Το επιστημονικό ενδιαφέρον της παρούσας διδακτορικής διατριβής εστιάζεται στο ρόλο του κυτταροσκελετού της δεσμίνης (desmin), της μυοειδικής πρωτεΐνης, μέλος της οικογένειας των ενδιάμεσων ινιδίων, στη διατήρηση και τη λειτουργία του καρδιακού μυός. H καταστολή της έκφρασης της δεσμίνης σε μύες με τη χρησιμοποίηση της γονιδιακής στόχευσης, έδειξε πως η έκφραση της δεσμίνης είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της λειτουργικής και δομικής ακεραιότητας του καρδιακού μυός. Μύες που δεν εκφράζουν δεσμίνη αναπτύσσουν διατατική καρδιομυοπάθεια, που χαρακτηρίζεται από ανωμαλίες σε υποκυτταρικά οργανίδια, όπως είναι τα μιτοχόνδρια, εκτεταμένη ίνωση και εναπόθεση ασβεστίου, με επακόλουθο τον κυτταρικό θάνατο, και τελικά την καρδιακή ανεπάρκεια. Πιο συγκεκριμένα σε μια προσπάθεια διερεύνησης της βιολογικής δράσης της δεσμίνης, μελετήθηκαν οι πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις αυτού του μορίου. Η ανεύρεση μορίων με τα οποία η δεσμίνη αλληλεπιδρά μπορεί να δώσει σημαντικές πληροφορίες για τη βιολογικής της δράση και να βοηθήσει στην κατανόηση της παθολογίας που παρατηρείται σε επίμυς όπου έχει κατασταλεί η έκφρασή της (διαγονιδιακό μοντέλο διατατικής καρδιομυοπάθειας που έχει δημιουργηθεί από το εργαστήριό μας, des-/-) ή σε ασθενείς με καρδιομυοπάθειες εξαιτίας μεταλλαγών στο μόριο της δεσμίνης. Για το σκοπό αυτό εφαρμόστηκε η μέθοδος του διυβριδικού συστήματος ζύμης (Yeast two-hybrid), όπου χρησιμοποιήθηκε τμήμα του μορίου της δεσμίνης (το αμινο-τελικό άκρο), με το οποίο ‘σαρώθηκε’ (screening) μια cDNA καρδιακή βιβλιοθήκη, και βρέθηκε ένας αριθμός δυνητικών αλληλεπιδράσεων. Η σάρωση αποκάλυψε την αλληλεπίδραση της δεσμίνης με ένα νέο μόριο, τη Myospryn, μια μυοειδική πρωτεΐνη 413 kDa, μέλος της οικογένειας των TRIM-like πρωτεϊνών. Η πρωτεΐνη myospryn βρέθηκε αρχικά να αλληλεπιδρά με την πρωτεΐνη dysbindin, η οποία εμπλέκεται σε διαδικασίες διαμετακίνησης πρωτεϊνών, κυστιδίων και βιοσύνθεσης οργανιδίων, και αποτελεί συστατικό ενός πρωτεϊνικού συμπλόκου υπεύθυνου για τη βιογένεση λυσοσωμάτων και λυσοσωματικά συσχετιζόμενων οργανιδίων, γνωστό ως Biogenesis of Lysosome Related Organelles (BLOC-1). Η πρόσδεση της δεσμίνης με τη myospryn επαληθεύτηκε με in vitro μεθόδους (GST pull down assay, Co-immunoprecipitation). H ανάλυση ανοσοαποτύπωσης (western blot) απεκάλυψε ότι το ανοσολογικό σύμπλοκο που κατακρημνίζεται με χρήση αντισωμάτων δεσμίνης περιέχει, εκτός της myospryn, και δυο τουλάχιστον υπομονάδες του πρωτεϊνικού συμπλόκου BLOC-1, dysbindin και pallidin. Πειράματα με το δι-υβριδικό σύστημα ζύμης απεκάλυψαν την ακριβή περιοχή αλληλεπίδρασης των δύο πρωτεϊνών, και η οποία περιλαμβάνει τα αα58-103 του αμινο-τελικού άκρου της δεσμίνης και τα τελευταία 24αα του καρβόξυ-τελικού άκρου του μορίου της myospryn, που αντιστοιχούν στο SPRY τμήμα του TRIM-like μοτίβου της οικογένειας των πρωτεϊνών στην οποία ανήκει η myospryn. Πειράματα ανοσοφθορισμού σε απομονωμένα καρδιομυοκύτταρα απεκάλυψαν ότι η myospryn τοπολογείται στην περιφέρεια του πυρήνα, σε στενή γειτνίαση με τις μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου, και στο σημείο αυτό αλληλο-επικαλύπτεται με τη δεσμίνη, η οποία σχηματίζει ένα δίκτυο ινιδίων που διατρέχει όλο το μήκος του κυττάρου. Στον ενήλικο καρδιακό ιστό, η myospryn βρίσκεται κυρίως στους εμβόλιμους δίσκους, καθώς και στο επίπεδο της πλασματικής μεμβράνης, του σαρκολείματος, όπου και αλληλοεπικαλύπτεται με τη δεσμίνη. Η αλληλο-επικάλυψη των δυο πρωτεϊνών είναι έντονη στο επίπεδο των εμβόλιμων δίσκων. Δείχθηκε πως η myospryn άλληλο-επικαλύπτεται με τα λυσοσώματα καθώς και ότι η δεσμίνη είναι απαραίτητη τόσο για τη σωστή τοπολόγηση της myospryn, όσο και για αυτήν των λυσοσωμάτων. Τέλος, με πειράματα καταστολής τηw έκφρασης της myospryn, αποκαλύφθηκε πως η παρουσία της myospryn είναι απαραίτητη προκειμένου η δεσμίνη να μπορεί να ανοσοκατακρημνίσει τις υπομονάδες του BLOC-1, dysbindin και pallidin Τέλος, στην προσπάθεια χαρακτηρισμού του λειτουργικού ρόλου της myospryn συμπεριλήφθηκε η χρησιμοποίηση του μοντέλου του D. rerio (zebrafish). Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία των antisense morpholinos, ήταν δυνατή η παρεμπόδιση της έκφρασης της myospryn και η μελέτη των επιπτώσεων στην ανάπτυξη και λειτουργία του καρδιακού ιστού. Η καταστολή της έκφρασης της myospryn είχε ως αποτέλεσμα σοβαρές δομικές και λειτουργικές ανωμαλίες στο καρδιακό σύστημα ατόμων Danio rerio, καταδεικνύοντας την σπουδαιότητα αυτού του μορίου στην ανάπτυξη του καρδιακού συστήματος του D.rerio. Συμπερασματικά η παρούσα διδακτορική διατριβή διαπραγματεύεται τις πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις της μυοειδικής πρωτεΐνης δεσμίνης, αποκαλύπτοντας νέους ρυθμιστικούς ρόλους για το μόριο αυτό. / The scientific interest of this PhD thesis is mainly the role of desmin cytoskeleton (the muscle-specific intermediate filament) in myocyte maintenance and function. The ablation of desmin expression in mice by gene targeting demonstrated that desmin expression is crucial for maintanance of healthy muscle. Mice null for desmin develop dilated cardiomyopathy characterized by mitochondrial abnormalities, extensive cardiomyocyte death, fibrosis, calcification and eventually heart failure. Study of desmin protein interactions could facilitate our understanding of the molecular mechanisms responsible for the observed pathology. To that end, we have performed a yeast two-hybrid screening of a cardiac cDNA library We showed that the desmin amino-terminal domain [Naa(1 -103)] binds to a 413kDa TRIM-like protein, myospryn, originally identified as the muscle-specific partner of dysbindin, a component of the Biogenesis of Lysosome Related Organelles Complex 1 (BLOC-1). Binding of desmin with myospryn was confirmed with GST pull down assays and co-immunoprecipitation experiments. Western blot analysis revealed that the complex immunoprecipitated by desmin antibodies, in addition to myospryn contained the BLOC-1 components dysbindin and pallidin. Deletion analysis revealed that only the [Naa(1 -103)] fragment of desmin binds to myospryn carboxyl terminus and that this association takes place through the 24aa long C-terminal end of the SPRY domain of myospryn. Using an antibody against the COOH terminus of myospryn, we demonstrated that myospryn co-localizes with desmin at the periphery of the nucleus, in close proximity to the endoplasmic reticulum, of mouse neonatal cardiomyocytes. In adult heart muscle, the two proteins co localize, predominantly, at intercalated discs and costameres. We also showed that myospryn colocalizes with lysosomes. Using desmin null hearts, we demonstrated that desmin is required for both the proper perinuclear localization of myospryn, as well as the proper positioning of lysosomes, thus suggesting a potential role of desmin IFs in lysosomes and lysosome-related organelle biogenesis and/or positioning. siRNAs experiments for myospryn knock down revealed that when myospryn is absent, desmin is not able to immunoprecipitate BLOC-1 subunits. Additionally, the in vivo role of myospryn was examined using the model of D. rerio. Using a splice morpholino for knocking down myospryn transcript, we examined the effects on zebrafish heart development and function caused by the absence of myospryn, where it was shown that myospryn is essential for the early heart development in D.rerio. In summary, this work reveals the association of desmin with a novel molecule, myospryn, and it sheds light on novel regulatory role for this member of intermediate filament family.

- / -

Η ΒΥΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. / Η δεσμίνη, το μυοειδικό μέλος της οικογένειας των ενδιάμεσων ινιδίων, εκφράζεται σε καρδιακό, γραμμωτό και λείο μυ. Στις ώριμες γραμμωτές μυϊκές ίνες, το δίκτυο των ενδιάμεσων ινιδίων δεσμίνης περιβάλλει τους Ζ-δίσκους, ενώνοντας τον ένα με τον άλλο και φαίνεται να συνδέει ολόκληρη τη συσταλτή συσκευή με το σαρκείλημμα, διάφορα μεμβρανώδη οργανίδια και τον πυρήνα. Σε μια προσπάθεια να κατανοηθεί η μοριακή φύση αυτών των αλληλεπιδράσεων, το εργαστήριο ξεκίνησε έναν έλεγχο χρησιμοποιώντας το σύστημα διπλού υβριδίου ζύμης, χρησιμοποιώντας διαφορετικά τμήματα της δεσμίνης, συμπεριλαμβανόμενων των περιοχών της κεφαλής και της ουράς του μορίου. Χρησιμοποιώντας την περιοχή του Ν-τελικού άκρου της δεσμίνης, βρέθηκαν αρκετές πιθανές πρωτεΐνικές αλληλεπιδράσεις. Αυτές περιλάμβαναν τη Smp3 mannosyltransferase, μια πρωτεΐνη με PDZ περιοχές και την prosaposin. Η Smp3 mannosyltransferase προσθέτει την 4η μαννόζη στη φωσφατιδυλοϊνοσιτόλη κατά τη μετα-μεταφραστική τροποποίηση των γλυκοζυλοφωσφτιδυλοϊνοσιτολίων (GPIs). Η πρωτεΐνη με PDZ περιοχές (η οποία φαίνεται να είναι η MUPP1) περιέχει 13 PDZ περιοχές και είναι γνωστό ότι συνδέει τις διαμεμβρανικές περιοχές των στενοσυνδέσμων με ενδοκυττάρια μηνυματοφόρα μόρια. Η prosaposin είναι μια γλυκοπρωτεΐνη 511 αμινοξέων, η οποία αποτελεί πρόδρομο μόριο για τις τέσσερις saposins (sphingolipid activator proteins A, B, C, D). Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η επιβεβαίωση των αλληλεπιδράσεων αυτών και η περαιτέρω μελέτη της πιο σημαντικής. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο GST pull down βρέθηκε ότι το αμινοτελικό άκρο της δεσμίνης όντως αλληλεπιδρά με την Smp3 mannosyltransferase, την πρωτεΐνη PDZ και την prosaposin. Περαιτέρω ανάλυση με την prosaposin έδειξε ότι το αμινοτελικό άκρο της δεσμίνης αλληλεπιδρά με το τμήμα της prosaposin που αντιστοιχεί στη saposin D και όχι με το καρβοξυτελικό άκρο της prosaposin, το οποίο περιέχει μια saposin-like περιοχή. Τα παραπάνω αποτελέσματα αν επιβεβαιωθούν in vivo, προτείνουν έναν πιθανό ρόλο της δεσμίνης στη συγκρότηση πρωτεϊνικών συμπλόκων, τον έλεγχο της αναγέννησης και ανακύκλωσης μεμβρανών, τη μεταγωγή σήματος, το μεταβολισμό των λιπιδίων και τη μεταφορά στα υποκυτταρικά οργανίδια. / Desmin, the muscle-specific member of the intermediate filaments family, is expressed in cardiac, skeletal and smooth muscle. In the mature striated myofibrils, the network of desmin intermediate filaments surrounds Z-discs, extends from one Z-disc to the other and seems to associate with the nucleus, the plasma membrane and other membranous organelles, including mitochondria and sarcoplasmic reticulum. In an effort to understand the molecular nature of these interactions, the laboratory has started a global yeast two-hybrid screen using different desmin fragments, including the head and tail domains of the molecule. Using the desmin N-terminal domain, several potential interacting proteins were found. These include prosaposin, a protein with PDZ domains and Smp3 mannosyltransferase. Smp3 mannosyltransferase adds the 4th mannose to phosphatidyloinositol during the post-translation modification of GPIs. The protein with PDZ domains, which seems to be MUPP1, has 13 PDZ domains and is known to connect the transmembrane domains of the tight junctions with messenger molecules. Prosaposin is a glycoprotein with 511 amino acids, which is cleaved in four mature saposins (sphingolipid activator proteins), when it reaches the lysosomes. The purpose of this work is to verify these interactions and further study the most important one. Using the GST pull down assays, it was verified that the amino terminus of desmin interacts indeed with Smp3 mannosyltransferase, protein PDZ and prosaposin. Further analysis with prosaposin demonstrated that the amino terminus of desmin interacts with the part of prosaposin that corresponds to saposin D and not with the downstream carboxy terminus of prosaposin that contains a saposin-like domain. All the above data, if verified in vivo could suggest a possible role of desmin in the assembly and stabilization of protein-complexes, in the control of biogenesis and regeneration of membranes, in signal transduction, in lipid metabolism and trafficking towards subcellular organelles.

Η διπλωματική αυτή εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο της Ερευνητικής Ομάδας Αλληλεπίδρασης Ανθρώπου-Υπολογιστή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Πατρών του Πανεπιστημίου Πατρών. Στόχος της εργασίας είναι η μελέτη και η ανάπτυξη δύο εικονικών χαρακτήρων, μιας ξεναγού και ενός παιδιού-επισκέπτη, καθώς και των συμπεριφορών τους, με αποτέλεσμα την ενσωμάτωσή τους σε μια εφαρμογή ενός εικονικού μουσείου. Ο χρήστης της εφαρμογής-επισκέπτης του μουσείου θα μπορεί να περιηγείται στους χώρους του, να αλληλεπιδρά με τα αντικείμενα του μουσείου και να πληροφορείται με τη βοήθεια της εικονικής ξεναγού σχετικά με αυτά. Το μουσείο στο οποίο αναφέρεται η διπλωματική εργασία είναι το “Μουσείο Σολωμού και Επιφανών Ζακυνθίων” που βρίσκεται στην Ζάκυνθο. / -

Το mHealth, η χρήση δηλαδή φορητών τεχνολογιών για την βελτίωση των παρεχόμενων υπηρεσιών υγείας, είναι σήμερα ένα από τα πιο ταχέως αναπτυσσόμενα πεδία της ηλεκτρονικής υγείας (eHealth). Ο αριθμός των επαγγελματιών υγείας που υιοθετούν έξυπνα κινητά τηλέφωνα (smartphones) για την εκτέλεση πληθώρας λειτουργιών αυξάνεται συνεχώς, εξαιτίας των δυνατοτήτων και της φορητότητας που αυτά παρέχουν. Ταυτόχρονα, τα σφάλματα στη φαρμακευτική αγωγή είναι από τα πιο συνηθισμένα ιατρικά λάθη με επιπτώσεις τόσο στην υγεία του ασθενούς όσο και στις δαπάνες στην υγεία. Η χορήγηση φαρμάκων είναι μια πολύπλοκη διαδικασία, καθώς απαιτεί από τον ειδικό της υγείας την ανάλυση πληθώρας παραγόντων και την ανάκτηση, επεξεργασία και διαχείριση μεγάλου όγκου πληροφορίας. Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία, η χρήση τεχνολογιών πληροφορικής για την υποβοήθηση των επαγγελματιών υγείας στη λήψη αποφάσεων κατά τη συνταγογράφηση, μπορεί να συμβάλει σημαντικά στη μείωση των σφαλμάτων φαρμακευτικής αγωγής. Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, προχωρήσαμε στη διερεύνηση και αξιολόγηση των σημαντικότερων εφαρμογών έξυπνων κινητών συσκευών για το φάρμακο, με στόχο την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων για τα χαρακτηριστικά και τις λειτουργίες που ενσωματώνουν. Ένα από τα βασικά συμπεράσματα της έρευνας ήταν η απουσία αντίστοιχης εφαρμογής για τα φάρμακα που είναι εγκεκριμένα από τον Εθνικό Οργανισμό Φαρμάκων (ΕΟΦ). Ως εκ τούτου, προχωρήσαμε στο σχεδιασμό και την ανάπτυξη εφαρμογής για τον έλεγχο ασυμβασιών μεταξύ φαρμάκων, η οποία παρέχει επιπλέον τη δυνατότητα προβολής πληροφοριών συνταγολογίου για τα φάρμακα του ΕΟΦ. Ο σχεδιασμός της εφαρμογής έγινε λαμβάνοντας υπόψη τις ανάγκες και τις απαιτήσεις μελλοντικών χρηστών, όπως οι επαγγελματίες υγείας και οι ασθενείς, προκειμένου να διασφαλιστεί η λειτουργικότητα και η ευχρηστία της. Η εν λόγω εφαρμογή προορίζεται για έξυπνες κινητές συσκευές που διαθέτουν λειτουργικό σύστημα Android, ενώ η πληροφορία που ενσωματώνει βασίζεται αποκλειστικά στο εθνικό συνταγολόγιο του ΕΟΦ. / Mobile Health or mHealth, namely the use of mobile and wireless technologies in order to improve health services and achieve health goals, is today one of the most rapidly expanding fields of electronic health (eHealth). The number of health professionals that adopt smartphones to perform multiple tasks, during their everyday medical practice, is increasing constantly. This is due to the fact that smartphones provide advanced computing capabilities and high portability. Simultaneously, medication errors are among the most common medical errors which have negative impact both for the health of the patient and the expenditure on health sector. Drug prescribing is quite a complex procedure, considering the fact that requires the health expert to analyze multiple factors and retrieve, process, manage and digest large volume of information. According to the literature, the use of information technologies to assist health professionals in decision-making when prescribing drugs, can contribute significantly to the reduction of medication errors. In the context of our work, we explored and evaluated the major smartphone applications for drugs, aiming to the extraction of useful conclusions about the features and functions that they incorporate. One of the research key findings was the absence of a corresponding application for the drugs that are approved by the National Drug Organization of Greece. Therefore, we design and develop an application for checking drug-drug interactions which additionally provides the ability to view national formulary information about drugs. The analysis and design of the application was implemented in collaboration with future users, such as health professionals and patients, in order to ensure that will meet their needs and requirements and at the same time will remain user friendly. This application is intended for Android smart mobile devices (e.g. smartphones, tablet PCs) and the information that integrates is solely based on the national formulary of the National Drug Organization of Greece.

Στην εργασία αυτή μελετήθηκε η ρόφηση και η εκρόφηση του παρασιτοκτόνου ατραζίνη (atrazine) σε πρότυπες εδαφικές ουσίες καθώς και σε ένα τυπικό δείγμα εδάφους, τόσο σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου (batch) όσο και σε πληρωμένες κλίνες (bed). Ως πρότυπες ουσίες επιλέχθηκαν η πυριτία (silica-gel, SiO2), η αλούμινα (γ-alumina, Al2O3), το ανθρακικό ασβέστιο (calcite, CaCO3) και το χουμικό οξύ (humic acid). Η ατραζίνη ροφείται σημαντικά στο χουμικό οξύ στην πυριτία και στο έδαφος, όμως βρέθηκε ότι έχει πολύ μεγαλύτερη συγγένεια για το χουμικό οξύ σε σύγκριση με την πυριτία. Η ατραζίνη δεν έδειξε να ροφείται στη γ-αλούμινα και το CaCO3, ανεξαρτήτως από τις πειραματικές συνθήκες που χρησιμοποιήθηκαν. Σε όλες τις περιπτώσεις, η κινητική μελέτη έδειξε δύο διακριτά στάδια: ένα πρώτο γρήγορο στάδιο ρόφησης της ατραζίνης, διαδεχόμενο από ένα δεύτερο πιο αργό στάδιο. Η κινητική της ρόφησης υπακούει ικανοποιητικά στο μοντέλο Elovich. Στα χρονικά πλαίσια που μελετήθηκε η ρόφηση και η εκρόφηση, η διεργασία είναι αντιστρεπτή και η ατραζίνη εκροφείται ποσοτικά. Οι ισόθερμοι ρόφησης της ατραζίνης λήφθηκαν σε διαφορετικές τιμές ιοντικής ισχύος, pH και θερμοκρασίας και υπακούουν στο μοντέλο Freundlich. Σε όλες τις περιπτώσεις που μελετήθηκαν, η αύξηση της ιοντικής ισχύος του διαλύματος προκάλεσε αύξηση της ροφημένης ποσότητας της ατραζίνης. Η ρόφηση της ατραζίνης μειώνεται καθώς το pH του διαλύματος αυξάνεται. Όσον αφορά στην πυριτία, η ρόφηση της ατραζίνης φαίνεται ότι γίνεται κυρίως μέσω δεσμών υδρογόνου με τις υδροξυλομάδες της επιφάνειας. Όσον αφορά στο χουμικό οξύ, το σημαντικότερο ρόλο στη ρόφηση παίζει η διάχυση της ατραζίνης προς το εσωτερικό του στερεού όπου η ρόφηση επιτυγχάνεται κυρίως μέσω υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων. Η προσρόφηση της ατραζίνης στην πυριτία αυξάνεται σημαντικά καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του διαλύματος, μια τάση που δεν παρατηρείται κατά τη ρόφηση της ατραζίνης στο χουμικό οξύ. Η θερμοδυναμική ανάλυση έδειξε ότι η ρόφηση στα μοντέλα εδάφους είναι φυσική αφού παρατηρήθηκαν τιμές της ενθαλπίας ρόφησης στην περιοχή των 10 kJ mol-1. Οι λαμβανόμενες ισόθερμοι ρόφησης από τα πειράματα σε πληρωμένες κλίνες ήταν σε καλή συμφωνία με αυτές που λήφθηκαν από τα πειράματα στους αντιδραστήρες διαλείποντος έργου. Η παρουσία χουμικού οξέος στις κλίνες προκαλεί με το χρόνο δραστική μείωση της διαπερατότητας. / Adsorption and desorption of the herbicide atrazine was investigated on the principal inorganic constituents of soil, as well as on a typical Greek soil sample. The studies were conducted both in batch, stirred reactors and in packed beds. Silica-gel (SiO2), γ-alumina (Al2O3) and calcite (CaCO3), were selected as model inorganic substances. Humic acid was selected as a model substance representative of the organic part of soil. Significant adsorption of atrazine was measured on the humic acid, silica and on the soil suspensions in electrolyte solutions. Atrazine exhibited higher affinity for humic acid rather than for silica. Atrazine did not adsorb on γ-alumina and on CaCO3 regardless the experimental conditions (pH range or total solid available for adsorption). In all cases, kinetic results have shown two distinct features: a first, fast sorption step, followed by a second, slow step. The kinetics data of atrazine uptake on both substrates yielded satisfactory fit to the Elovich model. Atrazine was found to be completely desorbed from both the humic acid and the silica substrates. Adsorption isotherms for atrazine were obtained at different values of ionic strength, pH and temperature. The adsorption data gave the best fit to the Freundlich model. In all cases investigated, the amount of adsorbed atrazine increased upon increasing the ionic strength of the solution. The adsorption of atrazine decreased with increasing solution pH. The adsorption of atrazine on silica was primarily dominated by the formation of hydrogen bonds with the surface hydroxyl groups. In the case of humic acid, the diffusion of atrazine to the interior of the solid seemed to play the most significant role. Inside the organic substance particles, sorption took place mainly through hydrophobic interactions. The sorption of atrazine on silica surface increased considerably with increasing temperature, a trend not found in the case of humic acid. The thermodynamic analysis yielded adsorption energy values of the order of 10 kJ mol-1 suggesting physical adsorption. The isotherms obtained from the packed bed experiments were in a good agreement with those obtained from batch experiments. Finally, humic acid grains, mixed with silica in packed beds, were found to change morphology upon hydration which resulted to swelling. The humic substances clogged a large portion of the pores of the packed beds, decreasing drastically their permeability.

Το mHealth, η χρήση δηλαδή φορητών τεχνολογιών για την βελτίωση των παρεχόμενων υπηρεσιών υγείας, είναι σήμερα ένα από τα πιο ταχέως αναπτυσσόμενα πεδία της ηλεκτρονικής υγείας (eHealth). Ο αριθμός των επαγγελματιών υγείας που υιοθετούν έξυπνα κινητά τηλέφωνα (smartphones) για την εκτέλεση πληθώρας λειτουργιών αυξάνεται συνεχώς, εξαιτίας των δυνατοτήτων και της φορητότητας που αυτά παρέχουν. Ταυτόχρονα, τα σφάλματα στη φαρμακευτική αγωγή είναι από τα πιο συνηθισμένα ιατρικά λάθη με επιπτώσεις τόσο στην υγεία του ασθενούς όσο και στις δαπάνες στην υγεία. Η χορήγηση φαρμάκων είναι μια πολύπλοκη διαδικασία, καθώς απαιτεί από τον ειδικό της υγείας την ανάλυση πληθώρας παραγόντων και την ανάκτηση, επεξεργασία και διαχείριση μεγάλου όγκου πληροφορίας. Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία, η χρήση τεχνολογιών πληροφορικής για την υποβοήθηση των επαγγελματιών υγείας στη λήψη αποφάσεων κατά τη συνταγογράφηση, μπορεί να συμβάλει σημαντικά στη μείωση των σφαλμάτων φαρμακευτικής αγωγής. Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, προχωρήσαμε στη διερεύνηση και αξιολόγηση των σημαντικότερων εφαρμογών έξυπνων κινητών συσκευών για το φάρμακο, με στόχο την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων για τα χαρακτηριστικά και τις λειτουργίες που ενσωματώνουν. Ένα από τα βασικά συμπεράσματα της έρευνας ήταν η απουσία αντίστοιχης εφαρμογής για τα φάρμακα που είναι εγκεκριμένα από τον Εθνικό Οργανισμό Φαρμάκων (ΕΟΦ). Ως εκ τούτου, προχωρήσαμε στο σχεδιασμό και την ανάπτυξη εφαρμογής για τον έλεγχο ασυμβασιών μεταξύ φαρμάκων, η οποία παρέχει επιπλέον τη δυνατότητα προβολής πληροφοριών συνταγολογίου για τα φάρμακα του ΕΟΦ. Ο σχεδιασμός της εφαρμογής έγινε λαμβάνοντας υπόψη τις ανάγκες και τις απαιτήσεις μελλοντικών χρηστών, όπως οι επαγγελματίες υγείας και οι ασθενείς, προκειμένου να διασφαλιστεί η λειτουργικότητα και η ευχρηστία της. Η εν λόγω εφαρμογή προορίζεται για έξυπνες κινητές συσκευές που διαθέτουν λειτουργικό σύστημα Android, ενώ η πληροφορία που ενσωματώνει βασίζεται αποκλειστικά στο εθνικό συνταγολόγιο του ΕΟΦ. / Mobile Health or mHealth, namely the use of mobile and wireless technologies in order to improve health services and achieve health goals, is today one of the most rapidly expanding fields of electronic health (eHealth). The number of health professionals that adopt smartphones to perform multiple tasks, during their everyday medical practice, is increasing constantly. This is due to the fact that smartphones provide advanced computing capabilities and high portability. Simultaneously, medication errors are among the most common medical errors which have negative impact both for the health of the patient and the expenditure on health sector. Drug prescribing is quite a complex procedure, considering the fact that requires the health expert to analyze multiple factors and retrieve, process, manage and digest large volume of information. According to the literature, the use of information technologies to assist health professionals in decision-making when prescribing drugs, can contribute significantly to the reduction of medication errors. In the context of our work, we explored and evaluated the major smartphone applications for drugs, aiming to the extraction of useful conclusions about the features and functions that they incorporate. One of the research key findings was the absence of a corresponding application for the drugs that are approved by the National Drug Organization of Greece. Therefore, we design and develop an application for checking drug-drug interactions which additionally provides the ability to view national formulary information about drugs. The analysis and design of the application was implemented in collaboration with future users, such as health professionals and patients, in order to ensure that will meet their needs and requirements and at the same time will remain user friendly. This application is intended for Android smart mobile devices (e.g. smartphones, tablet PCs) and the information that integrates is solely based on the national formulary of the National Drug Organization of Greece.

Η μυο-ειδική πρωτεΐνη δεσμίνη, αποτελεί μέλος των πρωτεϊνών του κυτταροσκελετού των ενδιαμέσων ινιδίων και εκφράζεται στους λείους και τους γραμμωτούς μυς. Στους συσταλτούς μύες, το πλέγμα του κυτταροσκελετού της Δεσμίνης περιβάλλει τους Ζ-δίσκους διασυνδέοντάς τους, ενώ παράλληλα συνδέει μεταξύ τους τις συσταλτές περιοχές της μυικής ίνας με την σαρκοπλασματική μεμβράνη, με διάφορα οργανίδια και με τον πυρήνα. Για να προσδιορίσουμε τους ακριβείς μηχανισμούς δράσης της δεσμίνης χρησιμοποιήσαμε το σύστημα υβριδισμού των ζυμών – yeast two hybrid screen system – προκειμένου να ανιχνεύσουμε πρωτεΐνες που αλληλεπιδρούν με τη δεσμίνη. Χρησιμοποιήσαμε ως «δόλωμα» αλληλουχίες των άκρων του μορίου της δεσμίνης του αμινο-τελικού και το καρβόξυ-τελικού. Μελετώντας τις πρωτεΐνες που προέκυψαν, διαπιστώσαμε ότι το αμινο-τελικό άκρο της δεσμίνης αλληλεπιδρά με διάφορες μιτοχονδριακές πρωτεΐνες. Με το ίδιο σύστημα αποκαλύψαμε αλληλεπιδράσεις της δεσμίνης με λυοσωματικές πρωτεΐνες όπως η καθεψίνη D και η προσαποσίνη οι οποίες αλληλεπιδρούν με το αμινοτελικό άκρο της δεσμίνης. Η καθεψίνη D είναι μια λυοσωματική πρωτεάση, που οδηγείται και ωριμάζει πλήρως στα λυοσώματα ενώ η προσαποσίνη είναι ένα πρόδρομο λυοσωματικό μόριο με πρωτεόλυση του οποίου, εντός του λυοσώματος, προκύπτουν οι σαποσίνες Α έως D. Η καθεψίνη D αποτελεί δείκτη καταστάσεων αυτοφαγία και τελευταία φαίνεται ότι επεμβαίνει σε φαινόμενα απόπτωσης επάγωντάς την κατά περίπτωση. Η αλληλεπίδραση της δεσμίνης με την καθεψίνη D επιβεβαιώθηκε και με βιοχημικές τεχνικές (in vitro) όπως η συνεργιστική ανοσοκαθίζηση /ανοσοκατακρήμνιση (co-immuno-precipitation) και η τεχνική GST pull-down. Μετά και από αυτές τις in vitro αποδείξεις, φαίνεται πως μάλλον συμβαίνει ευθεία αλληλεπίδραση μεταξύ της δεσμίνης και της καθεψίνης D. Γι’ αυτό, και με βάση όσα είναι γνωστά για την καθεψίνη D, προτείνουμε μια νέα λειτουργία του κυτταροσκελετού της δεσμίνης πιθανόν στην μετακίνησης και τη δημιουργία των λυοσωμάτων αλλά και έναν νέο ρυθμιστικό ίσως ρόλο της, σε διαδικασίες αυτοφαγίας και απόπτωσης, μέσω της πρόσδεσής της με σημαντικά μόρια ρυθμιστές τέτοιων διαδικασιών.................... / Desmin is the muscle - specific member of the intermediate filament family of cytoskeletal proteins, expressed both in striated and smooth muscle tissues. In mature striated muscle fibers, the desmin filament lattice surrounds the Z-discs, interconnects them to each other and links the entire contractile apparatus to the sarcolemmal cytoskeleton, cytoplasmic organelles and the nucleus. In order to identify the exact mechanisms of desmin’s action, we performed a yeast two-hybrid screen for desmin-interacting proteins. For this purpose, we used as baits the two non helical terminal regions of the desmin molecule, the amino (head)- and the carboxy (tail)- terminal domain. We have found that the head domain of desmin potentially interacts with two new groups of proteins, mitochondria and lysosome related. Specifically, in the second category, we have revealed an association of the head domain of desmin with Cathepsin D (one of the lysosomal proteinases) and prosaposin (a single precursor which gives rise to Saposins A-D by proteolytic cleavage in lysosomes and is also referred to as sphigolipid activator proteins). In addition to its targeting to lysosomes, Cathepsin D is also involved in apoptosis and autophagy processes. This protein interaction result has been retested. The interaction between cathepsin D and desmin has also been further confirmed both with reverse yeast transformation as well as biochemical assays such as co-immunoprecipitation and GST pull down assay. The above described strong evidence of direct interaction between desmin and cathepsin D, has allowed us to propose a novel function of desmin IFs in lysosomal trafficking and/or as a new regulator of autophagy and apoptotic cell death.

Στην παρούσα εργασία σχεδιάστηκε και εφαρμόστηκε ένας νέος αλγόριθμος χειρισμού των ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων. Οι αλληλεπιδράσεις ηλεκτροστατικής φύσεως αποτελούν αντικείμενο εκτενούς μελέτης στον ερευνητικό κλάδο των μοριακών προσομοιώσεων. Ιδιαίτερα σε βιολογικά μοριακά συστήματα, τα οποία αποτελούνται από υδατικά διαλύματα πολυηλεκτρολυτών, οι ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις κυριαρχούν. Η ευρέως διαδεδομένη μέθοδος άθροισης κατά Ewald η οποία χαρακτηρίζεται για την ακρίβεια της, είναι ιδιαίτερα απαιτητική σε υπολογιστικό χρόνο δεδομένου ότι κλιμακώνεται ως Ν2, όπου Ν ο συνολικός αριθμός φορτίων του συστήματος. Στην παρούσα εργασία περιγράφεται η προσεγγιστική μέθοδος σφαιρικής αποκοπής για την περίπτωση πολυηλεκτρολυτών. Έως σήμερα, η μέθοδος της σφαιρικής αποκοπής έχει εφαρμοστεί σε μοριακά συστήματα ιοντικών κρυστάλλων. Σύμφωνα με τη μέθοδο αυτή, εισάγοντας μια σφαιρική αποκοπή στον υπολογισμό του ηλεκτροστατικού δυναμικού και παράλληλα επιτυγχάνοντας ηλεκτροουδετερότητα του υπό εξέταση σφαιρικού συστήματος, πραγματοποιείται μείωση του υπολογιστικού χρόνου σε δίχως σημαντικές απώλειες σε ακρίβεια. Στην παρούσα εργασία σχεδιάστηκε ο αλγόριθμος της σφαιρικής αποκοπής για δύο κατηγορίες μορίων: τους πολυηλεκτρολύτες χωρίς ενδομοριακές αλληλεπιδράσεις όπως είναι το μόριο του νερού και τους πολυηλεκτρολύτες με ενδομοριακές αλληλεπιδράσεις όπως είναι τα μόρια CiEj των αλκυλικών αιθέρων πολυ-(οξυ-αιθυλενίου). Επιπρόσθετα, επεκτείναμε τη μέθοδο άθροισης κατά Ewald για την εφαρμογή της σε πολυηλεκτρολύτες, χωρίς και με ενδομοριακές αλληλεπιδράσεις προκειμένου να προχωρήσουμε σε σύγκριση της ακριβής μεθόδου Ewald με τα αποτελέσματα του νέου αλγορίθμου της σφαιρικής αποκοπής. Συγκρίνοντας τα αριθμητικά αποτελέσματα των δύο μεθόδων για τα δύο διαφορετικά είδη πολυηλεκτρολυτών ( H2Ο και CiEj ) από ατομιστικές προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής οδηγηθήκαμε σε πλήρη συμφωνία των δύο μεθόδων γεγονός που επιβεβαιώνει την εγκυρότητας της νέας μεθόδου. Επίσης, μέσω των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων μοριακής δυναμικής μελετήθηκαν οι θερμοδυναμικές, δομικές και δυναμικές ιδιότητες των δύο συστημάτων. Η παρούσα εργασία είναι δομημένη ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στο θεωρητικό υπόβαθρο προσομοιώσεων μοριακής δυναμικής. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται οι μέθοδοι χειρισμού των ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων που συναντούμε έως σήμερα στη βιβλιογραφία. Στη συνέχεια, στο κεφάλαιο 3 περιγράφεται ο αλγόριθμος της σφαιρικής αποκοπής. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από τις προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής με τις μεθόδους σφαιρικής αποκοπής και άθροισης κατά Ewald. / -

Ο φαρμακευτικός κλάδος μπορεί να επωφεληθεί, με την βοήθεια της σημερινής τεχνολογίας των ηλεκτρονικών υπολογιστών και συγκεκριμένα των βάσεων δεδομένων. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η κάλυψη των αναγκών της Ελληνικής συνταγογραφίας των φαρμάκων. Συγκεκριμένα οι φαρμακευτικές βάσεις δεδομένων που ήδη υπάρχουν, δεν χρησιμοποιούν την τεχνολογία αναζήτησης των αλληλεπιδράσεων των φαρμάκων. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένα μοντέλο βάσεων δεδομένων, που υποστηρίζει πλήρως τις αλληλεπιδράσεις των φαρμάκων, σύμφωνα με τις οδηγίες του Εθνικού Συνταγολογίου Φαρμάκων που εκδίδεται υπό την ευθύνη του ΕΟΦ. Έπειτα έγινε η εισαγωγή δείγματος φαρμάκων και δοκιμάστηκε η ακεραιότητα του συστήματος για την επιτυχή λειτουργία των αλληλεπιδράσεων μεταξύ φαρμάκων, καθώς μια εσφαλμένη αλληλεπίδραση μπορεί να αποβεί μοιραία για κάποιους ασθενείς. Τέλος αυτή η διπλωματική εργασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί από φαρμακοποιούς και ιατρούς για την ασφαλέστερη και αποτελεσματικότερη συνταγογράφηση. / The pharmaceutical branch can profit, with the help of current technology of computers and concretely with the use of data bases. The purpose of this diplomatic work is to cover the needs of the Greek prescription on medicines. Particularly the pharmaceutical data bases, that already exist, do not use the search technology of interactions in medicines. For this aim it was drawn and implemented a model of data bases, that completely supports the interactions of medicines, according to the directives of national organization for medicines (N.O.M). The next step was the insertion of medicines and test the integrity of system for the successful operation of interactions between medicines, while a mistaken in interaction it can be turns out fatal for certain patients. Finally this diplomatic work can be used from pharmacists and doctors for secure and more effective prescription.