Cloning and Identification of a Complete cDNA Coding for a Bactericidal and Antitumoral Acidic Phospholipase A(2) from Bothrops jararacussu Venom

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

A putative twin-arginine translocation system in the phytopathogenic bacterium Xylella fastidiosa

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Monoclonal Antibody Production and Immunolocalization of a Salinity Stress-Related Protein in Rice (Oryza sativa)

Among various physiological responses to salt stress, the synthesis of a lectin-related protein of 14.5 kDa was observed in rice plants (Oryza sativa L.) under the treatment of 170 mmol/L NaCl. In order to better understand the role of the SALT protein in the physiological processes involving salinity, it was immunolocalized in mesophilic cells of leaf sheath and blade of a rice variety IAC-4440 following monoclonal antibodies produced by hybridome culture technique. This variety turned out to be an excellent model for that purpose, since it accumulates SALT protein even in absence of salt treatment and it has been classified as moderately sensitive to salinity and a superior grain producer. This feature was relevant for this work since it allowed the use of plants without the deleterious effects caused by salinity. Immunocytochemistry assays revealed that the SALT protein is located in the stroma of chloroplasts under non-stressing condition. Since the chloroplast is the main target affected by salinity and considering that the SALT protein does not present any apparent signal peptide for organelle localization, its lectin-like activity seems to play an important role in the establishment of stable complexes, either to other proteins or to oligosaccharides that are translocated to the chloroplast. © 2011 China National Rice Research Institute.

Canonical WNT signaling regulates development of bovine embryos to the blastocyst stage

Objectives were to evaluate the role of canonical WNT signaling in development of the preimplantation embryo. Signaling was activated with 2-Amino-4-(3,4-(methylenedioxy)benzylamino)-6-(3-methoxyphenyl)pyrimidine (AMBMP) and inhibited with Dickkopf-related protein 1 (DKK1). Treatment of bovine embryos with AMBMP at day 5 after insemination decreased development to the blastocyst stage at day 7 and reduced numbers of trophectoderm and inner cell mass cells. At high concentrations, AMBMP caused disorganization of the inner cell mass. DKK1 blocked actions of AMBMP but did not affect development in the absence of AMBMP. Examination of gene expression in day 6 morulae by microarray revealed expression of 16 WNT genes and other genes involved in WNT signaling; differences in relative expression were confirmed by PCR for 7 genes. In conclusion, the preimplantation embryo possesses a functional WNT signaling system and activation of the canonical pathway can inhibit embryonic development.

Caracterização molecular e expressão de aminopeptidase (APNs) de Ostrinia nubilalis HÜBER 1796 (Lepidoptera: Crambidae)

Pós-graduação em Microbiologia Agropecuária - FCAV

Clonagem e expressão do gene engXCA de Xanthomonas campestri pv. campestris em Saccharmyces cerevisiae e estudos das endoglucanases nativa e recombinante

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

Discovery of a new antiviral protein isolated Lonomia obliqua analysed by bioinformatics and real-time approaches

This study presents a new recombinant protein that acts as a powerful antiviral (rAVLO—recombinant Antiviral protein of Lonomia obliqua). It was able to reduce the replication by 106 fold for herpes virus and by 104 fold for rubella virus. RT-PCR of viral RNA rAVLO treated infected cells also showed similar rate of inhibition in replication. The analysis of this protein by bioinformatics suggests that this protein is globular, secreted with a signal peptide and has the ability to bind to MHC class I. It was found that there are several protein binding sites with various HLA and a prevalence of α-helices in the N-terminal region (overall classified as a α/β protein type). BLAST similarity sequence search for corresponding cDNA did not reveal a similar sequence in Genbank, suggesting that it is from a novel protein family. In this study we have observed that this recombinant protein and hemolymph has a potent antiviral action. This protein was produced in a baculovirus/Sf-9 system. Therefore, these analyses suggest that this novel polypeptide is a candidate as a broad spectrum antiviral.

Venomics of the Australian eastern brown snake (Pseudonaja textilis): detection of new venom proteins and splicing variants

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

Synthetic Phytochelatin Surface Display in Cupriavidus metallidurans CH34 for Enhanced Metals Bioremediation

This work describes the effects of the cell surface display of a synthetic phytochelatin in the highly metal tolerant bacterium Cupriavidus metallidurans CH34. The EC20sp synthetic phytochelatin gene was fused between the coding sequences of the signal peptide (SS) and of the autotransporter beta-domain of the Neisseria gonorrhoeae IgA protease precursor (IgA beta), which successfully targeted the hybrid protein toward the C. metallidurans outer membrane. The expression of the SS-EC20sp-IgA beta gene fusion was driven by a modified version of the Bacillus subtilis mrgA promoter showing high level basal gene expression that is further enhanced by metal presence in C. metallidurans. The recombinant strain showed increased ability to immobilize Pb2+, Zn2+, Cu2+, Cd2+, Mn2+, and Ni2+ ions from the external medium when compared to the control strain. To ensure plasmid stability and biological containment, the MOB region of the plasmid was replaced by the E. coli hok/sok coding sequence.

The unconventional secretion of stress-inducible protein 1 by a heterogeneous population of extracellular vesicles

The co-chaperone stress-inducible protein 1 (STI1) is released by astrocytes, and has important neurotrophic properties upon binding to prion protein (PrPC). However, STI1 lacks a signal peptide and pharmacological approaches pointed that it does not follow a classical secretion mechanism. Ultracentrifugation, size exclusion chromatography, electron microscopy, vesicle labeling, and particle tracking analysis were used to identify three major types of extracellular vesicles (EVs) released from astrocytes with sizes ranging from 20–50, 100–200, and 300–400 nm. These EVs carry STI1 and present many exosomal markers, even though only a subpopulation had the typical exosomal morphology. The only protein, from those evaluated here, present exclusively in vesicles that have exosomal morphology was PrPC. STI1 partially co-localized with Rab5 and Rab7 in endosomal compartments, and a dominant-negative for vacuolar protein sorting 4A (VPS4A), required for formation of multivesicular bodies (MVBs), impaired EV and STI1 release. Flow cytometry and PK digestion demonstrated that STI1 localized to the outer leaflet of EVs, and its association with EVs greatly increased STI1 activity upon PrPC-dependent neuronal signaling. These results indicate that astrocytes secrete a diverse population of EVs derived from MVBs that contain STI1 and suggest that the interaction between EVs and neuronal surface components enhances STI1–PrPC signaling

Theoretical studies of Membrane Proteins : Properties, Prediction Methods and Genome-wide analysis

Membrane proteins are a large and important class of proteins. They are responsible for several of the key functions in a living cell, e.g. transport of nutrients and ions, cell-cell signaling, and cell-cell adhesion. Despite their importance it has not been possible to study their structure and organization in much detail because of the difficulty to obtain 3D structures. In this thesis theoretical studies of membrane protein sequences and structures have been carried out by analyzing existing experimental data. The data comes from several sources including sequence databases, genome sequencing projects, and 3D structures. Prediction of the membrane spanning regions by hydrophobicity analysis is a key technique used in several of the studies. A novel method for this is also presented and compared to other methods. The primary questions addressed in the thesis are: What properties are common to all membrane proteins? What is the overall architecture of a membrane protein? What properties govern the integration into the membrane? How many membrane proteins are there and how are they distributed in different organisms? Several of the findings have now been backed up by experiments. An analysis of the large family of G-protein coupled receptors pinpoints differences in length and amino acid composition of loops between proteins with and without a signal peptide and also differences between extra- and intracellular loops. Known 3D structures of membrane proteins have been studied in terms of hydrophobicity, distribution of secondary structure and amino acid types, position specific residue variability, and differences between loops and membrane spanning regions. An analysis of several fully and partially sequenced genomes from eukaryotes, prokaryotes, and archaea has been carried out. Several differences in the membrane protein content between organisms were found, the most important being the total number of membrane proteins and the distribution of membrane proteins with a given number of transmembrane segments. Of the properties that were found to be similar in all organisms, the most obvious is the bias in the distribution of positive charges between the extra- and intracellular loops. Finally, an analysis of homologues to membrane proteins with known topology uncovered two related, multi-spanning proteins with opposite predicted orientations. The predicted topologies were verified experimentally, providing a first example of "divergent topology evolution".

Machine learning methods for prediction of disulphide bonding states of cysteine residues in proteins

The goal of this thesis work is to develop a computational method based on machine learning techniques for predicting disulfide-bonding states of cysteine residues in proteins, which is a sub-problem of a bigger and yet unsolved problem of protein structure prediction. Improvement in the prediction of disulfide bonding states of cysteine residues will help in putting a constraint in the three dimensional (3D) space of the respective protein structure, and thus will eventually help in the prediction of 3D structure of proteins. Results of this work will have direct implications in site-directed mutational studies of proteins, proteins engineering and the problem of protein folding. We have used a combination of Artificial Neural Network (ANN) and Hidden Markov Model (HMM), the so-called Hidden Neural Network (HNN) as a machine learning technique to develop our prediction method. By using different global and local features of proteins (specifically profiles, parity of cysteine residues, average cysteine conservation, correlated mutation, sub-cellular localization, and signal peptide) as inputs and considering Eukaryotes and Prokaryotes separately we have reached to a remarkable accuracy of 94% on cysteine basis for both Eukaryotic and Prokaryotic datasets, and an accuracy of 90% and 93% on protein basis for Eukaryotic dataset and Prokaryotic dataset respectively. These accuracies are best so far ever reached by any existing prediction methods, and thus our prediction method has outperformed all the previously developed approaches and therefore is more reliable. Most interesting part of this thesis work is the differences in the prediction performances of Eukaryotes and Prokaryotes at the basic level of input coding when ‘profile’ information was given as input to our prediction method. And one of the reasons for this we discover is the difference in the amino acid composition of the local environment of bonded and free cysteine residues in Eukaryotes and Prokaryotes. Eukaryotic bonded cysteine examples have a ‘symmetric-cysteine-rich’ environment, where as Prokaryotic bonded examples lack it.

Recombinant expression of molluscan hemocyanin (KLH) substructures in a prokaryotic system: E. coli

The recombinant expression of 19 different substructures of KLH in the prokaryotic sys-tem E. coli has been successfully achieved: each one of the eight single FUs a to h of both isoforms, KLH1 and KLH2, two substructures consisting of two consecutive FUs (KLH1-bc and KLH1-gh) as well as a cDNA encompassing KLH1-abc. All recombinant proteins, fused to an N-terminal 6xHis tag, have successfully been detected by immuno precipitation using monoclonal α-His-antibodies and polyclonal α-KLH1- and α-KLH2-antibodies. One exception remained: SP-KLH2-a, which was not detected by the α-His-antibodies. This allows speculations as to whether the coexpressed signal peptide can lead, at one hand, to the secretion of the recombinant protein, and on the other to the simultaneous cut-off of the leader peptide, which results in the splitting off of even more N-terminal 6xHis tag, leading to failed recognition by the appropriate antibodies. The comparison of native KLH with recombinantly expressed prokaryotic (E. coli) and eukaryotic (Sf9 insect cells) KLH was done using FU-1h. The weak detection by the polyclonal α-KLH1-antibodies of both recombinantly expressed proteins showed that the native protein was the best recognized. For the prokaryotic one, both the denaturation applied for solubilisation of the bacterial inclusion bodies and the inability of bacterial cells to add N-linked glycosylation, are the reason for the poor hybridization. In contrast, KLH1-h expressed in eukaryotic insect cells is likely to be glycosylated. The incubation with the α-KLH1-antibodies resulting in the same weak detection, however, revealed that the linked carbohydrate side chains are not those expected. The establishment of SOE-PCR, together with further improvement, has enabled the generation of a clone encompassing the complete subunit KLH1-abcdefgh. The se-quence analysis compared to the original KLH1 sequence showed, however, that the resulting recombinant protein is defective in two histidines, required for the copper bind-ing sites in FU-1b and FU-1d and in three disulfide bridges (FU-1a, FU-1b and FU 1g). This is due to polymerase-related nucleotide exchanges, resulting in a changed amino acid sequence. Nevertheless, all eight potential N-glycosylation sites are present, leading to the speculation that the recombinant protein can in theory be fully glycosylated, which is the most important aspect for the clinical applicability of recombinant KLH as an im-munotherapeutic agent. The improvement of this method elaborated during the present work indicates bright prospects for the future generation of a correct cDNA sequence encoding for the complete KLH2 subunit.

Induktion und Analyse spezifischer Immunantworten nach intranodaler Immunisierung mit RNA im murinen Modell

Die Wirksamkeit einer Vakzine ist von vielen Parametern abhängig. Dazu gehören unter anderen: das ausgewählte Antigen, die Formulation in der das Antigen benutzt wird sowie die Applikationsroute. Antigen-kodierende Ribonukleinsäuren (RNA) gilt heutzutage als eine sichere und effiziente Alternative zu traditionellen Impfstoff-Formulierungen, wie Peptiden, rekombinanten Proteinen, viralen Systemen oder DNA basierten Impfstoffen. Bezüglich des Applikationsortes repräsentiert der Lymphknoten ein optimales Milieu für die Interaktion zwischen antigenpräsentierenden Zellen und T-Zellen. Vor diesem Hintergrund war die Zielsetzung dieser Arbeit, ein auf direktem in vivo Transfer von Antigen-kodierender in vitro transkribierter RNA (IVT-RNA) basierendes Impfverfahren zu entwickeln, zu charakterisieren und auf seine anti-tumorale Wirksamkeit zu testen. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass dendritische Zellen (DCs) in vitro hocheffizient mit IVT-RNA transfiziert werden können und eine hohe stimulatorische Kapazität besitzen. Durch Sequenzmodifikation der IVT-RNA konnten wir die Transkriptstabilität und Translationseffizienz erhöhen was zu einer Steigerung der stimulatorischen Kapazität in vivo führte. Darüber hinaus untersuchten wir die Auswirkung der Insertion eines Signalpeptides 5’ sowie einer C-terminalen transmembran- und zytosolischen-Domäne eines MHC-Klasse-I-Moleküls am 3’ der Antigen-kodierenden Sequenz auf die Effizienz der MHC-Klasse-I und -II Präsentation. Wir konnten in vitro und in vivo nachweisen, dass diese Modifikation zu einer gesteigerten, simultanen Stimulation von antigenspezifischen CD4+ und CD8+ T-Zellen führt. Auf der Basis der optimierten Vektorkassetten etablierten wir die intranodale (i.n.) Transfektion von antigenpräsentierenden Zellen in der Maus. Dazu nutzten wir verschiedene Reportersysteme (eGFP-RNA, fluoreszensmarkierte RNA) und konnten zeigen, dass die intranodale Applikation von IVT-RNA zu selektiven Transfektion und Maturation lymphknotenresidenter DCs führt. Zur Untersuchung der immunologischen Effekte wurden in erster Linie auf Influenza-Hemagglutinin-A und Ovalbumin basierende Modellantigensysteme verwendet. Beide Antigene wurden als Antigen-MHC-Fusionskonstrukte genutzt. Als Responderzellen wurden TCR-transgene Lymphozyten verwendet, die MHC-Klasse-I oder -Klasse-II restringierte Epitope des Influenza-Hemagglutinin-A bzw. des Ovalbumin-Proteins erkennen. Wir konnten in vivo zeigen, dass die intranodale Immunisierung mit IVT-RNA zu einer effizienten Stimulation und Expansion von antigenspezifischen CD4+ und CD8+ T-Zellen in einer dosisabhängigen Weise führt. Funktionell konnte gezeigt werden, dass diese T-Zellen Zytokine sezernieren und zur Zytolyse befähigt sind. Wir waren in der Lage durch repetitive i.n. RNA Immunisierung ein ‚Priming’ CD8+ T-Zellen in naiven Mäusen sowohl gegen virale als auch gegen Tumor assoziierte Antigene zu erreichen. Die geprimten T-Zellen waren befähigt eine zytolytische Aktivität gegen mit spezifischem Peptid beladene Targetzellen zu generieren. Darüber hinaus waren wir in der Lage Gedächtnisszellen expandieren zu können. Abschließend konnten wir in Tumormodellen sowohl in prophylaktischen als auch in therapeutischen Experimenten zeigen dass die i.n. RNA Vakzination die Potenz zur Induktion einer anti-tumoralen Immunität besitzt.

Identifizierung und Charakterisierung neuer Proteine des Abwehrsystems der Porifera - ein Apoptoseregulator und ein antimikrobielles Protein aus dem Schwamm Suberites domuncula

Aufgrund ihrer Lebensweise und -umgebung sind effiziente Strategien zur Abwehr bedrohender Einflüsse essentiell für die Porifera. Eine dieser Strategien stellen die Apoptose in höheren Metazoen, sowie ein effizientes Immunsystem dar. Diese sichern sowohl das Überleben des Organismus als auch die Entfernung beschädigter, infizierter oder redundanter Zellen. Bei Untersuchungen der Porifera auf Moleküle, die an diesen Prozessen beteiligt sind, konnten in den letzten Jahren beachtliche Erfolge erzielt werden. So konnten das in der Apoptose involvierte Protein GCDD2 (proapoptotisch), die antiapoptotischen GCBHP1 und GCBHP2 Proteine (Wiens et al., 2001), sowie ein LPS induzierbarer TNF (Wiens et al., 2007) und zwei Caspasen (Wiens et al., 2003) in Schwämmen identifiziert werden. Um diese essentiellen Mechanismen besser verstehen zu können, sollte ein möglicher Tumor-Nekrose-Faktor-Rezeptor identifiziert werden. Hierzu wurde die SpongeBase Datenbank nach Proteinen mit Todesdomänen durchsucht und diese unter Anwendung von PCR- und Screening-Techniken in einer cDNA-Bank des marinen Schwammes S. domuncula komplettiert. Im Anschluss an ihre Sequenzierung wurde ein Klon ausgewählt, dessen Todesdomäne größte Homologie zu einem TNFR zeigte. Dieser Klon SD_TNFR-like (Suberites domuncula TNFR-homologes Protein) wurde anschließend diversen Sequenz- und Strukturanalysen unterzogen. Diese offenbarten die Existenz zweier funktional bedeutsamer Domänen (Ubiquitin-like und Todesdomäne). Vor allem die Todesdomäne impliziert eine Beteiligung des Proteins an apoptotischen Prozessen. Über einen „Yeast Two Hybrid Screen“ sollten Proteine identifiziert werden, welche mit dem Ausgangsprotein interagieren. Hierbei wurde ein Protein identifiziert, das Ähnlichkeit mit einem antimikrobiellen Peptid aufweist. Dieses Protein kann analog zu einer Gruppe von antimikrobiellen Peptiden, den α-helikalen kationischen Peptiden, in drei Teile gespalten werden. Das Signalpeptid sowie ein anionisches Propeptid werden abgespalten und es entsteht ein kationisches, antimykotisch wirksames Peptid. Beide Proteine sollten, sofern sie in die Abwehrreaktionen involviert sind, durch Inkubation mit mikrobiellen Strukturen vermehrt exprimiert werden. Eine Überprüfung der Transkription mittels Northern Blot Analysen bestätigte dies für das SD_TNFR-like nach Inkubation mit LPS und TNF- α sowie für SD_Brevinin-like nach Inkubation mit LPS, PAM und Hefe. Mit der Herstellung eines rekombinanten SD_TNFR-like-Proteins wurde die Immunisierung von Kaninchen und die folgende Gewinnung eines polyklonalen SD_TNFR-like-Antikörpers ermöglicht. Dieser gestattete den Nachweis der SD_TNFR-like -Expression mittels Western Blot-Analysen sowie die stressinduzierte erhöhte Expression mittels Dot Blot-Analysen auch auf Proteinebene. Um die Funktion des SD_TNFR-like Proteins zu charakterisierten, wurde ein Test mit RAW-Blue™-Zellen durchgeführt. Die Ergebnisse implizieren, dass das Protein Teil der Immunreaktion analog der der TLR- bzw. NLR- Reaktion ist. Auch die Interaktion mit einem antimikrobiellen Protein, welches für das Überleben des Organismus und die Bekämpfung der Mikroorganismen sorgt, deutet auf eine solche Beteiligung hin. Zusätzlich wird diese These durch ein Ergebnis der Strukturanalysen unterstützt, nämlich die Identifizierung einer TRAF2 Bindestelle. TRAF2 ist ein Adapterprotein der TNFR und aktiviert Überlebensfaktoren über den NF - B-Weg. Immunohistochemische Analysen zeigten, dass das SD_TNFR-like Protein im Organismus vor allem um die Bakteriozysten, um verschiedene Mikroorganismen und am Rand des Schwammes exprimiert wird, was ebenfalls für eine immunologische Funktionsweise spricht. Auch im restlichen Gewebe wird es kontinuierlich, auch ohne vorherige LPS Inkubation exprimiert. Diese Akkumulation zeigt deutlich, dass das Protein in einen Schutzmechanismus gegen äußere Bedrohungen involviert ist. Es scheint dabei direkt an den eindringenden Mikroorganismen zu wirken. Das SD_TNFR-like ist demnach ein potentieller Bestandteil der Immunantwort des Schwammes, welches Apoptose verhindern und Überlebensmechanismen aktivieren kann. Das SD_Brevinin-like Protein besitzt antimykotische Aktivität, wie in einem antimikrobiellen Test gezeigt werden konnte. Weiterhin scheint es für das SD_TNFR-like Protein als positiver bzw. negativer Regulator von Bedeutung zu sein, der eine Reaktion entweder beendet oder die Expression von Überlebensfaktoren verstärkt. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse und Schlussfolgerungen demonstrieren somit die Identifizierung eines neuen Schwammproteins, welches eine Rolle in der Immunantwort spielt, sowie eines neuen antimikrobiellen Peptids, welches die Wirkung des TNFR-like moduliert. Es müssen jedoch noch weitere Funktionsanalysen folgen, um den Mechanismus des SD_TNFR-like Proteins und seine Regulation genauer charakterisieren zu können