Design, synthesis and validation of an inhibitor of CGRP degradation

Introduction: In addition to their afferent role in detection and signalling noxious stimuli, neuropeptide-containing sensory nerves may initiate and maintain chronic inflammation in diseases such as periodontitis by an efferent process known as neurogenic inflammation. Neuropeptides are susceptible to cleavage by peptidases, and therefore, the exact location and level of expression of peptidases are major determinants of neuropeptide action. Previous studies in our laboratory showed that enzyme components of gingival crevicular fluid (GCF) from periodontitis sites selectively inactivated the neuropeptide calcitonin gene-related peptide (CGRP), known to have a role in inhibiting osteoclastic bone resorption. Objectives: The aim of this study was to design and synthesise a specific inhibitor to prevent the degradation of CGRP by components of GCF. Methods: A hydroxamate-based inhibitor with a biotinylated tag was designed to ensure selectivity for CGRP and ease of use for future purification strategies. The biotinylated peptide hydroxamate contained the P1-P4 amino acid sequence of the potential CGRP cleavage site and was synthesised by solid-phase methods using standard Fmoc chemistry. Inhibition of CGRP metabolism by GCF was determined by MALDI-mass spectrometry (MALDI-MS) using pooled GCF samples from periodontitis patients as a crude source of the CGRP-degrading enzyme. Results: MALDI-MS analysis of CGRP degradation showed almost complete inhibition in the presence of the biotinylated inhibitor. Our results showed that the rate-limiting step in the cleavage of CGRP is endopeptidase cleavage, followed by carboxypeptidase attack. Conclusion: This study demonstrates that the enzyme component of GCF responsible for the degradation of CGRP can be inhibited by a biotinylated hydroxamate modelled on a potential endopeptidase cleavage site. The biotin tag on the inhibitor will facilitate our future purification of the CGRP-cleavage enzyme using a streptavidin-agarose column.

Functional expression of TRPV4 in human periodontal ligament cells

Background: Periodontal ligament (PDL) cells are exposed to physical forces in vivo in response to mastication, parafunction, speech and orthodontic tooth movement. Although it has been shown that PDL cells perceive and respond directly to mechanical stimulation, the nature of the ion channels that mediate this mechanotransduction remain to be fully elucidated. The transient receptor potential (TRP) superfamily of ion channels is believed to play a critical role in sensory physiology, where they act as transducers for thermal, chemical and mechanical stimuli. Recent studies have shown that members of the vanilloid (TRPV) and ankyrin (TRPA) subfamilies encode mechanosensitive TRPs. The vanilloid family member TRPV4 is one such non selective calcium permeable cationic channel which has been shown to be activated by chemical ligands, hypotonicity, and mechanical stimuli. Objectives: The objective of the current study was to investigate functional expression of TRPV4 in cultured human PDL cells. Methods: Human PDL cells were grown in Dulbecco's Modified Eagle Medium with L-glutamine supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS), 100UI/ml penicillin and 100μg/ml streptomycin. Cells in passage 4-6 were used in all experiments. TRPV4 functional expression was determined using ratiometric calcium imaging. Cultured cells were loaded with intracellular Ca2+ probe fura-2 and cells were then stimulated with the TRPV4 agonists, 4alpha-phorbol 12,13-didecanoate (4alpha-PDD), GSK1016790A or hypotonic solution. The TRPV4 antagonist RN 1734 was used to block the corresponding agonist responses. Results: PDL fibroblasts responded to application of TRPV4 agonists and hypotonic stimuli by an increase in intracellular calcium which was attenuated in the presence of the TRPV4 antagonist. Conclusions: We have shown for the first time the functional expression of the mechanosensitive TRPV4 channel in human PDL cells. The molecular identity and mechanisms of activation of mechanosensitive TRP channels in PDL cells merit further investigation.

Neuropeptide Receptors in the Dental Pulp

Objectives: The inflammatory response to pulpal injury or infection has major clinical significance. The aim of the study is to investigate the presence and regulation of expression of neuropeptide receptors on human pulp fibroblasts and whole pulp tissue. This study will investigate the expression of Substance P (NK-1) and Neuropeptide Y (NPY-Y1) receptors on pulp fibroblasts, determine the effects of Transforming Growth Factor Beta-1 (TGF-b1) and Interleukin 1-Beta (IL-1b) on the expression of NK-1 and NPY-Y1 receptors on pulp fibroblasts and examine the levels of receptor expression in whole pulp samples. Methods: Primary pulp fibroblast cell lines were obtained from patients undergoing extractions for orthodontic reasons. The cells were grown to confluence and stimulated for 5 days with IL-1b or TGF-b1. Pulp tissue fragments were obtained from freshly extracted sound and carious teeth, snap frozen in liquid nitrogen and cracked open using a vice. The monolayer was removed with cell scrapers and pelleted. The cell membranes of the cultured cells and the whole tissue were isolated using a Mem-PER® Eukaryotic Membrane Protein Extraction Reagent Kit (Pierce, UK). The membrane proteins were separated by SDS-PAGE and Western blotting was used to detect the presence of NK-1 and NPY-Y1. Results: Initial results demonstrated the presence of NK-1 and NPY-Y1 in cultured pulp fibroblasts. Following the 5 day incubation with TGF-b1, the cells appeared not to express NK-1. IL-1b had a slight stimulatory effect on NK-1 expression. The NPY-Y1 expression was not affected by either TGF-b1 or IL-1b. In whole pulp samples, levels of NK-1 were increased in carious teeth compared to caries-free teeth. The NPY-Y1 levels were similar in carious and non-carious teeth. Conclusion: These findings give an insight into how pulp cells react to inflammatory stimuli with regards to neuropeptide receptor expression and their roles in health and disease

The duration compression effect is mediated by adaptation of both retinotopic and spatiotopic mechanisms

The duration compression effect is a phenomenon in which prior adaptation to a spatially circumscribed dynamic stimulus results in the duration of subsequent subsecond stimuli presented in the adapted region being underestimated. There is disagreement over the frame of reference within which the duration compression phenomenon occurs. One view holds that the effect is driven by retinotopic-tuned mechanisms located at early stages of visual processing, and an alternate position is that the mechanisms are spatiotopic and occur at later stages of visual processing (MT+). We addressed the retinotopic-spatiotopic question by using adapting stimuli – drifting plaids - that are known to activate global-motion mechanisms in area MT. If spatiotopic mechanisms contribute to the duration compression effect, drifting plaid adaptors should be well suited to revealing them. Following adaptation participants were tasked with estimating the duration of a 600ms random dot stimulus, whose direction was identical to the pattern direction of the adapting plaid, presented at either the same retinotopic or the same spatiotopic location as the adaptor. Our results reveal significant duration compression in both conditions, pointing to the involvement of both retinotopic-tuned and spatiotopic-tuned mechanisms in the duration compression effect.

Perceptual learning of acoustic noise generates memory-evoked potentials

Experience continuously imprints on the brain at all stages of life. The traces it leaves behind can produce perceptual learning [1], which drives adaptive behavior to previously encountered stimuli. Recently, it has been shown that even random noise, a type of sound devoid of acoustic structure, can trigger fast and robust perceptual learning after repeated exposure [2]. Here, by combining psychophysics, electroencephalography (EEG), and modeling, we show that the perceptual learning of noise is associated with evoked potentials, without any salient physical discontinuity or obvious acoustic landmark in the sound. Rather, the potentials appeared whenever a memory trace was observed behaviorally. Such memory-evoked potentials were characterized by early latencies and auditory topographies, consistent with a sensory origin. Furthermore, they were generated even on conditions of diverted attention. The EEG waveforms could be modeled as standard evoked responses to auditory events (N1-P2) [3], triggered by idiosyncratic perceptual features acquired through learning. Thus, we argue that the learning of noise is accompanied by the rapid formation of sharp neural selectivity to arbitrary and complex acoustic patterns, within sensory regions. Such a mechanism bridges the gap between the short-term and longer-term plasticity observed in the learning of noise [2, 4-6]. It could also be key to the processing of natural sounds within auditory cortices [7], suggesting that the neural code for sound source identification will be shaped by experience as well as by acoustics.

Fast response to human voices in autism

Individuals with autism spectrum disorders (ASD) are reported to allocate less spontaneous attention to voices. Here, we investigated how vocal sounds are processed in ASD adults, when those sounds are attended. Participants were asked to react as fast as possible to target stimuli (either voices or strings) while ignoring distracting stimuli. Response times (RTs) were measured. Results showed that, similar to neurotypical (NT) adults, ASD adults were faster to recognize voices compared to strings. Surprisingly, ASD adults had even shorter RTs for voices than the NT adults, suggesting a faster voice recognition process. To investigate the acoustic underpinnings of this effect, we created auditory chimeras that retained only the temporal or the spectral features of voices. For the NT group, no RT advantage was found for the chimeras compared to strings: both sets of features had to be present to observe an RT advantage. However, for the ASD group, shorter RTs were observed for both chimeras. These observations indicate that the previously observed attentional deficit to voices in ASD individuals could be due to a failure to combine acoustic features, even though such features may be well represented at a sensory level.

Does subjective rating reflect behavioural coding? Personality in 2 month-old dog puppies: An open-field test and adjective-based questionnaire

A number of studies have recently investigated personality traits in non-human species, with the dog gaining popularity as a subject species for research in this area. Recent research has shown the consistency of personality traits across both context and time for adult dogs, both when using questionnaire based methods of investigation and behavioural analyses of the dogs' behaviour. However, only a few studies have assessed the correspondence between these two methods, with results varying considerably across studies. Furthermore, most studies have focused on adult dogs, despite the fact that an understanding of personality traits in young puppies may be important for research focusing on the genetic basis of personality traits. In the current study, we sought to evaluate the correspondence between a questionnaire based method and the in depth analyses of the behaviour of 2-month old puppies in an open-field test in which a number of both social and non-social stimuli were presented to the subjects. We further evaluated consistency of traits over time by re-testing a subset of puppies. The correspondence between methods was high and test-retest consistency (for the main trait) was also good using both evaluation methods. Results showed clear factors referring to the two main personality traits 'extroversion,' (i.e. the enthusiastic, exuberant approach to the stimuli) and 'neuroticism,' (i.e. the more cautious and fearful approach to the stimuli), potentially similar to the shyness-boldness dimension found in previous studies. Furthermore, both methods identified an 'amicability' dimension, expressing the positive interactions the pups directed at the humans stranger, and a 'reservedness' dimension which identified pups who largely chose not to interact with the stimuli, and were defined as quiet and not nosey in the questionnaire.

Ecotoxicological tests using Chironomus riparius

Os sistemas aquáticos naturais podem estar sujeitos frequentemente a entrada de tóxicos, quer seja através da lixiviação dos campos agrícolas ou da descarga por parte de unidades industriais. Avaliar o impacto potencial destes contaminantes nos sistemas aquáticos é muito importante, porque pode promover consequências sérias no balanço ecológico dos ecossistemas. Os efeitos de níveis sub-letais destes tóxicos nas populações aquáticas são detectados, em muitos casos, somente após diversas gerações, dependendo da espécie e do contaminante. O comportamento animal é considerado como sendo a primeira linha de defesa perante estímulos ambientais, e pode ser uma representação de alterações fisiológicas no organismo, sendo portanto um indicador excelente de alterações ambientais. O desenvolvimento dos sistemas de aviso prévio que integram parâmetros comportamentais pode ajudar a prever mais rapidamente possíveis alterações ao nível das populações naturais, do que a utilização de testes ecotoxicológicos padrão com a mesma finalidade. O conhecimento acerca de possíveis implicações devido a alterações comportamentais, em organismos bentónicos e em populações do campo sujeitas a tóxicos, é ainda escasso. Sabendo isto, neste estudo pretendeu-se investigar como o comportamento de Chironomus riparius – usando um biomonitor em tempo real – e outros parâmetros tais como crescimento, emergência de adultos, bioacumulação e biomarcadores, são afectados pela exposição a imidacloprid e ao mercúrio, que foram seleccionados como contaminantes. Os resultados demonstraram que a exposição às concentrações sub-letais de imidacloprid afecta o crescimento e o comportamento dos quironomídeos e que estes organismos podem recuperar de uma exposição curta ao insecticida. O comportamento que corresponde à ventilação de C. riparius revelou-se como um parâmetro mais sensível do que a locomoção e do que as respostas bioquímicas, quando as larvas foram sujeitas ao imidacloprid. Larvas de C. riparius expostas a concentrações sub-letais de mercúrio apresentaram uma tendência de diminuição de actividade comportamental, em testes com concentrações crescentes do tóxico; o crescimento das larvas foi também prejudicado, e as taxas de emergência de adultos e o tempo de desenvolvimento apresentaram retardamento. Estes organismos podem bioacumular rapidamente o mercúrio em condições de não alimentação e apresentam uma lenta depuração deste metal. Estes efeitos podem, em último caso, conduzir a prováveis repercussões ao nível da população e das comunidades. As reduções em actividades comportamentais, mesmo em concentrações baixas, podem diminuir a quantidade de tempo gasta na procura de alimento, produzindo efeitos aos níveis morfo-fisiológicos, e assim afectar severamente o desempenho dos quironomídeos no ambiente. O uso destes factores comportamentais como um parâmetro ecotoxicológico sub-letal relevante ao nível da toxicologia aumentará a versatilidade dos testes, permitindo uma resposta comportamental mensurável e quantitativa ao nível do organismo, utilizando uma avaliação não destrutiva, e assim certificando que esta aproximação pode ser usada em testes ecotoxicológicos futuros.

Enhanced ethernet switching technology for adaptive hard real-time applications: Tecnologia de comutação ethernet melhorada para aplicações adaptativas e críticas de tempo-real

Os Sistemas Embarcados Distribuídos (SEDs) estão, hoje em dia, muito difundidos em vastas áreas, desde a automação industrial, a automóveis, aviões, até à distribuição de energia e protecção do meio ambiente. Estes sistemas são, essencialmente, caracterizados pela integração distribuída de aplicações embarcadas, autónomas mas cooperantes, explorando potenciais vantagens em termos de modularidade, facilidade de manutenção, custos de instalação, tolerância a falhas, entre outros. Contudo, o ambiente operacional onde se inserem estes tipos de sistemas pode impor restrições temporais rigorosas, exigindo que o sistema de comunicação subjacente consiga transmitir mensagens com garantias temporais. Contudo, os SEDs apresentam uma crescente complexidade, uma vez que integram subsistemas cada vez mais heterogéneos, quer ao nível do tráfego gerado, quer dos seus requisitos temporais. Em particular, estes subsistemas operam de forma esporádica, isto é, suportam mudanças operacionais de acordo com estímulos exteriores. Estes subsistemas também se reconfiguram dinamicamente de acordo com a actualização dos seus requisitos e, ainda, têm lidar com um número variável de solicitações de outros subsistemas. Assim sendo, o nível de utilização de recursos pode variar e, desta forma, as políticas de alocação estática tornam-se muito ineficientes. Consequentemente, é necessário um sistema de comunicação capaz de suportar com eficácia reconfigurações e adaptações dinâmicas. A tecnologia Ethernet comutada tem vindo a emergir como uma solução sólida para fornecer comunicações de tempo-real no âmbito dos SEDs, como comprovado pelo número de protocolos de tempo-real que foram desenvolvidos na última década. No entanto, nenhum dos protocolos existentes reúne as características necessárias para fornecer uma eficiente utilização da largura de banda e, simultaneamente, para respeitar os requisitos impostos pelos SEDs. Nomeadamente, a capacidade para controlar e policiar tráfego de forma robusta, conjugada com suporte à reconfiguração e adaptação dinâmica, não comprometendo as garantias de tempo-real. Esta dissertação defende a tese de que, pelo melhoramento dos comutadores Ethernet para disponibilizarem mecanismos de reconfiguração e isolamento de tráfego, é possível suportar aplicações de tempo-real críticas, que são adaptáveis ao ambiente onde estão inseridas.Em particular, é mostrado que as técnicas de projecto, baseadas em componentes e apoiadas no escalonamento hierárquico de servidores de tráfego, podem ser integradas nos comutadores Ethernet para alcançar as propriedades desejadas. Como suporte, é fornecida, também, uma solução para instanciar uma hierarquia reconfigurável de servidores de tráfego dentro do comutador, bem como a análise adequada ao modelo de escalonamento. Esta última fornece um limite superior para o tempo de resposta que os pacotes podem sofrer dentro dos servidores de tráfego, com base unicamente no conhecimento de um dado servidor e na hierarquia actual, isto é, sem o conhecimento das especifidades do tráfego dentro dos outros servidores. Finalmente, no âmbito do projecto HaRTES foi construído um protótipo do comutador Ethernet, o qual é baseado no paradigma “Flexible Time-Triggered”, que permite uma junção flexível de uma fase síncrona para o tráfego controlado pelo comutador e uma fase assíncrona que implementa a estrutura hierárquica de servidores referidos anteriormente. Além disso, as várias experiências práticas realizadas permitiram validar as propriedades desejadas e, consequentemente, a tese que fundamenta esta dissertação.

Cegueira congénita na construção da realidade biofísica e psicossocial

O presente estudo teve como objetivo geral comparar a representação mental da realidade em crianças cegas congénitas, com a construção mental da realidade em crianças videntes, ao frequentarem o mesmo contexto de aprendizagem no Ensino Básico da Escola Regular (EBER). Esta comparação visou os seguintes objetivos específicos: (i) caracterizar as representações mentais construídas pelas crianças cegas congénitas a frequentar o EBER, (ii) comparar as representações mentais construídas pelas crianças cegas congénitas com as representações mentais construídas pelas crianças videntes, (iii) caracterizar as representações mentais que as crianças cegas congénitas constroem acerca da sua integração no EBER e (iv) caracterizar as representações mentais que os alunos videntes constroem acerca da integração das crianças cegas no EBER. O enquadramento teórico centrou-se nos conceitos de cegueira, desenvolvimento infantil e representações mentais. Metodologicamente, optámos por um design de estudos de caso múltiplos, com múltiplas unidades de análise. Para a recolha de dados recorremos a (i) entrevistas, (ii) conversas informais, (iii) questionário sociométrico e (iv) análise documental. Os resultados sugerem (i) ausência de diferenças significativas entre o grupo de sujeitos cegos congénitos e o grupo de videntes na identificação de estímulos de natureza percetual, (ii) ausência de diferenças significativas na riqueza, na complexidade e no total, entre as representações mentais evocadas por cegos congénitos e as representações mentais evocadas por videntes, (iii) ausência de diferenças significativas na natureza das informações entre as representações mentais evocadas por cegos congénitos e as representações mentais evocadas por videntes, (iv) ausência de diferenças significativas entre cegos congénitos e videntes, no número de preferências recebidas, no valor relativo tendo em consideração as ordens das preferências recebidas e no número de preferências recíprocas, (v) os videntes emitiram significativamente mais preferências que os respetivos pares cegos congénitos e (vi) o número de preferências emitidas pelos cegos congénitos está significativa e inversamente relacionado com as diferenças entre a riqueza, a complexidade e o total das representações mentais de cegos congénitos e videntes.

Assessment of biocompatibility of selected ferroelectric ceramics

Desde há muitas décadas que é sabido que os organismos vivos, em especial os tecidos, reagem fisicamente a estímulos eléctricos, podendo esses efeitos reproduzirem-se numa libertação de químicos endógenos, ou deformar a sua estrutura física. O tecido ósseo por si só é considerado um material/tecido piezoeléctrico, deformando-se mecanicamente quando lhe é induzido um estímulo eléctrico e vice-versa, ou seja, produz um potencial eléctrico quando sofre uma tracção ou compressão mecânica. A hipótese de que um material ferroeléctrico possa vir a produzir efeitos no desempenho deste tipo de tecidos é então proposta, como por exemplo, para uma melhor, mais rápida e eficaz regeneração óssea. Estes mesmos materiais ferroeléctricos podem porventura alterar as cargas de superfície dos tecidos vivos de modo a atrair, atrasar ou até impedir o fluxo iónico de elementos químicos específicos responsáveis pelo processo de regeneração. São escolhidos então o niobato de lítio e o tantalato de lítio como cerâmicos ferroeléctricos e foi estudada pela primeira vez a sua bioactividade in vitro, esperando-se encontrar pistas relativas à sua bioactividade in vivo. Estes cerâmicos ferroeléctricos foram seleccionados devido às suas importantes propriedades piezoeléctricas e ferroeléctricas. Estas propriedades podem abrir um novo e importante leque de aplicações biomédicas caso estes cerâmicos sejam bioactivos. Este trabalho foi dividido em 3 fases: (i) sintetização dos pós de niobato de lítio e tantalato de lítio, (ii) caracterização dos pós e (iii) preparação das amostras e (iv) estudo da bioactividade destes cerâmicos ferroeléctricos. Os pós foram produzidos através de um processo simples de mistura/moagem seguido de calcinação. Foram estudadas as fases cristalinas presentes através de Difracção de raios-X (DRX) e avaliadas as características morfológicas destes pós, nomeadamente o diâmetro de partículas e área superficial específica. De modo a simular o ambiente do plasma humano, foi produzido sinteticamente um “Simulated Body Fluid” (SBF). Seguidamente as amostras foram imersas nesse ambiente líquido por 1, 3, 7, 15 e 21 dias. Após remoção dos pós foram realizadas uma série de análises de modo a estudar a sua bioactividade. De entre estes testes destacam-se a microscopia electrónica de varrimento (SEM/EDS), DRX e espectroscopia de Infravermelho por transformada de Fourier com reflectância total atenuada (FTIR-ATR). Embora não tenham sido detectadas alterações no DRX realizado aos pós, verificou-se a formação de aglomerados de fosfato de cálcio na superfície dos pós através do SEM, resultados estes, reforçados pelo EDS e FTIR-ATR. Estes precipitados de fosfato de cálcio indiciam a capacidade destes pós cerâmicos ferroeléctricos se comportarem como bioactivos em contacto com tecidos ósseos in vivo.

PP1 interactomes as a means of characterizing protein functions

A maioria das funções celulares, incluindo expressão de genes, crescimento e proliferação celulares, metabolismo, morfologia, motilidade, comunicação intercelular e apoptose, é regulada por interações proteína-proteína (IPP). A célula responde a uma variedade de estímulos, como tal a expressão de proteínas é um processo dinâmico e os complexos formados são constituídos transitoriamente mudando de acordo com o seu ciclo funcional, adicionalmente, muitas proteínas são expressas de uma forma dependente do tipo de célula. Em qualquer instante a célula pode conter cerca de centenas de milhares de IPPs binárias, e encontrar os companheiros de interação de uma proteína é um meio de inferir a sua função. Alterações em redes de IPP podem também fornecer informações acerca de mecanismos de doença. O método de identificação binário mais frequentemente usado é o sistema Dois Hibrido de Levedura, adaptado para rastreio em larga escala. Esta metodologia foi aqui usada para identificar os interactomas específicos de isoforma da Proteína Fosfatase 1 (PP1), em cérebro humano. A PP1 é uma proteína fosfatase de Ser/Thr envolvida numa grande variedade de vias e eventos celulares. É uma proteína conservada codificada por três genes, que originam as isoformas α, β, e γ, com a última a originar γ1 e γ2 por splicing alternativo. As diferentes isoformas da PP1 são reguladas pelos companheiros de interação – proteínas que interagem com a PP1 (PIPs). A natureza modular dos complexos da PP1, bem como a sua associação combinacional, gera um largo reportório de complexos reguladores e papéis em circuitos de sinalização celular. Os interactomas da PP1 específicos de isofoma, em cérebro, foram aqui descritos, com um total de 263 interações identificadas e integradas com os dados recolhidos de várias bases de dados de IPPs. Adicionalmente, duas PIPs foram selecionadas para uma caracterização mais aprofundada da interação: Taperina e Sinfilina-1A. A Taperina é uma proteína ainda pouco descrita, descoberta recentemente como sendo uma PIP. A sua interação com as diferentes isoformas da PP1 e localização celulares foram analisadas. Foi descoberto que a Taperina é clivada e que está presente no citoplasma, membrana e núcleo e que aumenta os níveis de PP1, em células HeLa. Na membrana ela co-localiza com a PP1 e a actina e uma forma mutada da Taperina, no motivo de ligação à PP1, está enriquecida no núcleo, juntamente com a actina. Mais, foi descoberto que a Taperina é expressa em testículo e localiza-se na região acrossómica da cabeça do espermatozoide, uma estrutura onde a PP1 e a actina estão também presentes. A Sinfilina-1A, uma isoforma da Sinfilina-1, é uma proteína com tendência para agregar e tóxica, envolvida na doença de Parkinson. Foi mostrado que a Sinfilina-1A liga às isoformas da PP1, por co-transformação em levedura, e que mutação do seu motivo de ligação à PP1 diminuiu significativamente a interação, num ensaio de overlay. Quando sobre-expressa em células Cos-7, a Sinfilina-1A formou corpos de inclusão onde a PP1 estava presente, no entanto a forma mutada da Sinfilina-1A também foi capaz de agregar, indicando que a formação de inclusões não foi dependente de ligação à PP1. Este trabalho dá uma nova perspetiva dos interactomas da PP1, incluindo a identificação de dezenas de companheiros de ligação específicos de isoforma, e enfatiza a importância das PIPs, não apenas na compreensão das funções celulares da PP1 mas também, como alvos de intervenção terapêutica.

Mitochondrial plasticity in pathophysiological conditions

Both skeletal and cardiac muscles daily burn tremendous amounts of ATP to meet the energy requirements for contraction. So, it is not surprising that the maintenance of mitochondrial morphology, number, distribution and functionality in striated muscle are important for muscle homeostasis. In these tissues mitochondria present the added dimension of two populations, the intermyofibrillar (IMF) and the subsarcolemmal (SS) mitochondria, being IMF the most abundant one. In the present thesis, the molecular mechanisms harboured in mitochondria of striated muscles were studied using animal models, to better comprehend the role of mitochondrial plasticity in several pathophysiological conditions such as aging, diabetes mellitus and bladder cancer. The comparative analysis of IMF and SS populations isolated from heart evidenced a higher respiratory chain activity of mitochondria interspersed in the contractile apparatus. The higher susceptible of SS respiratory chain complexes subunits to carbonylation, but not to nitration, seems to justify the lower respiratory chain activity observed in this mitochondrial population. Our results showed that in heart from aged mice there is an accumulation of dysfunctional mitochondria. The age-related decrease of oxidative phosphorylation activity seems to be justified, at least partially, by the increased proneness of mitochondrial proteins as OXPHOS subunits and MnSOD to oxidative modifications. Moreover, a sedentary lifestyle seems to worsen the functional consequences of aging in heart by increasing mitochondrial proteins susceptibility to nitration. In skeletal muscle from rats with type 1 diabetes mellitus induced by streptozotocin administration, we verified the accumulation of dysfunctional mitochondria due, at least in part, to the impairment of PQC system. Indeed, the decreased activity of AAA proteases was accompanied by the accumulation of oxidatively modified mitochondrial proteins with impact in respiratory chain activity. The diminishing of mitochondria activity also underlies cancer-induced muscle wasting. Indeed, using a rat model of chemically induced urothelial carcinoma we verified that the loss of gastrocnemius mass was related to mitochondrial dysfunction due to, at least partially, the down-regulation of PQC system involving the mitochondrial proteases paraplegin and Lon. PQC impairment resulted in the accumulation of oxidatively modified mitochondrial proteins. In overall, regardless the pathophysiological stimuli that promote mitochondrial alterations, there are similarities in the pattern of disease-related mitochondrial plasticity. The diminished capacity for ATP production in striated muscle seems to be due to increased oxidative damage of mitochondrial proteins, namely subunits of respiratory chain complexes, metabolic proteins and MnSOD. Our data highlighted, for the first time, the impact of mitochondrial PQC system impairment in the accumulation of oxidized proteins, exacerbating the dysfunction of this organelle in striated muscle in several pathophysiological conditions.

Compósitos CNTs/biocerâmico para a estimulação elétrica óssea in situ

The present thesis aims to develop a biocompatible and electroconductor bone graft containing carbon nanotubes (CNTs) that allows the in situ regeneration of bone cells by applying pulsed external electrical stimuli. The CNTs were produced by chemical vapor deposition (CVD) by a semi-continuous method with a yield of ~500 mg/day. The deposition parameters were optimised to obtain high pure CNTs ~99.96% with controlled morphologies, fundamental requisites for the biomedical application under study. The chemical functionalisation of CNTs was also optimised to maximise their processability and biocompatibility. The CNTs were functionalised by the Diels-Alder cycloaddition of 1,3-butadiene. The biological behaviour of the functionalised CNTs was evaluated in vitro with the osteoblastic cells line MG63 and in vivo, by subcutaneous implantation in rats. The materials did not induce an expressed inflammatory response, but the functionalised CNTs showed a superior in vitro and in vivo biocompatibility than the non-functionalised ones. Composites of ceramic matrix, of bioglass (Glass) and hydroxyapatite (HA), reinforced with carbon nanotubes (CNT/Glass/HA) were processed by a wet approach. The incorporation of just 4.4 vol% of CNTs allowed the increase of 10 orders of magnitude of the electrical conductivity of the matrix. In vitro studies with MG63 cells show that the CNT/Glass/HA composites guarantee the adhesion and proliferation of bone cells, and stimulate their phenotype expression, namely the alkaline phosphate (ALP). The interactions between the composite materials and the culture medium (α-MEM), under an applied electrical external field, were studied by scanning vibrating electrode technique. An increase of the culture medium electrical conductivity and the electrical field confinement in the presence of the conductive samples submerged in the medium was demonstrated. The in vitro electrical stimulation of MG63 cells on the conductive composites promotes the increase of the cell metabolic activity and DNA content by 130% and 60%, relatively to the non-stimulated condition, after only 3 days of daily stimulation of 15 μA for 15 min. Moreover, the osteoblastic gene expression for Runx2, osteocalcin (OC) and ALP was enhanced by 80%, 50% and 25%, after 5 days of stimulation. Instead, for dielectric materials, the stimulus delivering was less efficient, giving an equal or lower cellular response than the non-stimulated condition. The proposed electroconductive bone grafts offer exciting possibilities in bone regeneration strategies by delivering in situ electrical stimulus to cells and consequent control of the new bone tissue formation rate. It is expected that conductive smart biomaterials might turn the selective bone electrotherapy of clinical relevance by decreasing the postoperative healing times.

Lipidomic analysis of mesenchymal cells candidates for cell therapy

Mesenchymal stromal cells are adult stem cells found mostly in the bone marrow. They have immunosuppressive properties and they have been successfully applied as biological therapy in several clinical trials regarding autoimmune diseases. Despite the great number of clinical trials, MSCs’ action is not fully understand and there are no identified markers that correlate themselves with the immunomodulatory power. A lipidomic approach can solve some of these problems once lipids are one of the major cells’ components. Therefore, in this study cells’ lipidome was analysed and its deviations were evaluated according to the medium of culture and to the presence of pro-inflammatory stimuli, mimicking physiological conditions in which these cells are used. This was the first study ever made that aimed to analyse the differences in the phospholipid profile between mesenchymal stromal cells non-stimulated and stimulated with proinflammatory stimulus. This analysis was conducted in both cells cultured in medium supplemented with animal serum and in cells cultured in a synthetic medium. In cells cultured in the standard medium the levels of phosphatidylcholine (PC) species with shorter fatty acids (FAs) acyl chains decreased under pro-inflammatory stimuli. The level of PC(40:6) also decreased, which may be correlated with enhanced levels of lysoPC (LPC)(18:0) - an anti-inflammatory LPC - observed in cells subjected to TNF-α and IFN-γ. Simultaneously, the relative amounts of PC(36:1) and PC(38:4) increased. TNF-α and IFN- γ also enhanced the levels of phosphatidylethanolamine PE(40:6) and decreased the levels of PE(38:6). Higher expression of phosphatidylserine PS(36:1) and sphingomyelin SM(34:0) along with a decrease in PS(38:6) levels were observed. However, in cells cultured in a synthetic medium, TNF-α and IFN-γ only enhanced the levels of PS(36:1). These results indicate that lipid metabolism and signaling is modulated during mesenchymal stromal cells action.