4.6.1.2] and dissociation from carboxy guanylate cyclase have been studied at pH 7.5 by flash photolysis, yielding rate constants at 23 degrees C of 1.2 +/- 0.1 x 10(5) M-1.sec-1 and 28 +/- 2 sec-1, respectively. While the CO combination rate constant is the same as for the T state of hemoglobin, the CO dissociation rate constant is much higher than expected for a six-coordinate carboxyheme protein; yet the absorption spectrum is indicative of a six-coordinate heme. The two observations are reconciled by a reaction mechanism in which CO dissociation proceeds via a five-coordinate intermediate. This intermediate is structurally very similar to the five-coordinate nitrosyl heme derivative of guanylate cyclase and is presumably responsible for the observed 4-fold activation of guanylate cyclase by CO. Thus, we provide a model that explains enzyme activities of the nitrosyl and carboxy forms of the enzyme on the basis of a common mechanism.

Identification and characterization of periplasmic proteins implicated in the adaptation of Helicobacter pylori to the human gastric niche

Helicobacter pylori è un batterio Gram-negativo in grado di colonizzare la mucosa gastrica umana e persistere per l'intero arco della vita dell'ospite. E' associato a patologie gastrointestinali, quali gastrite cronica, ulcere gastriche e duodenali, adenocarcinomi e linfomi gastrici. Si tratta di uno dei patogeni più diffusi, presente in circa metà della popolazione mondiale, e il solo che si è adattato a vivere nell'ambiente ostile dello stomaco umano. Molteplici sono i fattori di virulenza che permettono al batterio la colonizzazione della nicchia gastrica e contribuiscono, anche attraverso l' induzione di una risposta infiammatoria, a profonde modificazioni dell' omeostasi gastrica. Queste ultime si associano, ad esempio, all'iperproduzione di fattori proinfiammatori, ad alterazioni sia della regolazione della secrezione acida gastrica sia del ciclo cellulare e della morte cellulare programmata (apoptosi) delle cellule epiteliali gastriche, a disordini nel metabolismo del ferro e a carenze di elementi essenziali. Studi sulla diversità genetica di H. pylori osservata in ceppi isolati da varie regioni del mondo, dimostrano che tale batterio ha avuto una coevoluzione col genere umano attraverso la storia, ed è verosimile che H. pylori sia stato un costituente del microbiota gastrico per almeno 50.000 anni. Scopo della tesi è stato quello di identificare e caratterizzare proteine importanti per la colonizzazione e l'adattamento di H. pylori alla nicchia gastrica. In particolare gli sforzi si sono concentrati su due proteine periplasmatiche, la prima coinvolta nella difesa antiossidante (l'enzima catalasi-like, HP0485), e la seconda nel trasporto di nutrienti presenti nell'ambiente dello stomaco all'interno della cellula (la componente solubile di un ABC transporter, HP0298). La strategia utilizzata prevede un'analisi bioinformatica preliminare, l'ottenimento del gene per amplificazione, mediante PCR, dal genoma dell'organismo, la costruzione di un vettore per il clonaggio, l'espressione eterologa in E. coli e la successiva purificazione. La proteina così ottenuta viene caratterizzata mediante diverse tecniche, quali spettroscopia UV, dicroismo circolare, gel filtrazione analitica, spettrometria di massa. Il capitolo 1 contiene un'introduzione generale sul batterio, il capitolo 2 e il capitolo 3 descrivono gli studi relativi alle due proteine e sono entrambi suddivisi in un abstract iniziale, un'introduzione, la presentazione dei risultati, la discussione di questi ultimi, i materiali e i metodi utilizzati. La catalasi-like (HP0485) è una proteina periplasmatica con struttura monomerica, appartenente ad una famiglia di enzimi a funzione per la maggior parte sconosciuta, ma evolutivamente correlati alla ben nota catalasi, attore fondamentale nella difesa di H. pylori, grazie alla sua azione specifica di rimozione dell'acqua ossigenata. HP0485, pur conservando il fold catalasico e il legame al cofattore eme, non può compiere la reazione di dismutazione dell'acqua ossigenata; possiede invece un'attività perossidasica ad ampio spettro, essendo in grado di accoppiare la riduzione del perossido di idrogeno all'ossidazione di diversi substrati. Come la catalasi, lavora ad alte concentrazioni di aqua ossigenata e non arriva a saturazione a concentrazioni molto elevate di questo substrato (200 mM); la velocità di reazione catalizzata rimane lineare anche a questi valori, aspetto che la differenzia dalle perossidasi che vengono in genere inattivate da concentrazioni di perossido di idrogeno superiori a 10-50 mM. Queste caratteristiche di versatilità e robustezza suggeriscono che la catalasi-like abbia un ruolo di scavenger dell'acqua ossigenata e probabilmente anche un'altra funzione connessa al suo secondo substrato, ossia l'ossidazione di composti nello spazio periplasmatico cellulare. Oltre alla caratterizzazione dell'attività è descritta anche la presenza di un ponte disolfuro, conservato nelle catalasi-like periplasmatiche, con un ruolo nell'assemblaggio dell'eme per ottenere un enzima attivo e funzionale. La proteina periplasmatica HP0298, componente di un sistema di trasporto ABC, è classificata come trasportatore di dipeptidi e appartiene a una famiglia di proteine in grado di legare diversi substrati, tra cui di- e oligopeptidi, nichel, eme, glutatione. Benchè tutte associate a trasportatori di membrana batterici, queste proteine presentano un dominio di legame al substrato che risulta essere conservato nei domini extracellulari di recettori specifici di mammifero e uomo. Un esempio sono i recettori ionotropici e metabotropici del sistema nervoso. Per caratterizzare questa proteina è stato messo a punto un protocollo di ligand-fishing accoppiato alla spettrometria di massa. La proteina purificata, avente un tag di istidine, è stata incubata con un estratto cellulare di H. pylori per poter interagire con il suo substrato specifico all'interno dell'ambiente naturale in cui avviene il legame. Il complesso proteina-ligando è stato poi purificato per cromatografia di affinità e analizzato mediante HPLC-MS. L'identificazione dei picchi differenziali tra campioni con la proteina e 5 campioni di controllo ha portato alla caratterizzazione di pentapeptidi particolarmente ricchi in aminoacidi idrofobici e con almeno un residuo carico negativamente. Considerando che H. pylori necessita di alcuni aminoacidi essenziali, per la maggior parte idrofobici, e che lo stomaco umano è particolarmente ricco di peptidi prodotti dalla digestione delle proteine introdotte con il cibo, il ruolo fisiologico di HP0298 potrebbe essere l'internalizzazione di peptidi, con caratteristiche specifiche di lunghezza e composizione, che sono naturalmente presenti nella nicchia gastrica.

Caracterização e aplicação analítica de eletrodos modificados com sistemas porfirínicos supramoleculares

Estudos com eletrodos modificados foram conduzidos utilizando dois sistemas porfirínicos supramoleculares diferentes. O primeiro foi baseado na modificação de eletrodo de carbono vítreo com uma porfirina de níquel tetrarrutenada, [NiIITPyP{RuII(bipy)2Cl}4]4+. A modificação do eletrodo foi realizada por meio de sucessivos ciclos voltamétricos em meio alcalino (pH 13), gerando um eletrodo com característica similar a eletrodos modificados com α-Ni(OH)2. A caracterização química do filme formado foi realizada através das técnicas de voltametria cíclica, ressonância paramagnética eletrônica, espectroscopia eletrônica por reflectância e espectroscopia Raman com ensaio espectro-eletroquímico. Os resultados sugerem a formação de um polímero de coordenação, [µ-O2-NiIITPyP{RuII(bipy)2Cl}4]n, composto por subunidades porfirínicas ligadas entre si por pontes µ-peroxo axialmente coordenadas aos átomos de níquel (Ni-O-O-Ni). O crescimento do filme apresentou dependência da alcalinidade do meio pela formação do precursor octaédrico [Ni(OH)2TRPyP]2+ em solução, pela coordenação de OH- nas posições axiais do átomo de níquel. O processo de eletropolimerização indicou a participação de radical hidroxil, gerado por oxidação eletrocatalítica da água nos sítios periféricos da porfirina contendo o complexo de rutênio. O mesmo eletrodo foi aplicado como sensor eletroquímico para análise amperométrica de ácido fólico em comprimidos farmacêuticos. O sensor foi associado a um sistema de Batch Injection Analysis (BIA) alcançando considerável rapidez e baixo limite de detecção. Para as análises das amostras também foi proposto um método para a remoção da lactose, que agia como interferente. O segundo estudo envolveu a modificação de eletrodos de carbono vítreo com diferentes hemoglobinas, naturais (HbA0, HbA2 e HbS) e sintéticas (Hb-PEG5K2, αα-Hb-PEG5K2 e BT-PEG5K4), para a avaliação da eficiência na redução eletrocatalítica de nitrito mediada por FeI-heme. Os filmes foram produzidos pela mistura de soluções das hemoglobinas com brometo de didodecildimetiltrimetilamônio (DDAB), aplicados nas superfícies com consecutiva evaporação, formando filmes estáveis. Os valores de potencial redox para os processos do grupo heme e a sua associação com a disponibilidade do grupo na proteína foram avaliados por voltametria cíclica. Os valores das constantes de velocidade, k, para redução de nitrito foram obtidos por cronoamperometria em -1,1 V (vs Ag/AgCl(KCl 3M)) que foram utilizados para estudo comparativo entre as espécies sintéticas para eventual aplicação clínica.

Efeito da dieta líquida sobre o desempenho de leitões neonatos e seus reflexos na matriz suína

Para ser competitivo atualmente, o sistema intensivo de produção de suínos deve estar pautado na eficiência. A fim de obter esta eficiência produtiva, o avanço genético das ultimas décadas buscou por fêmeas suínas cada vez mais prolíficas. A prolificidade contudo, veio acompanhada por uma queda no consumo voluntário de alimento por parte das fêmeas, bem como um aumento na produção de leite, e no número de leitões nascidos; o aumento da leitegada, levou a uma redução do peso ao nascimento e um aumento da heterogeneidade entre os leitões. Como forma de contornar o problema, são oferecidas aos leitões dietas formuladas com ingredientes de alto valor biológico a partir dos sete dias de vida, procurando suprir a demanda nutricional do animal durante o período de amamentação e preparar seu sistema digestório para o desmame. Contudo, grande parte das dietas formuladas para os leitões neonatos são oferecidas aos animais em sua forma sólida. Neste projeto, avaliamos os efeitos sobre a performance de leitões neonatos e da performance reprodutiva da fêmea suína do oferecimento de uma dieta líquida para os leitões neonatos, dieta esta que foi disponibilizada aos animais através de um sistema automatizado que realizou a mistura do alimento em sua forma sólida com a água. Para tais avaliações, os leitões ao nascer foram alocados em três grupos distintos, recebendo a dieta em sua forma líquida, em sua forma sólida ou então apenas o leite materno. Foram avaliadas variáveis zootécnicas relacionadas aos leitões, como peso, ganho diário de peso, consumo de ração, conversão alimentar, mortalidade pré-desmame; frequência de dias com diarreia nos leitões em fase de maternidade e creche. Foram eutanasiados leitões aos 14 e aos 28 dias de idade, para a realização do exame morfométrico da altura de vilosidade, profundidade de cripta e a relação entre a altura de vilosidade e profundidade de cripta nas porções do duodeno, jejuno e íleo. Avaliamos também o impacto do uso da dieta líquida sobre o catabolismo sofrido pela fêmea durante a lactação, através da aferição do peso e da espessura de toucinho desta fêmeas durante o período lactacional e também a duração do intervalo desmame estro e a duração do estro subsequente ao desmame. Não verificamos contudo um melhor desempenho zootécnico dos leitões nos períodos de maternidade e creche, tão pouco uma alteração favorável quanto a frequência de dias com diarreia nas duas fases em relação aos leitões que não consumiram nenhum tipo de suplementação. Quanto aos parâmetros morfométricos do intestino delgado, apenas aos 28 dias de idade os leitões que receberam a dieta líquida apresentaram maiores alturas de vilosidades no íleo em relação aos leitões que consumiram a dieta sólida e os animais do grupo controle apresentaram menores profundidades de cripta no mesmo seguimento e idade quando comparados aos demais animais. Contudo, estas alterações não foram o suficiente para garantir diferenças na relação altura de vilosidade:profundidade de cripta. E ainda, a suplementação independente de sua forma não reduziu o catabolismo sofrido pela fêmea suína durante a lactação

Extratos de Ascophyllum nodosum no tratamento de sementes de milho e soja: avaliações fisiológicas e moleculares

A obtenção de uma lavoura com população adequada de plantas depende da utilização de diferentes práticas agronômicas, estando o sucesso condicionado ao uso de sementes de boa qualidade. No entanto, a semeadura dificilmente é realizada em condições ideais o que resulta em problemas na emergência das plantas. Grande é a procura por alternativas que melhorem a germinação e o desenvolvimento inicial dos cultivos resultando em uniformidade de emergência, garantindo o estande e culminando em produção. O tratamento de sementes com agroquímicos fitossanitários é uma solução parcial no combate de agentes fitopatológicos e pragas, mas poucas são as soluções adotadas para melhorar o desenvolvimento vegetal inicial, que pode levar a desuniformidade e falhas no estande gerando prejuízos econômicos. Os extratos de algas já demonstraram em diversos estudos sua eficiência no desenvolvimento vegetal quando aplicados em plantas. Porém poucos são os estudos voltados para os efeitos dos extratos de algas na germinação e emergência. Assim, o intuito deste trabalho foi testar o extrato comercial de Ascophyllum nodosum, e diferentes fracionamentos do mesmo, no tratamento de sementes de soja e milho. Avaliou-se o efeito de diferentes doses no desenvolvimento das plântulas e as doses de melhor resposta foram utilizadas no tratamento de sementes de soja a fim de associar as respostas obtidas à expressão gênica de 9 genes relacionados ao processo germinativo em 24 e 48h de embebição. Sementes de soja tratadas com o extrato comercial resultaram em plântulas menos desenvolvidas o que pode estar relacionado ao alto teor de sais contidos no produto. O tratamento com as demais frações favoreceu o desenvolvimento das plântulas, principalmente o desenvolvimento radicular. Sementes de milho tratadas não apresentaram desenvolvimento tão satisfatório quanto as sementes de soja tratadas. A análise da expressão gênica relativa demonstrou que o tratamento com frações do extrato comercial é capaz de regular algumas vias do metabolismo hormonal, como a isopentenil transferase e a GA20 oxidase 2, e do catabolismo de reservas, como a acil-CoA oxidase. Em condições ótimas, o tratamento de sementes de soja com frações do extrato comercial de A. nodosum favoreceu o desenvolvimento inicial das plântulas de soja, no entanto não ocasionou grandes alterações no desenvolvimento de milho. Este estudo demonstrou a possibilidade de utilização de frações do extrato de A. nodosum no favorecimento do desenvolvimento inicial de plântulas de soja. Maiores estudos são necessários quanto às respostas em campo e na atenuação de estresses para viabilizar seu uso como um bioestimulante em sementes.

Control of neuronal signalling pathways by CYP46A1, an enzime involved in brain cholesterol homeostasis

Tese de doutoramento, Farmácia (Biologia Celular e Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2016

A desregulação da homeostase do ferro: base molecular e patologias associadas

A homeostase do ferro requer um rigoroso processo de regulação, uma vez que este é um elemento essencial para alguns dos mecanismos celulares básicos mas, quando se encontra em excesso, origina profundos danos celulares e falha de órgãos. Dado que o organismo humano não possui um mecanismo ativo de excreção de ferro, é essencial que a sua homeostase seja estabelecida através de uma estreita comunicação entre os locais de absorção, utilização e armazenamento. Esta interligação é conseguida, essencialmente, através da ação de uma hormona circulante, a hepcidina. A hepcidina é sintetizada ao nível dos hepatócitos do fígado, sendo a sua expressão aumentada pelos níveis de ferro e inflamação e suprimida pela eritropoiese e hipoxia. A hepcidina regula negativamente a absorção duodenal do ferro proveniente da alimentação, a libertação pelos macrófagos do ferro resultante da fagocitose dos glóbulos vermelhos senescentes, assim como a libertação do ferro armazenado nos hepatócitos. A hemocromatose hereditátria (HH) do tipo 1 é uma doença de transmissão autossómica recessiva associada a mutações no gene HFE (p.Cys282Tyr e p.His63Asp). É a patologia humana mais comum de sobrecarga primária em ferro, apresenta penetrância incompleta, e é um dos distúrbios genéticos mais frequentes em caucasianos de ascendência Norte-Europeia. Na hemocromatose, apesar de haver um excesso de ferro no organismo, este facto não é refletido no nível de expressão da hormona hepcidina (cujos níveis deveriam aumentar). Pelo contrário, o nível de expressão da hepcidina encontra-se diminuído o que perpetua a constante absorção do ferro a nível duodenal. Os sintomas associados à doença iniciam-se geralmente na meia-idade e começam por consistir em sintomas gerais de fadiga e dores articulares. No entanto, a progressiva acumulação do ferro em vários órgãos (tais como fígado, coração e pâncreas) provoca aí graves danos, tais como cirrose, carcinoma hepatocelular, cardiomiopatias e diabetes. Para além da HH do tipo 1, podem ocorrer outros tipos de hemocromatose por mutações noutros genes relacionados com o metabolismo do ferro (tais como TFR2, HJV, HAMP, SLC40A1, etc). Mutações em genes como HAMP e HJV associam-se a hemocromatoses mais graves, de início ainda na juventude (hemocromatose juvenil). A implementação no nosso laboratório da nova metodologia de Next-Generation Sequencing permitiu-nos realizar a pesquisa de variantes simultaneamente em 6 genes relacionados com o metabolismo do ferro, em 88 doentes com fenótipo de hemocromatose hereditária não-clássica. Foram identificadas 54 variantes diferentes sendo algumas delas novas. Estudos in silico e estudos funcionais in vitro (em linhas celulares) permitiram-nos comprovar a patogenicidade de algumas das variantes novas e compreender os mecanismos moleculares subjacentes ao desenvolvimento da sobrecarga em ferro. Pelo contrário, no lado oposto do espetro das patologias relacionadas com o ferro, encontram-se as anemias por falta de ferro (anemias ferropénicas). A Organização Mundial de Saúde define anemia quando os níveis de hemoglobina no sangue são menores do que 12 g/dL na Mulher e 13 g/dL no Homem. A hemoglobina é a proteína existente nos glóbulos vermelhos do sangue, responsável pelo transporte de oxigénio no organismo, e cuja molécula é um tetrâmero formado por 4 cadeias polipeptídicas (as globinas) e 4 grupos heme que contêm 4 átomos de ferro. A falta de ferro impede que se formem as moléculas de hemoglobina a níveis normais em cerca de 20% da população portuguesa e isso é devido a carências alimentares ou a dificuldades na absorção do ferro proveniente da alimentação. Entre os fatores genéticos moduladores desta última situação parecem estar algumas variantes polimórficas no gene TMPRSS6, codificante da proteína Matriptase-2, um dos agentes envolvidos na regulação da expressão da hepcidina. Por outro lado, mutações neste gene dão origem a anemias ferropénicas graves, refratárias ao tratamento oral com ferro (Iron Refractory Iron Deficiency Anaemia - IRIDA). As Hemoglobinopatias são outro tipo de anemia hereditária. Estas não estão relacionadas com o défice de ferro mas sim com defeitos nas cadeias globínicas, constituintes da hemoglobina (α2β2). As hemoglobinopatias que estão relacionadas com um problema quantitativo, ou seja quando há ausência ou diminuição de síntese de uma cadeia globínica, denominam-se talassémias: beta-talassémia, alfa-talassémia, delta-talassémia, etc, consoante o gene afetado. Por outro lado, quando o problema é de carácter qualitativo, ou seja ocorre a síntese de uma cadeia globínica estruturalmente anómala, esta é denominada uma variante de hemoglobina. Enquadra-se neste último grupo a Anemia das Células Falciformes ou Drepanocitose. As hemoglobinopatias são das patologias genéticas mais frequentes no mundo, sendo que nalguns locais são um grave problema de saúde pública. Em Portugal foram realizados estudos epidemiológicos que permitiram determinar a frequência de portadores na população e foi implementado um programa de prevenção.

Function and Regulation of Cytochrome P450 4V2 and the Implications in Bietti’s Crystalline Dystrophy

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06