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.

Peptidoglycan assembly machines: The Staphylococcus aureus Penicillin-Binding Proteins

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Influence of canine brain decomposition on laboratory diagnosis of rabies

Canine brains infected with rabies virus were submitted to decomposition by being left at room temperature of 25 to 29oC for up to 168h. At 24h intervals, brain fragments were analyzed by immunofluorescence (IF) and by the mouse intracerebral inoculation (MI) test to confirm the diagnosis of rabies and to measure the putrefaction effect on the accuracy of the diagnosis. Forty eight h after the beginning of the experiment, the MI test showed signs of impairment with four negative results, while after 72h, 100% of the results were negative to the MI test and only one result was negative to the IF test, indicating that the threshold period for accurate diagnosis is 24 to 48h before putrefaction. The authors recommend the shipment of suspected cases of rabies to the laboratory for confirmation, but the use of putrid materials for diagnosis is meaningless because of false-negative results.

Validação e aplicação clínica de uma escala de cognição social na esquizofrenia = Validation and clinical use of a measure of social cognition in schizophrenia

RESUMO: A cognição social encontra-se frequentemente alterada na esquizofrenia. Esta alteração relaciona-se com a diminuição do funcionamento social,caracterizando-se quer por défices quer por vieses cognitivos sociais. No entanto, existem poucos instrumentos fiáveis e válidos para avaliar a cognição social na esquizofrenia, nomeadamente capazes de medir os vieses cognitivos sociais e a cognição social auto-relevante. Adicionalmente, as bases biológicas da disfunção social não estão totalmente esclarecidas. Evidências recentes sugerem que o peptídeo oxitocina (OXT) influencia o funcionamento social, e que esta relação poderá ser mediada pela cognição social. Este Trabalho de Projecto descreve a contribuição do autor para o desenvolvimento e avaliação psicométrica inicial de um novo instrumento de avaliação da cognição social, e a utilidade desta escala na investigação das associações entre a OXT e a capacidade e vieses cognitivos sociais. A Waiting Room Task (WRT), uma escala constituída por 26 vídeos sequenciais que simulam a experiência de observar outra pessoa numa sala de espera, foi administrada num estudo transversal com 61 doentes com esquizofrenia e 20 controlos saudáveis. Observou-se uma menor capacidade cognitiva social e um aumento dos vieses cognitivos sociais nos doentes com esquizofrenia, comparativamente aos controlos. Nos controlos e doentes com delírios, o desempenho na WRT correlacionou-se significativamente com os níveis de OXT. Esta correlação não se observou nos doentes sem delírios, sugerindo que o papel da OXT na cognição social poderá encontrar-se atenuado neste grupo. Estes achados fornecem suporte inicial para a adequação da WRT como instrumento de avaliação da cognição social na esquizofrenia, podendo ainda ser útil na investigação da sua base biológica. ------------ ABSTRACT: Social cognition is often impaired in schizophrenia. This impairment is related to poor social functioning and is characterized by both social cognitive deficits and biases. However, there are few reliable and valid measures of social cognition in schizophrenia, particularly measures of social cognitive bias and of self-relevant social cognition. Also, the biological bases of social dysfunction are not well understood. Emerging evidence suggests that the peptide oxytocin (OXT) influences social functioning, and that this relationship may be mediated by social cognition. This Research Project describes the author’s contribution to the development and initial psychometric testing of a new measure of social cognition, and the utility of this instrument to examine associations between OXT and social cognitive capacity and bias. The Waiting Room Task WRT), a video-based test comprising 26 sequential videos simulating the experience of facing another person in a waiting room, was administered in a cross-sectional study involving 61 patients with schizophrenia and 20 healthy controls. Social cognitive capacity was lower and social cognitive bias was increased in patients with schizophrenia compared with controls. Among controls and patients with delusions, performance on the WRT was significantly correlated with OXT level. This correlation was not found in patients without delusions suggesting that OXT’s role in social cognition may be blunted in this group. These findings provide initial support for the adequacy of the WRT as a measure for assessing social cognition in schizophrenia that may also be useful in understanding its biological underpinnings.

New evidence of spontaneous cure in human Chagas' disease

A new case of spontaneous cure of human Chagas' disease is described in Uruguay. An 87-year-old man who had a typical acute phase of Trypanosoma cruzi infection in 1947 and never received specific treatment against the disease, when examined in 1998 revealed several completely negative parasitological and serological tests, including traditional serology, PCR and flow cytometry. As a whole, such findings fulfill the current criteria to define the cure of Chagas' disease. Clinical data suggest the possibility of a benign evolution of Chagas' disease in this case, but the basic findings (slight cardiac and esophageal impairment) could also be due to the advanced age of the patient.

Exploring motor neuron degeneration in ALS - prevention by glycoursodeoxycholic acid and signaling to microglia

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Undrestanding postoperative cognitive dysfunction: novel insights

ABSTRACT: Background: Sleep is integral to biological function and sleep disruption can result in both physiological and psychological dysfunction. The acute cognitive consequences of sleep loss has been an active field of recent investigation, evidence suggests that sleep disruption in critically ill older adults can result in acute decrements in cognitive functioning. Surgery activates the innate immune system, inducing neuroinflammatory changes that interfere with cognition. The fact that patients with sleep disorders have an increased likelihood of exhibiting postoperative delirium encourages us to investigate the contribution of perioperative SF to the neuroinflammatory and cognitive responses of surgery. Methods: The effects of 24h sleep fragmentation (SF) and surgery were explored on adult C57BL/6J male mice. SF procedure started at 7 am with the home-cages being placed on a large platform orbital shaker cycled every 120 seconds (30 sec on/90 sec off). This procedure lasted for 24h. Stabilized tibia fracture was performed either before or after the 24h SF procedure. Separate cohorts of mice were tested for systemic and hippocampal inflammation and cognition. Results: Twenty-four hours of SF induced non-hippocampal memory dysfunction and increase in systemic IL-6. SF and surgery caused hippocampal-dependent memory impairment, although memory impairment was not exacerbated by combining SF with surgery. One day after either SF or surgery there was a significant increase in IL6 mRNA and TNF-alpha mRNA. These increments were more pronounced when either pre or post operative SF was combined with surgery. Conclusions: We show that while SF and surgery can independently produce significant memory impairment, perioperative SF significantly increased hippocampal inflammation without further cognitive impairment. The dissociation between neuroinflammation and cognitive decline may relate to our use of a sole memory paradigm that does not capture other aspects of cognition, especially learning.

Acute Chagas disease outbreak associated with oral transmission

Seven individuals living in a town in the Southwest of Bahia developed sudden signs of cardiac and systemic impairment, with lethality of 28.6%. Serological tests were positive at least in one test in the five patients examined. Forty percent of the Triatoma sordida mynphs found inside or around Trypanosoma cruzi were found by blood culturig in there out five cases the homes of these cases were positive for Trypanosoma cruzi. Transmission probably occurred through consumption of water contaminated with triatomine feces. These findings emphasize the necessity to evaluation the importance of vectors like Triatoma sordida in maintaining the endemicity of this disease.

Exploring deregulated signals involved in motor neuron-microglia cross-talk in ALS

Part of the results discussed in this thesis was presented in the following meetings: Cunha MI, Cunha C, Vaz AR, Brites D. Studying microglial-motoneuron cross-talk in ALS pathology. 6th iMed.UL Postgraduate Students Meeting, Lisbon, July 2, 2014. [Abstract and Poster] Vaz AR. Motoneuron degeneration and glial reactivity in ALS: insights from cellular to animal models. Neuroscience Seminars at IMM 2012, Instituto de Medicina Molecular, Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugal, June 9, 2014. [Oral Communication (by invitation)]

Neuropatia Incapacidade e Aspectos Ortopédicos da Lepra na Guiné - Bissau

A lepra resulta da infecção por M. leprae. Manifesta-se fundamentalmente por lesões cutâneas e dos nervos periféricos podendo, no entanto, atingir outros órgãos e sistemas. A neuropatia periférica a nível dos membros, com consequente disfunção sensitiva e motora, pode culminar em lesões deformantes e gravemente incapacitantes. A terapêutica médica e cirúrgica, bem como a reabilitação têm um lugar importante na prevenção e no tratamento destas lesões. Este foi um estudo de carácter observacional, transversal e analítico, com o objectivo de caracterizar uma população de doentes com lepra no que se refere às sequelas do foro neuro-músculo-esquelético. Pretendeu-se avaliar o seu impacto em termos de incapacidade, de forma a determinar as necessidades no que respeita a intervenções preventivas e terapêuticas. A população estudada incluía dois grupos de doentes com diagnóstico de lepra – novos doentes (ND) e antigos doentes (AD) – internados ou seguidos em ambulatório no Hospital de Cumura, onde confluem todos os casos de lepra reportados na Guiné-Bissau. Para a colheita de dados foi realizada a consulta de registos clínicos do hospital, bem como a avaliação de doentes segundo um protocolo elaborado para o efeito. Para a classificação da incapacidade foi usado o Maximum Impairment Grade da OMS e o Eye Foot and Hand Score. A amostra consistiu em 82 doentes (54 ND e 28 AD). No grupo ND obteve-se 9,3% de indivíduos com idade inferior a 15 anos, 63,0% de indivíduos com doença do tipo multibacilar (MB) e 29,6% de indivíduos com incapacidade grau 2. Neste grupo os indivíduos paucibacilares (PB) apresentavam 10,0% de incapacidade grau 2 e os MB 41,2%. No grupo dos AD a incapacidade grau 2 ocorreu em 80,0% dos casos. Os troncos nervosos mais frequentemente envolvidos foram, por ordem decrescente de frequência: 1) nos ND, o tibial posterior, o mediano, o cubital, o ciático popliteu externo e o radial; 2) nos AD, o tibial posterior, o cubital, o mediano, o ciático popliteu externo e o radial. Os troncos nervosos que mais se associaram a lesões/deformidades foram nos ND e AD: o tibial posterior, cubital e mediano. As lesões dos membros mais frequentes foram: 1) nos ND, feridas e úlceras das mãos e dos pés, mutilação de dedos das mãos; 2) nos AD, mutilação das mãos e pés e mão em garra. O pé pendente/equino ocorreu apenas nos AD. Após o diagnóstico a maioria dos AD foram abandonados pela família ou amigos e encontravam-se dependentes nas actividades domésticas. Globalmente, 78% não retomou a sua actividade profissional (na maior parte das vezes ligada ao trabalho rural) ou mudou de ocupação. Os resultados obtidos sugerem que uma proporção importante de indivíduos está a ser diagnosticada tardiamente, o que pode corresponder a um maior número de casos detectados activamente em zonas antes não abrangidas pelas actividades de controlo da lepra. A maioria dos novos casos detectados eram MB, que correspondiam aos que apresentavam maior incapacidade. Os troncos nervosos mais atingidos foram os descritos na literatura, resultando nas lesões habituais. Estas são abordadas correctamente se passíveis de tratamento conservador, contudo parece escassear o recurso a soluções cirúrgicas. Estas lesões estiveram associadas a impacto negativo na qualidade de vida e integração social destes doentes. O estudo sugere que a detecção precoce da lepra e das lesões incapacitantes a ela associadas podem ser optimizadas no hospital de Cumura. Existe lugar para o tratamento cirúrgico que pode alterar a história natural da doença e suas consequências físicas, familiares e sociais.

Unraveling intrinsic mechanisms of Nerve Regeneration

Unlike injury to the peripheral nervous system (PNS), where injured neurons can trigger a regenerative program that leads to axonal elongation and in some cases proper reinnervation, after injury to the central nervous system (CNS) neurons fail to produce the same response. The regenerative program includes the activation of several injury signals that will lead to the expression of genes associated with axonal regeneration. As a consequence, the spawned somatic response will ensure the supply of molecular components required for axonal elongation. The capacity of some neurons to trigger a regenerative response has led to investigate the mechanisms underlying neuronal regeneration. Thus, non-regenerative models (like injury to the CNS) and regenerative models (such as injury to the PNS) were used to understand the differences underlying those two responses to injury. To do so, the regenerative properties of dorsal root ganglion (DRG) neurons were addressed. This particular type of neurons possesses two branches, a central axon, that has a limited capacity to regenerate; and a peripheral axon, where regeneration can occur over long distances. In the first paradigm used to understand the neuronal regeneration mechanisms, we evaluated the activation of injury signals in a non-regenerative model. Injury signals include the positive injury signals, which are described as being enhancers of axonal regeneration by activating several transcription factors. The currently known positive injury signals are ERK, JNK and STAT3. To evaluate whether the lack of regeneration following injury to the central branch of DRG neurons was due to inactivation of these signals, activation of the transcription factors pELK-1, p-c-jun (downstream targets of ERK and JNK, respectively) and pSTAT3 were examined. Results have shown no impairment in the activation of these signals. As a consequence, we further proceed with evaluation of other candidates that could participate in axonal regeneration failure. By comparing the protein profiles that were triggered following either injury to the central branch of DRG neurons or injury to their peripheral branch, we were able to identify high levels of GSK3-β, ROCKII and HSP-40 after injury to the central branch of DRG neurons. While in vitro knockdown of HSP-40 in DRG neurons showed to be toxic for the cells, evaluation of pCRMP2 (a GSK3-β downstream target) and pMLC (a ROCKII downstream target), which are known to impair axonal regeneration, revealed high levels of both proteins following injury to the central branch when comparing with injury to their peripheral one. Altogether, these results suggest that activation of positive injury signals is not sufficient to elicit axonal regeneration; HSP-40 is likely to participate in the cell survival program; whereas GSK3-β and ROCKII activity may condition the regenerative capacity following injury to the nervous system.(...)

Fatores de risco de queda em idosos institucionalizados

RESUMO: A ocorrência de queda no idoso constitui uma preocupação no que se refere à morbilidade e mortalidade, sendo um fator a ter em conta no atual envelhecimento populacional. Torna-se assim perentório analisar quais os fatores de risco de forma a intervir de forma preventiva. Objetivo: Este estudo pretendeu identificar os fatores de risco associados à ocorrência de queda em idosos institucionalizados na Mansão de Santa Maria de Marvila, em Lisboa. Método: O estudo realizado foi observacional, longitudinal, prospetivo e analítico. Os idosos foram avaliados num momento inicial no que respeita aos fatores de risco descritos na literatura e posteriormente foi observada a ocorrência ou ausência de queda durante seis meses consecutivos. Resultados: Dos 45 idosos, 20 sofreram ocorrência de queda e destes 13 sofreram quedas múltiplas. Dos fatores de risco analisados, encontrou-se associação entre a ocorrência de queda e o historial de queda, o medo de cair, o défice cognitivo e o défice funcional e o desempenho na marcha. Conclusão: O número de quedas ocorridas foi elevado, destacando-se a ocorrência frequente de quedas múltiplas por residente. Concluiu-se que os fatores de risco de queda nesta população são múltiplos, sendo que os recursos das instituições devem ser orientados para os mesmos de forma a prevenir a queda.------------ABSTRACT:The occurrence of falls in the elderly is a concern regarding morbidity and mortality, being a factor to be taken into account in the current population aging. It thus becomes urgent to analyze which are the risk factors in order to intervene preventively. Objective: This study aimed to identify risk factors associated with the occurrence of falls in institutionalized elderly at Mansão Santa Maria de Marvila in Lisbon. Method: The study was observational, longitudinal, prospective and analytical. Risk factors described in the literature were evaluated in an initial phase and subsequently the occurrence or absence of falling was observed for six consecutive months.Results: Of the 45 subjects, 20 had sustained occurrence of falls and of these 13 had suffered multiple falls. Of the risk factors examined, there was an association between the occurrence of fall and a history of falling, fear of falling, cognitive impairment and functional impairment and gait performance. Conclusion: The number of falls occurred was high, especially the frequent occurrence of multiple falls per resident. It was concluded that the risk factors of falls in this population are multiple, and the resources of the institutions should be directed to them to prevent the falls.

Caracterização dos beneficiários do Programa De volta para casa de Belo Horizonte/MG/Brasil quanto à autonomia e comportamento social

RESUMO: INTRODUÇÃO E OBJETIVOS: Trata-se de estudo transversal descritivo, em etapa única, cujo objetivo foi traçar o perfil dos beneficiários do Programa De volta para casa (PVC), munícipes de Belo Horizonte / Minas Gerais / Brasil, quanto ás habilidades de vida independente (autonomia) e comportamento social. MÉTODO: O universo inicial de beneficiários era de 210, em julho de 2013, data de aprovação do protocolo. Por questões operacionais, o público-alvo considerado e estudado foi de 121 beneficiários. Foram utilizados como instrumentos as escalas Independent Living Skills Survey (ILSS) e Social Behavior Scale (SBS). Foi feita a análise estatística dos dados e os resultados foram analisados à luz do paradigma emergente de produção social da saúde. RESULTADOS: Considerando o total válido estudado de 121 beneficiários, os resultados revelaram que 82,4% apresentam diagnóstico de esquizofrenia e 62% eram do sexo masculino. Apresentaram média de idade de 57,9 anos e tempo médio de internação psiquiátrica antes de inserção no programa de 30,9 anos. Quanto à autonomia, os resultados da ILSS revelaram uma média global de 1,6 sendo que os melhores índices foram alcançados nos subitens Cuidados pessoais (2,69), Alimentação (2,53), Saúde (2,07) e os piores índices foram encontrados nos subitens Emprego (0,47), Lazer (0,86) e Preparo e armazenamento de alimentos (0,98). Quanto aos problemas no comportamento social, os resultados da SBS revelaram uma média global de 0,69 sendo que as áreas de maiores dificuldade foram: Rir ou falar sozinho (40,5%), Incoerência da fala (29%), Auto-cuidado precário e Pouca atividade (ambas com 25,6% cada). As áreas de menores dificuldades, ainda quanto à SBS, foram: Idéias suicidas 92,4%), Comportamento sexual inapropriado (7,4%) e Depressão (9,9%). CONCLUSÃO: Concluiu-se que o perfil dos beneficiários do PVC, quanto à autonomia e aos problemas de comportamento social, aponta para médias relativamente baixas. O desafio para o enfrentamento desta questão deverá considerar estratégias múltiplas de ação à luz do paradigma emergente de saúde e da reabilitação psicossocial que priorize o empoderamento e protagonismo do beneficiário. É necessário o desenvolvimento de outros estudos que ampliem o evidenciamento desta clientela no que tange às suas reais necessidades e potencialidades para que se possa efetivar o ajuste necessário para a legitimação do programa enquanto ação efetivo-eficaz de promoção de saúde.-------------ABSTRACT: descriptive cross-sectional study in a single stage was conducted to investigate independent living skills and social behavior profile of beneficiaries of Programa De Volta para casa (PVC) who live in Belo Horizonte/Minas Gerais/Brazil. METHODS: The target population included a total of 210 individuals in july 2013, when the study was approved by the ethics committees. Because of operational reasons only 121 individuals were evaluated. Data were collected using the Independent Living Skills Survey (ILSS) and the Social Behavior Scale (SBS). Statistical results were analyzed considering as a reference framework both the emerging paradigm of social health production. RESULTS: Considering a sample of 121 individuals, results revealed that 82.4% were diagnosed with schizophrenia, and 62% were male. The mean age was 57.9 years and the mean stay in the psychiatric hospital prior to PVC was 30.9 years. Independent living skills measured by ILSS revealed a global mean of 1.6, and the best scores were in the following subscales: personal care (2.69), feeding (2.53) and health (2.07). On the other hand, the worst scores were in the following subscales: employment (0.47), leisure (0.86) and food preparation (0.98). Impairment of social functioning measured by SBS revealed a global mean of 0.69, and the best scores were in the following subscales: laughing and talking by itself (40.5%), conversation: incoherence (29%), appearance and personal hygiene (25.6%), and idleness (25.6%). The worst scores were in the following subscales: suicidal ideations (92.4%), improper sexual behavior (7.4%), and depression (9.9%). CONCLUSION: It was concluded that the profile of PVC beneficiaries, regarding their autonomy and their problems of social behavior, points to a relatively low average. The challenge of facing this issue should consider multiple strategies of intervention that prioritizes the empowerment and leadership of the beneficiaries, based on the emerging paradigm of health and psychosocial rehabilitation as a reference framework. The development of other studies that expand the evidencing of this target population with respect to their real needs and capabilities in order to carry out the necessary adjustments for the legitimacy of the program as effective health promotion action is required.

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.

Evaluation of the effect of hearing aids using electroencephalographic analysis

based on the report for the Doctoral Conference of the PhD programme in Technology Assessment, held at FCT-UNL Campus, Monte de Caparica, July 2013. The PhD thesis has the supervision of Dr. Salomé Almeida (Central Hospital of Lisbon), and co-supervision of Prof. Manuel Ortigueira (FCT-UNL).