Gaze behavior of the visually impaired during street crossing.

PURPOSE:

This study explored the gaze patterns of fully sighted and visually impaired subjects during the high-risk activity of crossing the street.

METHODS:

Gaze behavior of 12 fully sighted subjects, nine with visual impairment resulting from age-related macular degeneration and 12 with impairment resulting from glaucoma, was monitored using a portable eye tracker as they crossed at two unfamiliar intersections.

RESULTS:

All subject groups fixated primarily on vehicles and crossing elements but changed their fixation behavior as they moved from "walking to the curb" to "standing at the curb" and to "crossing the street." A comparison of where subjects fixated in the 4-second time period before crossing showed that the fully sighted who waited for the light to change fixated on the light, whereas the fully sighted who crossed early fixated primarily on vehicles. Visually impaired subjects crossing early or waiting for the light fixate primarily on vehicles.

CONCLUSIONS:

Vision status affects fixation allocation while performing the high-risk activity of street crossing. Crossing decision-making strategy corresponds to fixation behavior only for the fully sighted subjects.

Retinal pigment epithelial cell multinucleation in the aging eye - a mechanism to repair damage and maintain homoeostasis

Retinal pigment epithelial (RPE) cells are central to retinal health and homoeostasis. Dysfunction or death of RPE cells underlies many age-related retinal degenerative disorders particularly age-related macular degeneration. During aging RPE cells decline in number, suggesting an age-dependent cell loss. RPE cells are considered to be postmitotic, and how they repair damage during aging remains poorly defined. We show that RPE cells increase in size and become multinucleate during aging in C57BL/6J mice. Multinucleation appeared not to be due to cell fusion, but to incomplete cell division, that is failure of cytokinesis. Interestingly, the phagocytic activity of multinucleate RPE cells was not different from that of mononuclear RPE cells. Furthermore, exposure of RPE cells in vitro to photoreceptor outer segment (POS), particularly oxidized POS, dose-dependently promoted multinucleation and suppressed cell proliferation. Both failure of cytokinesis and suppression of proliferation required contact with POS. Exposure to POS also induced reactive oxygen species and DNA oxidation in RPE cells. We propose that RPE cells have the potential to proliferate in vivo and to repair defects in the monolayer. We further propose that the conventionally accepted 'postmitotic' status of RPE cells is due to a modified form of contact inhibition mediated by POS and that RPE cells are released from this state when contact with POS is lost. This is seen in long-standing rhegmatogenous retinal detachment as overtly proliferating RPE cells (proliferative vitreoretinopathy) and more subtly as multinucleation during normal aging. Age-related oxidative stress may promote failure of cytokinesis and multinucleation in RPE cells.

Fractionated Radiation Exposure of Rat Spinal Cords Leads to Latent Neuro- Inflammation in Brain, Cognitive Deficits,and Alterations in Apurinic Endonuclease 1

Ionizing radiation causes degeneration of myelin, the insulating sheaths of neuronal axons, leading to neurological impairment. As radiation research on the central nervous system has predominantly focused on neurons, with few studies addressing the role of glial cells, we have focused our present research on identifying the latent effects of single/ fractionated -low dose of low/ high energy radiation on the role of base excision repair protein Apurinic Endonuclease-1, in the rat spinal cords oligodendrocyte progenitor cells’ differentiation. Apurinic endonuclease-1 is predominantly upregulated in response to oxidative stress by low- energy radiation, and previous studies show significant induction of Apurinic Endonuclease-1 in neurons and astrocytes. Our studies show for the first time, that fractionation of protons cause latent damage to spinal cord architecture while fractionation of HZE (28Si) induce increase in APE1 with single dose, which then decreased with fractionation. The oligodendrocyte progenitor cells differentiation was skewed with increase in immature oligodendrocytes and astrocytes, which likely cause the observed decrease in white matter, increased neuro-inflammation, together leading to the observed significant cognitive defects.

Phenotype-Based Discovery of 2-[(E)-2-(Quinolin-2-yl)vinyl]phenol as a Novel Regulator of Ocular Angiogenesis

Retinal angiogenesis is tightly regulated to meet oxygenation and nutritional requirements. In diseases such as proliferative diabetic retinopathy and neovascular age-related macular degeneration, uncontrolled angiogenesis can lead to blindness. Our goal is to better understand the molecular processes controlling retinal angiogenesis and discover novel drugs that inhibit retinal neovascularization. Phenotype-based chemical screens were performed using the ChemBridge Diverset^TM library and inhibition of hyaloid vessel angiogenesis in Tg(fli1:EGFP) zebrafish. 2-[(E)-2-(Quinolin-2-yl)vinyl]phenol, (quininib) robustly inhibits developmental angiogenesis at 4–10 μM in zebrafish and significantly inhibits angiogenic tubule formation in HMEC-1 cells, angiogenic sprouting in aortic ring explants, and retinal revascularization in oxygen-induced retinopathy mice. Quininib is well tolerated in zebrafish, human cell lines, and murine eyes. Profiling screens of 153 angiogenic and inflammatory targets revealed that quininib does not directly target VEGF receptors but antagonizes cysteinyl leukotriene receptors 1 and 2 (CysLT_1–2) at micromolar IC₅₀ values. In summary, quininib is a novel anti-angiogenic small-molecule CysLT receptor antagonist. Quininib inhibits angiogenesis in a range of cell and tissue systems, revealing novel physiological roles for CysLT signaling. Quininib has potential as a novel therapeutic agent to treat ocular neovascular pathologies and may complement current anti-VEGF biological agents.

Targeting the complement system for the management of retinal inflammatory and degenerative diseases

The retina, an immune privileged tissue, has specialized immune defense mechanisms against noxious insults that may exist in diseases such as age-related macular degeneration (AMD), diabetic retinopathy (DR), uveoretinitis and glaucoma. The defense system consists of retinal innate immune cells (including microglia, perivascular macrophages, and a small population of dendritic cells) and the complement system. Under normal aging conditions, retinal innate immune cells and the complement system undergo a low-grade activation (parainflammation) which is important for retinal homeostasis. In disease states such as AMD and DR, the parainflammatory response is dysregulated and develops into detrimental chronic inflammation. Complement activation in the retina is an important part of chronic inflammation and may contribute to retinal pathology in these disease states. Here, we review the evidence that supports the role of uncontrolled or dysregulated complement activation in various retinal degenerative and angiogenic conditions. We also discuss current strategies that are used to develop complement-based therapies for retinal diseases such as AMD. The potential benefits of complement inhibition in DR, uveoretinitis and glaucoma are also discussed, as well as the need for further research to better understand the mechanisms of complement-mediated retinal damage in these disease states.

Cellular responses to genome mistranslation

Low level protein synthesis errors can have profound effects on normal cell physiology and disease development, namely neurodegeneration, cancer and aging. The biology of errors introduced into proteins during mRNA translation, herein referred as mistranslation, is not yet fully understood. In order to shed new light into this biological phenomenon, we have engineered constitutive codon misreading in S. cerevisiae, using a mutant tRNA that misreads leucine CUG codons as serine, representing a 240 fold increase in mRNA translational error relative to typical physiological error (0.0001%). Our studies show that mistranslation induces autophagic activity, increases accumulation of insoluble proteins, production of reactive oxygen species, and morphological disruption of the mitochondrial network. Mistranslation also up-regulates the expression of the longevity gene PNC1, which is a regulator of Sir2p deacetylase activity. We show here that both PNC1 and SIR2 are involved in the regulation of autophagy induced by mistranslation, but not by starvation-induced autophagy. Mistranslation leads to P-body but not stress-granule assembly, down-regulates the expression of ribosomal protein genes and increases slightly the selective degradation of ribosomes (ribophagy). The study also indicates that yeast cells are much more resistant to mistranslation than expected and highlights the importance of autophagy in the cellular response to mistranslation. Morpho-functional alterations of the mitochondrial network are the most visible phenotype of mistranslation. Since most of the basic cellular processes are conserved between yeast and humans, this study reinforces the importance of yeast as a model system to study mistranslation and suggests that oxidative stress and accumulation of misfolded proteins arising from aberrant protein synthesis are important causes of the cellular degeneration observed in human diseases associated to mRNA mistranslation.

The role of environmental stress on protein synthesis fidelity

Estudos recentes estabelecem uma ligação entre erros na tradução do mRNA e cancro, envelhecimento e neurodegeneração. RNAs de transferência mutantes que introduzem aminoácidos em locais errados nas proteínas aumentam a produção de espécies reactivas de oxigénio e a expressão de genes que regulam autofagia, ribofagia, degradação de proteínas não-funcionais e protecção contra o stress oxidativo. Erros na tradução do mRNA estão portanto relacionados com stress proteotóxico. Sabe-se agora que o mecanismo de toxicidade do crómio está associado à diminuição da fidelidade de tradução e à agregação de proteínas com malformações que destabilizam a sua estrutura terciária. Desta forma, é possível que os efeitos do stress ambiental ao nível da degeneração celular possam estar relacionados com a alteração da integridade da maquinaria da tradução. Neste estudo procedeu-se a uma avaliação alargada do impacto do stress ambiental na fidelidade da síntese de proteínas, utilizando S. cerevisiae como um sistema modelo. Para isso recorreu-se a repórteres policistrónicos de luciferase que permitiram quantificar especificamente a supressão de codões de terminação e o erro na leitura do codão AUG em células exposta a concentações não letais de metais pesados, etanol, cafeína e H2O2. Os resultados sugerem que a maquinaria de tradução é na generalidade muito resistente ao stress ambiental, devido a uma conjugação de mecanismos de homeostase que muito eficientemente antagonizam o impacto negativo dos erros de tradução. A nossa abordagem quantitativa permitiu-nos a identificar genes regulados por uma resposta programada ao stress ambiental que são também essenciais para mitigar a ocorrência de erros de tradução, nomeadamente, HSP12, HSP104 e RPN4. A exposição prolongada ao stress ambiental conduz à saturação dos mecanismos de homeostase, contribuindo para a acumulação de proteínas contendo erros de tradução e diminuindo a disponibilidade de proteínas funcionais directamente envolvidas na manutenção da fidelidade de tradução e integridade celular. Ao contrário de outras Hsps, a Hsp12p adopta normalmente uma localização membranar em condições de stress, que pode modular a fluidez e estabilidade membranar, sugerindo que a membrana plasmática é um alvo preferencial da perda de fidelidade da tradução. Para melhor compreender as respostas celulares aos erros de tradução, células contendo deleções em genes codificadores das Hsps foram transformadas com tRNAs mutantes que introduzem alterações no proteoma. Os nossos resultados demonstram que para além da resposta geral ao stress, estes tRNAs induzem alterações a nível do metabolismo celular e um aumento de aminoacilação com Metionina em vários tRNAs, sugerindo um mecanismo de protecção contra espécies reactivas de oxigénio. Em conclusão, este estudo sugere um papel para os erros de tradução na gestão de recursos energéticos e na adaptação das células a ambientes desfavoráveis.

Genetic profiling of ApoE in dementia

A demência é uma das principais causas de incapacidade entre os idosos, afetando mais de 36 milhões de pessoas em todo o mundo. É caracterizada pela deterioração progressiva das funções cognitivas, resultando em dificuldades no desempenho das atividades diárias do indivíduo. A idade de aparecimento dos sintomas, bem como a sua taxa de progressão, são variáveis entre a maior parte das demências, sendo estas geralmente caracterizadas por uma natureza progressiva, aumentando de gravidade ao longo do tempo. Entre os tipos mais frequentes de demência encontram-se a Doença de Alzheimer (DA), Demência Vascular, Demência de Corpos de Lewy e Demência Frontotemporal. O diagnóstico diferencial das demências é realizado tipicamente por testes neuro-psicológicos (para a exclusão de outras demências) e por exames imagiológicos. Contudo, muitos dos sintomas clínicos característicos podem sobrepor-se entre os diversos tipos de demência, o que pode constituir um problema devido a falta de especificidade e erros de diagnóstico. A compreensão dos fatores de risco ambientais e genéticos que podem modular o aparecimento e/ou progressão de doenças abre novas perspetivas relativamente à gestão destas neuropatologias. O gene da apolipoproteína E (ApoE) é reconhecido como o maior fator de risco na demência, desempenhando um papel central em particular no desenvolvimento da DA, sendo que os portadores do alelo ε4 são mais suscetíveis para a doença. Além disso, possíveis associações foram também propostas entre este gene e outras doenças neurológicas, sendo no entanto estes dados ainda controversos. Assim, o objetivo principal deste trabalho consistiu em determinar as frequências alélicas e genotípicas do gene ApoE num grupo de estudo piloto de pacientes com demência na região de Aveiro. Este grupo foi subdividido com base no diagnóstico neuroquímico, no qual foram avaliados os níveis de Aβ1-42, Tau-total e fosfo-Tau 181 no líquido cefalorraquidiano dos pacientes. Como resultado, observou-se que o alelo ε3 foi o mais frequente no grupo total, independentemente do tipo de patologia, e que o alelo ε2 foi o menos comum. O alelo ε4 foi de facto mais frequente em pacientes com DA do que em pacientes com outras neuropatologias, o que está de acordo com a relação proposta por outros autores. Adicionalmente, foi possível verificar que a frequência deste alelo nos pacientes com patologia amilóide é semelhante à observada no grupo DA, sugerindo um papel relevante para o ApoE no metabolismo e acumulação cerebral do Aβ. Consequentemente, estes indivíduos podem ter uma maior suscetibilidade para o desenvolvimento de DA no futuro. Deste modo, os nossos dados corroboram a ideia de que o alelo ε4 é um forte fator de risco para a DA e que deve ser considerado como um teste genético relevante que pode contribuir para o diagnóstico clínico da demência.

Characterization of proteotoxic stress in zebrafish

A fidelidade da síntese proteica é fundamental para a estabilidade do proteoma e para a homeostasia celular. Em condições fisiológicas normais as células têm uma taxa de erro basal associada e esta muitas vezes aumenta com o envelhecimento e doença. Problemas na síntese das proteínas estão associados a várias doenças humanas e aos processos de envelhecimento. De facto, a incorporação de erros nas proteínas devido a tRNAs carregados pelas aminoacil-tRNA sintetases com o amino ácido errado causa doenças neurodegenerativas em humanos e ratos. Ainda não é claro como é que estas doenças se desenvolvem e se são uma consequência directa da disrupção do proteoma ou se são o resultado da toxicidade produzida pela acúmulação de proteínas mal traduzidas ao nível do ribossoma. Para elucidar como é que as células eucarióticas lidam com proteínas aberrantes e agregados proteicos (stress proteotóxico) desenvolvemos uma estratégia para destabilizar o proteoma. Para isso estabelecemos um sistema de erros de tradução em embriões de peixe zebra que assenta em tRNAs mutantes capazes de incorporar erradamente serina nas proteínas. As proteínas produzidas neste sistema despoletam as vias de resposta ao stress, nomeadamente a via da ubiquitina-proteassoma (UPP – “ubiquitin protesome pathway”) e a via do retículo endoplasmático (UPR – “unfolded protein response”). O stress proteotóxico gerado pelos erros de tradução altera a expressão génica e perfis de expressão de miRNAs, o desenvolvimento embrionário e viabilidade, aumenta a produção de espécies reactivas de oxigénio (ROS), leva ainda à acumulação de agregados proteicos e à disfunção mitocondrial. As malformações embrionárias e fenótipos de viabilidade que observámos foram revertidos por antioxidantes, o que sugere que os ROS desempenham papéis importantes nos fenótipos degenerativos celulares induzidos pela produção de proteínas aberrantes e agregação proteica. Estabelecemos ainda uma linha de peixe zebra transgénica para o estudo do stress proteotóxico. Este trabalho mostra que a destabilização do proteoma em embriões de peixe zebra com tRNAs mutantes é uma boa metodologia para estudar a biologia do stress proteotóxico visto que permite a agregação controlada do proteoma, mimetizando os processos de agregação de proteínas que ocorrem naturalmente durante o envelhecimento e em doenças conformacionais humanas.

Péptidos para a detecção de agregados de alfa-sinucleína

Tese de mestrado, Química Farmacêutica e Terapêutica, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2013

Detailed phenotypic and genotypic characterization of bietti crystalline dystrophy

OBJECTIVE: To provide a detailed phenotype/genotype characterization of Bietti crystalline dystrophy (BCD). DESIGN: Observational case series. PARTICIPANTS: Twenty patients from 17 families recruited from a multiethnic British population. METHODS: Patients underwent color fundus photography, near-infrared (NIR) imaging, fundus autofluorescence (FAF) imaging, spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT), and electroretinogram (ERG) assessment. The gene CYP4V2 was sequenced. MAIN OUTCOME MEASURES: Clinical, imaging, electrophysiologic, and molecular genetics findings. RESULTS: Patients ranged in age from 19 to 72 years (median, 40 years), with a visual acuity of 6/5 to perception of light (median, 6/12). There was wide intrafamilial and interfamilial variability in clinical severity. The FAF imaging showed well-defined areas of retinal pigment epithelium (RPE) loss that corresponded on SD-OCT to well-demarcated areas of outer retinal atrophy. Retinal crystals were not evident on FAF imaging and were best visualized with NIR imaging. Spectral domain OCT showed them to be principally located on or in the RPE/Bruch's membrane complex. Disappearance of the crystals, revealed by serial recording, was associated with severe disruption and thinning of the RPE/Bruch's membrane complex. Cases with extensive RPE degeneration (N = 5) had ERGs consistent with generalized rod and cone dysfunction, but those with more focal RPE atrophy showed amplitude reduction without delay (N = 3), consistent with restricted loss of function, or that was normal (N = 2). Likely disease-causing variants were identified in 34 chromosomes from 17 families. Seven were novel, including p.Met66Arg, found in all 11 patients from 8 families of South Asian descent. This mutation appears to be associated with earlier onset (median age, 30 years) compared with other substitutions (median age, 41 years). Deletions of exon 7 were associated with more severe disease. CONCLUSIONS: The phenotype is highly variable. Several novel variants are reported, including a highly prevalent substitution in patients of South Asian descent that is associated with earlier-onset disease. Autofluorescence showed sharply demarcated areas of RPE loss that coincided with abrupt edges of outer retinal atrophy on SD-OCT; crystals were generally situated on or in the RPE/Bruch's complex but could disappear over time with associated RPE disruption. These results support a role for the RPE in disease pathogenesis.

New roles of Rab GTPases on eye diseases: targeting VEGF secretion

RESUMO: A retina é composta, entre outras estruturas, pelo epitélio pigmentar da retina (EPR)e pela coróide. A região central da retina denomina-se mácula, e é a zona mais afetada na degenerescência macular relacionada com a idade, a forma mais comum de degenerescência da retina. Nesta doença, a secreção de fatores de crescimento pelo EPR é afetada, nomeadamente a do fator de crescimento vascular endotelial (VEGF), e pouco se sabe ainda sobre os mecanismos moleculares conducentes a esta condição. A família de proteínas Rab GTPases está envolvida nas vias intracelulares de sinalização e tráfego membranares, essenciais na transdução de sinais extracelulares em respostas biológicas. A sua crucial importância nestes mecanismos levou-nos a considerar o seu potencial envolvimento nas vias de secreção do VEGF, e a questionar-nos se teriam algum papel regulador sobre as mesmas. O principal objetivo deste trabalho é identificar Rab GTPases importantes para as vias de secreção e endocitose do VEGF no EPR. Essa identificação ajudará a esclarecer a patogénese da degenerescência macular da retina, e poderá servir para uma procura mais direcionada de novos agentes terapêuticos. A caracterização de dois modelos in vitro do EPR, células primárias isoladas de murganho e a linha celular B6-RPE07,levou-nos a concluir que são ambos semelhantes. Contudo, a linha celular foi escolhida como protótipo do EPR por permitir o acesso a um número ilimitado de células. No decurso deste trabalho, desenvolvemos e caracterizámos uma biblioteca de ferramentas moleculares que nos permitiram reduzir os níveis proteicos das proteínas Rab GTPases, com base na tecnologia de ácido ribonucleico (ARN) de interferência. O papel das proteínas Rab GTPases na secreção do VEGF no EPR foi estudado com base no silenciamento de apenas uma proteína, ou combinando várias, segundo a sua localização e funções intracelulares descritas. Este trabalho permitiu-nos concluir que as proteínas Rab GTPases são importantes intervenientes no processo de secreção de VEGF pelo EPR, e confirmar dados anteriores que relatam o envolvimento de algumas Rab GTPases endocíticas no processo. Propomos ainda um novo modelo para a interação destas proteínas no EPR, e sugerimos que a Rab10 e a Rab14 atuam negativamente sobre a Rab8, controlando o seu funcionamento. Os nossos resultados evidenciam a importância das proteínas Rab GTPases na secreção do VEGF pelas células do EPR, e servem de base a futuros estudos que melhor procurem compreender este mecanismo e de que modo a sua alteração se relaciona com a degenerescência da retina.--------ABSTRACT: Retinal pigment epithelium (RPE) and choroid are components of the mammalian retina, of which the central region is called macula. The most common form of retinaldegeneration, age-related macular degeneration (AMD), involves primarily deregulation of growth factors secretion by the RPE. Very little is known about the molecular mechanisms that lead to impairment of RPE’s homeostatic intracellular processes, namely the secretion of vascular endothelial growth factor (VEGF). Rab GTPases’ family regulates membrane targeting and traffic, being essential in the transduction of signal pathways. Given Rab proteins’ role in intracellular trafficking, we propose to identify key regulatory Rab proteins involved in either the secretory or the recycling pathways of VEGF in RPE. Understanding how Rab proteins’ function disruption could lead to retinal and choroidal pathology would ultimately contribute to find new therapeutic agents. Here, we characterized two mouse RPE in vitro cell models, primary cells and B6-RPE07 cell line, and concluded that both display important epithelial features as the RPE presents in vivo. Considering unlimited cell number and results reproducibility, we chose B6-RPE07 cells to further study Rab proteins’ function. To scrutinize the consequences of Rab proteins’ absence or diminished levels, we have developed novel molecular tools to achieve silencing of these key proteins using miRNA technology. We further addressed the effect of Rab proteins’ absence on VEGF secretion by performing an extensive screening where different Rab proteins were silenced, both individually and in multiple combinations considering their cellular/ compartment location. We conclude that Rab GTPases are important intervenients in VEGF secretion by RPE cells, confirming endocytic Rab proteins’ role in regulation of VEGF biology. We also propose a novel model for Rab proteins’ interaction in RPE. Our results suggest that Rab10 and Rab14 might influence Rab8 in a negative feedback mechanism, important for controlling VEGF secretion. Our achievements’ unravel Rab proteins’ role in VEGF secretion by RPE cells and are the basis for future studies to better understand RPE molecular secretory machinery.

Cellular reprogramming strategies for degenerative disorders involving the retinal pigment epithelium

RESUMO: A reprogramação celular permite que uma célula somática seja reprogramada para outra célula diferente através da expressão forçada de factores de transcrição (FTs) específicos de determinada linhagem celular, e constitui uma área de investigação emergente nos últimos anos. As células somáticas podem ser experimentalmente manipuladas de modo a obter células estaminais pluripotentes induzidas (CEPi), ou convertidas directamente noutro tipo de célula somática. Estas descobertas inovadoras oferecem oportunidades promissoras para o desenvolvimento de novas terapias de substituição celular e modelos de doença, funcionando também como ferramentas valiosas para o estudo dos mecanismos moleculares que estabelecem a identidade celular e regulam os processos de desenvolvimento. Existem várias doenças degenerativas hereditárias e adquiridas da retina que causam deficiência visual devido a uma disfunção no tecido de suporte da retina, o epitélio pigmentar da retina (EPR). Uma destas doenças é a Coroideremia (CHM), uma doença hereditária monogénica ligada ao cromossoma X causada por mutações que implicam a perda de função duma proteína com funções importantes na regulação do tráfico intracelular. A CHM é caracterizada pela degenerescência progressiva do EPR, assim como dos foto-receptores e da coróide. Resultados experimentais sugerem que o EPR desempenha um papel importante na patogénese da CHM, o que parece indicar uma possível vantagem terapêutica na substituição do EPR nos doentes com CHM. Por outro lado, existe uma lacuna em termos de modelos in vitro de EPR para estudar a CHM, o que pode explicar o ainda desconhecimento dos mecanismos moleculares que explicam a patogénese desta doença. Assim, este trabalho focou-se principalmente na exploração das potencialidades das técnicas de reprogramação celular no contexto das doenças de degenerescência da retina, em particular no caso da CHM. Células de murganho de estirpe selvagem, bem como células derivadas de um ratinho modelo de knockout condicional de Chm, foram convertidos com sucesso em CEPi recorrendo a um sistema lentiviral induzido que permite a expressão forçada dos 4 factores clássicos de reprogramação, a saber Oct4, Sox2, Klf4 e c-Myc. Estas células mostraram ter equivalência morfológica, molecular e funcional a células estaminais embrionárias (CES). As CEPi obtidas foram seguidamente submetidas a protocolos de diferenciação com o objectivo final de obter células do EPR. Os resultados promissores obtidos revelam a possibilidade de gerar um valioso modelo de EPR-CHM para estudos in vitro. Em alternativa, a conversão directa de linhagens partindo de fibroblastos para obter células do EPR foi também abordada. Uma vasta gama de ferramentas moleculares foi gerada de modo a implementar uma estratégia mediada por FTs-chave, seleccionados devido ao seu papel fundamental no desenvolvimento embrionário e especificação do EPR. Conjuntos de 10 ou menos FTs foram usados para transduzir fibroblastos, que adquiriram morfologia pigmentada e expressão de alguns marcadores específicos do EPR. Adicionalmente, observou-se a activação de regiões promotoras de genes específicos de EPR, indicando que a identidade transcricional das células foi alterada no sentido pretendido. Em conclusão, avanços significativos foram atingidos no sentido da implementação de tecnologias de reprogramação celular já estabelecidas, bem como na concepção de novas estratégias inovadoras. Metodologias de reprogramação, quer para pluripotência, quer via conversão directa, foram aplicadas com o objectivo final de gerar células do EPR. O trabalho aqui descrito abre novos caminhos para o estabelecimento de terapias de substituição celular e, de uma maneira mais directa, levanta a possibilidade de modelar doenças degenerativas da retina com disfunção do EPR numa placa de petri, em particular no caso da CHM.---------------ABSTRACT: Cellular reprogramming is an emerging research field in which a somatic cell is reprogrammed into a different cell type by forcing the expression of lineage-specific transcription factors (TFs). Cellular identities can be manipulated using experimental techniques with the attainment of pluripotency properties and the generation of induced Pluripotent Stem (iPS) cells, or the direct conversion of one somatic cell into another somatic cell type. These pioneering discoveries offer new unprecedented opportunities for the establishment of novel cell-based therapies and disease models, as well as serving as valuable tools for the study of molecular mechanisms governing cell fate establishment and developmental processes. Several retinal degenerative disorders, inherited and acquired, lead to visual impairment due to an underlying dysfunction of the support cells of the retina, the retinal pigment epithelium (RPE). Choroideremia (CHM), an X-linked monogenic disease caused by a loss of function mutation in a key regulator of intracellular trafficking, is characterized by a progressive degeneration of the RPE and other components of the retina, such as the photoreceptors and the choroid. Evidence suggest that RPE plays an important role in CHM pathogenesis, thus implying that regenerative approaches aiming at rescuing RPE function may be of great benefit for CHM patients. Additionally, lack of appropriate in vitro models has contributed to the still poorly-characterized molecular events in the base of CHM degenerative process. Therefore, the main focus of this work was to explore the potential applications of cellular reprogramming technology in the context of RPE-related retinal degenerations. The generation of mouse iPS cells was established and optimized using an inducible lentiviral system to force the expression of the classic set of TFs, namely Oct4, Sox2, Klf4 and c-Myc. Wild-type cells, as well as cells derived from a conditional knockout (KO) mouse model of Chm, were successfully converted into a pluripotent state, that displayed morphology, molecular and functional equivalence to Embryonic Stem (ES) cells. Generated iPS cells were then subjected to differentiation protocols towards the attainment of a RPE cell fate, with promising results highlighting the possibility of generating a valuable Chm-RPE in vitro model. In alternative, direct lineage conversion of fibroblasts into RPE-like cells was also tackled. A TF-mediated approach was implemented after the generation of a panoply of molecular tools needed for such studies. After transduction with pools of 10 or less TFs, selected for their key role on RPE developmental process and specification, fibroblasts acquired a pigmented morphology and expression of some RPE-specific markers. Additionally, promoter regions of RPE-specific genes were activated indicating that the transcriptional identity of the cells was being altered into the pursued cell fate. In conclusion, highly significant progress was made towards the implementation of already established cellular reprogramming technologies, as well as the designing of new innovative ones. Reprogramming into pluripotency and lineage conversion methodologies were applied to ultimately generate RPE cells. These studies open new avenues for the establishment of cell replacement therapies and, more straightforwardly,raise the possibility of modelling retinal degenerations with underlying RPE defects in apetri dish, particularly CHM.

Access of WetAMD and DME patients to treatment in public hospitals

Degeneration (WetAMD) and Diabetic Macular Edema (DME) patients’ access to treatment in public hospitals, by identifying bottlenecks and stress points that prevent timely and adequate care to patients who suffer from a degenerative disease, and consequently for whom the lack of access to treatment can have disastrous consequences. Considering the specificity and degenerative traits of these conditions, the long queues for specialty appointments in public hospitals are a significant threat to patients’ health, as the disease may be misdiagnosed and or progress significantly, causing unnecessary permanent and non-reversible loss in visual acuity. Therefore optimizing the patient journey will increase patients’ access to adequate treatment, and prevent avoidable progress of a degenerative condition which causes permanent and non-reversible blindness. Following the investigation which supports this thesis, the patient journey was broken down into its different phases, so that key issues could be identified, and referred back to the main stress points highlighted during the interviews with physicians and administrators. Finally results were scrutinized and systematized, and a set of action points was proposed, considering what may cause major impact and is actually feasible to implement.

Stem Cell Transplantation for Retinal Degenerations

Within the last few years, several reports have revealed that cell transplantation can be an effective way to replace lost neurons in the central nervous system (CNS) of patients affected with neurodegenerative diseases. Concerning the retina, the concept that newborn photoreceptors can integrate the retina and restore some visual functions was univocally demonstrated recently in the mouse eye (MacLaren et al. 2006) and remains to be achieved in human. These results pave the way to a standard approach in regenerative medicine aiming to replace lost photoreceptors. With the discovery of stem cells a great hope has appeared towards elaborating protocols to generate adequate cells to restore visual function in different retinal degeneration processes. Retinal stem cells (RSCs) are good candidates to repair the retina and are present throughout the retina development, including adulthood. However, neonatal mouse RSCs derived from the radial glia population have a different potential to proliferate and differentiate in comparison to adult RSCs. Moreover, we observed that adult mouse RSCs, depending on the culture conditions, have a marked tendency to transform, whereas neonatal RSCs show subtle chromosome abnormalities only after extensive expansion. These characteristics should help to identify the optimal cell source and culture conditions for cell transplantation studies. These results will be discussed in light of other studies using RSCs as well as embryonic stem cells. Another important factor to consider is the host environment, which plays a crucial role for cell integration and which was poorly studied in the normal and the diseased retina. Nonetheless, important results were recently generated to reconsider cell transplantation strategy. Perspectives to enhance cell integration by manipulating the environment will also be presented.