Evolution, gene regulation and functional analysis of BMP2 in fish

Bone morphogenetic proteins (BMPs) are multifunctional growth factors belonging to the transforming growth factor β (TGFβ) superfamily with a central role in bone formation and mineralization. BMP2, a founding member of this family, has demonstrated remarkable osteogenic properties and is clinically used to promote bone repair and fracture healing. Lack of basic data on factors regulating BMP2 expression and activity have hampered a better understanding of its role in bone formation and bone-related diseases. The objective of this work was to collect new functional data and determine spatiotemporal expression patterns in a fish system aiming towards a better understanding of BMP2 function and regulation. Transcriptional and post-transcriptional regulation of gilthead seabream BMP2 gene was inferred from luciferase reporter systems. Several bone- and cartilage-related transcription factors (e.g. RUNX3, MEF2c, SOX9 and ETS1) were found to regulate BMP2 transcription, while microRNA 20a was shown to affect stability of the BMP2 transcript and thus the mineralogenic capacity of fish bone-derived host cells. The regulation of BMP2 activity through an interaction with the matrix Gla protein (MGP) was investigated in vitro using BMP responsive elements (BRE) coupled to luciferase reporter gene. Although we demonstrated the functionality of the experimental system in a fish cell line and the activation of BMP signaling pathway by seabream BMP2, no conclusive evidence could be collected on a possible interaction beween MGP and BMP2. The evolutionary relationship among the members of BMP2/4/16 subfamily was inferred from taxonomic and phylogenetic analyses. BMP16 diverged prior to BMP2 and BMP4 and should be the result of an ancient genome duplication that occurred early in vertebrate evolution. Structural and functional data suggested that all three proteins are effectors of the BMP signaling pathway, but expression data revealed different spatiotemporal patterns in teleost fish suggesting distinct mechanisms of regulation. In this work, through the collection of novel data, we provide additional insight into the regulation, the structure and the phylogenetic relationship of BMP2 and its closely related family members.

Identification of novel molecular determinants of tissue mineralization in fish

The identification of genes involved in signaling and regulatory pathways, and matrix formation is paramount to the better understanding of the complex mechanisms of bone formation and mineralization, and critical to the successful development of therapies for human skeletal disorders. To achieve this objective, in vitro cell systems derived from skeletal tissues and able to mineralize their extracellular matrix have been used to identify genes differentially expressed during mineralization and possibly new markers of bone and cartilage homeostasis. Using cell systems of fish origin and techniques such as suppression subtractive hybridization and microarray hybridization, three genes never associated with mechanisms of calcification were identified: the calcium binding protein S100-like, the short-chain dehydrogenase/reductase sdr-like and the betaine homocysteine S-methyltransferase bhmt3. Analysis of the spatial-temporal expression of these 3 genes by qPCR and in situ hybridization revealed: (1) the up-regulation of sdr-like transcript during in vitro mineralization of gilthead seabream cell lines and its specificity for calcified tissues and differentiating osteoblasts; (2) the up-regulation of S100-like and the down-regulation of bhmt3 during in vitro mineralization and the central role of both genes in cartilaginous tissues undergoing endo/perichondral mineralization in juvenile fish. While expression of S100-like and bhmt3 was restricted to calcified tissues, sdr-like transcript was also detected in soft tissues, in particular in tissues of the gastrointestinal tract. Functional analysis of gene promoters revealed the transcriptional regulation of the 3 genes by known regulators of osteoblast and chondrocyte differentiation/mineralization: RUNX2 and RAR (sdr-like), ETS1 (s100-like; bhmt3), SP1 and MEF2c (bhmt3). The evolutionary relationship of the different orthologs and paralogs identified within the scope of this work was also inferred from taxonomic and phylogenetic analyses and revealed novel protein subfamilies (S100-like and Sdr-like) and the explosive diversity of Bhmt family in particular fish groups (Neoteleostei). Altogether our results contribute with new data on SDR, S100 and BHMT proteins, evidencing for the first time the role for these three proteins in mechanisms of mineralization in fish and emphasized their potential as markers of mineralizing cartilage and bone in developing fish.

The role of reciprocal regulation between TAL1 and miRNA expression in T-cell leukemia progression

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Biologia Celular e Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2015

Specific features of endothelial cells in primary tumors

RESUMO: As células endoteliais definem e delineiam todo o sistema vascular...Nesta tese procurámos explorar o papel que o ambiente tumoral exerce sobre as células endoteliais. ... Avaliamos também a capacidade anti-angiogénica de alguns derivados do estrogénio... Em suma os nossos resultados mostram a importância de um controlo rigoroso da regulação transcricional...

Desenvolvimento de uma base de dados para fatores de transcrição de seres humanos e suas redes de interação: Human Transcriptional Regulation Interaction Database (HTRIDB 2.0)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Análise de propriedades topológicas das redes biológicas integradas da Escherichia coli e da Saccharomyces cerevisiae

Biological processes are complex and possess emergent properties that can not be explained or predict by reductionism methods. To overcome the limitations of reductionism, researchers have been used a group of methods known as systems biology, a new interdisciplinary eld of study aiming to understand the non-linear interactions among components embedded in biological processes. These interactions can be represented by a mathematical object called graph or network, where the elements are represented by nodes and the interactions by edges that link pair of nodes. The networks can be classi- ed according to their topologies: if node degrees follow a Poisson distribution in a given network, i.e. most nodes have approximately the same number of links, this is a random network; if node degrees follow a power-law distribution in a given network, i.e. small number of high-degree nodes and high number of low-degree nodes, this is a scale-free network. Moreover, networks can be classi ed as hierarchical or non-hierarchical. In this study, we analised Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae integrated molecular networks, which have protein-protein interaction, metabolic and transcriptional regulation interactions. By using computational methods, such as MathematicaR , and data collected from public databases, we calculated four topological parameters: the degree distribution P(k), the clustering coe cient C(k), the closeness centrality CC(k) and the betweenness centrality CB(k). P(k) is a function that calculates the total number of nodes with k degree connection and is used to classify the network as random or scale-free. C(k) shows if a network is hierarchical, i.e. if the clusterization coe cient depends on node degree. CC(k) is an indicator of how much a node it is in the lesse way among others some nodes of the network and the CB(k) is a pointer of how a particular node is among several ...(Complete abstract click electronic access below)

Determinação de comunidades em redes biológicas integradas

To understand how biological phenomena emerge, the nonlinear interactions among the components envolved in these and the correspondent connected elements, like genes, proteins, etc., can be represented by a mathematical object called graph or network, where interacting elements are represented by edges connecting pairs of nodes. The analysis of various graph-related properties of biological networks has revealed many clues about biological processes. Among these properties, the community structure, i.e. groups of nodes densely connected among themselves, but sparsely connected to other groups, are important for identifying separable functional modules within biological systems for the comprehension of the high-level organization of the cell. Communities' detection can be performed by many algorithms, but most of them are based on the density of interactions among nodes of the same community. So far, the detection and analysis of network communities in biological networks have only been pursued for networks composed by one type of interaction (e.g. protein-protein interactions or metabolic interactions). Since a real biological network is simultaneously composed by protein-protein, metabolic and transcriptional regulatory interactions, it would be interesting to investigate how communities are organized in this type of network. For this purpose, we detected the communities in an integrated biological network of the Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae by using the Clique Percolation Method and we veri ed, by calculating the frequency of each type of interaction and its related entropy, if components of communities... (Complete abstract click electronic access below)

Determinação de genes potencialmente responsivos à radiação ionizante através de aprendizado de máquina

A predição da resposta do tumor a radioterapia e a questão mais importante durante o tratamento de pacientes com câncer. Como consequência, a predição de genes que sejam responsivos a radiação ionizante e uma possibilidade para a melhoria dos resultados clínicos e a otimização das doses as quais os pacientes são submetidos ao longo do tratamento. Juntamente com esses dados, é possível obter respostas sobre os mecanismos de resistência a radiação dos tumores e até mesmo a identificação de biomarcadores responsáveis pela resistência a radiação ionizante que podem ser potenciais para o desenvolvimento de novas drogas visando a proteção de tecidos saudáveis. A determinação experimental dos genes que sejam responsivos à radiação ionizante é algo caro e que demanda muito tempo e trabalho; porém, se utilizarmos uma forma computacional de direcionar os estudos experimentais diretamente aos genes que têm mais potencial para serem responsivos à radiação ionizante, as pesquisas podem ser mais direcionadas e específicas. Para determinar essa característica, construímos, analisamos e determinamos os dados da topologia da rede integrada de interações moleculares entre genes humanos, contendo interações físicas entre proteínas, interações metabólicas e interações de regulação transcricional. Os dados topológicos foram utilizados como atributos de treinamento para o aprendizado de máquina, no qual os genes conhecidamente responsivos à radiação ionizante foram apresentados a um algoritmo de árvore de decisão que gerou modelos de predição com índices de sensibilidade e precisão de 5% e 72%, respectivamente. Os índices de acerto obtidos para os conjuntos de teste foram satisfatórios, retornando 91% dos genes conhecidos como responsiveis à radiação ionizante utilizados para o treinamento da árvore de decisão. Nós aplicamos o modelo de predição na rede integrada e atribuímos probabilidades ...

Caracterização do envolvimento do gene RECKna proliferação celular e progressão tumoral: inversa correlação com a expressão do oncogene c-myc

Este trabalho mostra o envolvimento do gene RECK no processo de progressão do ciclo celular. Foi verificado que a expressão endógena de RECK é modulada durante a progressão do ciclo celular. A superexpressão de RECK em fibroblastos normais de camundongo promove uma diminuição da capacidade proliferativa das células e um retardo da transição das fases G0/G1-S do ciclo celular. Além disso, os resultados sugerem que um dos possíveis mecanismos de ação de RECK, que promovem este processo, envolve a indução da expressão de um inibidor de CDK, especificamente de p21, e retardo da fosforilação de pRb. Os resultados indicam, ainda, que durante a progressão do ciclo celular a expressão do gene RECK apresenta uma correlação inversa com a expressão do proto-oncogene c-myc. Estes dados corroboram os dados da literatura que mostram RECK como um alvo para o produto de diversos oncogenes, como ras e c-myc. A caracterização da repressão de RECK por c-Myc mostrou que a mesma ocorre ao nível transcricional e que sítios Sp1, presentes no promotor de RECK, são essenciais para a ação de Myc. Dados adicionais sugerem que a repressão de RECK por c-Myc parece envolver mecanismos de desacetilação de histonas. A modulação da expressão de RECK também foi avaliada durante a progressão maligna de tumores do sistema nervoso central (especificamente, gliomas). Foi verificado que a expressão de RECK não é alterada com a progressão deste tipo de tumor. Porém, foi verificado que os pacientes que manifestaram um maior tempo de sobrevida apresentaram tumores com uma significativa maior expressão do gene RECK. Estes dados sugerem que RECK possa ser um possível marcador prognóstico. A caracterização da regulação da expressão de RECK, tanto em células normais como em diferentes tipos de tumores, assim como os alvos moleculares da sua ação, são pontos muito importantes para o entendimento dos mecanismos que controlam a proliferação celular e podem contribuir para o desenvolvimento de novas formas de terapia anti-tumoral.

Differential expression in “rogue” paramutation in peas (Pisum sativum L.)

Dissertação de Mestrado, Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

MEF2C: expression, regulation and interaction with target genes in health and diseases

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2015

Identification of novel molecular determinants of tissue mineralization in fish

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2015

Caracterização funcional de fatores de transcrição envolvidos na regulação do metabolismo de glicogênio de Neurospora crassa

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Aspectos sobre a regulação do regime jurídico de policiais militares dos ex-territórios federais

Consultoria Legislativa - Área XVII - Segurança Pública e Defesa Nacional.

Reflexões sobre a regulação da radiodifusão no Brasil : em busca da lei geral de comunicação eletrônica de massa

Consultoria Legislativa - Área XIV - Comunicação Social, Informática, Telecomunicações, Sistema Postal, Ciência e Tecnologia.