Metabonomics of human amniotic fluid for prenatal diagnostics

O trabalho apresentado nesta tese teve como principais objectivos contribuir para o conhecimento da composição do líquido amniótico humano (LA), colhido no 2º trimestre de gravidez, assim como investigar possíveis alterações na sua composição devido à ocorrência de patologias pré-natais, recorrendo à metabonómica e procurando, assim, definir novos biomarcadores de doenças da grávida e do feto. Após uma introdução descrevendo o estado da arte relacionado com este trabalho (Capítulo 1) e os princípios das metodologias analíticas usadas (Capítulo 2), seguida de uma descrição dos aspectos experimentais associados a esta tese (Capítulo 3), apresentam-se os resultados da caracterização da composição química do LA (gravidez saudável) por espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN), assim como da monitorização da sua estabilidade durante o armazenamento e após ciclos de congelamento-descongelamento (Capítulo 4). Amostras de LA armazenadas a -20°C registaram alterações significativas, tornando-se estas menos pronunciadas (mas ainda mensuráveis) a -70°C, temperatura recomendada para o armazenamento de LA. Foram também observadas alterações de composição após 1-2 ciclos de congelamento-descongelamento (a ter em conta aquando da reutilização de amostras), assim como à temperatura ambiente (indicando um período máximo de 4h para a manipulação e análise de LA). A aquisição de espectros de RMN de 1H de alta resolução e RMN acoplado (LC-NMR/MS) permitiu a detecção de 75 compostos no LA do 2º trimestre, 6 dos quais detectados pela primeira vez no LA. Experiências de difusão (DOSY) permitiram ainda a caracterização das velocidades de difusão e massas moleculares médias das proteínas mais abundantes. O Capítulo 5 descreve o estudo dos efeitos de malformações fetais (FM) e de cromossomopatias (CD) na composição do LA do 2º trimestre de gravidez. A extensão deste trabalho ao estudo dos efeitos de patologias no LA que ocorrem no 3º trimestre de gravidez é descrita no Capítulo 6, nomeadamente no que se refere ao parto pré-termo (PTD), pré-eclampsia (PE), restrição do crescimento intra-uterino (IUGR), ruptura prematura de membranas (PROM) e diabetes mellitus gestacional (GDM). Como complemento a estes estudos, realizou-se uma análise preliminar da urina materna do 2º trimestre para o estudo de FM e GDM, descrita no Capítulo 7. Para interpretação dos dados analíticos, obtidos por espectroscopia RMN de 1H, cromatografia líquida de ultra eficiência acoplada a espectrometria de massa (UPLC-MS) e espectroscopia do infravermelho médio (MIR), recorreu-se à análise discriminante pelos métodos dos mínimos quadrados parciais e o método dos mínimos quadrados parciais ortogonal (PLS-DA e OPLS-DA) e à correlação espectral. Após análise por validação cruzada de Monte-Carlo (MCCV), os modelos PLS-DA de LA permitiram distinguir as FM dos controlos (sensibilidades 69-85%, especificidades 80-95%, taxas de classificação 80-90%), revelando variações metabólicas ao nível do metabolismo energético, dos metabolismos dos aminoácidos e glícidos assim como possíveis alterações ao nível do funcionamento renal. Observou-se também um grande impacto das FM no perfil metabólico da urina materna (medido por UPLC-MS), tendo no entanto sido registados modelos PLS-DA com menor sensibilidade (40-60%), provavelmente devido ao baixo número de amostras e maior variabilidade da composição da urina (relativamente ao LA). Foram sugeridos possíveis marcadores relacionados com a ocorrência de FM, incluindo lactato, glucose, leucina, valina, glutamina, glutamato, glicoproteínas e conjugados de ácido glucurónico e/ou sulfato e compostos endógenos e/ou exógenos (<1 M) (os últimos visíveis apenas na urina). No LA foram também observadas variações metabólicas devido à ocorrência de vários tipos de cromossomopatias (CD), mas de menor magnitude. Os perfis metabólicos de LA associado a pré- PTD produziram modelos que, apesar do baixo poder de previsão, sugeriram alterações precoces no funcionamento da unidade fetoplacentária, hiperglicémia e stress oxidativo. Os modelos obtidos para os grupos pré- IUGR pré- PE, pré- PROM e pré-diagnóstico GDM (LA e urina materna) registaram baixo poder de previsão, indicando o pouco impacto destas condições na composição do LA e/ou urina do 2º trimestre. Os resultados obtidos demonstram as potencialidades da análise dos perfis metabólicos do LA (e, embora com base em menos estudos, da urina materna) do 2º trimestre para o desenvolvimento de novos e complementares métodos de diagnóstico, nomeadamente para FM e PTD.

Salivary proteomics and peptidomics of type 1 diabetes Mellitus

A Diabetes Mellitus (DM) compreende um conjunto de desordens metabólicas comuns caracterizadas por hiperglicemia, que afeta diferentes órgãos do organismo. Ao longo do tempo, ocorrem danos microvasculares no glomérulo renal, retina e nervos periféricos, bem como doença macrovascular nas artérias. A composição da saliva também é afetada pela DM, com consequências na homeostasia oral. No entanto, o proteoma e o peptidoma salivar têm sido pouco explorados na DM tipo 1 e nas suas complicações crónicas. Tendo em conta o crescente interesse na saliva como fluido diagnóstico, o objetivo principal deste trabalho foi avaliar os eventos proteolíticos subjacentes à DM tipo 1 e às suas complicações microvasculares, bem como, caracterizar as alterações induzidas pela DM tipo 1 no proteoma e peptidoma salivar. A DM tipo 1 e particularmente as complicações microvasculares associadas modulam o perfil proteolítico dos fluidos biológicos, com diferenças significativas de atividade observadas na urina e saliva, atribuídas principalmente ao complexo Metaloproteinase da Matriz (MMP)-9/lipocalina associada à gelatinase de neutrófilos, aminopeptidase N, azurocidina e calicreína 1. O aumento da atividade proteolítica observado na saliva total dos diabéticos resultou no aumento da percentagem de péptidos, principalmente de um número acrescido de fragmentos de colagénio do tipo I, refletindo possivelmente um estado inflamatório crónico dos tecidos orais e periodontais. O peptidoma também corrobora uma maior suscetibilidade das proteínas salivares, especificamente, das proteínas ricas em prolina básicas (bPRP) 1, bPRP2 e proteínas ricas em prolina ácidas (aPRP) à proteólise, evidenciando a geração de fragmentos de proteínas associadas à ligação a bactérias. A análise do proteoma salivar baseada em iTRAQ mostrou uma sobre-expressão de L-plastina, fator do adenocarcinoma do pâncreas e das proteínas S100-A8 e S100-A9, enfatizando a importância do sistema imune inato na patogénese da DM tipo 1 e das complicações microvasculares associadas. A análise integrada de todas as proteínas expressas diferencialmente entre os pacientes diabéticos com ou sem complicações microvasculares e indivíduos saudáveis foi realizada com o STRING, onde se observam três conjuntos funcionalmente ligados, um compreende a interação entre o colagénio tipo I, colagénio tipo II e MMP-9, um segundo conjunto envolve a MMP-2 e o colagénio de tipo I e um terceiro conjunto composto por proteínas salivares e inflamatórias. Estes conjuntos estão associados com as vias Kegg de interação recetor-matriz extracelular, de adesão focal e migração transendotelial dos leucócitos. Por outro lado, a análise do proteoma e peptidoma salivar destacou potenciais biomarcadores para o diagnóstico e prognóstico da DM tipo 1 e das suas complicações.

Pregnancy and newborns disorders followed by urine metabolomics

Chapter 1 introduces the scope of the work by identifying the clinically relevant prenatal disorders and presently available diagnostic methods. The methodology followed in this work is presented, along with a brief account of the principles of the analytical and statistical tools employed. A thorough description of the state of the art of metabolomics in prenatal research concludes the chapter, highlighting the merit of this novel strategy to identify robust disease biomarkers. The scarce use of maternal and newborn urine in previous reports enlightens the relevance of this work. Chapter 2 presents a description of all the experimental details involved in the work performed, comprising sampling, sample collection and preparation issues, data acquisition protocols and data analysis procedures. The proton Nuclear Magnetic Resonance (NMR) characterization of maternal urine composition in healthy pregnancies is presented in Chapter 3. The urinary metabolic profile characteristic of each pregnancy trimester was defined and a 21-metabolite signature found descriptive of the metabolic adaptations occurring throughout pregnancy. 8 metabolites were found, for the first time to our knowledge, to vary in connection to pregnancy, while known metabolic effects were confirmed. This chapter includes a study of the effects of non-fasting (used in this work) as a possible confounder. Chapter 4 describes the metabolomic study of 2nd trimester maternal urine for the diagnosis of fetal disorders and prediction of later-developing complications. This was achieved by applying a novel variable selection method developed in the context of this work. It was found that fetal malformations (FM) (and, specifically those of the central nervous system, CNS) and chromosomal disorders (CD) (and, specifically, trisomy 21, T21) are accompanied by changes in energy, amino acids, lipids and nucleotides metabolic pathways, with CD causing a further deregulation in sugars metabolism, urea cycle and/or creatinine biosynthesis. Multivariate analysis models´ validation revealed classification rates (CR) of 84% for FM (87%, CNS) and 85% for CD (94%, T21). For later-diagnosed preterm delivery (PTD), preeclampsia (PE) and intrauterine growth restriction (IUGR), it is found that urinary NMR profiles have early predictive value, with CRs ranging from 84% for PTD (11-20 gestational weeks, g.w., prior to diagnosis), 94% for PE (18-24 g.w. pre-diagnosis) and 94% for IUGR (2-22 g.w. pre-diagnosis). This chapter includes results obtained for an ultraperformance liquid chromatography-mass spectrometry (UPLC-MS) study of pre-PTD samples and correlation with NMR data. One possible marker was detected, although its identification was not possible. Chapter 5 relates to the NMR metabolomic study of gestational diabetes mellitus (GDM), establishing a potentially predictive urinary metabolic profile for GDM, 2-21 g.w. prior to diagnosis (CR 83%). Furthermore, the NMR spectrum was shown to carry information on individual phenotypes, able to predict future insulin treatment requirement (CR 94%). Chapter 6 describes results that demonstrate the impact of delivery mode (CR 88%) and gender (CR 76%) on newborn urinary profile. It was also found that newborn prematurity, respiratory depression, large for gestational age growth and malformations induce relevant metabolic perturbations (CR 82-92%), as well as maternal conditions, namely GDM (CR 82%) and maternal psychiatric disorders (CR 91%). Finally, the main conclusions of this thesis are presented in Chapter 7, highlighting the value of maternal or newborn urine metabolomics for pregnancy monitoring and disease prediction, towards the development of new early and non-invasive diagnostic methods.

Novas fontes de antioxidantes e inibidores de enzimas relevantes para o tratamento da diabetes mellitus tipo 2 e doença de Alzheimer

Dissertação de mest., Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2009

Diabetes Mellitus do tipo 2: influência da farmacogenómica na terapêutica oral

Dissertação de mest., Ciências Farmacêuticas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2011

Os conhecimentos e a presença de complicações como determinantes da qualidade de vida da pessoa idosa com diabetes Mellitus tipo 2

Este estudo está centrado na temática de uma patologia crónica associada ao idoso, a diabetes mellitus (DM) tipo 2, onde se pretende descrever de que modo os conhecimentos do diabético podem estar relacionados com a presença de complicações da doença e podem interferir na qualidade de vida (QV) dos idosos com DM tipo 2. Neste sentido, realizou-se um estudo exploratório e descritivo, com a participação de 110 pessoas idosas com DM tipo 2 que frequentavam as Consultas de Enfermagem de DM, na Unidade de Saúde Familiar (USF) Farol em Faro. O instrumento de colheita de dados utilizado é constituído por quatro partes: de caracterização sociodemográfica; de caracterização das complicações inerentes à doença e o seu grau de conhecimentos gerais da mesma; de avaliação dos conhecimentos sobre a DM tipo 2 e por fim um questionário sobre a QV na pessoa com DM tipo 2. Os resultados apontam para uma associação entre as variáveis nível de conhecimentos e presença de complicações e as várias dimensões da QV, confirmando-se a importância que estas variáveis têm na QV. No geral, quando questionados sobre a sua saúde em geral, a maioria dos idosos com DM tipo2 (42,3 %) consideraram-na razoável (n=47). De salientar ainda, que a QV dos idosos diminui com o aumento das complicações inerentes à DM tipo 2, deste modo, a nossa amostra apresenta uma QV alterada em relação ao padrão para Portugal. Ainda se verificou que, quanto maior é o grau de conhecimentos que a pessoa idosa com DM tipo 2 tem sobre a sua doença melhor é a sua QV a nível da componente mental. Concluímos então, que a presença de complicações e os conhecimentos do idoso, acerca da DM tipo 2 devem ser tidos em consideração no desenho de estratégias de educação para a saúde a pessoas portadoras de DM tipo 2, de modo a promovermos um aumento da QV e um envelhecimento activo.

Stress parental e suporte social em mães de crianças com diabetes

Dissertação de Mestrado, Psicologia da Saúde, Faculdade de Ciências Humanas e Sociais, Universidade do Algarve, 2006

Importância da informação no controlo da Diabetes Mellitus: estudo caso numa farmácia comunitária

Dissertação de mestrado, Ciências Farmacêuticas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Um contributo da análise multivariada na educação da diabetes: metodologia CHAID para a criação de perfis de doentes

Dissertação de mestrado, Gestão Empresarial, Faculdade de Economia, Universidade do Algarve, 2014

Regulatory interactions between the metabolic sensors SIRT1 and AMPK in modulating PPARα linked functions, in obesity-dependent type 2 diabetes mellitus

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Ciências Funcionais), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

Pharmacotherapy follow-up of patients with diabetes mellitus in a Primary Health Care Unit

Background: Diabetes mellitus is one of the major causes of chronic morbidity and loss of quality of life, and it seems to be increasing in the coming decades. Overall prevalence of diabetes in Portugal in 2010, according to the latest National Observatory of Diabetes Report, was 12.4%, which corresponds to a total of approximately 991 thousand individuals aged between 20 and 79 years. The level of control of diabetes mellitus, as measured by glycosilated haemoglobin A1c(HbA1c) influences the long-term risk of macrovascular and microvascular complications. Given the frequent association of diabetes with hypertension/dyslipidemia/overweight, managing these risk factors is a crucial part of the diabetes control.

Target identification of situations of improvement through Medication Review in patients type 2 diabetes

Introduction: Prevention, early detection and management of diabetes are fundamental for stopping this present epidemic. Medication review may contribute to the early detection of negative clinical outcomes risk factors associated to the use of medicines. Aims: To use the medication review to identify the situations that may lead to clinical negative outcomes, described as findings, in the process of medicines use in type 2 diabetic patients. To verify if the inclusion criteria list of the Pharmaceutical Society of Australia for medication review allows identifying patients of higher risks of obtaining clinical negative outcomes.

Acute hypoxia improves insulin sensitivity (SI2*) and β cell function in individuals with Type 2 Diabetes

Type 2 diabetes is a multifactorial metabolic disease characterized by defects in β-cells function, insulin sensitivity, glucose effectiveness and endogenous glucose production (1). It is widely accepted that insulin and exercise are potent stimuli for glucose transport (2). Acute exercise is known to promote glucose uptake in skeletal muscle via an intact contraction stimulated mechanism (3), while post-exercise improvements in glucose control are due to insulin-dependant mechanisms (2). Hypoxia is also known to promote glucose uptake in skeletal muscle using the contraction stimulated pathway. This has been shown to occur in vitro via an increase in β-cell function, however data in vivo is lacking. The aim of this study was to examine the effects of acute hypoxia with and without exercise on insulin sensitivity (SI2*), glucose effectiveness (SG2*) and β-cell function in individuals with type 2 diabetes. Following an overnight fast, six type 2 diabetics, afer giving informed written consent, completed 60 min of the following: 1) normoxic rest (Nor Rest); 2) hypoxic rest [Hy Rest; O2 = 14.6 (0.4)%]; 3) normoxic exercise (Nor Ex); 4) hypoxic exercise [Hy Ex; O2 = 14.6 (0.4)%]. Exercise trails were set at 90% of lactate threshold. Each condition was followed by a labelled intravenous glucose tolerance test (IVGTT) to provide estimations of SI2*, SG2* and β-cell function. Values are presented as means (SEM). Two-compartmental minimal model analysis showed SI2* to be higher following Hy Rest when comparisons were made with Nor Rest (P = 0.047). SI2* was also higher following Hy Ex [4.37 (0.48) x10-4 . min-1 (μU/ml)] compared to Nor Ex [3.24 (0.51) x10-4 . min-1 (μU/ml)] (P = 0.048). Acute insulin response to glucose (AIRg) was reduced following Hy Rest vs. Nor Rest (P = 0.014 - Table 1). This study demonstrated that 1) hypoxia has the ability to increase glucose disposal; 2) hypoxic-induced improvements in glucose tolerance in the 4 hr following exposure can be attributed to improvements in peripheral SI2*; 3) resting hypoxic exposure improves β-cell function and 4) exercise and hypoxia have an additive effect on SG2* in type 2 diabetics. These findings suggest a possible use for hypoxia both with and without exercise in the clinical treatment of type 2 diabetes.

Akt/PKB activation and insulin signaling: a novel insulin signaling pathway in the treatment of type 2 diabetes

Type 2 diabetes is a metabolic disease categorized primarily by reduced insulin sensitivity, β-cell dysfunction, and elevated hepatic glucose production. Treatments reducing hyperglycemia and the secondary complications that result from these dysfunctions are being sought after. Two distinct pathways encourage glucose transport activity in skeletal muscle, ie, the contraction-stimulated pathway reliant on Ca2+/5′-monophosphate-activated protein kinase (AMPK)-dependent mechanisms and an insulin-dependent pathway activated via upregulation of serine/threonine protein kinase Akt/PKB. Metformin is an established treatment for type 2 diabetes due to its ability to increase peripheral glucose uptake while reducing hepatic glucose production in an AMPK-dependent manner. Peripheral insulin action is reduced in type 2 diabetics whereas AMPK signaling remains largely intact. This paper firstly reviews AMPK and its role in glucose uptake and then focuses on a novel mechanism known to operate via an insulin-dependent pathway. Inositol hexakisphosphate (IP6) kinase 1 (IP6K1) produces a pyrophosphate group at the position of IP6 to generate a further inositol pyrophosphate, ie, diphosphoinositol pentakisphosphate (IP7). IP7 binds with Akt/PKB at its pleckstrin homology domain, preventing interaction with phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate, and therefore reducing Akt/PKB membrane translocation and insulin-stimulated glucose uptake. Novel evidence suggesting a reduction in IP7 production via IP6K1 inhibition represents an exciting therapeutic avenue in the treatment of insulin resistance. Metformin-induced activation of AMPK is a key current intervention in the management of type 2 diabetes. However, this treatment does not seem to improve peripheral insulin resistance. In light of this evidence, we suggest that inhibition of IP6K1 may increase insulin sensitivity and provide a novel research direction in the treatment of insulin resistance.

Análise do polimorfismo HLA/DR-DQ em Angolanos portadores de Diabetes Mellitus tipo I

A diabetes mellitus do tipo 1 (DM1) é o distúrbio endócrino-metabólico mais frequente em crianças. É uma doença autoimune resultado da destruição selectiva das células beta pancreáticas. A velocidade de destruição das células beta pode ser rápida em algumas pessoas e lenta em outras; esta última é típica de adulto é conhecido como diabetes autoimune latente em adulto (LADA). A sua etiologia envolve factores ambientais e genéticos, dos genes envolvidos a maior contribuição vem da região do genoma onde estão localizados os genes do Complexo Principal de Histocompatibilidade (MHC). A combinação de diferentes alelos do sistema de antigénio leucocitário humano tipo II (HLAII) esta associada a susceptibilidade da doença e as principais molécula envolvidas são a DQ e DR. O estágio pré-clínico da doença se caracteriza pela presença de auto-anticorpos, sendo o anti-GAD o mais sensível nesta patologia. OBJECTIVO: Analizar a frequência dos polimorfismos HLA-DR/DQ em angolanos portadores de diabetes tipo 1, residentes em Luanda. O tipo de estudo adotado foi casocontrolo num universo de voluntários provenientes da consulta externa de hospitais e clínicas locais no período de outubro de 2012 a outubro 2013. A amostra biológica utilizada foi sangue total, tendo sido processada no laboratório LABGENE, da Faculdade de Medicina (FM) da Universidade Agostinho Neto (UNA). Os auto-anticorpos, anti-GAD, foram doseados pelo método de ELISA. O ADN genómico foi extraído à partir de sangue total periférico e tipagem genética foi realizada mediante PCR-SSP.O alelo DQB1*02 (DQ2/DQ2) (p=0,033, OR= 4, IC (1,2-13,3) foi associado a susceptibilidade da DM1; os alelos DQB1*06 (DQ6/DQ6) (p=0,000, OR=0,30, IC (0,17-0,54); *11 (p=0,011, OR=0,14, IC=0,032-0,62); *13 (p=0,006, OR=0,13, IC=0,049-0,588) e *15 (p=0,001, OR=0,044, IC=0,005-0,39) foram associados a proteção. Foi encontrado 29,2% de positividade para o anti-GAD, não houve associação significativa (p=0,69) entre a resposta positiva do anti-GAD e a idade. Não foi encontrada associação significativa (p=0,39) entre o tempo de diagnóstico e resposta humoral. Observou-se associação significativa entre os alelos de risco DQB1*02 (p=0.000) e resposta positiva para anti-GAD; da mesma maneira houve uma associação significativa para os alelos DQB1*06 (p=0,002), DRB1*11 (p=0,048); *13 (p=0,004) e *15 (p=0,021) e a resposta negativa do anti-GAD.Os dados demostram o forte envolvimentos do gene HLA-II (DQ) com a suceptibilidade a DM1 e sugere que a autoimunidade se desenvolve na presença de susceptibilidade genética, quer dizer, em associação com alelos HLA-II específicos.