Experimental validation of new drugs for calorie restriction from computational models

Tese de mestrado em Bioquímica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2012O envelhecimento é um dos problemas mais graves que o mundo desenvolvido enfrenta no século XXI. Para a Ciência, o desafio é não só encontrar maneiras de aumentar a esperança de vida, mas também a qualidade de vida, particularmente em idades mais avançadas. A Restrição Calórica (CR) é a limitação do consumo de calorias, sem provocar malnutrição. Há mais de 75 anos que se sabe que esta intervenção é capaz de aumentar a longevidade. Ao longo dos anos, ficou claro também que a CR diminui o risco para doenças relacionadas com o envelhecimento. Experiências num número muito variado de espécies mostraram que o efeito da CR é conservado desde a levedura até aos mamíferos. Estudos em humanos têm um grande número de limitações que não permitiram até ao momento avaliar se esta intervenção tem efeitos semelhantes em seres humanos, contudo resultados preliminares indicam que alguns factores de risco para doenças são reduzidos em pessoas sujeitas à CR. Os mecanismos através dos quais a CR actua são ainda controversos, mas os estudos realizados até ao momento permitem discernir algumas das vias metabólicas que provavelmente mediam este processo. A evidência sugere que a via do alvo da Rapamicina (TOR), um sensor de nutrientes, está relacionada com a CR em vários modelos biológicos, tais como levedura, C. elegans e Drosophila. A inibição do TOR provoca um aumento da longevidade e visto que este acréscimo não pode ser ampliado pela CR, é provável que a via TOR seja uma das mediadoras desta intervenção. Esta via metabólica encontra-se relacionada com o desenvolvimento e o crescimento, mas é possível que em adultos, uma vez que o processo de desenvolvimento já terminou e portanto ocorre muito pouco crescimento, a activação do TOR possa desencadear o envelhecimento, fazendo sentido que a CR inactivasse este processo. Outra via metabólica que se encontra também relacionada com a CR é a via de sinalização da insulina/IGF-1 (IIS). Estudos realizados demonstram claramente que a inibição desta via tem um efeito de aumento da longevidade, tanto em invertebrados, tais como C. elegans e Drosophila, como em ratinhos, através da activação de um factor de transcrição (FOXO) mais abaixo na cascata de sinal. Contudo, a relação entre esta via e a CR não é clara. Se por um lado a resposta à CR é diminuída quando o FOXO é inactivado, ela não é contudo eliminada completamente. Estes resultados sugerem que há apenas uma sobreposição parcial entre os dois processos. Dado que a CR é um regime difícil de manter por seres humanos, para melhor tirar partido dos seus benefícios seria importante descobrir fármacos que possam actuar pelo mesmo mecanismo que a CR, induzindo efeitos benéficos semelhantes, chamados de miméticos da CR (CRM). Apesar de existirem já alguns fármacos que poderão ser CRMs, seria de interesse ter algum método que permitisse obter uma série de candidatos para testar. Os objectivos deste trabalho são descobrir fármacos capazes de provocar efeitos semelhantes à CR e validar um método bioinformático para obter candidatos a CRM. Este método baseia-se numa ferramenta, o Connectivity Map (Cmap), que usa perfis de expressão génica para gerar uma lista de moléculas com actividade biológica cujo efeito no organismo correlaciona-se com um estado biológico de interesse, neste caso a resposta à CR. Após aplicação deste método, escolheram-se os fármacos mais promissores para teste dos obtidos pelo Cmap: Geldanamicina, 15d-PGJ2, Rapamicina, Radicicol, LY-294002, 17-AAG, Tricostatina A (TSA), Fulvestrant, Ácido nordihidroguaiarético e Alantoína. Os fármacos escolhidos foram testados em C. elegans, um importante modelo biológico. Este animal foi utilizado em grande parte pelo seu curto tempo médio de vida, o que é bastante útil em experiências pela longevidade. Além da estirpe wild-type N2, recorreu-se também a uma estirpe mutante eat-2, com defeitos na faringe que limitam o consumo de comida, simulando um estado de CR. Inicialmente, foi necessário optimizar as concentrações destes fármacos que permitam obter o efeito mais potente possível sem toxicidade para os animais. Verificou-se que vários destes fármacos podem ser letais em concentrações mais elevadas. Após escolha das dosagens óptimas, selecionou-se apenas quatro dos fármacos em estudo para realizar os testes de longevidade. A opção recaiu sobre a Rapamicina, o LY-294002, a TSA e a Geldanamicina. Avaliou-se a sobrevivência das duas estirpes de C. elegans, simulando duas dietas diferentes ad libitum (AD) e CR, tanto com como sem adição destes quatro fármacos. Assim é possível não só determinar o seu efeito na longevidade destes animais como obter uma indicação da relação entre o seu mecanismo e o da CR. A Rapamicina e o LY-294002 induziram ambas um aumento de 19.2% na sobrevivência mediana da estirpe N2, contudo não alteraram significativamente a sobrevivências dos mutantes eat-2. Estes resultados eram já algo esperados, uma vez que se sabia que a Rapamicina é capaz de estender a longevidade em Drosophila e ratinho; e o LY-294002 aumenta a sobrevivência em C. elegans. Mais importante é o facto de estes fármacos não terem o mesmo efeito nos animais sob CR, possivelmente porque as vias activadas por eles já se encontram activas nestes mutantes – uma indicação de que a Rapamicina e o LY-294002 são talvez CRMs. Esta hipótese já tinha sido avançada, uma vez que o alvo molecular da Rapamicina é o TOR e o do LY-294002 é o PI-3K (parte da via IIS), ambos parte de vias que se pensa mediarem pelo menos parcialmente a resposta à CR. Similarmente, a TSA aumenta a sobrevivência mediana dos N2 em 11.5%, mas não a da estirpe eat-2. Já tinha sido demonstrado que este fármaco provoca um aumento da longevidade em Drosophila, tornando o resultado em N2 esperado, contudo não existia até ao momento nenhum indício de que a acção deste fármaco estava relacionada com a CR. Após este resultado, pode-se propor que a TSA é possivelmente um CRM. Já a Geldanamicina não teve qualquer efeito na sobrevivência da estirpe N2, mas diminuiu em 26.9% a sobrevivência mediana da estirpe eat-2, cancelando o efeito de aumento de longevidade da CR. Apesar de saber-se que a Geldanamicina tem um efeito de indução da senescência em alguns tipos de células, não tinha sido testado qual o seu efeito na longevidade. Com estes resultados, põe-se a hipótese de que a Geldanamicina, não afectando a longevidade em condições normais, impede esta se altere em resposta à CR. É possível que tal aconteça porque este fármaco actua através das mesmas vias metabólicas que a CR, mas estimulando-as a funcionarem de maneira oposta. No entanto, em qualquer destes quatro fármacos verifica-se uma discordância com o efeito previsto para eles no Cmap. Nomeadamente, a previsão para a Geldanamicina é que tivesse um efeito semelhante ao CR, enquanto que a Rapamicina, o LY-294002 e a TSA teriam o efeito oposto. Não só isto não se verificou experimentalmente, como parece contradizer a literatura existente. Analisou-se os genes mais significativos para as previsões do Cmap, com o objectivo de tentar compreender a razão por que as previsões obtidas são simetricamente opostas ao observado e quais as vias e metabolitos mais afectados por estes fármacos e pela CR. Tanto numa análise mais geral, com todos os fármacos com resultados mais significativos, como noutra mais específica usando apenas os quatro fármacos testados, os resultados foram semelhantes. A inconsistência em relação às previsões do Cmap não ficou completamente esclarecida, contudo esta análise apoia os resultados obtidos experimentalmente. Obteve-se ainda uma lista de genes que poderão estar envolvidos na resposta à CR, assim como no mecanismo de acção destes fármacos, o que é útil para trabalhos futuros. Muitos destes genes encontram-se envolvidos em processos de resposta ao stress, no ciclo celular ou na regulação do crescimento e proliferação celular. Este trabalho demonstra então que a abordagem para obtenção de candidatos a CRM usando o Cmap pode ser útil, pois os candidatos obtidos parecem estar de facto relacionados com a CR. No entanto, não é claro que a acção prevista corresponda necessariamente aos resultados experimentais. Adicionalmente, os resultados obtidos indicam que a Rapamicina, o LY-294002 e a TSA poderão ser talvez CRMs, enquanto que a Geldanamicina é capaz de cancelar os efeitos da CR, usando possivelmente as mesmas vias metabólicas.This work assesses a new bioinformatic tool, the Connectivity Map (Cmap), in predicting Calorie Restriction Mimetic (CRM) candidates. The Cmap used gene-expression profiles to predict that the following drugs act through a mechanism strongly correlated to that of Calorie Restriction (CR): Geldanamycin, 15d-PGJ2, Rapamycin, Radicicol, LY-294002, 17-AAG, Trichostatin A (TSA), Fulvestrant, Nordihydroguaiaretic acid and Allantoin. These drugs were tested in the nematode worm Caenorhabditis elegans (C. elegans), to optimize concentrations so as to get the strongest effect without poisoning the animals. Then the four most promising drugs were chosen for further testing: Geldanamycin, Rapamycin, LY- 294002 and TSA. Lifespan assays with these drugs were performed in both wild-type (N2) and eat-2 strains. The latter induces a CR-like state by limiting nutrient intake. Rapamycin, LY-294002 and TSA increased median survival in N2 animals by 19.2%, 19.2% and 11.5%, respectively; but not in eat-2. This is an indicator that the lifespan extension induced by them may function through the same mechanisms as CR. While the Cmap predicted these drugs would have the opposite effect of CR, they were known from the literature to increase longevity. LY-294002 and Rapamycin were even suspected of being CRM, given that their known targets are part of CR-related pathways. Therefore, these results are consistent with previous studies. Geldanamycin had no effect on N2, but decreased survival of eat-2 mutants by 26.9%, indicating that it might act through the same mechanisms as CR, but with an opposite effect, cancelling the CR-induced lifespan extension. This result was not expected from the Cmap results that predicted Geldanamycin to mimic CR. Analysis of the most significant genes for the Cmap results was not able to explain the discrepancies, but corroborated the experimental data and indicated some genes, such as HSPA8 and MDM2, possibly involved in the CR and drugs’ mechanisms

Conceptual progression hypothesis study about asexual reproduction and germination in plant reproduction

This work aims the understanding of how the conceptual progression on plants reproduction presents itself to the primary school students. Was made a exploratory study (Arnal et al., 2001) to select three students for the instrumental case study (Stake, 2000) and performed in-depth interviews (Arksey & Knight, 1999). From the conceptions collected was builted an Progression Hypothesis presented according to nineteen categories and three levels of conceptualisation. According to this progression hypothesis we were able to identify the obstacle in the learning process of the concept plants reproduction

Interspecies human encounters as learning opportunities in/for environmental education

The presentation aims at examining the potential directions and issues emerging from a international research project that seeks to investigate how young children interact with captive animals—i.e. dolphins and reptiles—in Portugal and Canada

As ideias das crianças sobre os tubarões e atividades em contexto de jardim de infância

O presente estudo foi desenvolvido num Jardim de Infância pertencente ao concelho de Olhão, com um grupo de crianças com idades compreendidas entre os 5 e os 6 anos. Este teve como motivação base abordar uma temática de sensibilização às ciências em Jardim de Infância, procurando responder a duas questões principais: Quais as ideias das crianças acerca dos tubarões? De que forma estas ideias evoluem na construção do conhecimento pessoal e sensibilização face aos tubarões? Desta forma, o estudo tem como principais objetivos: (i) identificar as ideias das crianças e do conhecimento de senso comum sobre os tubarões, através do desenho e (ii) sensibilizar as crianças para a conservação, preservação, respeito, valorização e proteção do ambiente, particularmente do tubarão, com recurso a um conjunto de atividades, com especial enfase, o teatro de dedoches/fantoches. Para tal, recorremos a uma metodologia de cariz qualitativo de recolha de informação e a um conjunto de atividades de intervenção implementadas em Jardim de Infância. Em suma, este estudo permitiu-nos refletir sobre uma prática educativa que valoriza e se centra no estudo das ideias das crianças contribuindo para a reconstrução dos seus próprios conhecimentos

Conhecimento especializado do professor para ensinar ciências

A partir dos trabalhos de Shulman (1986, 1987) vários investigadores estudaram sobre o conhecimento do professor para ensinar ciências (Van Driel et al., 1998; Magnusson et al., 1999; Abd-El-Khalick e Lederman, 2000; Van Dijk e Kattmann, 2007; Park e Oliver, 2008). Também com este estudo se pretende contribuir para essa melhoria mas principalmente ajudar a definir prioridades na organização dos programas dos cursos de formação de professores. Assim, adaptamos o modelo do conhecimento especializado do professor de matemática de Carrillo et al. (2013). Após desenvolvida a investigação teremos resposta a três questões de investigação: a) Que conhecimentos apresenta um professor para ensinar ciências naturais?; b) Como se caracteriza esse conhecimento tendo em conta o modelo do conhecimento para ensinar matemática (Carrillo et al., 2013) e c) Como se adapta o modelo do conhecimento para ensinar matemática de Carrillo et al. (2013) às ciências naturais. Trata-se de uma investigação de cariz qualitativo e corresponde a um estudo de caso instrumental (Stake, 1998). A recolha de informação foi efetuada por gravação em vídeo de aulas dos 1º e 2º CEB, com a realização de entrevistas, análise dos planos de aula e conversas informais. As duas aulas analisadas até à data, de entre catorze no total, está a ser auxiliada com o software N Vivo, para permitir gerir a informação recolhida da prática dos dois professores.From the work of Shulman (1986, 1987) several researchers have studied the specific knowledge of the teacher to teach science in order to better define and understand it (Van Driel et al, 1998); Magnusson et al., 1999; Abd-El-Khalick & Lederman, 2000; Van Dijk and Kattmann, 2007; Park & Oliver, 2008). With this study presentation we also aim to contribute to the understanding of that knowledge and, most of all promote and support priorities during the organization of the curriculum of teacher training courses. After all the research is complete we will have answered to three research questions: a) What knowledge has a teacher to teach natural science?; b) What are the characteristics of that knowledge in face of the model of knowledge for teaching mathematics (Carrillo et al., 2013) and c) How to adapt its the model of knowledge for teaching math (Carrillo et al., 2013) to the natural sciences? This research study fits in a qualitative methodology and corresponds to an instrumental case study (Stake, 1998). Data collection was performed by video recording in the context of the classroom in primary and elementary education, with interviews, analysis of lesson plans and conversations. At this time only two of the fourteen lessons were analyzed with the N Vivo software to support enable manage the evaluation of the information collected from the practice of two teachers

The pedagogy of encounter: how do zoo interpreters account for their facilitation of interspecies encounters between visitors and captive animals?

Zoo interpreters have an important role to play in enhancing the educational potential of an informal learning setting. Nonetheless, little is known about what motivates individuals to pursue a profession in zoo interpretation, or how these individuals account for their educational methods. Our study was designed to gain insight into zoo interpreters’ self-reported methods and motivations for facilitating human-animal encounters as part of their daily work routine. Semi-formal interviews were conducted with full-time interpreters at a private zoo in Ottawa, and the transcribed data was coded for emergent themes. Overall, respondents consistently accounted for their facilitation methods by referencing potential benefits to wild animals, to the human visitors, and to the interpreters themselves. This study will contribute to the scholarly body of research that analyzes interspecies interactions for the purpose of providing enhanced environmental and scientific educational opportunities for all, specially children

Análise cognitiva da prática do professor de ciências recorrendo à modelação do ensino.

A prática dos professores pode ser analisada numa perspectiva de melhorar a sua compreensão, através da caracterização dos seus elementos (Krainer, 1999). É neste sentido, da compreensão da prática do professor, que esta investigação se desenvolve, porque o principal objectivo é compreender o pensamento e acção do professor, quando este está comprometido com o acto de ensino. Deste modo, na presente investigação descreve-se como se pode modelar o ensino de dois professores do Ensino Básico, relativo ao tema Diversidade das Plantas. Esta modelação do ensino corresponde basicamente à análise detalhada das crenças, objectivos e conhecimentos em acção, em sala de aula, através da compreensão de entidades teóricas como o guião de acção, rotina e improvisação

Os scripts como elementos de reflexão para professores de ciências.

Neste trabalho analisa-se a prática de dois professores no seu primeiro ano de exercício profissional através do Instrumento de Modelação (IM), que permite caracterizar os seus guiões de acção ou scripts. O script corresponde a uma entidade teórica que permite compreender uma sequência de acções estandardizada, dependente do conteúdo de ciências. A incorporação de elementos à prática de ensino do professor terá que passar por um questionamento e análise contínuos e contextualizados do seu ensino. Deste modo, a reflexão sobre os scripts torna-se essencial para a melhoria do ensino

The new challenges for higher education institutions in consequence of new public audit

This research was carried out in order to investigate the new challenges for public audit in consequence of the recent public accounting changes, specifically the adoption in Portugal the International Public Sector Accounting Standards (IPSAS), because the New Public Management (NPM) implies a new model of public management, pursuing a public sector with more transparency and accountability (Hood, 1991; Dunleavy & Hood, 1994; Barzelay, 2001; Wiesel & Modell, 2014). Thus, the purpose of this research is to demonstrate the need to design strategies, principles and challenges to the courses offered by Higher Education Institutions (HEI), particularly the Bachelor of Accounting and the Master of Accounting of the School of Technology and Management of the Guarda Polytechnic Institute (in Portuguese, ESTG-IPG), to answer to job market of the public entities, in general, and students and teacher’s needs, in particular. On the one hand, as result of the entry into force on January 1, 2010 of Decree Law nº 158/2009 of 13 July (MFAP, 2009), which approved the new Portuguese Accounting Standards System for the private sector and revoked the Official Accounting Plan, approved by Decree Law nº 410/89 of November 21 (MF, 1989), Portugal adheres to the European model of the International Financial Reporting Standards (IFRS) issued by the International Accounting Standards Board (IASB). On the other hand, the Official Plan of Public Accounting for the public sector, approved by Decree Law nº 232/97 of September 3 (MF, 1997), will adheres to the IPSAS issued by the International Public Sector Accounting Standards Board (IPSASB) in a near future. Methodologically, this research relied on a two-track approach. The first takes the form of an editorial review and argument, based on the Portuguese and European legal regime of accounting and auditing and the literature review. The second takes the form of a case study method involving a profound knowledge of the Bachelor of Accounting, approved by Order nº 13997/2012 of October 26 (IPG,2012), that revised the Order nº 21638/2006 of October 24 (IPG, 2006), and the Master of Accounting, approved by Order nº 14928/2011 of November 3 (IPG, 2011), that revised the Order nº 4351/2008 of February 19 (IPG,2008), of the ESTG-IPG