Engineered alpha-defensin peptides display antimicrobial activity against oral pathogens

Introduction: Human alpha defensins are a family of neutrophil-derived antimicrobial peptides also known as human neutrophil peptides (HNPs). The defensin family of peptides are characterised by six invariant cysteine residues forming three disulphide bridges. The formation of the correct disulphide pairs complicates the synthesis of full length human alpha defensin and limits its therapeutic potential as an antimicrobial peptide. Objectives: The aim of this study was to determine whether truncated alpha defensins displayed antimicrobial activity against a range of micro-organisms including oral pathogens. Methods: Engineered peptides were synthesised by solid-phase methods using standard Fmoc chemistry. Antibacterial assays were performed using a previously described ultra sensitive radial diffusion method. A total of five engineered defensin peptides and full length alpha defensin were tested for their sensitivity against eight micro-organisms, including Gram negative bacteria, Gram positive bacteria and fungal pathogens Results: Antimicrobial activity was identified as clear zones around peptide-containing wells. Zone diameters were used to calculate minimum inhibitory concentrations (MICs) for each peptide. There was considerable variability in the susceptibility of the micro-organisms to the truncated analogues. Bacillus subtilis and Enterococcus faecalis were sensitive to the majority of the engineered peptides whereas Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Candida albicans displayed resistance (defined as an MIC of greater than 250 ug/ml) to the truncated defensins. Of the five engineered peptides synthesised, the 2-aminobenzoic acid (Abz)-containing analogues based on the C-terminal sequence of alpha defensin displayed MIC values closest to that of the full length defensin in 5 out of 8 micro-organisms studied. Conclusion: This study demonstrates that truncated alpha defensins display variable antimicrobial activity against a range of micro-organisms, including oral pathogens. The generation of truncated defensins without disulphide bridges simplifies their synthesis and increases their therapeutic potential.

Ischemic A/D transition of mitochondrial complex I and its role in ROS generation

Mitochondrial complex I (NADH:ubiquinone oxidoreductase) is a key enzyme in cellular energy metabolism and provides approximately 40% of the proton-motive force that is utilized during mitochondrial ATP production. The dysregulation of complex I function – either genetically, pharmacologically, or metabolically induced – has severe pathophysiological consequences that often involve an imbalance in the production of reactive oxygen species (ROS). Slow transition of the active (A) enzyme to the deactive, dormant (D) form takes place during ischemia in metabolically active organs such as the heart and brain. The reactivation of complex I occurs upon reoxygenation of ischemic tissue, a process that is usually accompanied by an increase in cellular ROS production. Complex I in the D-form serves as a protective mechanism preventing the oxidative burst upon reperfusion. Conversely, however, the D-form is more vulnerable to oxidative/nitrosative damage. Understanding the so-called active/deactive (A/D) transition may contribute to the development of new therapeutic interventions for conditions like stroke, cardiac infarction, and other ischemia-associated pathologies. In this review, we summarize current knowledge on the mechanism of A/D transition of mitochondrial complex I considering recently available structural data and site-specific labeling experiments. In addition, this review discusses in detail the impact of the A/D transition on ROS production by complex I and the S-nitrosation of a critical cysteine residue of subunit ND3 as a strategy to prevent oxidative damage and tissue damage during ischemia–reperfusion injury.

A Burkholderia Type VI Effector Deamidates Rho GTPases to Activate the Pyrin Inflammasome

Burkholderia cenocepacia is an opportunistic pathogen of the cystic fibrosis lung that elicits a strong inflammatory response. B. cenocepacia employs a type VI secretion system (T6SS) to survive in macrophages by disarming Rho-type GTPases, causing actin cytoskeletal defects. Here, we identified TecA, a non-VgrG T6SS effector responsible for actin disruption. TecA and other bacterial homologs bear a cysteine protease-like catalytic triad, which inactivates Rho GTPases by deamidating a conserved asparagine in the GTPase switch-I region. RhoA deamidation induces caspase-1 inflammasome activation, which is mediated by the familial Mediterranean fever disease protein Pyrin. In mouse infection, the deamidase activity of TecA is necessary and sufficient for B. cenocepacia-triggered lung inflammation and also protects mice from lethal B. cenocepacia infection. Therefore, Burkholderia TecA is a T6SS effector that modifies a eukaryotic target through an asparagine deamidase activity, which in turn elicits host cell death and inflammation through activation of the Pyrin inflammasome.

Protein disulphide isomerase as a target for nanoparticle-mediated sensitisation of cancer cells to radiation

Radiation resistance and toxicity in normal tissues are limiting factors in the efficacy of radiotherapy. Gold nanoparticles (GNPs) have been shown to be effective at enhancing radiation-induced cell death, and were initially proposed to physically enhance the radiation dose deposited. However, biological responses of GNP radiosensitization based on physical assumptions alone are not predictive of radiosensitisation and therefore there is a fundamental research need to determine biological mechanisms of response to GNPs alone and in combination with ionising radiation. This study aimed to identify novel mechanisms of cancer cell radiosensitisation through the use of GNPs, focusing on their ability to induce cellular oxidative stress and disrupt mitochondrial function. Using N-acetyl-cysteine, we found mitochondrial oxidation to be a key event prior to radiation for the radiosensitisation of cancer cells and suggests the overall cellular effects of GNP radiosensitisation are a result of their interaction with protein disulphide isomerase (PDI). This investigation identifies PDI and mitochondrial oxidation as novel targets for radiosensitisation.

Influence of speciation in the bioavailability of cadmium to an isopod

Devido às actividades antropogénicas várias substâncias químicas têm sido introduzidas no meio ambiente em concentrações que de outro modo não ocorreriam de forma tão elevada naturalmente. Assim, o conhecimento acerca das características de um químico, tais como, o potencial para se acumular em diferentes níveis tróficos, a sua mobilidade dentro do ecossistema, a toxicidade específica e a bioacumulação, é fundamental para compreender os seus efeitos nos ecossistemas. Esta tese investiga a influência de especiação, na biodisponibilidade do cádmio (Cd) para o isópode Porcellio dilatatus, incluindo os efeitos de especiação do metal: (i) na assimilação do Cd, (ii) no modo como o Cd se distribui internamente no organismo, e (iii) como a sobrevivência e a reprodução são afectadas em isópodes terrestres. Num primeiro ensaio laboratorial avaliou-se a importância da transferência trófica na assimilação do Cd em P. dilatatus. Para tal analisou-se a eficiência de assimilação (EA) do Cd em isópodes, adicionado superficialmente ao alimento (alface) na forma de Cd(NO3)2 e contaminando o meio de crescimento da alface. A hipótese era de que a alface contaminada biologicamente através do cultivo em meio hidropónico contaminado teria uma maior proporção de complexos com proteína ou conjugado na forma de Cd (ex. Cd cisteína). A EA de Cd foi maior entre os isópodes que foram alimentados com o sal (71%, SE = 7%), do que entre os isópodes que se alimentaram de alface contaminada biologicamente (52%, SE = 5%), demonstrando-se assim num teste laboratorial que é provável que a especiação do Cd influencie a taxa de assimilação e acumulação do Cd. Na experiência alimentar que se seguiu, estudou-se em detalhe a especiação do metal comparando as EA do Cd conjugado com cisteína (Cd(Cys)2) e na forma de Cd(NO3)2, com os quais se contaminou gelatina com alface. A utilização de Cd-cisteína, proporcionou uma forma experimental para explorar a biodisponibilidade do Cd complexado dentro do tecido biológico. Como esperado, a EA de Cd em isópodes alimentados com nitrato de Cd (64%, SE = 5%) foi maior do que no caso de isópodes alimentados com o conjugado de cisteína (20%, SE = 3%). De seguida estudou-se a distribuição subcelular das espécies de Cd assimilado através de um processo de fraccionamento. Supunha-se que as diferenças de especiação de Cd reflectiria diferentes estratégias de compartimentalização, com consequências ao nível da detoxificação, armazenamento celular e distribuição subcelular do metal. O “sequestro” na forma de metal biologicamente detoxificado (BDM = proteínas estáveis ao calor - HSP e grânulos ricos em metal - RMG) foi maior nos isópodes alimentados com Cd(NO3)2, sugerindo que são mais eficientes na detoxificação de Cd (22%) do que quando alimentados com Cd(Cys)2 (15%). Foi também demonstrado que os isópodes alimentados com Cd(Cys)2 possuíam níveis de armazenamento de Cd superior nas fracções sensíveis ao metal (MSF = organelos e proteínas desnaturadas pelo calor - HDP) consideradas fracções potencialmente vulneráveis e afectando os isópodes em termos de toxicidade. As diferentes distribuições internas que se seguiram à assimilação e detoxificação das diferentes espécies de Cd foram finalmente avaliadas em termos da sobrevivência e reprodução dos isópodes. O tratamento com Cd(Cys)2 teve maior mortalidade, provavelmente devido à maior disponibilidade de Cd ingerido com implicações ao nível dos processos fisiológicos. Os isópodes alimentados com Cd(NO3)2 armazenaram o Cd nos MRG, como estratégia de detoxificação, sendo mais eficientes a detoxificar o Cd ainda que aumentando a concentração total do metal que se tornou menos tóxico para o isópode. Desta forma, o Cd nos grânulos não estava disponível para os processos fisiológicos e deixou de ser tóxico. Isso poderia estar relacionado com a resistência e tolerância aos metais devido à capacidade dos isópodes compartimentalizarem o Cd no hepatopâncreas, que actua como um mecanismo de detoxificação e contribui para a tolerância a altos níveis de cádmio. Em termos de parâmetros reprodutivos, observou-se uma redução de gestações e duração da gestação na presença de ambas as espécies de metal, mas no caso do Cd(Cys)2 as gravidezes não se concluíram. O número de jovens produzido por fêmeas alimentadas com Cd(NO3)2 foi menor do que no controlo, mas os pesos dos juvenis foram superiores. Finalmente sugere-se assim que esta abordagem seja considerada em estudos do movimento trófico de metais nas cadeias alimentares dado que se espera que a especiação de metais implique diferentes fluxos, dentro de uma dada cadeia trófica.

Study of oxidation and non-enzymatic glycosylation posttranslational modifications using a proteomic approach

A glicosilação não-enzimática e o stress oxidativo representam dois processos importantes visto desempenharem um papel importante no que respeita às complicações de vários processos patofisiológicos. No presente, a associação entre a glicosilação não-enzimática e a oxidação de proteínas é reconhecida como sendo um dos principais responsáveis pela acumulação de proteínas não-funcionais que, por sua vez, promove uma contínua sensibilização para um aumento do stress oxidativo ao nível celular. Embora esteja disponível bastante informação no que respeita aos dois processos e suas consequências ao nível estrutural e funcional, permanecem questões por esclarecer acerca do que se desenvolve ao nível molecular. Com o objectivo de contribuir para uma melhor compreensão da relação entre a glicosilação não-enzimática e a oxidação, proteínas modelo (albumina, insulina e histonas H2B e H1) foram submetidas a sistemas in vitro de glicosilação não-enzimática e oxidação em condições controladas e durante um período de tempo específico. A identificação dos locais de glicosilação e oxidação foi realizada através de uma abordagem proteómica, na qual após digestão enzimática se procedeu à análise por cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massa tandem (MALDI-TOF/TOF). Esta abordagem permitiu a obtenção de elevadas taxas de cobertura das sequências proteicas, permitindo a identificação dos locais preferenciais de glicosilação e oxidação nas diferentes proteínas estudadas. Como esperado, os resíduos de lisina foram os preferencialmente glicosilados. No que respeita à oxidação, além das modificações envolvendo hidroxilações e adições de oxigénio, foram identificadas deamidações, carbamilações e conversões oxidativas específicas de vários aminoácidos. No geral, os resíduos mais afectados pela oxidação foram os resíduos de cisteína, metionina, triptofano, tirosina, prolina, lisina e fenilalanina. Ao longo do período de tempo estudado, os resultados indicaram que a oxidação teve início em zonas expostas da proteína e/ou localizadas na vizinhança de resíduos de cisteína e metionina, ao invés de exibir um comportamente aleatório, ocorrendo de uma forma nãolinear por sua vez dependente da estabilidade conformacional da proteína. O estudo ao longo do tempo mostrou igualmente que, no caso das proteínas préglicosiladas, a oxidação das mesmas ocorreu de forma mais rápida e acentuada, sugerindo que as alterações estruturais induzidas pela glicosilação promovem um estado pro-oxidativo. No caso das proteínas pré-glicosiladas e oxidadas, foi identificado um maior número de modificações oxidativas assim como de resíduos modificados na vizinhança de resíduos glicosilados. Com esta abordagem é realizada uma importante contribuição na investigação das consequências do dano ‘glico-oxidativo’ em proteínas ao nível molecular através da combinação da espectrometria de massa e da bioinformática.

Photoinactivation of viruses by porphyrins

A inativação fotodinâmica tem sido usada com sucesso na inativação de microorganismos. Diversos aspetos da inativação fotodinâmica foram já estudados para diferentes microrganismos, contudo, existe ainda pouca informação disponível no que diz respeito à inativação de bacteriófagos por processos fotodinâmicos. Este trabalho pretendeu elucidar e avaliar vários aspetos da fotoinativação de vírus, em particular de bacteriófagos, incluindo (i) o efeito de diversos parâmetros de luz utilizados na fotoinativação de bacteriófagos; (ii) a eficiência da inativação fotodinâmica de diferentes tipos de bacteriófagos (fagos do tipo DNA e RNA); (iii) o principal mecanismo através do qual a inativação fotodinâmica tem lugar; (iv) o efeito da fotoinativação nas proteínas do bacteriófago; e (v) o possível desenvolvimento de resistência e recuperação da viabilidade após vários tratamentos fotodinâmicos consecutivos. Para avaliar o efeito dos diferentes parâmetros de luz, suspensões fágicas com 107 UFP mL-1 foram irradiadas com diferentes fontes e doses de luz, intensidades luminosas e tempos de irradiação (30,90 e 270 min) na presença de 0,5; 1,0 e 5,0 μM dos derivados porfirínicos catiónicos Tri- Py+-Me-PF e Tetra-Py+-Me. A eficiência da fotoinativação de diferentes fagos do tipo DNA e RNA, foi avaliada através da irradiação da suspensão fágica com luz branca (40 W m-2) durante 270 min na presença de 0,5 e 5,0 μM do derivado porfirínico Tri-Py+-Me-PF, respetivamente para os fagos do tipo RNA e DNA. O mecanismo através do qual a fotoinativação de fagos de DNA (fago do tipo T4) e de RNA (fago Qb) tem lugar foi avaliado por exposição da suspensão fágica à luz branca com uma potência de 40 W m-2, na presença de fotossensibilizador (Tri-Py+-Me-PF e Tetra-Py+-Me) e inibidores, quer do oxigénio singuleto (azida de sódio e L-histidina) quer de radicais livres (Dmanitol e L-cisteína). Os danos nas proteínas do fago do tipo T4, induzidos pelas espécies reativas de oxigénio geradas por 5,0 μM Tri-Py+-Me-PF, foram avaliados pelo método convencional de SDS-PAGE e por espectroscopia de infravermelho. O possível desenvolvimento de resistência e recuperação da viabilidade após a inativação fotodinâmica dos bacteriófagos foi avaliado após dez ciclos consecutivos de tratamento fotodinâmico incompletos (120 min sob irradiação de luz branca a uma potência de 40 W m-2) na presença de 5,0 μM do derivado porfirínico Tri-Py+-Me-PF. Os resultados deste trabalho mostraram que (i) quando uma quantidade de energia (dose de luz) determinada foi aplicada numa suspensão fágica, a partir de uma mesma fonte irradiação, a fotoinactivação do fago foi tanto mais eficiente quanto mais baixa foi a potência luminosa aplicada; (ii) os bacteriófagos foram eficientemente inativados até ao limite de deteção (redução de 6-7 log); (ii) os fagos do tipo RNA foram inativados mais facilmente do que os fagos do tipo DNA (tempos de exposição mais curtos e com concentração de fotossensibilizador dez vezes menor do que a usada para inativar os fagos do tipo DNA); (iii) o mecanismo do tipo II (via produção de oxigénio singuleto) foi o principal mecanismo através do qual a fotoinativação dos bacteriófagos teve lugar; (iv) foi possível detectar danos no perfil proteico após tratamento fotodinâmico e a espectroscopia de infravermelho apresentou-se como uma metodologia promissora de screening para avaliação dos danos induzidos pela inativação fotodinâmica em proteínas; e (v) após dez ciclos consecutivos de tratamento fotodinâmico, o fago do tipo T4 não revelou nenhum tipo de resistência ao tratamento fotodinâmico nem recuperou a sua viabilidade. Como conclusão, a inativação fotodinâmica microbiana é uma tecnologia bastante eficaz para a fotoinativação de bacteriófagos do tipo DNA e RNA sem invólucro, a qual pode ser considerada como uma alternativa ao tratamento convencional com agentes antivíricos, mesmo com intensidades luminosas baixas, sem o risco associado de desenvolvimento de mecanismos de resistência.

Interacção do vanádio com a miosina de músculo esquelético de coelho

Relatório de projecto de licenciatura, Bioquímica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2009

Chemical communication in the Mozambique tilapia: a role for amino acids

The Mozambique tilapia (Oreochromis mossambicus) is a maternal mouthbrooding cichlid from the southern Africa. The olfactory sensitivity of the species to 20 amino acids was assessed using the electro-olfactogram (EOG). We estimated whether the olfactory potency of the polar fraction of male urine can be explained by the presence of identified amino acids. In addition, filtrate and amino acid mixture of the urine of Nile tilapia were used to estimate their olfactory potency for O.mossambicus. Finally, concentrations of the main amino acids were measured in the urine of males of different social status and the correlations between amino acid concentration and hierarchical status were explored. L-cysteine, L-glutamine and L-threonine were the most potent stimuli at M while L-proline and L-aspartate were the least potent. Four groups of amino acids were identified according to their thresholds of detection and three groups – according to the similarity of their ɣ-factors. The estimated threshold of detection for O.mossambicus mixture was higher than that for the filtrate. On the contrary, the threshold of detection for the mixture of Nile tilapia was lower than that for the filtrate The concentration of L-arginine in the urine was positively correlated with fish dominance index. Both L-arginine and L-glutamic acid concentrations had much greater variability in dominant males (DI˃0.5) than in subordinate males (DI˂0.5). The urinary concentrations of L-phenylalanine had similar variability in dominant and subordinate groups. The Mozambique tilapia has olfactory sensitivity to all twenty amino acids tested. The fish showed more acute sensitivity to conspecific urine filtrate than to the heterospecific. Olfactory potency of O.mossambicus filtrate can be largely but not fully explained by the presence of L-arginine, L-glutamic acid and L-phenylalanine. Larginine and L-glutamic acid may indicate the dominance status of the fish and, possibly, individual identity.

Investigating the role of Annexin A2 in Epidermal Growth Factor (EGF) induced signalling in cancer

Dissertação de mestrado, Qualidade em Análises, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve; Universitat de Barcelona; Gdansk University of Technology, Universidad de Cádiz, Universitas Bergensis; 2015

Cystathionine beta-synthase variants : identification, characterization and modulation by thiol compounds

Tese de doutoramento, Farmácia (Bioquímica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Role of plasmodium translationally repressed gene products in malaria transmission

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Microbiologia e Parasitologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2015

The effect of a selective CXCR2 antagonist (AZD5069) on human blood neutrophil count and innate immune functions.

Abstract AIMS: The aim of the present study was to investigate whether selective antagonism of the cysteine-X-cysteine chemokine receptor-2 (CXCR2) receptor has any adverse effects on the key innate effector functions of human neutrophils for defence against microbial pathogens. METHODS: In a double-blind, crossover study, 30 healthy volunteers were randomized to treatment with the CXCR2 antagonist AZD5069 (100 mg) or placebo, twice daily orally for 6 days. The peripheral blood neutrophil count was assessed at baseline, daily during treatment and in response to exercise challenge and subcutaneous injection of granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF). Neutrophil function was evaluated by phagocytosis of Escherichia coli and by the oxidative burst response to E. coli. RESULTS: AZD5069 treatment reversibly reduced circulating neutrophil count from baseline by a mean [standard deviation (SD)] of -1.67 (0.67) ×10(9) l(-1) vs. 0.19 (0.78) ×10(9) l(-1) for placebo on day 2, returning to baseline by day 7 after the last dose. Despite low counts on day 4, a 10-min exercise challenge increased absolute blood neutrophil count, but the effect with AZD5069 was smaller and not sustained, compared with placebo treatment. Subcutaneous G-CSF on day 5 caused a substantial increase in blood neutrophil count in both placebo- and AZD5069-treated subjects. Superoxide anion production in E. coli-stimulated neutrophils and phagocytosis of E. coli were unaffected by AZD5069 (P = 0.375, P = 0.721, respectively vs. baseline, Day 4). AZD5069 was well tolerated. CONCLUSIONS: CXCR2 antagonism did not appear adversely to affect the mobilization of neutrophils from bone marrow into the peripheral circulation, phagocytosis or the oxidative burst response to bacterial pathogens. This supports the potential of CXCR2 antagonists as a treatment option for diseases in which neutrophils play a pathological role.

Avaliação da cinetica bacteriana na biolixiviação de calcopirita

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Ciprofloxacin-imprinted polymeric receptors as ionophores for potentiometric transduction

A 3D-mirror synthetic receptor for ciprofloxacin host–guest interactions and potentiometric transduction is presented. The host cavity was shaped on a polymeric surface assembled with methacrylic acid or 2-vinyl pyridine monomers by radical polymerization. Molecularly imprinted particles were dispersed in 2-nitrophenyl octyl ether and entrapped in a poly(vinyl chloride) matrix. The sensors exhibited a near-Nernstian response in steady state evaluations. Slopes and detection limits ranged from 26.8 to 50.0mVdecade−1 and 1.0×10−5 to 2.7×10−5 mol L−1, respectively. Good selectivity was observed for trimethoprim, enrofloxacin, tetracycline, cysteine, galactose, hydroxylamine, creatinine, ammonium chloride, sucrose, glucose, sulphamerazine and sulfadiazine. The sensors were successfully applied to the determination of ciprofloxacin concentrations in fish and in pharmaceuticals. The method presented offered the advantages of simplicity, accuracy, applicability to colored and turbid samples and automation feasibility, as well as confirming the use of molecularly imprinted polymers as ionophores for organic ion recognition in potentiometric transduction.