Diversidade, diferenciação e biogeografia de pequenos mamíferos não-voadores na Mata Atlântica ao norte do rio São Francisco Centro de Endemismo Pernambuco

As florestas tropicais brasileiras (Amazônia e a Mata Atlântica) possuem alta diversidade de espécies e atualmente estão separadas por um cinturão de vegetação aberta. Parte deste cinturão é ocupada pela Caatinga, onde se encontram os Brejos de Altitude, testemunhos das conexões históricas entre a Mata Atlântica e a Amazônia. O Centro de Endemismos Pernambuco (CEPE) é a unidade biogeográfica que compõe a Mata Atlântica ao norte do rio São Francisco e contém diversos táxons endêmicos. Esta região apresenta uma mastofauna compartilhada com a Amazônia, devido às conexões existentes durante o Cenozóico. A presença do rio São Francisco em seu limite sul pode atuar como barreira ao fluxo gênico e explicar os endemismos encontrados no CEPE. Contrastando com sua situação peculiar, a mastofauna do CEPE ainda carece de estudos aprofundados sobre a identificação de suas espécies, padrões geográficos e relações filogenéticas. Revisões recentes têm identificado espécies diferentes ao norte e ao sul do rio São Francisco, mas poucos trabalhos têm proposto hipóteses biogeográficas para o CEPE. Para ampliar o conhecimento sobre a identidade e distribuição geográfica dos pequenos mamíferos do CEPE e sua estrutura filogeográfica, foram realizados levantamentos de espécies e análises de diversidade genética e morfométrica para algumas espécies. Os levantamentos consistiram de visitas às coleções científicas a fim de identificar as espécies ocorrentes no CEPE e excursões de coleta com 5 a 17 noites consecutivas em 12 localidades ao longo do CEPE, que totalizaram 64691 armadilhas noites e resultaram na coleta de 476 exemplares de 31 espécies. As espécies foram identificadas com base na morfologia externa e craniana e por análises citogenéticas. Para investigar a biogeografia do CEPE, análises de genética de populações, filogeográficas e morfométricas foram realizadas para os marsupiais Caluromys philander, Didelphis aurita, Marmosa murina, Metachirus nudicaudatus e os roedores Akodon cursor, Oecomys catherinae e Rhipidomys mastacalis para avaliar a existência de diferenciação nas populações do CEPE e suas relações com as linhagens Amazônicas e Atlânticas. Estes resultados mostraram que a diversificação dos pequenos mamíferos do CEPE ocorreu tanto no Terciário quanto no Quaternário. Algumas populações, como em Caluromys philander e Oecomys catherinae, mostraram afinidades com linhagens amazônicas, enquanto outras, como em Metachirus nudicaudatus e Rhipidomys mastacalis, apresentaram afinidades com linhagens atlânticas. Os pequenos mamíferos do CEPE apresentaram diferenciação em relação às suas linhagens irmãs, com algumas linhagens podendo tratar-se de espécies ainda não descritas (e.g. Didelphis aff. aurita e Rhipidomys aff. mastacalis). Esta diferenciação provavelmente foi causada pelos eventos cíclicos de flutuações climáticas que provocaram elevações no nível do mar e retração das florestas tropicais, isolando as populações do CEPE. Por fim, para auxiliar na identificação das espécies em novas coletas, de suas distribuições geográficas e de suas características citogenéticas e ecológicas, foi elaborado um guia reunindo todas as informações disponíveis sobre as espécies de pequenos mamíferos do CEPE.

Utilização de métodos de comparação de sequências para a detecção de genes taxonomicamente restritos

Desde a década de 1990, os esforços internacionais para a obtenção de genomas completos levaram à determinação do genoma de inúmeros organismos. Isto, aliado ao grande avanço da computação, tem permitido o uso de abordagens inovadoras no estudo da estrutura, organização e evolução dos genomas e na predição e classificação funcional de genes. Entre os métodos mais comumente empregados nestas análises está a busca por similaridades entre sequências biológicas. Análises comparativas entre genomas completamente sequenciados indicam que cada grupo taxonômico estudado até o momento contém de 10 a 20% de genes sem homólogos reconhecíveis em outras espécies. Acredita-se que estes genes taxonomicamente restritos (TRGs) tenham um papel importante na adaptação a nichos ecológicos particulares, podendo estar envolvidos em importantes processos evolutivos. Entretanto, seu reconhecimento não é simples, sendo necessário distingui-los de ORFs não-funcionais espúrias e/ou artefatos derivados dos processos de anotação gênica. Além disso, genes espécie- ou gêneroespecíficos podem representar uma oportunidade para o desenvolvimento de métodos de identificação e/ou tipagem, tarefa relativamente complicada no caso dos procariotos, onde o método padrão-ouro na atualidade envolve a análise de um grupo de vários genes (MultiLocus Sequence Typing MLST). Neste trabalho utilizamos dados produzidos através de análises comparativas de genomas e de sequências para identificar e caracterizar genes espécie- e gênero-específicos, os quais possam auxiliar no desenvolvimento de novos métodos para identificação e/ou tipagem, além de poderem lançar luz em importantes processos evolutivos (tais como a perda e ou origem de genes em linhagens particulares, bem como a expansão de famílias de genes em linhagens específicas) nos organismos estudados.

Estudo da ancestralidade materna da população do Rio de Janeiro: análise do DNA mitocondrial

As porções uniparentais do genoma humano, representadas pelo cromossomo Y e pelo DNA mitocondrial (DNAmt), contêm informação genética relacionada às heranças patrilinear e matrilinear, respectivamente. Além da aplicabilidade em genética médica e forense, o DNAmt tem sido utilizado como um importante marcador molecular em estudos sobre evolução para traçar inferências filogenéticas e filogeográficas sobre as populações humanas. A análise de linhagens de DNAmt presentes em diferentes populações mundiais levou à identificação de haplogrupos reunindo diversos haplótipos específicos dos grandes grupos étnicos: africanos, europeus, asiáticos e nativos americanos. A população brasileira é conhecida como uma das mais heterogêneas do mundo, resultado do processo de colonização do país, abrangendo mais de cinco séculos de miscigenação entre povos de diferentes continentes. Este trabalho teve como objetivo estimar a partir da análise do DNA mitocondrial as proporções ancestrais africanas, européias e ameríndias na população do Rio de Janeiro. Para isso foram sequencidas as regiões hipervariáveis HVI e HVII do DNAmt de 109 indivíduos não relacionados geneticamente residentes no Rio de Janeiro. Os haplogrupos foram classificados de acordo com o conjunto de polimorfismos dos haplótipos individuais. Programas estatísticas foram utilizados para a determinação de parâmetros de diversidade genética e comparações populacionais. A diversidade haplotípica foi estimada em 0,9988. Nossos resultados demonstraram na população do Rio de Janeiro percentuais de cerca de 60%, 25% e 15% de ancestralidades maternas africana, ameríndia e européia, respectivamente. Através da análise de distâncias genéticas, evidenciou-se que a população do Rio de Janeiro está mais próxima das populações brasilerias dos estados de São Paulo e Alagoas. Como descrito nos registros históricos, algumas regiões do país tiveram processos de colonização muito específicos que se refletem nas proporções ancestrais maternas e paternas observadas. Em relação ao DNAmt, não se verificou diferença genética significativa entre as populações do Rio de Janeiro e a de Angola, uma população africana. Os resultados obtidos estão em estreita concordância com os registros históricos e outros estudos genéticos acerca da formação da população brasileira

Estrutura populacional e filogeografia de Panulirus argus (Latreille, 1804)

Panulirus argus (Latreille, 1804) é uma das principais espécies de lagosta no Atlântico, sendo um dos maiores recursos pesqueiros do Atlântico Ocidental, onde apresenta um alto valor comercial. A forte explotação da espécie resulta em uma grande pressão sobre suas populações. Recentemente, foi descoberto que sob o binômio P. argus estão contidas duas espécies crípticas que ocorrem em alopatria, uma na região do Caribe e outra na costa brasileira. Esta tese tem como objetivo estudar como se estruturam geneticamente as populações dessas duas espécies, com o propósito de fornecer mais informações para a determinação de estoques e um correto manejo das espécies, e analisar os processos históricos evolutivos que moldaram suas histórias demográficas. Para tal, foram estudados dois marcadores mitocondriais (região controle e o gene da Citocromo Oxidase I) e loci de microssatélites de indivíduos de 7 regiões do Caribe (Florida, Bahamas, Turks e Caicos, Porto Rico, Cuba, Colômbia e Venezuela) e 11 estados do Brasil (Pará, Maranhão, Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte, Pernambuco, Alagoas, Bahia, Espírito Santo, Rio de Janeiro e São Paulo). Dentro de cada espécie foram observadas duas linhagens mitocondriais diferentes, que co-ocorriam, de maneira homogênea, ao longo de suas distribuições. Hipotetiso que essas linhagens foram formadas a partir de um evento de vicariância com contato secundário ou como consequência de um efeito gargalo seguido de expansão. As duas linhagens são evidentes nas sequências da região controle mitocondrial, mas no gene da COI foram evidentes apenas em P. cf. argus do Caribe. As linhagens do Brasil se separaram há aproximadamente 233 - 288 mil anos e cada uma sofreu expansão em tempos diferentes, a primeira se expandiu há 100 mil anos e a segunda linhagem há 50 mil anos. As linhagens do Caribe se separaram cerca de 1 milhão de anos atrás e possuem o mesmo tempo de expansão, 50 mil anos. Os microssatélites não revelaram subdivisão populacional para nenhuma das duas espécies, porém os marcadores, juntos, sugeriram um fluxo gênico diferenciado entre localidades expostas a diferentes correntes marítimas. Considerando que essas lagostas são intensamente explotadas, é importante ser cuidadoso no momento de definir estoques pesqueiros. Para a espécie do Brasil, dois estoques pesqueiros foram sugeridos, o primeiro do Pará à Bahia e o segundo do sul da Bahia a São Paulo. Para a espécie do Caribe, foi mantida e reforçada a hipótese de quatro estoques sugerida pela FAO (Norte, Sul, Centro-Norte e Centro-Sul).

Estudo das alterações biológicas causadas pela aderência de cepas de Escherichia coli enteroagregativa (EAEC) com macrófagos humanos ativados da linhagem U-937

Escherichia coli enteroagregativa (EAEC) é um patógeno relacionado ao desenvolvimento de quadros de diarréia aguda ou persistente. A resposta inflamatória induzida por EAEC está relacionada à liberação de interleucina 8, que atua estimulando a transmigração de neutrófilos através do epitélio. Os macrófagos, de forma similar aos neutrófilos, são células fagocíticas que produzem espécies reativas de oxigênio (ERO), como o peróxido de hidrogênio (H2O2). Neste trabalho, avaliamos as consequências da interação de diferentes cepas clínicas com macrófagos humanos ativados da linhagem U-937. Todas as cepas testadas apresentaram filamentos nos testes de aderência aos macrófagos, diferentemente do que ocorre na interação com outras linhagens celulares como HEp-2, T84 e Caco-2. O ferro é um microelemento essencial para bactérias, sendo utilizado como cofator de enzimas e que também pode participar da geração de ERO através da reação de Fenton. Considerando-se a possibilidade de que o H2O2 produzido pelos macrófagos possa gerar radical hidroxil através da reação de Fenton, testes de aderência foram realizados com as amostras cultivadas na presença do captador de ferro 2,2-dipiridil. Tal fato não suprimiu a formação de filamentos, entretanto diminuiu a aderência das cepas EAEC 042 e 17-2. Com o objetivo de produzir uma resposta adaptativa ao H2O2, as culturas bacterianas foram pré-tratadas com uma dose sub-letal de H2O2 por 60 minutos antes de aderirem aos macrófagos. Nossos resultados mostraram que o pré-tratamento também não inibiu o aparecimento de filamentos em relação às culturas não tratadas. Além disto, foi observado que o pré-tratamento com o H2O2 reduziu a aderência das amostras de EAEC ao tapete celular. A filamentação é uma das respostas SOS, induzida pela presença de danos e/ou bloqueio na síntese da molécula de DNA. Com o objetivo de verificar se o H2O2 produzido pelos macrófagos estaria causando danos induzindo o sistema SOS e a filamentação bacteriana, foram realizados testes de viabilidade com mutantes derivados de E. coli K12 deficientes em enzimas do reparo por excisão de bases (BW535) e na resposta SOS (DM49). Nossos resultados mostram que os mutantes apresentaram os níveis de sobrevivência semelhantes ao observado para cepa selvagem isogênica (AB1157). Todos estes resultados em conjunto indicam que o H2O2 não é o indutor da filamentação nos testes de aderência. Macrófagos ativados apresentam ação microbicida através da ação da enzima indolamina dioxigenase (IDO), associada à redução do aminoácido L-triptofano. Desta forma, realizamos testes qualitativos de aderência de EAEC aos macrófagos suplementando o meio de interação com este aminoácido. Nossos resultados mostram que a adição de triptofano ao meio de interação reduz o número de filamentos por campo. Desta forma, aventamos a hipótese de que a depleção do triptofano seja responsável pela indução de resposta SOS, tendo como conseqüência a filamentação das bactérias.

Caracterização da distribuição de alelos de loci STR do cromossomo Y com elevada taxa de mutação em uma amostra populacional do Rio de Janeiro

Marcadores genéticos presentes no cromossomo Y, como os microssatélites (Y-STRs) e polimorfismos de único nucleotídeo (Y-SNPs) são utilizados na caracterização de linhagens masculinas, visto que são transmitidos às gerações seguintes sem alterações, a menos que ocorram mutações (Singh et al., 2011; Mitchell & Hammer, 1996; Butler, 2009). Por isso, esses marcadores são amplamente empregados em diversas situações, destacando-se o uso constante dos Y-STRs na genética forense por apresentarem alta capacidade de discriminar linhagens. Recentemente, foram descritos 13 marcadores com taxas de mutação substancialmente superiores àquelas verificadas para loci STR do cromossomo Y, denominados Rapidly Mutating (RM) Y-STRs (Ballantyne et al., 2010; Kayser et al., 2012). Devido às taxas de mutação elevadas, os RM-YSTRs apresentam maior eficiência na discriminação entre indivíduos proximamente relacionados, pertencentes à mesma linhagem patrilínea. O presente trabalho buscou aprofundar o conhecimento acerca das características populacionais e mutacionais dos loci RM-YSTRs em amostra do Rio de Janeiro, contribuindo com estudos desta natureza na população brasileira. Realizou-se a análise de 13 loci do cromossomo Y em 258 indivíduos do sexo masculino, compondo 129 pares de pais e filhos, nascidos no estado do Rio de Janeiro. O DNA das amostras foi extraído, conforme os protocolos vigentes na rotina do LDD-UERJ. As sequências genéticas de interesse foram amplificadas pela técnica de reação em cadeira da polimerase (PCR) através da realização de três PCR multiplex, cujos produtos de amplificação foram separados por eletroforese em sequenciador automático ABI-3500 (Applied Biosystems). Para os pares pai/filho que apresentaram haplótipos mutados, empregou-se a técnica de sequenciamento para confirmação das mutações. Os loci RM-YSTR geraram um poder de discriminação de 1,0 na amostra analisada, o que significa que todos os 129 indivíduos da amostra populacional apresentaram haplótipos diferentes para tais marcadores, com frequências de 0,0077 e diversidade haplotípica igual a 1. Além disso, foram obtidos valores elevados de diversidade gênica para os 13 marcadores. A análise de distância genética e os resultados de AMOVA baseados nos valores de Fst demonstraram que os RM-YSTR não indicam subdivisão populacional e traços ancestrais comuns. Tais valores estão associados às elevadas taxas de mutação encontradas, cuja média foi de 2,11 x 10-2. Foi possível observar que os loci RM-YSTR são muito discriminativos na amostra miscigenada analisada, além de terem maior capacidade de diferenciar indivíduos do que outros conjuntos de marcadores normalmente usados em estudos populacionais e análises forenses. Sendo assim, é possível concluir que os marcadores RM-YSTR são promissores para discriminar indivíduos da mesma linhagem patrilínea, visto que devido às suas elevadas taxas mutacionais e poder de discriminação, são capazes de diferenciar indivíduos de maneira mais eficiente do que os outros conjuntos de STR. Porém, é necessário maior número de estudos para melhor caracterização destes loci em diferentes populações.

Transplante de células de medula óssea (BMCs) de camundongos em modelo experimental para o desenvolvimento de aterosclerose: aspectos estruturais, ultraestrutuais e moleculares da aorta

As células tronco são caracterizadas pela sua capacidade de se diferenciar em várias linhagens de células e exibir um pontente efeito parácrino. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da terapia com células da medula óssea (BMCs) na glicose sanguínea, no metabolismo lipídico e remodelamento da parede da aorta em um modelo experimental para aterosclerose. Camundongos C57BL/6 foram alimentados com uma dieta controle (grupo CO) ou uma dieta aterogênica (grupo AT - 60% gordura). Após 16 semanas, o grupo AT foi dividido em quatro sub grupos: grupo AT 14 dias e o grupo AT 21 dias receberam uma injeção de PBS na veia caudal e mortos 14 e 21 dias após respectivamente; grupo AT-BMC 14 dias e AT-BMC 21 dias que receberam uma injeção com BMCs na veia caudal e mortos 14 e 21 dias após, respectivamente. O grupo CO foi sacrificado juntamente com outros grupos. O transplante BMCs reduziu os niveis de glicose, triglicerídeos e colesterol total no sangue. Não houve diferença significativa em relação à massa corporal entre os grupos transplantados e não transplantados, sendo todos diferentes do grupo CO. Não houve diferença significativa na curva glicemica entre os grupos AT 14 dias, AT-BMC 14 dias e AT 21 dias e estes diferentes do grupo CO e do grupo AT-BMC 21 dias. O Qa (1/mm2) foi quantitativamente reduzido no grupo AT 14 dias e AT 21 dias quando comparado ao grupo CO. Este Qa se mostrou elevado no grupo AT-BMC 21 dias quando comparado a todos os grupos. O aumento da expessura da parede da aorta foi observado em todos os grupos aterogênicos, entretanto o aumento da espessura foi significativamente menor no grupo AT-BMC 21 dias em relação ao grupo AT 14 dias e AT 21 dias. A percentagem de fibras elásticas se apresentou significativamente maior no grupo AT 21 dias quando comparado ao CO e AT-BMC 21 dias. Não houve diferença significativa entre o grupo CO e AT-BMC 21 dias. Vacúolos na túnica média, delaminação e o adelgaçamento das lamelas elásticas foram observados nos grupos AT-14 dias e AT-21 dias. O menor número destes foi visualizado no grupo AT-BMC 14 dias e AT-BMC 21 dias. A imunomarcação para alfa actina de músculo liso (α-SMA) e fator de crescimento vascular e endotelial (VEGF) mostrou menor marcação em grupos transplantados com BMCs. A marcação para antígeno nuclear de proliferação celular (PCNA) mostrou-se mais expressiva no grupo AT-BMC 21 dias grupo. Marcação para CD105, CD133 e CD68 foi observada nos grupos AT 14 dias e AT 21 dias. Estas marcações não foram observadas nos grupos AT-BMC 14 dias e AT-BMC 21 dias. Nas eletromicrografias observamos o remodelamento benéfico no grupo AT-BMC14 dias e AT-BMC 21 dias, com a organização estrutural similar ao grupo CO. Vesículas de pinocitose, projeção da célula muscular lisa e a delaminação da lamina elástica interna são observados nos grupos AT 14 dias e AT 21 dias. Célula endotelial preservada, com lamina elástica interna de contorno regular e contínua é observada no grupo CO e nos grupos AT-BMC 14 dias e AT-BMC 21 dias. Como conclusão, os nossos resultados reforçam o conceito de que, em um modelo aterosclerótico utilizando camundongos e dieta aterogênica, a injeção de BMCs melhora os níveis de glicose, metabolismo lipídico e ocasiona um remodelamento benéfico na parede da aorta.

Alterações da expressão da proteína PHEX na Hanseníase

A hanseníase é uma doença infecciosa causada pelo Mycobacteruim leprae, um bacilo intracelular obrigatório, que prolifera principalmente na pele e nos nervos periféricos no interior de células como macrófagos e células de Schwann. A transmissão ocorre por meio das mucosas das vias respiratórias, provavelmente por aerossóis expelidos por indivíduos infectados. O homem é o seu hospedeiro natural sendo a multiplicação do bacilo muito lenta, com um período de geração estimado de 14 dias. Apesar da mínima variação no genoma do M. leprae, a doença é caracterizada por um espectro de formas clínicas bem definido, decorrente da capacidade de resposta imune do hospedeiro. Em pacientes classificados como multibacilares (MB) a doença é disseminada, com inúmeras lesões de pele e proliferação bacilar considerável. Nesses indivíduos ocorre hiporresponsividade celular ao M. leprae. Nas formas paucibacilares (PB), os pacientes apresentam uma ou poucas lesões, a carga bacilar é pequena e, às vezes não observada por meio da baciloscopia tradicional e ocorre resposta imune patógeno-específica. As incapacidades físicas nos pacientes decorrem da neuropatia e osteopatia e podem ser irreversíveis. Essas deformidades podem avançar mesmo após a diminuição da carga bacilar com o final do tratamento poliquimioterápico. A presente tese teve por objetivo estudar as implicações da proteína PHEX nas alterações fisiopatológicas da hanseníase, em especial as alterações ósseas. A proteína PHEX (Phosphate-regulating gene with Homologies to Endopeptidase on the X chromosome) é expressa em várias células humanas e, no primeiro artigo que compõe essa tese, demonstramos que o M.leprae leva à diminuição da expressão de PHEX em linhagens de células de Schwann e osteoblastos humanos. Este efeito foi igualmente causado por outras espécies de micobactérias. No segundo manuscrito ora submetido, observamos que em leucócitos sanguíneos de pacientes hansenianos também ocorreu modulação negativa de PHEX. Este efeito não se relacionou com a capacidade de produção de citocinas inflamatórias frente ao M. leprae in vitro ou com alterações bioquímicas. O efeito inibidor da mineralização ocasionado pela modulação negativa de PHEX talvez contribua para a doença óssea da hanseníase, auxiliando a explicar a capacidade do M. leprae de penetrar e sobreviver no osso.