Interações moleculares no mecanismo de ação da galectina-4 humana

A galectina-4 humana (HGal-4), pertencente à família das galectinas, possui dois domínios de reconhecimento de carboidratos (CRDs) com alta afinidade para β-galactosídeos e se encontra amplamente distribuída em células normais e neoplásicas de diferentes organismos. Suas funções snglobam uma grande variedade de eventos celulares, tais como processos inflamatórios, neoplásicos, progressão tumoral e metástase. Entretanto, muitas perguntas sobre suas interações com diferentes carboidratos, a especificidade destas interações e o papel específico das galectinas permanecem ainda sem resposta. No presente trabalho, propomos a investigação das interações galectina-glicano da galectina-4 humana e de seus domínios CRDs independentes (CRD-I e CRD-II) através de um conjunto de métodos biofísicos. Através do método de dicroísmo circular (CD), usando várias regiões espectrais, e fluorescência fomos capazes de entender mudanças ocorrentes na estrutura secundária e terciária das protéinas quando da interação com lactose/sacarose. Estes dados, juntamente com testes de hemaglutinação, mostraram que a glectina-4 e os CRDs respondem de forma distinta à ligação com açúcar. Por diferentes técnicas (fluorescência, ITC e MST) determinamos as constantes de dissociação para os domínios CRDs (Kd ~0,5 mM) e para HGal-4 e, de forma qualitativa, os valores obtidos indicaram possíveis estados oligoméricos dessas proteínas. A investigação da interação proteína-membrana da HGal-4 foi feita, primeiramente, com miméticos de membranas e monitorada pela técnica de RPE em crescente complexidade de composição de tais miméticos, indo desde composições mais simples, passando por lipid rafts na presença de diferentes glicolipídeos (GM1, LPS) e chegando-se à interação com células tumorais (U87MG, T98G e HT-29). Tais experimentos mostraram que galectina-4 reconhece e se liga naqueles modelos onde existem glicanos complexos na superfície. Investigamos também a participação de HGal-4 endógena e exógena no tratamento quimioterápico de células tumorais e verificamos um papel importante de HGal-4 para células HT-29. Finalizando esta tese, apresentamos o trabalho realizado em um ano de estágio na University of Oxford, durante o qual, investigamos a estrutura da região C-terminal de um receptor da família GPCR, qual seja o receptor de neurotensina NTS1. Aqui, mais uma vez, foi empregada a técnica de RPE que aliada à produção/marcação de mutantes do receptor, permitiu determinar que a hélice H8 se estabiliza quando em proteolipossomos.

Recombinant probiotics for treatment and prevention of enterotoxigenic Escherichia coli diarrhea

Background & Aims: We have developed a therapeutic strategy for gastrointestinal infections that is based on molecular mimicry of host receptors for bacterial toxins on the surface of harmless gut bacteria. The aim of this study was to apply this to the development of a recombinant probiotic for treatment and prevention of diarrheal disease caused by enterotoxigenic Escherichia coli strains that produce heat-labile enterotoxin. Methods: This was achieved by expressing glycosyltransferase genes from Neisseria meningitidis or Campylobacter jejuni in a harmless Escherichia coli strain (CWG:308), resulting in the production of a chimeric lipopolysaccharide capable of binding heat-labile enterotoxin with high avidity. Results: The strongest heat-labile enterotoxin binding was achieved with a construct (CWG308:pLNT) that expresses a mimic of lacto-N-neotetraose, which neutralized ≥ 93.8% of the heat-labile enterotoxin activity in culture lysates of diverse enterotoxigenic Escherichia coli strains of both human and porcine origin. When tested with purified heat-labile enterotoxin, it was capable of adsorbing approximately 5% of its own weight of toxin. Weaker toxin neutralization was achieved with a construct that mimicked the ganglioside GM2. Preabsorption with, or coadministration of, CWG308:pLNT also resulted in significant in vivo protection from heat-labile enterotoxin-induced fluid secretion in rabbit ligated ileal loops. Conclusions: Toxin-binding probiotics such as those described here have considerable potential for prophylaxis and treatment of enterotoxigenic Escherichia coli-induced travelers' diarrhea.

Enhancement of a novel gene therapy approach for Sandhoff disease through complimentary drug therapy

GM2 gangliosidoses is a family of severe, neurodegenerative disorders resulting from a deficiency in the β-hexosaminidase A (Hex A) enzyme. This disorder is typically caused by a mutation to either the HEXA gene, causing Tay Sachs disease, or a mutation to the HEXB gene, causing Sandhoff disease. The HEXA and HEXB genes are required to produce the α and β subunits of the Hex A enzyme respectively. Using a Sandhoff disease (SD) mouse model (Hexb-/-) we tested the potential of a low dose of systemically delivered single stranded adeno-associated virus 9 (ssAAV9) expressing human HEXB and human HEXA cDNA under the control of a single promoter through the use of a bicistronic vector design with a P2A linker to correct the neurological phenotype. Neonatal mice were injected with either this ssAAV9-HexB-P2A-HexA vector (HexB-HexA) or a vehicle solution via the superficial temporal vein. HexB-HexA treatment alone conferred an increase in survival of 56% compared to vehicle-injected controls and biochemical analysis of the brain tissue and serum revealed an increase in HexA activity and a decrease in brain GM2 ganglioside buildup. Additionally, treatments with the non-steroidal anti-inflammatory drug indomethacin (Indo), the histone deactylase inhibitor ITF2357 (ITF) and the pharmacological chaperone pyrimethamine (Pyr) were tested. The anti-inflammatory treatments of Indo and ITF conferred an increase in survival of 12% and 8% respectively while causing no alteration in the HexA activity or GM2 ganglioside buildup. Pyr had no observable effect on disease progression. Lastly HexB-HexA treatment was tested in conjunction with Indo, ITF and Pyr individually. Additive increases in survival and behavioural testing results were observed with Indo and ITF treatments while no additional benefit to HexA activity or GM2 ganglioside levels in the brain tissue was observed. This indicates the two treatments slowed the progression of the disease through a different mechanism than the reduction of the GM2 ganglioside substrate. Pyr treatment was shown to have no effect when combined with HexB-HexA treatment. This study demonstrates the potential amelioration of SD with a novel AAV9 gene therapy approach as well as helped to identify the additive potential of anti-inflammatory treatments in gene therapy of GM2 gangliosidoses.

Identificação dos produtos de oxidação de glicosfingolípidos por espectrometria de massa

O stress oxidativo está associado ao envelhecimento e a inúmeras patologias, nomeadamente a doenças neurodegenerativas e cardiovasculares, e a diversos outros fatores. O stress oxidativo leva à oxidação de importantes biomoléculas como os lípidos e, ao contrário da maior parte dos produtos de oxidação de fosfolípidos e ácidos gordos insaturados (PUFAS), os produtos de oxidação de glicosfingolípidos (GSLs) têm sido escassamente estudados. Os glicosfingolípidos são moléculas muito diversificadas estruturalmente e com importantes funções, essencialmente no sistema nervoso central (SNC) onde estão localizados maioritariamente. Deste modo, alterações na estrutura dos GSLs conduzirão a consequente comprometimento das suas funções e ao possível desenvolvimento de patologias. Assim para identificar as modificações oxidativas que ocorrem em glicosfingolípidos e pressupor consequentes efeitos biológicos nas células sob stress oxidativo, prepararamse sistemas modelo biomiméticos com diferentes GSLs os quais foram expostos a radicais hidroxilo gerados sob condições da reação de Fenton (H2O2 e Fe2+) e as reações foram monitorizadas por diferentes metodologia utilizando a espectrometria de massa. Os resultados obtidos com este estudo permitiram-nos identificar vários produtos de oxidação produzidos durante a oxidação desta classe de lípidos. Os produtos de oxidação observados em comum, em todos os GSLs estudados (C16:0GalCer, C24:1GalCer, C24:1LacCer e GM1) foram as suas correspondentes ceramidas. Estas atuam como agentes pro-apoptóticos e podem in vivo promover a neurodegeneração nas células sob stress oxidativo. Também foi possível observar produtos com inserção de oxigénio junto às duplas ligações ou na cadeia de esfingosina (no caso do GM1) ou na cadeia de ácido gordo monoinsaturada (no caso da C24:1GalCer, C24:1LacCer), corroborando o facto de que ácidos gordos saturados não são susceptíveis à oxidação por radicais. Interessantemente em ambos os GSLs de cadeias glicosiladas compostas com mais de um açúcar (C24:1LacCer e GM1) observou-se a despolimerização oxidativa da porção glicosilada por quebra das correspondentes ligações glicosídicas. Esta degradação leva à formação de GlcCer no caso de oxidação de LacCer ou na formação de outros gangliósidos (GM2, GM3, asialoGM1 e asialoGM2) e glicolípidos (LacCer e GlcCer), no caso de oxidação de GM1. A formação por via radicalar não enzimática destes GSLs leva a distúrbios no perfil lipídico. Previamente, em certas doenças, foram observadas variações na concentração do perfil de gangliósidos e de ceramidas. Estes dados permitem sugerir que em células em condições de stress oxidativo, a acumulação de gangliósidos mais simples e ceramidas poderá ter uma contribuição de produtos da degradação oxidativa dos gangliósidos e GSLs mais complexos. Este trabalho contribui assim para uma melhor compreensão das modificações estruturais que ocorrem em alguns glicosfingolípidos em condições de stress oxidativo. Os produtos de oxidação aqui identificados suportam a sua possível futura deteção em sistemas biológicos.