Lichenicidin biosynthesis and search for novel antibacterial peptides

A estirpe Bacillus licheniformis I89 possui a capacidade de produzir alguns compostos com actividade antibacteriana. No presente estudo, a separação desses compostos foi realizada através da aplicação de vários procedimentos, incluindo extracção em fase sólida e cromatografia liquida de alta pressão. Dois destes compostos bioactivos constituem o lantibiótico de classe II lichenicidina e são caracterizados pela massas molecular de 3250 Da (Bliα) e 3020 Da (Bliβ). O cluster responsável pela biossíntese da lichenicidina foi heterologamente expresso em Escherichia coli, constituindo a primeira descrição da produção de um lantibiótico totalmente in vivo num hospedeiro Gram-negativo. Este sistema foi subsequentemente explorado com o objectivo de relacionar cada proteína codificada no cluster genético da lichenicidina na produção dos péptidos Bliα e Bliβ. O desenvolvimento do sistema de trans complementação possibilitou a produção de variantes destes péptidos. A análise das massas moleculares destas variantes assim como a análise dos padrões de fragmentação obtidos por MS/MS permitiu a revisão de algumas das características estruturais previamente proposta para Bliα e Bliβ. A análise dos genes hipoteticamente envolvidos na protecção da estirpe produtora contra a acção antibiótica da lichenicidina revelou, que em E. coli, a sua ausência não resulta no aumento da susceptibilidade a este composto. Verificou-se também que a presença destes genes não é essencial para a produção de lichenicidina em E. coli. Foi também confirmado experimentalmente que a membrana externa da E. coli constitui uma barreira natural para a entrada dos péptidos na célula. De facto, uma das características intrigantes da produção de lichenicidina por uma bactéria de Gram negativo reside no mecanismo de transporte dos dois péptidos através da membrana externa. Neste estudo foi demonstrado que na ausência da proteína de membrana TolC, a massa molecular de Bliα e Bliβ não foi identificada no sobrenadante de E. coli, demonstrando assim que a sua presença no ambiente extra-celular não se devia a um processo de lise bacteriana. Foi ainda avaliada a capacidade da maquinaria biossintética da lichenicidina para produzir o lantibiótico haloduracina, através do processamento de chimeras lichenicidina-haloduracina, contudo, os resultados foram negativos. Verificou-se ainda que em determinadas condições de incubação, a diferenciação da morfologia original da estirpe B. licheniformis I89 pode ocorrer. Esta dissociação implicou a transição da colónia parental e rugosa para uma colónia de aparência mais simples e suave. Desta forma, as diferenças das duas morfologias em termos de taxa de crescimento, esporulação e actividade antibiótica foram investigadas. Considerando especificamente Bliα e Bliβ verificou-se que a abundância destes péptidos nas culturas do fenótipo fino é geralmente inferior aquela identificada nas culturas do fenótipo parental. Por último, a diversidade de elementos genéticos constituintes de péptido sintetases não ribossomais (NRPS) foi investigada em lagoas no centro de Portugal e em solos provenientes de caves do sul de Portugal, revelando a presença de potenciais novas NRPS nestes ambientes.

Cyclic behaviour of RC elements with plain reinforcing bars

O comportamento cíclico das estruturas de betão armado é fortemente condicionado pelo mecanismo de aderência entre o betão e o aço. O escorregamento relativo entre os dois materiais, resultante da degradação progressiva da aderência em elementos solicitados por ações cíclicas, é uma causa frequente de danos graves e até do colapso de estruturas devido à ocorrência de sismos. Entre as estruturas existentes de betão armado que foram dimensionadas e construídas antes da entrada em vigor dos regulamentos sísmicos atuais, muitas foram construídas com armadura lisa, e portanto, possuem fracas propriedades de aderência. A informação disponível na literatura sobre o comportamento cíclico de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa é reduzida e a influência das propriedades da aderência associadas a este tipo de armadura no comportamento cíclico das estruturas existentes não se encontra ainda devidamente estudada. O objectivo principal desta tese foi estudar a influência do escorregamento na resposta cíclica de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa. Foram realizados ensaios cíclicos em elementos do tipo nó viga-pilar, construídos à escala real, representativos de ligações interiores em edifícios existentes sem pormenorização específica para resistir às ações sísmicas. Para comparação, foi realizado o ensaio de um nó construído com armadura nervurada. Foi ainda realizado o ensaio cíclico de uma viga de betão armado recolhida de uma estrutura antiga. Foram elaborados modelos numéricos não-lineares para simular a resposta dos elementos ensaiados, concentrando especial atenção no mecanismo do escorregamento. Os resultados obtidos no âmbito desta tese contribuem para o avanço do conhecimento sobre o comportamento cíclico de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa. As análises numéricas realizadas comprovam a necessidade de incluir os efeitos do escorregamento na modelação numérica deste tipo de estruturas de forma a representar com rigor a sua resposta às ações cíclicas.

Characterisation of the cyclic behaviour of reinforced concrete elements with plain bars

Sismos recentes comprovam a elevada vulnerabilidade dos edifícios existentes de betão armado. A resposta das estruturas aos sismos é fortemente condicionada pelas características da aderência aço-betão, que exibe degradação das propriedades iniciais quando sujeitas a carregamentos cíclicos e alternados. Este fenómeno é ainda mais gravoso para elementos com armadura lisa, predominantes na maioria das estruturas construídas até à década de 70 nos países do sul da Europa. A prática corrente de conceção, dimensionamento e pormenorização das estruturas antigas leva a que tenham características de comportamento e níveis de segurança associados não compatíveis com as exigências atuais. Os estudos realizados sobre o comportamento cíclico de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa são ainda insuficientes para a completa caracterização deste tipo de elementos. Esta tese visou a caraterização da relação tensão de aderência versus escorregamento para elementos estruturais com armadura lisa e o estudo da resposta cíclica de pilares e nós viga-pilar de betão armado com armadura lisa. Foram realizados dez séries de ensaios de arrancamento (nove monotónicos e um cíclico) em provetes com varões lisos. Os resultados destes ensaios permitiram propor novas expressões empíricas para a estimativa dos parâmetros usados num modelo disponível na literatura para representação da relação tensão de aderência versus escorregamento. É ainda proposto um novo modelo monotónico para a relação tensão de aderência versus escorregamento que representa melhor a resposta após a resistência máxima de aderência. Uma campanha de ensaios unidirecionais em pilares e nós viga-pilar foi também realizada com o objetivo principal de caracterizar o comportamento cíclico deste tipo de elementos. No total foram realizados oito ensaios em pilares, sete ensaios em nós viga-pilar interiores e seis ensaios em nós viga-pilar exteriores representativos de estruturas antigas de betão armado com armadura lisa. Os resultados experimentais permitiram avaliar a influência do escorregamento e estudar o mecanismo de corte em nós e a evolução dos danos para elementos com armadura lisa. Com base nos resultados experimentais foi proposta uma adaptação na expressão do Eurocódigo 8-3 para o cálculo da capacidade última de rotação de elementos com armadura lisa. Foi também desenvolvido um estudo paramétrico, com diferentes estratégias de modelação não linear, para a simulação da resposta de pilares considerando o escorregamento da armadura lisa. Por último, foi proposto um novo modelo simplificado trilinear para o aço que contempla o efeito do escorregamento da armadura lisa.

Role of insulin and insulin-like peptides in bone formation: identification of bone-specific target genes and regulatory mechanisms, and characterization of the insulin-mimetic effect of vanadium

Tese de Doutoramento em Biologia, Especialidade em Biologia Molecular, Universidade do Algarve, 2008

Molecular determinants of the cellular internalization of crotamine-derived peptides

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

Development of a melanoma therapeutic vaccine candidate by the coencapsulation of melanoma antigen peptides and toll-like receptor ligands as adjuvants into polymeric nanoparticles

Tese de doutoramento, Farmácia (Tecnologia Farmacêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Kyotorphin derived peptides in the relationship between analgesia and alzheimer’s disease

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

Developing Low Fouling Peptides and Zwitterionic Materials for Biomedical Applications

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2015

The effect of melanocortin peptides on Interleukin 1-beta induced chondrocyte cell death and inflammation

ntroduction: Osteoarthritis (OA) is a degenerative joint disease affecting more than 8.5 million people in the UK. Disruption in the catabolic and anabolic balance, with the catabolic cytokine Interleukin 1 beta (IL-1β) being involved in the initiation and progression of OA (1). Melanocortin peptides (α-MSH and D[Trp8]-γ-MSH) exert their anti-inflammatory effects via activation of melanocortin receptors (MC), with both MC1 and MC3 being identified as promising candidates as novel targets for OA (2). This study aims to assess the chondroprotective and anti-inflammatory effects of the pan melanocortin receptor agonist α-MSH and MC3 agonist D[Trp8]-γ-MSH following IL-1β chondrocyte stimulation. Methods: RT-PCR/ Western Blot: Human C-20/A4 chondrocytic cell-line were cultured in 6 well plates (1x106 cells/well) and harvested to determine MC and IL-1β expression by RT-PCR, and Western Blot. Cell-Culture: Cells were cultured in 96 well plates (1x106 cells/well) and stimulated with H2O2 (0.3%), TNF-α (60 pg/ml) or IL-1β (0-5000pg/ml) for 0-72h and cell viability determined. Drug Treatment: In separate experiments cells were pre-treated with 3 μg/ml α-MSH (Sigma-Aldrich Inc. Poole, UK), or D[Trp8]-γ-MSH (Phoenix Pharmaceuticals, Karlsrhue, Germany) (all dissolved in PBS) for 30 minutes prior to IL-1β (5000pg/ml) stimulation for 6-24h. Analysis: Cell viability was determined by using the three cell viability assays; Alamar Blue, MTT and the Neutral Red (NR) assay. Cell-free supernatants were collected and analysed for Interleukin -6 (IL-6) and IL-8 release by ELISA. Data expressed as Mean ± SD of n=4-8 determination in quadruplicate. *p≤ 0.05 vs. control. Results: Both RT-PCR, and Western Blot showed MC1 and MC3 expression on C-20/A4 cells. Cell viability analysis: IL-1β stimulation led to a maximal cell death of 35% at 6h (Alamar Blue), and 40% and 75% with MTT and Neutral Red respectively at 24h compared to control. The three cell viability assays have different cellular uptake pathways, which accounts for the variations observed in cell viability in response to the concentration of IL-1β, and time. Cytokine analysis by ELISA: IL-1β (5000pg/ml) stimulation for 6 and 24h showed maximal IL-6 production 292.3 ±3.8 and 275.5 ±5.0 respectively, and IL-8 production 353.3 ±2.6 and 598.3 ±8.6 respectively. Pre-treatment of cells with α-MSH and D[Trp8]-γ-MSH caused significant reductions in both IL-6 and IL-8 respectively following IL-1β stimulation at 6h. Conclusion: MC1/3 are expressed on C-20/A4 cells, activation by melanocortin peptides led to an inhibition of IL-1β induced cell death and pro-inflammatory cytokine release.

Production and Characterization of the biological activity of peptides obtained via hydrolysis from whey proteins by cardosins

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry, Engineering and Technological Sciences

Atrial natriuretic peptides: reproducibility of renal effects and response of liver blood flow.

To assess the variability of the response to exogenous atrial natriuretic peptide (ANP), it was infused at the rate of 1 microgram/min for 2 h in 6 salt-loaded normal volunteers under controlled conditions on 2 occasions at an interval of 1 week. The effect on solute excretion and the haemodynamic and endocrine actions were highly reproducible. The constant ANP infusion caused a delayed and prolonged excretion of sodium, chloride and calcium, no change in potassium or phosphate excretion or in glomerular filtration rate but a marked decrease in renal plasma flow. Blood pressure, heart rate and the plasma levels of angiotensin II, aldosterone, arginine vasopressin and plasma renin activity were unaltered. The effect of a 2-h infusion of ANP 0.5 microgram/min or its vehicle on apparent hepatic blood flow (HBF) was also studied in 14 normal volunteers by measuring the indocyanine green clearance. A 21% decrease in HBF was observed in subjects who received the ANP infusion (p less than 0.01 vs vehicle). Thus, ANP infused at a dose that did not lower blood pressure decreased both renal and liver blood flow in normotensive volunteers. The renal and endocrine responses to ANP were reproducible over a 1-week interval.

Direct binding of peptides to MHC class I molecules on living cells. Analysis at the single cell level.

To directly assess the binding of exogenous peptides to cell surface-associated MHC class I molecules at the single cell level, we examined the possibility of combining the use of biotinylated peptide derivatives with an immunofluorescence detection system based on flow cytometry. Various biotinylated derivatives of the adenovirus 5 early region 1A peptide 234-243, an antigenic peptide recognized by CTL in the context of H-2Db, were first screened in functional assays for their ability to bind efficiently to Db molecules on living cells. Suitable peptide derivatives were then tested for their ability to generate positive fluorescence signals upon addition of phycoerythrin-labeled streptavidin to peptide derivative-bearing cells. Strong fluorescent staining of Db-expressing cells was achieved after incubation with a peptide derivative containing a biotin group at the C-terminus. Competition experiments using the unmodified parental peptide as well as unrelated peptides known to bind to Kd, Kb, or Db, respectively, established that binding of the biotinylated peptide to living cells was Db-specific. By using Con A blasts derived from different H-2 congenic mouse strains, it could be shown that the biotinylated peptide bound only to Db among > 20 class I alleles tested. Moreover, binding of the biotinylated peptide to cells expressing the Dbm13 and Dbm14 mutant molecules was drastically reduced compared to Db. Binding of the biotinylated peptide to freshly isolated Db+ cells was readily detectable, allowing direct assessment of the relative amount of peptide bound to distinct lymphocyte subpopulations by three-color flow cytometry. While minor differences between peripheral T and B cells could be documented, thymocytes were found to differ widely in their peptide binding activity. In all cases, these differences correlated positively with the differential expression of Db at the cell surface. Finally, kinetic studies at different temperatures strongly suggested that the biotinylated peptide first associated with Db molecules available constitutively at the cell surface and then with newly arrived Db molecules.

Zero-sum problems in finite cyclic groups

The purpose of this thesis is to investigate some open problems in the area of combinatorial number theory referred to as zero-sum theory. A zero-sequence in a finite cyclic group G is said to have the basic property if it is equivalent under group automorphism to one which has sum precisely IGI when this sum is viewed as an integer. This thesis investigates two major problems, the first of which is referred to as the basic pair problem. This problem seeks to determine conditions for which every zero-sequence of a given length in a finite abelian group has the basic property. We resolve an open problem regarding basic pairs in cyclic groups by demonstrating that every sequence of length four in Zp has the basic property, and we conjecture on the complete solution of this problem. The second problem is a 1988 conjecture of Kleitman and Lemke, part of which claims that every sequence of length n in Zn has a subsequence with the basic property. If one considers the special case where n is an odd integer we believe this conjecture to hold true. We verify this is the case for all prime integers less than 40, and all odd integers less than 26. In addition, we resolve the Kleitman-Lemke conjecture for general n in the negative. That is, we demonstrate a sequence in any finite abelian group isomorphic to Z2p (for p ~ 11 a prime) containing no subsequence with the basic property. These results, as well as the results found along the way, contribute to many other problems in zero-sum theory.

Functional characterization on invertebrate and vertebrate tissues of tachykinin peptides from octopus venoms

It has been previously shown that octopus venoms contain novel tachykinin peptides that despite being isolated from an invertebrate, contain the motifs characteristic of vertebrate tachykinin peptides rather than being more like conventional invertebrate tachykinin peptides. Therefore, in this study we examined the effect of three variants of octopus venom tachykinin peptides on invertebrate and vertebrate tissues. While there were differential potencies between the three peptides, their relative effects were uniquely consistent between invertebrate and vertebrae tissue assays. The most potent form (OCT-TK-III) was not only the most anionically charged but also was the most structurally stable. These results not only reveal that the interaction of tachykinin peptides is more complex than previous structure–function theories envisioned, but also reinforce the fundamental premise that animal venoms are rich resources of novel bioactive molecules, which are useful investigational ligands and some of which may be useful as lead compounds for drug design and development.