Characterization and regulation of a bacterial sugar phosphatase of the HAD superfamily, AraL, from Bacillus subtilis.

AraL from Bacillus subtilis is a member of the ubiquitous haloalkanoate dehalogenase, HAD, superfamily. The araL gene has been cloned, over-expressed in Escherichia coli and its product purified to homogeneity. The enzyme displays phosphatase activity, which is optimal at neutral pH (7.0) and 65 °C. Substrate screening and kinetic analysis showed AraL to have low specificity and catalytic activity towards several sugar phosphates, which are metabolic intermediates of the glycolytic and pentose phosphate pathways. Based on substrate specificity and gene context within the arabinose metabolic operon, a putative physiological role of AraL in detoxification of accidental accumulation of phosphorylated metabolites has been proposed. The ability of AraL to catabolise several related secondary metabolites requires regulation at the genetic level. Here, by site- directed mutagenesis, we show that AraL production is regulated by a structure in the translation initiation region of the mRNA, which most probably blocks access to the ribosome-binding site, preventing protein synthesis. Members of HAD subfamily IIA and IIB are characterised by a broad-range and overlapping specificity that anticipated the need for regulation at the genetic level. In this study we provide evidence for the existence of a genetic regulatory mechanism controlling AraL production.

Genetic and functional analysis of the bacillus subtilis BSP1 gam cluster

Mannans (linear mannan, glucomannan, galactomannan and galactoglucomannan) are the major constituents of the hemicellulose fraction in softwoods and show great importance as a renewable resource for fuel or feedstock applications. As complex polysaccharides, mannans can only be degraded through a synergistic action of different mannan-degrading enzymes, mannanases. Microbial mannanases are mainly extracellular enzymes that can act in wide range of pH and temperature, contributing to pulp and paper, pharmaceutical, food and feed, oil and textile successful industrial applications. Knowing and controlling these microbial mannan-degrading enzymes are essential to take advantage of their great biotechnological potential. The genome of the laboratory 168 strain of Bacillus subtilis carries genes gmuA-G dedicated to the degradation and utilization of glucomannan, including an extracellular -mannanase. Recently, the genome sequence of an undomesticated strain of B. subtilis, BSP1, was determined. In BSP1, the gmuA-G operon is maintained, interestingly, however, a second cluster of genes was found (gam cluster), which comprise a second putative extracellular β-mannanase, and most likely specify a system for the degradation and utilization of a different mannan polymer, galactoglucomannan. The genetic organization and function of the gam cluster, and whether its presence in BSP1 strain results in new hemicellulolytic capabilities, compared to those of the laboratory strain, was address in this work. In silico and in vivo mRNA analyses performed in this study revealed that the gam cluster, comprising nine genes, is organized and expressed in at least six different transcriptional units. Furthermore, cloning, expression, and production of Bbsp2923 in Escherichia coli was achieved and preliminary characterization shows that the enzyme is indeed a β-mannanase. Finally, the high hemicellulolytic capacity of the undomesticated B. subtilis BSP1, demonstrated in this work by qualitative analyses, suggests potential to be used in the food and feed industries.

Poli-fosforilação de um componente estrutural do esporo de Bacillus subtilis

A superfície dos esporos bacterianos é constituída por uma estrutura multi-proteica, denominada manto, com funções de proteção e de interação com o meio circundante. CotB é um componente abundante do manto do esporo de Bacillus subtilis. Durante a formação do manto, a proteína CotB, de 46 kDa (CotB-46), sofre uma modificação pós-traducional, que a converte numa espécie com uma mobilidade eletroforética de 66 kDa (CotB-66). Outras duas proteínas do manto, CotH e CotG, são necessárias para a formação de CotB-66. CotH é uma proteína morfogenética essencial para a montagem do manto, e um homólogo estrutural de cinases Ser/Thr de tipo eucariota. CotB, por seu lado, possui quatro repetições de uma sequência rica em serinas/lisinas/argininas na sua metade Cterminal, enquanto que a metade N-terminal contém dois domínios Sm-like, associados normalmente a interações RNA-RNA e RNA-proteína. A super-expressão de cotB em E. coli resulta numa proteína de 46 kDa, mas a co-expressão de cotB com cotG e cotH leva à produção de uma forma de CotB de 66kDa. Na ausência de CotG ou de CotH ou na presença de uma forma inativa de CotH, com a substituição D228Q no seu centro ativo putativo, não se verifica a formação de CotB-66. CotH sofre auto-fosforilação e é insensível ao inibidor de largo espectro staurosporina. Além disso, mostramos que CotB-46 é fosforilado diretamente por CotH in vitro. Descobrimos que a substituição D228Q resulta em alterações na composição, estrutura e propriedades do manto que se aproximam daquelas causadas por uma mutação de eliminação do gene. Mostramos que a modificação de CotB in vivo é dependente de CotG e da atividade de cinase de CotH. Sugerimos que durante a formação do manto de B. subtilis CotH fosforila CotB na sua metade C-terminal, usando CotG como co-fator.

Determinants for the subcellular localization of the inner and outer spore coat hubs in Bacillus subtilis

Endospores, or spores for simplicity, are a highly resistant cell type produced by some bacterial species under adverse conditions. Two main protective layers contribute to the resilience of spores: the cortex, composed of peptidoglycan, and the outermost proteinaceous coat. In Bacillus subtilis, the coat comprises up to 80 different proteins, organized into four sublayers: the basement layer, the inner coat, the outer coat and the crust. These proteins are synthesized at different times during sporulation and deposited at the spore surface in multiple coordinated waves. Central to coat formation is a group of morphogenetic proteins that guide the assembly of the coat components. Targeting of the coat proteins to the surface of the developing spore is mainly controlled by the SpoIVA morphogenetic ATPase. In a second stage, the coat proteins fully encircle the spore, a process termed encasement that requires the morphogenetic protein SpoVID. Assembly of the inner coat requires SafA, whereas formation of the outer coat and the crust requires CotE. SafA interacts directly with the N terminus of SpoVID. (...)

Higiene de embalagens de produtos horofrutículas, comparação entre embalagens de madeira e de plástico

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Tecnologia e Segurança Alimentar

Impacto de antigénios glicosídicos na imunoterapia aplicada em cancro de bexiga

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular

Development of electrospun Ion jelly fibers® for drug delivery

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Demora desde o aparecimento dos primeiros sintomas até ao diagnóstico da tuberculose pulmonar em Portugal : análise de sobrevivência

RESUMO - O presente estudo tem como objetivo contribuir para a Saúde Pública no controlo da tuberculose pulmonar (TBP), estudando a demora desde o aparecimento dos primeiros sintomas até ao diagnóstico da doença. As consequências da demora no diagnóstico podem ser fatais para os doentes e intensificar a proliferação do bacilo, influenciando a incidência da doença. Este estudo analisou os casos notificados com TBP pelo SVIG-TB, em Portugal Continental, no período de 2000 a 2009, com demora no diagnóstico de 1 a 365 dias. Foram utilizadas técnicas de estatística clássica para caracterização da base de dados e de análise de sobrevivência para caracterizar a demora até ao diagnóstico e modelar o risco de diagnóstico. As variáveis incluídas no estudo foram: género, idade, grupo etário, distrito de residência, área crítica de incidência da tuberculose, presença ou ausência da infeção pelo VIH, caso novo e reincidência, número de tratamentos anteriores, presença ou ausência de fatores de risco (álcool, tabaco, outras drogas, reclusão e sem-abrigo) e número de fatores de risco. Verificou-se que nos 35 711 casos notificados a mediana da demora até ao diagnóstico foi de 55 dias. Todas as variáveis referidas anteriormente demostraram estar correlacionadas com a demora, exceto no que diz respeito às áreas críticas ou não críticas e aos sem-abrigo. No modelo de Cox as variáveis que se mostraram relevantes ao diagnóstico foram o género em 10,2%, grupos etários, distritos, presença ou ausência de VIH em 12%, dependência alcoólica em 6,3% e dependência de tabaco em 8,8%. Estes resultados apontam para a efetividade de medidas de controlo da tuberculose, principalmente no caso de a pessoa apresentar alguns fatores de risco.

Dissecting the function of the SpoIIIJ and YqjG membrane protein insertases during bacterial spore development

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology, Microbial Biology

Assembly and function of a protein cross-linking enzyme during bacterial spore morphogenesis

Sporulation in Bacillus subtilis culminates with the formation of a dormant endospore. The endospore (or spore) is one of the most resilient cell types known and can remain viable in the environment for extended periods of time. Contributing to the spore’s resistance and its ability to interact with and monitor its immediate environment is the coat, the outermost layer of B. subtilis spores. The coat is composed by over 70 different proteins, which are produced at different stages in sporulation and orderly assembled around the developing spore.(...)

Estudo de interações proteína-carbohidrato em sistemas bacterianos

Bacillus subtilis tem a capacidade de utilizar arabinoligossacáridos presentes na parede das células vegetais, através de um consórcios de enzimas envolvidas na hidrólise enzimática dos mesmos. A captação destes carbohidratos por parte do Bacillus subtilis depende de dois transportadores membranares AraE e AraNPQ-MsmX. Após a captação de L-arabinose e arabinoligossacáridos, estes substratos serão metabolizados pelos produtos enzimáticos codificados por genes pertencentes ao operão responsável pela metabolização de arabinose araABDLMNPQabfA. Neste operão, para além dos genes responsáveis pelo transportador AraNPQ, o gene araL determina a síntese de uma enzima com atividade de fosfatase, AraL, que tem putativamente como principal função a destoxificação de intermediários metabólicos fosforilados, em situações particulares. O objectivo deste trabalho consistiu em descobrir quais os determinantes moleculares envolvidos em ambos os processos de reconhecimento molecular, ora o reconhecimento de arabinoligossacáridos por parte da AraN, do ponto de vista dos carbohidratos ora de carbohidratos fosforilados do ponto de vista da AraL. Para elucidar estes processos de reconhecimento molecular proteína-carbohidrato foi utilizada a técnica de RMN, modelação computacional e mutagénese dirigida. No primeiro capitulo são introduzidos conceitos fundamentais para a percepção da ação de ambas as proteínas (AraN e AraL), no organismo Bacillus subtilis. O segundo capitulo, refere-se ao estudo dos mecanismos envolvidos no reconhecimento proteína-carbohidrato através da técnica de STD-RMN para estudar interações do ponto de vista do carbohidrato, bem como abordagens bioinformáticas tais como alinhamentos de sequencia primária e dockings moleculares, para identificar resíduos do ponto de vista da proteína passiveis de se encontrarem envolvidos no reconhecimento molecular, que numa última instância são mutados para se confirmar a sua relevância no processo de reconhecimento molecular do ponto de vista da proteína. Neste capitulo é demonstrado que a AraN é responsável pelo reconhecimento de arabinoligossacáridos e celoligossacáridos. No que diz respeito aos primeiros, a AraN reconhece preferencialmente arabinoligossacáridos com três subunidades, verificando-se a perda de saturação na subunidade não redutora da arabinotetraose. O processo de reconhecimento molecular apresenta uma constante de dissociação com uma ordem de grandeza na ordem dos μM. Do ponto de vista da proteína são identificados resíduos (W253, Y254 e Y54) putativos de se encontrarem também eles envolvidos no reconhecimento molecular do ponto de vista da AraN através de interações CHstacking. Finalmente no terceiro capitulo, é apresentada a optimização da sobrexpressão da AraL, dado que numa primeira fase a sua produção ocorria sob a forma de corpos de inclusão. Para tal são descritas metodologias de solubilização e renaturação da mesmas, com recurso a agentes caotrópicos (ureia e GmdCl) e detergentes (SDS).

Thomsen-Friedenreich antigens in bladder cancer: evaluation of their prognostic value

RESUMO: Introdução. O cancro de bexiga é uma patologia comum que representa o 6° e o 5° cancro mais incidente em Portugal e na Itália, respetivamente. Em mais de metade dos casos ocorre reincidência durante o primeiro ano, requerendo acompanhamento clínico ao longo da vida. A instilação intravesical de Bacillus Calmette-Guérin (BCG) (uma estirpe atenuada do Mycobacterium bovis) representa uma imunoterapia eficaz no combate ao cancro de bexiga, no entanto, muitos aspetos da interação de BCG com as células tumorais bem como com as células do sistema imunitário permanecem por desvendar. As células tumorais de bexiga expressam frequentemente as formas sialiladas dos antigénios de Thomsen-Friedenreich (TF), i.e., sialil-T (sT) e sialil-Tn (sTn). Contudo ainda se desconhece o significado da sua expressão na malignidade tumoral e se afeta a eficácia da terapêutica BCG. Objetivo do estudo. Investigar o papel dos antigénios sT e sTn no fenótipo maligno de células de cancro de bexiga bem como na resposta mediada pelo sistema imunitário à terapia com BCG. Metodologia. Para tal, foram utilizadas as linhas celulares de cancro da bexiga HT1376 e MCR, geneticamente modificadas por transdução com vetores codificantes para as sialiltransferases ST3GAL1 ou ST6GALNAC1, de forma a expressar homogeneamente os antigénios sT ou sTn respetivamente. Estes modelos celulares foram estudados após confronto com BCG. O nível de BCG internalizado foi avaliado por citometria de fluxo. O perfil global de expressão genética dos modelos celulares antes e após incubação com BCG foi analisado pela tecnologia de microarray. O perfil de citocinas secretadas pelos modelos celulares após incubação com BCG, bem como de macrófagos estimulados pelo secretoma de células de cancro de bexiga que por sua vez foram estimuladas previamente por BCG, foi estudado pelo sistema multiplex de “imuno-esferas”. Resultados. A análise do transcritoma dos modelos celulares revelou que grupos de genes envolvidos em funções específicas foram modulados em paralelo nos dois modelos celulares, após transdução, independentemente da sialiltransferase expressa. Ou seja, em células que expressavam a sialiltransferase ST3GAL1 ou ST6GALNAC1, os genes envolvidos na regulação da segregação cromossómica e na reparação do DNA foram consistentemente regulados negativamente. Genes descritos na literatura como marcadores para o cancro de bexiga foram também modulados. A incubação com BCG resultou numa tendência ao aumento da expressão de genes relevantes na preservação e estabilidade genómica e menor malignidade, no entanto, apenas em células que expressavam sT ou sTn. Entre as dez citocinas testadas, apenas a IL-6 e IL-8 foram expressas pelas linhas celulares de cancro da bexiga, com indução destas após estimulação com BCG, e principalmente em células que expressavam ST3GAL1 ou ST6GALNAC1. Em macrófagos, citocinas inflamatórias, tais como IL-1β, IL-6 e TNFα, e a citocina anti-inflamatória IL-10, foram induzidas apenas pelo secretoma de células de cancro da bexiga confrontadas com BCG, com maior relevância quando estas expressavam ST3GAL1 ou ST6GALNAC1, prevendo a estimulação de macrófagos semelhantes aos de tipo M1 e uma melhor resposta à terapia com BCG. Conclusões. O efeito geral da expressão destas sialiltransferases e dos produtos enzimáticos sT ou sTn nas células de cancro de bexiga conduz a um fenótipo de maior malignidade. Contudo, a maior avidez de estas na produção de citocinas inflamatórias após confronto com BCG, bem como a maior capacidade de estimulação de macrófagos, predirá uma resposta à terapia com BCG mais eficaz em tumores que expressem os antigénios de TF sialilados. Tais conclusões são totalmente concordantes com os nossos mais recentes dados clínicos obtidos em colaboração, que mostram que em doentes com cancro de bexiga que expressam sTn respondem melhor a terapia BCG. ----------ABSTRACT: Background. Bladder cancer is a common malignancy representing the 6th and the 5th most incident cancer in Portugal and in Italy, respectively. More than half of the cases relapse within one year, requiring though a lifelong follow-up. Intravesical instillation of Bacillus Calmette-Guérin (BCG) (an attenuated strain of Mycobacterium bovis) represents an effective immunotherapy of bladder cancer, although many aspects of the interaction of BCG with cancer cells and host immune cells remain obscure. Bladder cancer cells often express the sialylated forms of the Thomsen-Friedenreich (TF), i.e., sialil-T (sT) e sialil-Tn (sTn). However, it’s still unknown the sense of such expression in tumour malignancy and in the BCG therapy efficacy. Aim of the study. To investigate the role of the sT and sTn antigens on the malignant phenotype of bladder cancer cells and the immune mediated response to BCG therapy. Experimental. We have utilized populations of the bladder cancer cell lines HT1376 and MCR, genetically modified by transduction with the sialyltransferases ST3GAL1 or ST6GALNAC1 to express homogeneously sT or sTn antigens. The level of BCG internalized was assessed by flow cytometry. The whole gene expression profile of BCG-challenged or unchallenged bladder cancer cell lines was studied by microarray technology. The profile of cytokines secreted by BCG-challenged bladder cancer cells and that of macrophages challenged by the secretome of BCG-challenged bladder cancer cells was studied by multiplex immune-beads assay. Results. Transcriptome analysis of the sialyltransferase-transduced cells revealed that groups of genes involved in specific functions were regulated in parallel in the two cell lines, regardless the sialyltransferase expressed. Namely, in sialyltransferase-expressing cells, genes involved in the proper chromosomal segregation and in the DNA repair were consistently down-regulated, while genes reported in literature as markers for bladder cancer were modulated. BCG-challenging induced a tendency to up-regulation of the genes preserving genomic stability and reducing malignancy, but only in cells expressing either sT or sTn. Among the ten cytokines tested, only IL-6 and IL-8 were expressed by bladder cancer cell lines and up-regulated by BCG-challenging, mainly in sialyltransferases-expressing cells. In macrophages, inflammatory cytokines, such as IL-1β, IL-6 and TNFα, and the antinflammatory IL-10 were induced only by the secretome of BCG-challenged bladder cancer cells, particularly when expressing either sialyltransferase, predicting the stimulation of M1-like macrophages and a better response to BCG therapy. Conclusions. The general effect of the expression of the two sialyltransferases and their products in the bladder cancer cells is toward a more malignant phenotype. However, the stronger ability of sialyltransferase expressing cells to produce inflammatory cytokines upon BCG-challenging and to stimulate macrophages predicts a more effective response to BCG in tumours expressing the sialylated TF antigens. This is fully consistent with our recent clinical data obtained in collaboration, showing that patients with bladder cancer expressing sTn respond better to BCG therapy.