Posttranslational Inhibition of Proinflammatory Chemokine Secretion in Intestinal Epithelial Cells Implications for Specific IBD Indications

Background and Aim: Inflammatory bowel diseases (IBD) are immune-mediated chronic diseases that are characterized by an overreaction of the intestinal immune system to the intestinal microbiota. VSL#3, a mixture of 8 different lactic acid bacteria, is a clinically relevant probiotic compound in the context of IBD, but the bacterial structures and molecular mechanisms underlying the observed protective effects are largely unknown. The intestinal epithelium plays a very important role in the maintenance of the intestinal homeostasis, as the intestinal epithelial cells (IEC) are capable of sensing, processing, and reacting upon signals from the luminal microbiota and the intestinal immune system. This immune regulatory function of the IEC is lost in IBD owing to dysregulated activation of the IEC. Thus, the aim of this study was to reveal protective mechanisms of VSL#3 on IEC function.

Results: In vitro, VSL#3 was found to selectively inhibit activation-induced secretion of the T-cell chemokine interferon-inducible protein (IP)-10 in IEC. Cell wall-associated proteins of VSL#3-derived Lactobacillus casei (L. casei) were identified to be the active anti-inflammatory component of VSL#3. Mechanistically, L. casei did not impair initial IP-10 protein production, but induced posttranslational degradation of IP-10 in IEC. Feeding studies in tumor necrosis factor (TNF)(Delta ARE/+) mice, a mouse model for experimental ileitis, revealed that neither VSL#3 nor L. casei is capable of reducing ileal inflammation. Even preweaning feeding of VSL#3 did not prevent the development of severe ileitis in TNF Delta ARE/+ mice. In contrast, VSL#3 feeding studies in IL-10-/- mice, a model for experimental colitis, revealed that VSL#3 has local, intestinal compartment-specific protective effects on the development of inflammation. Reduced histopathologic inflammation in the cecum of IL-10-/- mice after VSL#3 treatment was found to correlate with reduced levels of IP-10 protein in primary cecal epithelial cells.

Conclusion and Outlook: These results suggest that the inhibitory effect of VSL#3-derived L. casei on IP-10 secretion in IEC is an important probiotic mechanism that contributes to the anti-inflammatory effects of VSL#3 in specific subsets of patients with IBD. An important future aim is the identification of the active probiotic protein, which could serve as a basis for the development of new efficient therapies in the context of IBD.

BRCA1 is a key regulator of breast differentiation through activation of Notch signalling with implications for anti-endocrine treatment of breast cancers

Here, we show for the first time, that the familial breast/ovarian cancer susceptibility gene BRCA1 activates the Notch pathway in breast cells by transcriptional upregulation of Notch ligands and receptors in both normal and cancer cells. We demonstrate through chromatin immunoprecipitation assays that BRCA1 is localized to a conserved intronic enhancer region within the Notch ligand Jagged-1 (JAG1) gene, an event requiring ΔNp63. We propose that this BRCA1/ΔNp63-mediated induction of JAG1 may be important the regulation of breast stem/precursor cells, as knockdown of all three proteins resulted in increased tumoursphere growth and increased activity of stem cell markers such as Aldehyde Dehydrogenase 1 (ALDH1). Knockdown of Notch1 and JAG1 phenocopied BRCA1 knockdown resulting in the loss of Estrogen Receptor-α (ER-α) expression and other luminal markers. A Notch mimetic peptide could activate an ER-α promoter reporter in a BRCA1-dependent manner, whereas Notch inhibition using a γ-secretase inhibitor reversed this process. We demonstrate that inhibition of Notch signalling resulted in decreased sensitivity to the anti-estrogen drug Tamoxifen but increased expression of markers associated with basal-like breast cancer. Together, these findings suggest that BRCA1 transcriptional upregulation of Notch signalling is a key event in the normal differentiation process in breast tissue.

Nerve pathology in the type 1 diabetic dog: effects of treatment with sulindac

The purpose of this study was to define pathological abnormalities in the peripheral nerve of a large animal model of long-duration type 1 diabetes and also to determine the effects of treatment with sulindac. Detailed morphometric studies were performed to define nerve fiber and endoneurial capillary pathology in 6 control dogs, 6 type 1 diabetic dogs treated with insulin, and 6 type 1 diabetic dogs treated with insulin and sulindac for 4 years. Myelinated fiber and regenerative cluster density showed a non-significant trend toward a reduction in diabetic compared to control animals, which was prevented by treatment with sulindac. Unmyelinated fiber density did not differ among groups. However, diabetic animals showed a non-significant trend toward an increase in axon diameter (p <0.07), with a shift of the size frequency distribution towards larger axons, which was not prevented by treatment with sulindac. Endoneurial capillary density and luminal area showed a non-significant trend toward an increase in diabetic animals, which was prevented with sulindac treatment. Endoneurial capillary basement membrane area was significantly increased (p <0.05) in diabetic animals, but was not prevented with sulindac treatment. We conclude that the type 1 diabetic dog demonstrates minor structural abnormalities in the nerve fibers and endoneurial capillaries of the sciatic nerve, and treatment with sulindac ameliorates some but not all of these abnormalities.

Endocytosis in the retinal and choroidal microcirculation

The endocytosis of horseradish peroxidase (HRP) by the vascular cells of retinal and choroidal blood vessels was compared in immersion and perfusion fixed eyes from individual rats. The mechanisms of endocytosis of HRP appeared identical in both retinal and choroidal vessels. The bulk of internalised tracer occurred in macropinosomes 300-400 nm in diameter. Tracer was localised to a 20-30 nm layer on the internal aspect of the limiting membrane. This layer was coincident with the glycocalyx of the luminal plasma membrane as revealed by ruthenium redosmium tetroxide staining. Horseradish peroxidase was also internalised by a small scattered population of vesicles (100-130 nm in diameter). The size of these vesicles suggested that they may have arisen from clathrin coated regions of the plasma membrane. It is suggested that the endocytosis of HRP in retinal and choroidal vascular endothelium occurs as a function of plasma membrane recycling. Horseradish peroxidase may also be internalised as a 'contaminant' of the glycocalyx in coated pits involved in receptor mediated endocytosis. The smooth 80 nm plasmalemmal caveolae of the retinal and choroidal vascular endothelial cells did not appear to participate either in absorptive endocytosis or vesicular transport.

Effect of isomalt consumption on faecal microflora and colonic metabolism in healthy volunteers

Due to its low digestibility in the small intestine, a major fraction of the polyol isomalt reaches the colon. However, little is known about effects on the intestinal microflora. During two 4-week periods in a double-blind, placebo-controlled, cross-over design, nineteen healthy volunteers consumed a controlled basal diet enriched with either 30 g isomalt or 30 g sucrose daily. Stools were collected at the end of each test phase and various microbiological and luminal markers were analysed. Fermentation characteristics of isomalt were also investigated in vitro. Microbiological analyses of faecal samples indicated a shift of the gut flora towards an increase of bifidobacteria following consumption of the isomalt diet compared with the sucrose diet (P

The fungal microbiota of de-novo paediatric inflammatory bowel disease

Inflammatory bowel disease (IBD) is characterised by an inappropriate chronic immune response against resident gut microbes. This may be on account of distinct changes in the gut microbiota termed as dysbiosis. The role of fungi in this altered luminal environment has been scarcely reported. We studied the fungal microbiome in de-novo paediatric IBD patients utilising next generation sequencing and compared with adult disease and normal controls. We report a distinct difference in fungal species with Ascomycota predominating in control subjects compared to Basidiomycota dominance in children with IBD, which could be as a result of altered tolerance in these patients. 

BRCA1--conductor of the breast stem cell orchestra:the role of BRCA1 in mammary gland development and identification of cell of origin of BRCA1 mutant breast cancer

Breast cancer treatment has been increasingly successful over the last 20 years due in large part to targeted therapies directed against different subtypes. However, basal-like breast cancers still represent a considerable challenge to clinicians and scientists alike since the pathogenesis underlying the disease and the target cell for transformation of this subtype is still undetermined. The considerable similarities between basal-like and BRCA1 mutant breast cancers led to the hypothesis that these cancers arise from transformation of a basal cell within the normal breast epithelium through BRCA1 dysfunction. Recently, however, a number of studies have called this hypothesis into question. This review summarises the initial findings which implicated the basal cell as the cell of origin of BRCA1 related basal-like breast cancers, as well as the more recent data which identifies the luminal progenitor cells as the likely target of transformation. We compare a number of key studies in this area and identify the differences that could explain some of the contradictory findings. In addition, we highlight the role of BRCA1 in breast cell differentiation and lineage determination by reviewing recent findings in the field and our own observations suggesting a role for BRCA1 in stem cell regulation through activation of the p63 and Notch pathways. We hope that through an increased understanding of the BRCA1 role in breast differentiation and the identification of the cell(s) of origin we can improve treatment options for both BRCA1 mutant and basal-like breast cancer subgroups.

Abstract 1905: Defining a therapeutic classification of breast cancer by actionable targets

Breast cancer remains a frequent cause of female cancer death despite the great strides in elucidation of biological subtypes and their reported clinical and prognostic significance. We have defined a general cohort of breast cancers in terms of putative actionable targets, involving growth and proliferative factors, the cell cycle, and apoptotic pathways, both as single biomarkers across a general cohort and within intrinsic molecular subtypes.

We identified 293 patients treated with adjuvant chemotherapy. Additional hormonal therapy and trastuzumab was administered depending on hormonal and HER2 status respectively. We performed immunohistochemistry for ER, PR, HER2, MM1, CK5/6, p53, TOP2A, EGFR, IGF1R, PTEN, p-mTOR and e-cadherin. The cohort was classified into luminal (62%) and non-luminal (38%) tumors as well as luminal A (27%), luminal B HER2 negative (22%) and positive (12%), HER2 enriched (14%) and triple negative (25%). Patients with luminal tumors and co-overexpression of TOP2A or IGF1R loss displayed worse overall survival (p=0.0251 and p=0.0008 respectively). Non-luminal tumors had much greater heterogeneous expression profiles with no individual markers of prognostic significance. Non-luminal tumors were characterised by EGFR and TOP2A overexpression, IGF1R, PTEN and p-mTOR negativity and extreme p53 expression.

Our results indicate that only a minority of intrinsic subtype tumors purely express single novel actionable targets. This lack of pure biomarker expression is particular prevalent in the triple negative subgroup and may allude to the mechanism of targeted therapy inaction and myriad disappointing trial results. Utilising a combinatorial biomarker approach may enhance studies of targeted therapies providing additional information during design and patient selection while also helping decipher negative trial results.

Kaempferol Exhibits Progestogenic Effects in Ovariectomized Rats

OBJECTIVE: Progesterone (P4) plays a central role in women's health. Synthetic progestins are used clinically in hormone replacement therapy (HRT), oral contraceptives, and for the treatment of endometriosis and infertility. Unfortunately, synthetic progestins are associated with side effects, including cardiovascular disease and breast cancer. Botanical dietary supplements are widely consumed for the alleviation of a variety of gynecological issues, but very few studies have characterized natural compounds in terms of their ability to bind to and activate progesterone receptors (PR). Kaempferol is a flavonoid that functions as a non-steroidal selective progesterone receptor modulator (SPRM) in vitro. This study investigated the molecular and physiological effects of kaempferol in the ovariectomized rat uteri.

METHODS: Since genistein is a phytoestrogen that was previously demonstrated to increase uterine weight and proliferation, the ability of kaempferol to block genistein action in the uterus was investigated. Analyses of proliferation, steroid receptor expression, and induction of well-established PR-regulated targets Areg and Hand2 were completed using histological analysis and qPCR gene induction experiments. In addition, kaempferol in silico binding analysis was completed for PR. The activation of estrogen and androgen receptor signalling was determined in vitro.

RESULTS: Molecular docking analysis confirmed that kaempferol adopts poses that are consistent with occupying the ligand-binding pocket of PRA. Kaempferol induced expression of PR regulated transcriptional targets in the ovariectomized rat uteri, including Hand2 and Areg. Consistent with progesterone-l ke activity, kaempferol attenuated genistein-induced uterine luminal epithelial proliferation without increasing uterine weight. Kaempferol signalled without down regulating PR expression in vitro and in vivo and without activating estrogen and androgen receptors.

CONCLUSION: Taken together, these data suggest that kaempferol is a unique natural PR modulator that activates PR signaling in vitro and in vivo without triggering PR degradation.

Androgen receptor driven transcription in molecular apocrine breast cancer is mediated by FoxA1

Breast cancer is a heterogeneous disease and several distinct subtypes exist based on differential gene expression patterns. Molecular apocrine tumours were recently identified as an additional subgroup, characterised as oestrogen receptor negative and androgen receptor positive (ER- AR+), but with an expression profile resembling ER+ luminal breast cancer. One possible explanation for the apparent incongruity is that ER gene expression programmes could be recapitulated by AR. Using a cell line model of ER- AR+ molecular apocrine tumours (termed MDA-MB-453 cells), we map global AR binding events and find a binding profile that is similar to ER binding in breast cancer cells. We find that AR binding is a near-perfect subset of FoxA1 binding regions, a level of concordance never previously seen with a nuclear receptor. AR functionality is dependent on FoxA1, since silencing of FoxA1 inhibits AR binding, expression of the majority of the molecular apocrine gene signature and growth cell growth. These findings show that AR binds and regulates ER cis-regulatory elements in molecular apocrine tumours, resulting in a transcriptional programme reminiscent of ER-mediated transcription in luminal breast cancers.

c-Kit+ progenitors generate vascular cells for tissue-engineered grafts through modulation of the Wnt/Klf4 pathway

The development of decellularised scaffolds for small diameter vascular grafts is hampered by their limited patency, due to the lack of luminal cell coverage by endothelial cells (EC) and to the low tone of the vessel due to absence of a contractile smooth muscle cells (SMC). In this study, we identify a population of vascular progenitor c-Kit+/Sca-1- cells available in large numbers and derived from immuno-privileged embryonic stem cells (ESCs). We also define an efficient and controlled differentiation protocol yielding fully to differentiated ECs and SMCs in sufficient numbers to allow the repopulation of a tissue engineered vascular graft. When seeded ex vivo on a decellularised vessel, c-Kit+/Sca-1-derived cells recapitulated the native vessel structure and upon in vivo implantation in the mouse, markedly reduced neointima formation and mortality, restoring functional vascularisation. We showed that Krüppel-like transcription factor 4 (Klf4) regulates the choice of differentiation pathway of these cells through β-catenin activation and was itself regulated by the canonical Wnt pathway activator lithium chloride. Our data show that ESC-derived c-Kit+/Sca-1-cells can be differentiated through a Klf4/β-catenin dependent pathway and are a suitable source of vascular progenitors for the creation of superior tissue-engineered vessels from decellularised scaffolds.

Molecular study of cell degeneration and evolution induced by mRNA mistranslation

As proteínas existentes nas células são produzidas pelo mecanismo de tradução do mRNA, no qual a informação genética contida nos genes é descodificada em cadeias polipeptídicas. O código genético, que define as regras de descodificação do genoma, minimiza os erros de tradução do mRNA, garantindo a síntese de proteínas com elevada fidelidade. Esta é essencial para a estabilidade do proteoma e para a manutenção e funcionamento dos processos celulares. Em condições fisiológicas normais, os erros da tradução do mRNA ocorrem com frequências que variam de 10-3 a 10-5 erros por codão descodificado. Situações que aumentam este erro basal geralmente estão associadas ao envelhecimento, stresse e a doenças; no entanto, em certos organismos o código genético é traduzido naturalmente com elevado erro, indicando que a síntese de proteínas aberrantes pode de algum modo ser vantajosa. A fim de estudar a resposta celular aos erros de tradução do mRNA, construímos leveduras que incorporam serina no proteoma em resposta a um codão de leucina, usando a expressão constitutiva de um tRNASer mutante. Este fenómeno genético artificial provocou uma forte diminuição da esporulação, da viabilidade e da eficiência de mating, afectando imensamente a reprodução sexual da levedura. Observou-se também uma grande heterogeneidade no tamanho e na forma das células e elevada instabilidade genómica, com o aparecimento de populações poliplóides e aneuplóides. No sentido de clarificar as bases celulares e moleculares daqueles fenótipos e compreender melhor a biologia do erro de tradução do mRNA, construímos também células de levedura que inserem serina em resposta a um codão de leucina de modo indutível e controlado. Utilizaram-se perfis de mRNA total e de mRNA associado a polissomas para elucidar a resposta celular ao erro de tradução do mRNA. Observou-se a indução de genes envolvidos na resposta ao stresse geral, stresse oxidativo e na unfolded protein response (UPR). Um aumento significativo de espécies reactivas de oxigénio (ROS) e um forte impacto negativo na capacidade das células pós-mitóticas re-iniciarem o crescimento foram também observados. Este fenótipo de perda de viabilidade celular foi resgatado por scavangers de ROS, indicando que o stresse oxidativo é a principal causa de morte celular causada pelos erros de tradução. Este estudo levanta a hipótese de que o stresse oxidativo e a acumulação de ROS, ao invés do colapso súbito do proteoma, são as principais causas da degeneração celular e das doenças humanas associadas aos erros de tradução do genoma. ABSTRACT: Proteins are synthesized through the mechanism of translation, which uses the genetic code to transform the nucleic acids based information of the genome into the amino acids based information of the proteome. The genetic code evolved in such a manner that translational errors are kept to a minimum and even when they occur their impact is minimized by similar chemical properties of the amino acids. Protein synthesis fidelity is essential for proteome stability and for functional maintenance of cellular processes. Indeed, under normal physiological conditions, mistranslation occurs at frequencies that range from 10-3 to 10-5 errors per codon decoded. Situations where this basal error frequency increases are usually associated to aging and disease. However, there are some organisms where genetic code errors occur naturally at high level, suggesting that mRNA mistranslation can somehow be beneficial. In order to study the cellular response to mRNA mistranslation, we have engineered single codon mistranslation in yeast cells, using constitutive expression of mutant tRNASer genes. These mistranslating strains inserted serines at leucine-CUG sites on a proteome wide scale due to competition between the wild type tRNALeu with the mutant tRNASer. Such mistranslation event decreased yeast sporulation, viability and mating efficiencies sharply and affected sexual reproduction strongly. High heterogeneity in cell size and shape and high instability in the genome were also observed, with the appearance of some polyploid or aneuploid cell populations. To further study the cellular and molecular basis of those phenotypes and the biology of mRNA mistranslation, we have also engineered inducible mRNA misreading in yeast and used total mRNA and polysome associated mRNA profiling to determine whether codon misreading affects gene expression. Induced mistranslation up-regulated genes involved in the general stress response, oxidative stress and in the unfolded protein response (UPR). A significant increase in reactive oxygen species (ROS) and a strong negative impact on the capacity of post-mitotic cells to re-initiate growth in fresh media were also observed. This cell viability phenotype was rescued by scavengers of ROS, indicating that oxidative stress is the main cause of cell death caused by mRNA mistranslation. This study provides strong support for the hypothesis that oxidative stress and ROS accumulation, rather than sudden proteome collapse or major proteome disruption, are the main cause of the cellular degeneration observed in human diseases associated mRNA mistranslation.

Determinant factors for the use of imposex in TBT pollution monitoring

Os compostos de tributilestanho (TBT) foram utilizados como biocidas em tintas antivegetativas (AV) e amplamente aplicados, durante décadas, de forma a evitar a bioincrustação em superfícies submersas, principalmente em cascos de embarcações. Os seus efeitos deletérios em organismos não-alvo tornaram-se evidentes após o aparecimento de gastrópodes prosobrâquios com imposex – sobreposição de caracteres sexuais masculinos sobre o tracto reprodutivo das fêmeas. Desde então, a expressão do imposex em prosobrânquios tem sido amplamente utilizada como biomarcador da poluição por TBT. Um dos objectivos da presente tese é avaliar se as mais recentes restrições legais na utilização das tintas AV com compostos organoestânicos (OTs) resultaram numa redução da poluição pelos mesmos na costa continental Portuguesa. Para tal, foi levada a cabo a análise da variação temporal do imposex como biomarcador dos níveis ambientais de TBT e a validação de procedimentos, de modo a seguir de forma precisa a evolução da intensidade deste fenómeno ao longo do tempo. O trabalho de investigação teve início no momento em que a ineficácia da legislação anterior (Directiva 89/677/CEE) na redução da poluição por TBT no litoral Português era reportada na literatura e quando estavam já agendados instrumentos decisivos para a diminuição definitiva deste tipo de poluição: o Regulamento (CE) N.º 782/2003 do Parlamento e do Conselho da União Europeia (UE) que bania as tintas AV baseadas em TBT na sua frota a partir de 1 de Julho de 2003; a "Convenção Internacional sobre o Controlo de Sistemas Antivegetativos Nocivos em Navios” (Convenção AFS), adoptada em 2001 pela Organização Marítima Internacional (OMI), que procurava erradicar os OTs da frota mundial até 2008. Os níveis de imposex e as concentrações de OTs nos tecidos de fêmeas de Nucella lapillus foram medidos em 17 locais de amostragem ao longo da costa Portuguesa em 2003, a fim de se avaliarem os impactos do TBT nas populações desta espécie e de se criar uma base de dados para seguir a sua evolução futura. O índice da sequência do vaso deferente (VDSI), o índice do tamanho relativo do pénis (RPSI) e a percentagem de fêmeas afectadas por imposex (%I) foram utilizados na medição da intensidade deste fenómeno em cada local de amostragem e os seus valores variaram entre 0,20-4,04, 0,0- 42,2% e 16,7-100,0%, respectivamente. Foram encontradas fêmeas estéreis em 3 locais de amostragem, com percentagens a variar entre 4,0 e 6,2%. As concentrações de TBT e dibutilestanho (DBT) nas fêmeas variaram respectivamente entre 23-138 e <10-62 ng Sn.g-1 de peso seco, e o conteúdo em TBT nos tecidos revelou-se significativamente correlacionado com o imposex (nomeadamente com o RPSI e o VDSI). Os níveis de expressão do fenómeno e o conteúdo em OTs nos tecidos, foram superiores na proximidade de portos, confirmando as conclusões obtidas anteriormente por outros autores de que os navios e a actividade dos estaleiros são as principais fontes destes compostos no litoral Português. As infra-estruturas associadas ás principais fontes de OTs – portos, estaleiros e marinas – estão geralmente localizadas no interior de estuários, motivo pelo qual estas áreas têm vindo a ser descritas como as mais afectadas por estes poluentes. Por esta razão, foi levado a cabo o estudo pormenorizado da poluição por TBT na Ria de Aveiro, como caso de estudo representativo da poluição por estes compostos num sistema estuarino em Portugal continental. N. lapillus foi usada como bioindicador para avaliar a tendência temporal da poluição por TBT nesta área entre 1997 e 2007. Foi registada uma diminuição da intensidade do imposex após 2003, embora as melhorias mais evidentes tenham sido observadas entre 2005 e 2007, provavelmente devido à implementação do Regulamento (CE) N.º 782/2003 que proibiu a aplicação de tintas AV com TBT em navios com a bandeira da UE. Apesar desses progressos, as análises ao conteúdo em OTs nos tecidos de fêmeas de N. lapillus e em amostras de água colhidas em 2006 indicaram contaminação recente por TBT na área de estudo, evidenciando assim a permanência de fontes de poluição. A utilização de N. lapillus como bioindicador da poluição por TBT na Ria de Aveiro apresenta algumas limitações uma vez que a espécie não ocorre nas áreas mais interiores da Ria e não vive em contacto com sedimentos. Assim, a informação obtida a partir da sua utilização como bioindicador é fundamentalmente relativa aos níveis de TBT na coluna de água. Foi então necessário recorrer a um bioindicador complementar – Hydrobia ulvae – para melhor avaliar a evolução temporal da poluição por TBT no interior deste sistema estuarino e estudar a persistência de TBT nos sedimentos. Não foi registada uma diminuição dos níveis de imposex em H. ulvae na Ria de Aveiro entre 1998 e 2007, apesar da aplicação do Regulamento (CE) N.º 782/2003. Pelo contrário, houve um aumento global significativo da percentagem de fêmeas afectadas por imposex e um ligeiro aumento do VDSI, contrastando com o que tem sido descrito para outros bioindicadores na Ria de Aveiro no mesmo período. Estes resultados mostram que a diferente biologia/ecologia das espécies indicadoras determina vias distintas de acumulação de TBT, apontando a importância da escolha do bioindicador dependendo do compartimento a ser monitorizado (sedimento versus água). A ingestão de sedimento como hábito alimentar em H. ulvae foi discutida como sendo a razão para a escolha da espécie como indicadora da contaminação dos sedimentos por TBT. Foram também estudados os métodos mais fiáveis para reduzir a influência de variáveis críticas na medição dos níveis de imposex em H. ulvae. As comparações de parâmetros do imposex baseados em medições do pénis devem ser sempre realizadas sob condições de narcotização bem standardizadas uma vez que este procedimento provoca um aumento significativo do comprimento do pénis (PL) em ambos os sexos. O VDSI, a % e o PL em ambos os sexos revelaram ser fortemente influenciados pelo tamanho dos espécimes: a utilização de fêmeas mais pequenas conduz à subestimação do VDSI, da %I e do PL, enquanto que diferenças no tamanho dos machos provocam variações no índice do comprimento relativo do pénis (RPLI), independentemente dos níveis de poluição por TBT. Existe, portanto, a necessidade de controlar algumas variáveis envolvidas na análise do imposex que mostraram afectar a fiabilidade dos resultados. Uma vez que N. lapillus é o principal bioindicador dos efeitos biológicos específicos do TBT para a área da OSPAR, foi também estudada a influência de algumas variáveis na avaliação dos níveis de imposex nesta espécie, especificamente as relacionadas com o ciclo reprodutor e o tamanho dos espécimes. O estudo do ciclo reprodutor e a variação sazonal/espacial do comprimento do pénis do macho (MPL) incidiu num único local no litoral Português (Areão – região de Aveiro) de forma a avaliar se o RPSI varia sazonal e espacialmente na mesma estação de amostragem e se tais variações influenciam os resultados obtidos em programas de monitorização do imposex. Nos meses de Dezembro de 2005 a Junho de 2007, foram encontrados espécimes de N. lapillus sexualmente maturos e potencialmente aptos para a reprodução. Contudo, foi também evidente um padrão sazonal do ciclo reprodutor – o estado de desenvolvimento da gametogénese nas fêmeas variou sazonalmente e ocorreu uma diminuição do volume da glândula da cápsula e do factor de condição no final do Verão / início do Outono. Contrariamente, a gametogénese nos machos não apresentou variação sazonal significativa, embora os valores mais baixos do factor de condição, do comprimento do pénis e dos volumes de esperma e da próstata tenham também sido registados no final do Verão / início do Outono. Além disso, o MPL mostrou variar, no mesmo local de amostragem, inversamente com a distância aos ninhos de cápsulas ovígeras; um aumento dos valores do MPL foi também observado em espécimes de maior tamanho. Todas estas variações no MPL introduzem desvios nos resultados da avaliação do imposex quando é usado o RPSI. A magnitude do erro envolvido foi quantificada e revelou-se superior em locais com níveis mais elevados de poluição por TBT. Apesar do RPSI ser um índice que fornece informação importante sobre os níveis de poluição por TBT, a sua interpretação deve ser cuidadosa e realizada complementarmente com os outros índices, destacando-se o VDSI como índice mais fiável e com significado biológico mais expressivo. Novas campanhas de monitorização do imposex em N. lapillus foram realizadas ao longo da costa Portuguesa em 2006 e 2008, e os resultados subsequentemente comparados com a base de dados criada em 2003,de forma a avaliar a evolução da poluição por TBT no litoral Português naquele período. Nestes estudos foram aplicados novos procedimentos na monitorização e tratamento dos dados, de forma a minimizar a variação nos índices de avaliação do imposex induzida pelos factores acima descritos, para seguir com maior consistência a tendência da poluição por TBT entre 2003 e 2008. Foi observado um declínio global significativo na intensidade de imposex na área de estudo durante o referido período e a qualidade ecológica da costa Portuguesa, segundo os termos definidos pela Comissão OSPAR, revelou melhorias notáveis após 2003 confirmando a eficácia do Regulamento (CE) N.º 782/2003. Não obstante, as populações de N. lapillus revelaram-se ainda amplamente afectadas por imposex, tendo sido detectadas emissões de TBT na água do mar ao longo da costa em 2006, apesar da restrição anteriormente referida. Estes inputs foram atribuídos principalmente aos navios que à data ainda circulavam com tintas AV com TBT aplicadas antes de 2003, uma vez que a sua utilização nas embarcações foi apenas proibida em 2008. Considerando que o Regulamento (CE) N.º 782/2003 constitui uma antecipação da proibição global da OMI que entrou em vigor em Setembro de 2008, prevê-se, por analogia, que haja uma rápida diminuição da poluição por TBT à escala mundial num futuro próximo. Na sequência desta previsão, é apresentada uma discussão teórica preliminar relativamente ás possíveis estratégias usadas por N. lapillus na recolonização de locais onde, no passado, as populações terão aparentemente sido extintas devido a níveis extremamente elevados de TBT. Estes locais são tipicamente zonas abrigadas junto de infra-estruturas portuárias, cuja recolonização por esta espécie será provavelmente muito lenta dada a mobilidade reduzida dos adultos e o ciclo de vida não apresentar fase larvar pelágica. Foram então equacionadas duas hipotéticas vias de recolonização de zonas abrigadas por espécimes provenientes de populações de costa aberta/exposta: a migração de adultos e/ou a dispersão de juvenis. No entanto, em ambos os casos, estaria implicada a transposição de um problema amplamente descrito na bibliografia: as populações de N. lapillus de costa aberta podem apresentar um fenótipo muito diferente das de zonas abrigadas, podendo inclusivamente variar no número de cromossomas. A recolonização pode portanto não ter sucesso pelo simples facto dos novos recrutas não estarem bem adaptados aos locais a recolonizar. Para analisar este problema, foram estudados tanto a forma da concha de espécimes de N. lapillus ao longo da costa Portuguesa como o respectivo número de cromossomas. Embora a forma da concha tenha revelado diferenças, de acordo com o grau de hidrodinamismo entre as populações de N. lapillus avaliadas, o cariótipo 2n = 26, típico de zonas expostas, foi registado em todos os locais amostrados. Por outro lado, foi também testada em laboratório a possível mortalidade de juvenis em dispersão no interior menos salino dos estuários. Foi então verificada a ocorrência de mortalidade elevada de juvenis expostos a salinidades baixas (=100% após 1 hora a salinidades ≤9 psu), o que também pode comprometer a recolonização de zonas estuarinas menos salinas por esta via. Mesmo assim, os juvenis mostraram um comportamento de flutuação à superfície da água em condições laboratoriais, que pode ser considerado um benefício específico na colonização de áreas mais internas dos estuários, se tal facto vier a ser confirmado em estudos de campo. As conclusões deste estudo contribuem certamente para a descrição do final da “história do TBT” dado que, uma vez controlados alguns factores determinantes no uso do imposex como biomarcador, a avaliação do declínio da poluição por estes compostos, agora esperado à escala global, se torna mais rigorosa.

Lichenicidin biosynthesis and search for novel antibacterial peptides

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

Phenotypic consequences of genome mistranslation in Candida albicans

Várias espécies do género Candida traduzem o codão CUG de leucine como serina. Em C. albicans este codão é traduzido pelo tRNACAG Ser de serina que é reconhecido por leucil- e seril-tRNA sintetases (LeuRS e SerRS), permitindo a incorporação de leucina ou serina em posições com CUG. Em condições padrão de crescimento os codões CUG é incorporam 3% de leucina e 97% de serina, no entanto estes valores são flexíveis uma vez que a incorporação de serina pode variar entre 0.6% e 5% em resposta a condições de stress. Estudos anteriores realizados in vivo em Escherichia coli sugeriram que a ambiguidade em codões CUG é regulada pela SerRS. De facto, o gene da SerRS de C. albicans tem um codão CUG na posição 197 (Ser197) cuja descodificação ambígua resulta na produção de duas isoformas de SerRS. A isoforma SerRS_Leu197 é mais ativa, apesar de menos estável, que a isoforma SerRS_Ser197, suportando a ideia da existência de um feedback loop negativo, envolvendo estas duas isoformas de SerRS, a enzima LeuRS e o tRNACAG Ser, que mantem os níveis de incorporação de leucina no codões CUG baixos. Nesta tese demonstramos que tal mecanismo não é operacional nas células de C. albicans. De facto, os níveis de incorporação de leucina em codões CUG flutuam drasticamente em resposta a alterações ambientais. Por exemplo, a incorporação de leucina pode chegar a níveis de 49.33% na presença de macrófagos e anfotericina B, mostrando a notória tolerância de C. albicans à ambiguidade. Para compreender a relevância biológica da ambiguidade do código genético em C. albicans construímos estirpes que incorporam serina em vários codões. Apesar da taxa crescimento ter sido negativamente afetada em condições padrão de crescimento, as estirpes construídas crescem favoravelmente em várias condições de stresse, sugerindo que a ambiguidade desempenha um papel importante na adaptação a novos nichos ecológicos. O transcriptoma das estirpes construídas de C. albicans e Saccharomyces. cerevisiae mostram que as leveduras respondem à ambiguidade dos codões de modo distinto. A ambiguidade induziu uma desregulação moderada da expressão génica de C. albicans, mas ativou uma resposta comum ao stresse em S. cerevisiae. O único processo celular que foi induzido na maioria das estirpes foi a oxidação redução. De salientar, que enriquecimento em elementos cis de fatores de transcrição que regulam a resposta à ambiguidade em ambas as leveduras foi distinta, sugerindo que ambas respondem ao stresse de modo diferente. Na globalidade, o nosso estudo aprofunda o conhecimento da elevada tolerância à ambiguidade de codões em C. albicans. Os resultados sugerem que este fungo usa a ambiguidade do codão CUG durante infeção, possivelmente para modular a sua interação com o hospedeiro e a resposta a drogas antifúngicas.