Estudos sobre a organização genômica, evolução e expressão de microRNAs

Os microRNAs (miRNAs) são pequenos RNAs não codificadores de proteínas presentes na maioria dos eucariotos. Esses RNAs regulam a expressão gênica em nível pós-transcricional através do silenciamento de mRNAs-alvo que possuem sítios complementares às suas sequências, atuando em praticamente todos os processos celulares. Embora a estrutura e função dos miRNAs estejam bem caracterizadas, aspectos relacionados à sua organização genômica, evolução e atuação em doenças são tópicos que apresentam enormes lacunas. Nesta tese, utilizamos abordagens computacionais para investigar estes temas em três trabalhos. No primeiro, processamos e integramos um vasto volume de dados publicamente disponíveis referentes aos miRNAs e genes codificadores de proteínas para cinco espécies de vertebrados. Com isso, construimos uma ferramenta web que permite a fácil inspeção da organização genômica dos miRNAs em regiões inter e intragênicas, o acesso a dados de expressão de miRNAs e de genes codificadores de proteínas (classificados em genes hospedeiros e não hospedeiros de miRNAs), além de outras informações pertinentes. Verificamos que a ferramenta tem sido amplamente utilizada pela comunidade científica e acreditamos que ela possa facilitar a geração de hipóteses associadas à regulação dos miRNAs, principalmente quando estão inseridos em genes hospedeiros. No segundo estudo, buscamos compreender como o contexto genômico e a origem evolutiva dos genes hospedeiros influenciam a expressão e evolução dos miRNAs humanos. Nossos achados mostraram que os miRNAs intragênicos surgem preferencialmente em genes antigos (origem anterior à divergência de vertebrados). Observamos que os miRNAs inseridos em genes antigos têm maior abrangência de expressão do que os inseridos em genes novos. Surpreendentemente, miRNAs jovens localizados em genes antigos são expressos em um maior número de tecidos do que os intergênicos de mesma idade, sugerindo uma vantagem adaptativa inicial que pode estar relacionada com o controle da expressão dos genes hospedeiros, e como consequência, expondo-os a contextos celulares e conjuntos de alvos diversos. Na evolução a longo prazo, vimos que genes antigos conferem maior restrição nos padrões de expressão (menor divergência de expressão) para miRNAs intragênicos, quando comparados aos intergênicos. Também mostramos possíveis associações funcionais relacionadas ao contexto genômico, tais como o enriquecimento da expressão de miRNAs intergênicos em testículo e dos intragênicos em tecidos neurais. Propomos que o contexto genômico e a idade dos genes hospedeiros são fatores-chave para a evolução e expressão dos miRNAs. Por fim, buscamos estabelecer associações entre a expressão diferencial de miRNAs e a quimioresistência em câncer colorretal utilizando linhagens celulares sensíveis e resistentes às drogas 5-Fluoruracil e Oxaliplatina. Dentre os miRNAs identificados, o miR-342 apresentou níveis elevados de expressão nas linhagens sensíveis à Oxaliplatina. Com base na análise dos alvos preditos, detectamos uma significativa associação de miR-342 com a apoptose. A superexpressão de miR-342 na linhagem resistente SW620 evidenciou alterações na expressão de genes da via apoptótica, notavelmente a diminuição da expressão do fator de crescimento PDGFB, um alvo predito possivelmente sujeito à regulação direta pelo miR-342.

Desenvolvimento e validação de métodos bioanalíticos para o monitoramento dos produtos das vias metabólicas do triptofano em linhagem celular de glioma humano

O metabolismo do triptofano (Trp) se dá pela via das quinureninas (QUIN), pela via serotoninérgica (SER) e pela via das aminas traço. A primeira gera QUIN e uma variedade de outros metabólitos secundários. Quando conduzida pela enzima indolamina 2,3 dioxigenase (IDO) contribui para os fenômenos de tolerância e imune escape de células tumorais; e quando conduzida pela triptofano 2,3 dioxigenase (TDO) no fígado, participa na síntese da niacina e NAD. A via SER leva à formação do neurotransmissor serotonina (SER), que pode gerar o hormônio melatonina (MEL), respectivamente e outros metabólitos biologicamente ativos. Outra via menos estudada, a via das aminas traço, produz produtos neuroativos. Dada a abrangência e importância das rotas metabólicas do Trp, nós desenvolvemos e validamos uma metodologia bioanalítica robusta, seletiva e sensível por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), acoplado espectrometria de massas (MS) para a determinação simultânea do Trp e seus 15 metabólitos. Para tanto, escolhemos para a avaliação das três vias, linhagens de glioma humano. A escolha por este tipo celular deveu-se ao grande interesse de estudos de metabolismo de Trp em células tumorais, no qual células de glioma tem sido modelo. Nos ensaios com as células de glioma acompanhamos os efeitos de um indutor e inibidores da primeira etapa de metabolização do Trp pela via das quinureninas, ou seja, IFN-γ (indutor da IDO), 1-metiltriptofano (1-MT; inibidor competitivo da IDO) e 680C91 (inibidor seletivo da TDO). Pudemos observar o impacto que a indução ou a inibição do primeiro passo teve sobre os metabólitos subsequentes e as diferenças no metabolismo das duas linhagens estudadas, A172 e T98G. A linhagem T98G só tem atividade de IDO, enquanto que a A172 tem tanto atividade IDO quanto TDO. A indução por IFN-γ mostrou que essa citocina não só atua na formação da via QUIN, mas possui um impacto modesto nas demais rotas. Observamos também que a inibição do 1-MT mostrou seu impacto nos metabólitos invdividualmente, do que a simples relação Trp-QUIN. Contudo, nosso resultados nos permitiu mostrar pela primeira vez a descrição completa dessas vias, em especial nessas linhagens celulares, podendo supor estratégias terapêuticas nessas rotas que estão relacionadas a progressão ou não tumoral.

Expressão dos genes da via mTORC1 e seu envolvimento nas Neoplasias Mieloproliferativas

As Neoplasias Mieloproliferativas (NMPs) se caracterizam por apresentarem acúmulo de eritrócitos, leucócitos e plaquetas morfologicamente normais e seus precursores. Nos últimos anos vários estudos buscaram conhecer os mecanismos celulares e moleculares envolvidos na fisiopatologia e evolução dessas desordens, com o intuito de encontrar marcadores de diagnóstico, prognóstico e terapias eficazes. A mutação pontual no gene que codifica a enzima Janus Kinase 2 (JAK2 V617F), presente em aproximadamente 90% dos pacientes com PV e em 50% dos pacientes com TE e MF, foi o principal achado genético anormal associado a essas doenças. Essa mutação resulta na ativação constitutiva da enzima JAK2 e na desregulação da proliferação celular e resistência à apoptose. Nosso grupo de pesquisa descreveu em PV, TE e MF a expressão alterada de genes reguladores da apoptose e dados da literatura indicam que a desregulação do ciclo celular contribui para a fisiopatologia das NMPs. Nesse projeto o intuito foi investigar a associação da via de sinalização m-TOR com as alterações do ciclo celular e via JAK/STAT nas NMPs. A via de sinalização m-TOR participa dos processos celulares de sobrevivência e proliferação. A estratégia experimental foi avaliar a expressão de genes e proteínas, reguladores da via m-TOR, em leucócitos de pacientes com NPMC e linhagens celulares JAK2+ tratadas com inibidores de JAK2 e AKT. Para determinar a relação da via m-TOR nas NMPs foi escolhido o gene eIF4E, alterado nessas doenças, para observar sua modulação diante da inibição farmacológica nas linhagens celulares JAK2 positivas. Os resultados desse estudo contribuem para a descrição de novos alvos terapêuticos dependentes e indepentendes da atividade quinase JAK2 e para o melhor conhecimento da participação da via de sinalização m-TOR na fisiopatologia das NMPs.

Caracterização de nanopartículas pDNA-protamina e pDNA-protamina-lipossoma e avaliação da eficiência de entrega gênica a células de mamífero.

Em estudos de terapia gênica e vacinação por DNA, a eficiência e a segurança dos vetores que transportam o material genético terapêutico possuem papel fundamental. Vetores não virais são considerados mais seguros, mas menos eficientes em relação aos vetores virais. Em parte, isso se deve à falta de estudos sistemáticos e comparativos no que diz respeito às características físico-químicas desses vetores quando em soluções biológicas e o efeito delas sobre a eficiência de entrega gênica. O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito do pH, da força iônica e do tipo tampão de complexação sobre as características físico-químicas de nanopartículas pDNA-protamina e pDNA-protamina-lipofectamina, visando à entrega gênica para diferentes linhagens celulares. Para isso, nanopartículas formadas em diferentes condições foram caracterizadas através de ensaios de espalhamento dinâmico de luz (DLS) e potencial zeta. Os estudos indicaram que o pH, a força iônica, o tipo de tampão e a presença de meio de cultura e soro no ambiente de complexação alteram significativamente o tamanho, a polidispersidade e o potencial zeta das partículas formadas. Finalmente, buscou-se avaliar o efeito dessas características sobre a eficiência de transfecção in vitro de células de macrófagos IC21 e células HeLa. Os estudos de transfecção em células Hela indicam que tanto a composição como as condições de formação das partículas influenciam significativamente a eficiência de transfecção.

Estudo da cinética de crescimento de células de inseto Sf21 e infecção por baculovírus Anticarsia gemmatalis (AgMNPV) para a produção de bioinseticida.

O interesse em estudar o cultivo das células de inseto está relacionado entre outros usos a sua utilização na produção de biopesticidas. Há muitos anos os pesticidas químicos vêm contribuindo no controle de pragas na agricultura. Entretanto, o uso desses compostos prolongadamente tem resultado na seleção de insetos resistentes e em poluição ambiental. Diante disso, torna-se necessário o desenvolvimento e aprimoramento dos bioinseticidas. No Brasil, o baculovírus Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) foi o principal agente de controle biológico da praga da soja Anticarsia gemmatalis. Assim, estudos que viabilizem a produção desses vírus in vitro possibilitariam uma produção mais controlada e de melhor qualidade desses biopesticidas. Neste trabalho, investigou-se a suscetibilidade à infecção por AgMNPV de diferentes linhagens celulares de Sf21 e o crescimento dessas células em diferentes sistemas: cultivos em schotts, em spinner e em biorreator, variando-se a idade do inóculo (IA) e a concentração celular inicial (X0). Constatou-se variação no perfil de infecção das linhagens, sendo as linhagens mais adequadas para a produção de bioinseticida as linhagens de Sf21 denominadas EMBRAPA, UFRN e GibcoG, uma vez que estas apresentaram mais do que 40 % das células com poliedros em cultivos em suspensão, enquanto a linhagem denominada GibcoSF teve menos de 2 % das células infectadas com poliedros. Ao se estudar o efeito do número de subcultivos na morfologia e crescimento celular, foi averiguado um aumento no diâmetro de 10 % e no volume de 26 % das células UFRN em relação às células GibcoSF. Além disso, o crescimento das células UFRN foi 49% menor do que das células GibcoSF. Quando realizado o Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) para se analisar o efeito da IA e a X0 na taxa de crescimento específica máxima (?max) e na concentração celular máxima (Xvmax) em cultivos em schott com células UFRN, obteve-se um modelo empírico. Quando analisadas as variáveis IA e X0 separadamente, não foram encontradas diferenças significativas para as respostas Xvmax e ?max em relação a X0. Para a IA, entretanto, obteve-se os resultados mais satisfatórios para os inóculos com IA de 72 e 96 horas: Xvmax de 5,97.106 cel/mL e 5,99.106 cel/mL, e ?max de 0,70 dia-1 e 0,63 dia-1, respectivamente. Nos cultivos em spinner com células UFRN, foi observada a formação de grumos, o que levou a Xvmax de 2,00.106 cel/mL. No cultivo em biorreator com células UFRN, foi obtido um Xvmax de 6,21.106 cel/mL, ?max de 0,70 dia-1, Qo2 na fase exponencial de 67,3 ± 3,6 .10-18 molO2/cel/s, rendimento de glicose em célula igual a 1,0.109 cel/g de glicose e um rendimento de glutamina em células de 3,0.109 cel/mL. Comprovou-se, portanto, a existência de alterações na infecção entre diferentes linhagens de Sf21; a importância do estado fisiológico da célula nos subcultivos, a ocorrência de mudanças no crescimento celular de acordo com os sistemas de cultivo e o efeito do número de subcultivos na morfologia e crescimento de células Sf21.

Chronic myeloid leukemia gene therapy delivered by cell penetrating peptides : from bench to clinic

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Regeneração óssea com células estaminais da polpa dentária

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Protein kinase C activation and its role in kidney disease

Protein kinase C (PKC) comprises a superfamily of isoenzymes, many of which are activated by cofactors such as diacylglycerol and phosphatidylserine. In order to be capable of activation, PKC must first undergo a series of phosphorylations. In turn, activated PKC phosphorylates a wide variety of intracellular target proteins and has multiple functions in signal transduced cellular regulation. A role for PKC activation had been noted in several renal diseases, but two that have had most investigation are diabetic nephropathy and kidney cancer. In diabetic nephropathy, an elevation in diacylglycerol and/or other cofactor stimulants leads to an increase in activity of certain PKC isoforms, changes that are linked to the development of dysfunctional vasculature. The ability of isoform-specific PKC inhibitors to antagonize diabetes-induced vascular disease is a new avenue for treatment of this disorder. In the development and progressive invasiveness of kidney cancer, increased activity of several specific isoforms of PKC has been noted. It is thought that this may promote the kidney cancer's inherent resistance to apoptosis, in natural regression or after treatments, or it may promote the invasiveness of renal cancers via cellular differentiation pathways. In general, however, a more complete understanding of the functions of individual PKC isoforms in the kidney, and development or recognition of specific inhibitors or promoters of their activation, will be necessary to apply this knowledge for treatment of cellular dysregulation in renal disease.

Pesquisa de proteínas citotóxicas e nematicidas em isolados Bacillus thuringiensis dos Açores

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, 25 de Maio de 2016, Universidade dos Açores.

"Mutações no gene OCT4 em células eritroleucêmicas humanas: implicações sobre o fenótipo de resistência a múltiplas drogas (MDR)”

O fator de transcrição OCT4 é um importante marcador de células tronco e tem sido relacionado com o conceito de células tronco tumorais (CTTs). Recentemente, ele tem sido também relacionado ao fenótipo de resistência a múltiplas drogas (MDR). O objetivo deste trabalho foi testar se o OCT4 está ligado ao fenótipo MDR em células eritroleucêmicas derivadas da linhagem LMC-K562. Para isso, foi realizada a análise de expressão de genes associados à superfamília de transportadores ABC (ATP Binding Cassette) e, também, de fatores de transcrição relacionados a células tronco. Os primeiros resultados apontaram uma relação direta entre OCT4 e transportadores ABC na linhagem MDR derivada de K562 (Lucena). O sequenciamento de promotores ABC não revelou qualquer mutação que pudesse explicar a expressão diferenciada do OCT4 na linhagem MDR. Posteriormente, o sequenciamento da região contendo o domínio homeobox do gene OCT4 de ambas as linhagens celulares evidenciou, pela primeira vez, que este fator de transcrição é alvo de mutações que podem estar relacionados com o fenótipo MDR. As mutações encontradas implicam substituições de vários aminoácidos em ambas as linhagens celulares. K562 teve sete substituições (três exclusivas), enquanto Lucena teve 13 (nove exclusivas). Além disso, um busca in silico por motivos de fosforilação dentro da sequência de aminoácidos comparada, revelou que o OCT4 humano normal possui sete motivos potenciais de fosforilação. Entretanto, K562 perdeu um motivo e Lucena dois deles. Moléculas com diferentes padrões de fosforilação podem ter sua função modificada. Estes resultados indicam o OCT4 com uma alvo potencial para o tratamento do câncer, especialmente aqueles resistentes à quimioterapia.

Avaliação da atividade antitumoral de amidas graxas análogas de canabinóides

A atividade antiproliferativa in vitro de uma série de amidas graxas sintéticas, em sete linhagens de células tumorais foi investigada. Baseado em GI50, TGI e LC50, os ensaios preliminares mostraram que a maior parte dos compostos mostrou atividade antiproliferativa moderada a boa contra as linhagem de células tumorais testadas, principalmente em células de glioma humano (U251) e câncer de ovário humano com fenótipo de resistentencia a múltiplos fármacos (NCI-ADR/RES). A amida (R,S)-3d, derivada do ácido ricinoleico, mostrou uma elevada seletividade com potência de inibição do crescimento e morte celular para a linhagem de células de glioma. Além disso, as amidas (S)-3c e (S)-3e, derivadas dos ácidos oleico e linoleico respectivamente, foram especificas para glioma e ovário com fenótipo de resistência a múltiplos fármacos com inibição potente do crescimento celular. Estes resultados aliados a um perfil de segurança relativo quando analisado o efeito sobre as linhagens celulares não–tumorais, apontam para que estes compostos sirvam como modelos para o desenvolvimento de candidatos a fármacos para o tratamento de câncer, incluindo cânceres com fenótipo de resistência a múltiplos fármacos.

Purificação, caracterização e efeitos imunomodulatório e antiproliferativo de uma lectina do fungo Clavaria cristata (Holmsk.) Pers

A 140,0 kDa lectin was purified and characterized from the mushroom Clavaria cristata. The purification procedures from the crude extract of the mushroom comprised gel filtration chromatography on Sephacryl s200 and ion exchange on Resource Q column. The purified lectin agglutinated all types of human erythrocytes with preference for trypsinized type O erythrocytes. The haemagglutinating activity is dependent of Ca 2+ ions and was strongly inhibited by the glycoprotein bovine submaxillary mucin (BSM) up to the concentration of 0, 125 mg/mL. The C. cristata lectin (CcL) was stable in the pH range of 2,5-11,5 and termostable up to 80 °C. CcL molecular mass determined by gel filtration on a Superose 6 10 300 column was approximately 140,3 kDa. SDS polyacrilamide gel electrophoresis revealed a single band with a molecular mass of approximately 14,5 kDa, when the lectin was heated at 100 ⁰C in the presence or absence of β-mercaptoethanol. CcL induced activation of murine peritoneal macrophages in vitro resulting in the release of nitric oxide (NO), reaching the maximum production at 24 h. In experimental paw oedema model in mice, CcL showed proinflammatory activity being able to induce oedema formation. Cell viability of HepG2, MDA 435 e 3T3 cell lines was examined after 72 h of incubation with CcL in different concentrations (0,5-50 μg/mL). CcL inhibited HepG2 cells growth with an IC50 value of 50 μg/mL. In the present work, the observed immunomodulatory and antiproliferative effects indicate CcL as a possible immunomodulator compound, interfering in the macrophages immune response, taking possible anti-parasitic, anti-tumoral effects or diagnostic and/or therapeutic

Indução de morte celular em células de adenocarcinoma cervical humano (HeLa) pela lectina da esponja Cinachyrella apion (CaL)

Cancer is a term used to represent a set of more than 100 diseases, including malignant tumors from different locations. The malignancies are the second leading cause of death in the population, representing approximately 17% of deaths of known cause. Strategies that induce differentiation have had limited success in the treatment of established cancers. In this work, a lectin purified from the marine sponge Cinachyrella apion (CaL) was evaluated due to its hemolytic, cytotoxic and antiproliferative properties, besides the ability to induce cell death via apoptosis in tumor cells. The antiproliferative activity of CaL was tested against cell lines, with the highest inhibition of tumor growth for HeLa, reducing cell growth at a dose dependent manner, with a concentration of 10 μg/mL. The hemolytic activity and toxicity against peripheral blood cells were tested using the concentration of IC50 for both trials and twice the IC50 for analysis in flow cytometry, indicating that CaL is not toxic to these cells. To assess the mechanism of cell death caused by CaL in HeLa cells, we performed flow cytometry and western blotting. The results showed the lectin probably induces cell death by apoptosis activation by pro-apoptotic protein Bax, promoting mitochondrial membrane permeabilization, cell cycle arrest in S phase, with accumulation of cells of approximately 57% in this phase, and acting as both dependent and/or independent of caspases pathway. These results suggest that CaL has the potential to be used as drug treatment against cancer.

Estudo da proteína humana centrossomal TBCCD1 em condições de stress oxidativo causado por H2O2 em estado estacionário

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Caracterização estrutural e avaliação das atividades farmacológicas da fucana B extraída da alga Dictyota menstrualis

Seaweeds are a major source of biologically active compounds . In the extracellular matrix of these organisms are sulfated polysaccharides that functions as structural components preventing it against dehydration. The fraction 0.9 (FucB) rich in sulfated fucans obtained from brown seaweed Dictyota menstrualis was chemical characterized and evaluated for pharmacological activity by testing anticoagulant activity, stimulatory action on the synthesis of an antithrombotic heparan sulfate, antioxidant activity and its effects in cell proliferation. The main components were FucB carbohydrates (49.80 ± 0.10 %) and sulfate (42.30 ± 0.015 %), with phenolic compounds ( 3.86 ± 0.016 %) and low protein contamination ( 0.58 ± 0.001 % ) . FucB showed polydisperse profile and analysis of signals in the infrared at 1262, 1074 and 930 cm -1 and 840 assigned to S = O bonds sulfate esters , CO bond presence of 3,6- anhydrogalactose , β -D- galactose non- sulfated sulfate and the axial position of fucose C4 , respectively. FucB exhibited moderate anticoagulant activity , the polysaccharides prolonged time (aPTT ) 200 ug ( > 90s ) partial thromboplastin FucB no effect on prothrombin time (PT), which corresponds to the extrinsic pathway of coagulation was observed. This stimulation promoted fraction of about 3.6 times the synthesis of heparan sulfate (HS) by endothelial cells of the rabbit aorta ( RAEC ) in culture compared with cells not treated with FucB . This has also been shown to compete for the binding site with heparin. The rich fraction sulfated fucans exhibited strong antioxidant activity assays on total antioxidant (109.7 and 89.5 % compared with BHT and ascorbic acid standards ) , reducing power ( 71 % compared to ascorbic acid ) and ferric chelation ( 71 , comparing with 5 % ascorbic acid). The fraction of algae showed cytostatic activity on the RAEC cells revealed that the increase of the synthesis of heparan sulfate is not related to proliferation. FucB showed antiproliferative action on cell lines modified as Hela and Hep G2 by MTT assay . These results suggest that FucB Dictyota menstrualis have anticoagulant , antithrombotic , antioxidant potential as well as a possible antitumor action, promoting the stimulation of the synthesis of antithrombotic HS by endothelial cells and is useful in the prevention of thrombosis, also due to its inhibitory action on species reactive oxygen ( ROS ) in some in vitro systems , being involved in promoting a hypercoagulable state