The role of Rac1-modulated gene transcription in tumorigenesis

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Identification of mechanisms controlling the transcriptional activity of nuclear factor kappa B (NF-κB) p65/RelA

Dissertação para a obtenção do grau de doutor em Biologia pelo Instituto de Tecnologia Química e Biológica. Universidade Nova de Lisboa.

Controlling gene expression in enterobacteriaceae: studies on sRNAs and strategies for synthetic biology

Dissertation presented to obtain the Master Degree in Molecular, Genetics and Biomedicine

Susceptibility of Aedes aegypti (L) to the insect growth regulators diflubenzuron and methoprene in Uberlândia, State of Minas Gerais

Aedes aegypti (L) (Diptera: Culicidae) was reared in several concentrations of diflubenzuron and methoprene under laboratory conditions in Uberlândia, State of Minas Gerais, southeastern Brazil. Characteristics such as LC50 and LC95, the susceptibility of immature stages of different ages to these insect growth regulators and their residual effects were studied. The LC50 and LC95 of diflubenzuron and methoprene were 5.19 and 12.24 ppb; 19.95 and 72.08 ppb, respectively. While diflubenzuron caused great mortality in all larval instars, methoprene was more effective when the mosquito was exposed from the start of the fourth larval instar onwards. Commercial concentrations of these two insect growth regulators close to LC95 presented greater residual activity than did their respective technical formulations. The parameters were compared with those obtained elsewhere. The characteristics investigated here indicate that these insect growth regulators are effective alternatives for controlling the dengue vector in the Uberlândia region.

Transcriptional regulation of the mannosyltransferase-encoding gene pigm in inherited glycosylphosphatidylinositol (GPI) deficiency

RESUMO:O glicosilfosfatidilinositol (GPI) é um complexo glicolipídico utlizado por dezenas de proteínas, o qual medeia a sua ancoragem à superfície da célula. Proteínas de superfície celular ancoradas a GPI apresentam várias funções essenciais para a manutenção celular. A deficiência na síntese de GPI é o que caracteriza principalmente a deficiência hereditária em GPI, um grupo de doenças autossómicas raras que resultam de mutações nos genes PIGA, PIGL, PIGM, PIGV, PIGN, PIGO e PIGT, os quais sao indispensáveis para a biossíntese do GPI. Uma mutação pontual no motivo rico em GC -270 no promotor de PIGM impede a ligação do factor de transcrição (FT) Sp1 à sua sequência de reconhecimento, impondo a compactação da cromatina, associada à hipoacetilação de histonas, e consequentemente, impedindo a transcrição de PIGM. Desta forma, a adição da primeira manose ao GPI é comprometida, a síntese de GPI diminui assim como as proteínas ligadas a GPI à superficie das células. Pacientes com Deficiência Hereditária em GPI-associada a PIGM apresentam trombose e epilesia, e ausência de hemólise intravascular e anemia, sendo que estas duas últimas características definem a Hemoglobinúria Paroxística Nocturna (HPN), uma doença rara causada por mutações no gene PIGA. Embora a mutação que causa IGD seja constitutiva e esteja presente em todos os tecidos, o grau de deficiência em GPI varia entre células do mesmo tecido e entre células de tecidos diferentes. Por exemplo nos granulócitos e linfócitos B a deficiência em GPI é muito acentuada mas nos linfócitos T, fibroblastos, plaquetas e eritrócitos é aproximadamente normal, daí a ausência de hemólise intravascular. Os eventos transcricionais que estão na base da expressão diferencial da âncora GPI nas células hematopoiéticas são desconhecidos e constituem o objectivo geral desta tese. Em primeiro lugar, os resultados demonstraram que os níveis de PIGM mRNA variam entre células primárias hematopoiéticas normais. Adicionalmente, a configuração dos nucleossomas no promotor de PIGM é mais compacta em células B do que em células eritróides e tal está correlacionado com os níveis de expressão de PIGM, isto é, inferior nas células B. A presença de vários motivos de ligação para o FT específico da linhagem megacariocítica-eritróide GATA-1 no promotor de PIGM sugeriu que GATA-1 desempenha um papel regulador na sua transcrição. Os resultados mostraram que muito possivelmente GATA-1 desempenha um papel repressor em vez de activador da expressão de PIGM. Resultados preliminares sugerem que KLF1, um factor de transcrição restritamente eritróide, regula a transcrição de PIGM independentemente do motivo -270GC. Em segundo lugar, a investigação do papel dos FTs Sp demonstrou que Sp1 medeia directamente a transcrição de PIGM em ambas as células B e eritróide. Curiosamente, ao contrário do que acontece nas células B, em que a transcrição de PIGM requer a ligação do FT geral Sp1 ao motivo -270GC, nas células eritróides Sp1 regula a transcrição de PIGM ao ligar-se a montante e não ao motivo -270GC. Para além disso, demonstrou-se que Sp2 não é um regulador directo da transcrição de PIGM quer nas células B quer nas células eritróides. Estes resultados explicam a ausência de hemólise intravascular nos doentes com IGD associada a PIGM, uma das principais características que define a HPN. Por último, resultados preliminares mostraram que a repressão da transcrição de PIGM devida à mutação patogénica -270C>G está associada com a diminuição da frequência de interacções genómicas em cis entre PIGM e os seus genes “vizinhos”, sugerindo adicionalmente que a regulação de PIGM e desses genes é partilhada. No seu conjunto, os resultados apresentados nesta tese contribuem para o conhecimento do controlo transcricional de um gene housekeeping, específico-detecido, por meio de FTs genéricos e específicos de linhagem.-------------ABSTRACTC: Glycosylphosphatidylinositol (GPI) is a complex glycolipid used by dozens of proteins for cell surface anchoring. GPI-anchored proteins have various functions that are essential for the cellular maintenance. Defective GPI biosynthesis is the hallmark of inherited GPI deficiency (IGD), a group of rare autosomal diseases caused by mutations in PIGA, PIGL, PIGM, PIGV, PIGN, PIGO and PIGT, all genes indispensable for GPI biosynthesis. A point mutation in the -270GC-rich box in the core promoter of PIGM disrupts binding of the transcription factor (TF) Sp1 to it, imposing nucleosome compaction associated with histone hypoacetylation, thus abrogating transcription of PIGM. As a consequence of PIGM transcriptional repression, addition of the first mannose residue onto the GPI core and thus GPI production are impaired; and expression of GPI-anchored proteins on the surface of cells is severely impaired. Patients with PIGM-associated IGD suffer from life-threatening thrombosis and epilepsy but not intravascular haemolysis and anaemia, two defining features of paroxysmal nocturnal haemoglobinuria (PNH), a rare disease caused by somatic mutations in PIGA. Although the disease-causing mutation in IGD is constitutional and present in all tissues, the degree of GPI deficiency is variable and differs between cells of the same and of different tissues. Accordingly, GPI deficiency is severe in granulocytes and B cells but mild in T cells, fibroblasts, platelets and erythrocytes, hence the lack of intravascular haemolysis.The transcriptional events underlying differential expression of GPI in the haematopoietic cells of PIG-M-associated IGD are not known and constitute the general aim of this thesis. Firstly, I found that PIGM mRNA levels are variable amongst normal primary haematopoietic cells. In addition, the nucleosome configuration in the promoter of PIGM is more compacted in B cells than in erythroid cells and this correlated with the levels of PIGM mRNA expression, i.e., lower in B cells. The presence of several binding sites for GATA-1, a mega-erythroid lineage-specific transcription factor (TF), at the PIGM promoter suggested that GATA-1 has a role on PIGM transcription. My results showed that GATA-1 in erythroid cells is most likely a repressor rather than an activator of PIGM expression. Preliminary data suggested that KLF1, an erythroid-specific TF, regulates PIGM transcription but independently of the -270GC motif. Secondly, investigation of the role of the Sp TFs showed that Sp1 directly mediates PIGM transcriptional regulation in both B and erythroid cells. However, unlike in B cells in which active PIGM transcription requires binding of the generic TF Sp1 to the -270GC-rich box, in erythroid cells, Sp1 regulates PIGM transcription by binding upstream of but not to the -270GC-rich motif. Additionally, I showed that Sp2 is not a direct regulator of PIGM transcription in B and erythroid cells. These findings explain lack of intravascular haemolysis in PIGM-associated IGD, a defining feature of PNH. Lastly, preliminary work shows that transcriptional repression of PIG-M by the pathogenic -270C>G mutation is associated with reduced frequency of in cis genomic interactions between PIGM and its neighbouring genes, suggesting a shared regulatory link between these genes and PIGM. Altogether, the results presented in this thesis provide novel insights into tissuespecific transcriptional control of a housekeeping gene by lineage-specific and generic TFs.

Reconstructing transcriptional regulatory networks using data integration and text mining

Transcriptional Regulatory Networks (TRNs) are powerful tool for representing several interactions that occur within a cell. Recent studies have provided information to help researchers in the tasks of building and understanding these networks. One of the major sources of information to build TRNs is biomedical literature. However, due to the rapidly increasing number of scientific papers, it is quite difficult to analyse the large amount of papers that have been published about this subject. This fact has heightened the importance of Biomedical Text Mining approaches in this task. Also, owing to the lack of adequate standards, as the number of databases increases, several inconsistencies concerning gene and protein names and identifiers are common. In this work, we developed an integrated approach for the reconstruction of TRNs that retrieve the relevant information from important biological databases and insert it into a unique repository, named KREN. Also, we applied text mining techniques over this integrated repository to build TRNs. However, was necessary to create a dictionary of names and synonyms associated with these entities and also develop an approach that retrieves all the abstracts from the related scientific papers stored on PubMed, in order to create a corpora of data about genes. Furthermore, these tasks were integrated into @Note, a software system that allows to use some methods from the Biomedical Text Mining field, including an algorithms for Named Entity Recognition (NER), extraction of all relevant terms from publication abstracts, extraction relationships between biological entities (genes, proteins and transcription factors). And finally, extended this tool to allow the reconstruction Transcriptional Regulatory Networks through using scientific literature.

Terapia combinada de colestiramina e inibidores da HMG-CoA redutase na prevenção secundária da doença coronária

OBJETIVO: Avaliar as alterações obtidas no perfil lipídico de coronariopatas dislipidêmicos, após a adição de colestiramina, em pacientes tratados com inibidores da HMG-CoA redutase, e que não atingiram os valores ideais de LDL-colesterol. MÉTODOS: Vinte coronariopatas (12 submetidos à revascularização do miocárdio, 3 à angioplastia coronária e 5 mantidos sob tratamento clínico), com média de idade de 60,78 anos, que já realizavam dieta hipolipemiante e eram medicados com lovastatina 20mg/dia ou sinvastatina 10mg/dia, receberam também colestiramina na dose de 8 a 16g/dia durante 8 semanas, com o objetivo de reduzir LDL-colesterol para valores inferiores a 100mg/dl. RESULTADOS: Houve significante redução do colesterol total (valor médio inicial 239,52mg/dL e ao final 199,00mg/dL), obtendo-se um decréscimo percentual médio de 16,92%. O valor médio de LDL-colesterol também se reduziu, significantemente, de 172,73mg/dL para 118,26mg/dL, com decréscimo percentual médio de 31,53%. A trigliceridemia média aumentou, ainda dentro da faixa de referência normal, de 145,05mg/dL para 162,00mg/dL, (diferença percentual média de 11,69%). Houve significante aumento da fração HDL-colesterol de um valor médio inicial de 38,00mg/dL para um valor médio final de 48,21mg/dL (diferença média percentual 26,87%). Não houve efeitos adversos que impedissem a continuidade do tratamento. CONCLUSÃO: A associação de colestiramina a doses baixas de vastatinas em pacientes com hipercolesterolemia primária e de alto risco coronário é uma boa opção terapêutica, podendo atingir benefícios sobre o perfil lipídico semelhantes àqueles obtidos quando esses fármacos são utilizados, isoladamente, ou em associação, e em doses mais elevadas.

Reconstruction of the regulatory network for Bacillus subtilis and reconciliation with gene expression data

The Supplementary Material for this article can be found online at: http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fmicb. 2016.00275

Comparison of the effect of two HMG CoA reductase inhibitors on LDL susceptibility to oxidation

OBJECTIVE: To study the differences between fluvastatin and pravastatin regarding LDL susceptibility to oxidation, plasma levels of total cholesterol (TC), HDL-C, LDL-C and triglycerides (TG) in hypercholesterolemic patients with established coronary heart disease (CHD). METHODS: A double-blind randomized parallel study was conducted that included 41 hypercholesterolemic outpatients with CHD treated at the Instituto de Cardiologia do Rio Grande do Sul. The inclusion criteria were LDL-C above 100 mg/dL and triglycerides below 400 mg/dL based on 2 measures. After 4 weeks on a low cholesterol diet, those patients that fullfilled the inclusion criteria were randomized into 2 groups: the fluvastatin group (fluvastatin 40 mg/day) and the pravastatin group (pravastatin 20 mg/day), for 24 weeks of treatment. LDL susceptibility to oxidation was analyzed with copper-induced production of conjugated dienes (Cu2+) and water-soluble free radical initiator azo-bis (2'-2'amidinopropanil) HCl (AAPH). Spectroscopy nuclear magnetic resonance was used for determination of lipids. RESULTS: After 24 weeks of drug therapy, fluvastatin and pravastatin significantly reduced LDL susceptibility to oxidation as demonstrated by the reduced rate of oxidation (azo and Cu) and by prolonged azo-induced lag time (azo lag). The TC, LDL-C, and TG reduced significantly and HDL-C increased significantly. No differences between the drugs were observed. CONCLUSION: In hypercholesterolemic patients with CHD, both fluvastatin and pravastatin reduced LDL susceptibility to oxidation.

Regulación transcripcional y relación entre estructura y función de proteínas relacionadas con el metabolismo de colina en Pseudomonas aeruginosa. Transcriptional regulation and relationship between structure and function of proteins related with the choline metabolism in Pseudomonas aeruginosa.

El objetivo general de este proyecto es dilucidar los mecanismos de acción a nivel molecular de enzimas y proteínas involucradas en el metabolismo de colina en Pseudomonas aeruginosa, con énfasis en la identificación de residuos aminoacídicos críticos y regulación de la expresión de los genes en estudio. Los objetivos específicos que se palntean involucran abordajes bioquímicos y moleculares y serán llevados a cabo mediante técnicas de biología molecular y bioquímica (mutación sitio-dirigida, deleción génica, expresión y purificación de proteínas, fusión transcripcional a genes reporteros, etc). Planteo de hipótesis: las proteínas que se inducen por colina (fosforilcolina fosfatasa (PchP), fosfolipasa C (PlcH), acetilcolinestera (AchE), proteínas periplásmicas unidoras de colina (PUch) podrían compartir: a) una organización génica y responder a la regulación por proteínas regulatorias o a factores ambientales de manera similar; b) residuos aminoacídicos conservados que intervengan en la unión o interacción con diferentes ligandos, principalmente, colina. Para ello, se plantean los siguientes Objetivos Específicos: 1) identificar las zonas promotoras de los genes que codifican para PchP, PlcH, AchE y PUch, a fin de localizar posibles sitios de unión a proteínas reguladoras y los factores ambientales que afectan la actividad promotora. 2) determinar en las proteínas mencionadas los residuos aminoacídicos de importancia involucrados en la catálisis y en la interacción con ligandos, principalmente en la unión a compuestos de alquilamonio; 3) Se iniciarán estudios que demuestren la relación entre la inducción por colina de varios factores de patogenicidad la virulencia del microorganismo, empleando mutantes simples o múltiples en estos factores y como modelo de patogenicidad el nematodo C. elegans. A partir de los resultados obtenidos se pretende tener un conocimiento profundo sobre la regulación molecular y bioquímica de varias enzimas comprometidas en la patología que produce P. aeruginosa. Esto más el conocimiento de la fisiología de este microorganismo abre el camino para la búsqueda de posibles blancos de acción de drogas. Por otro lado, se espera tener un conocimiento integral sobre la regulación de la expresión de las actividades enzimáticas relacionadas con el metabolismo de colina y la respuesta de P. aeruginosa ante la presencia de compuestos de alquilamonio utilizados como nutrientes. Se espera conocer el papel que desempeña cada uno de los sitios de unión a los diferentes ligandos para el funcionamiento y control de las enzimas mencionadas y explicar el comportamiento diferencial de las enzimas frente a distintos sustratos y otros ligandos. El conocimiento de los sitios de unión a compuestos de alquilamonio permitirá encontrar esos dominios en diferentes proteínas del género Pseudomonas y otras bacterias Gram negativas. Desde el punto de vista evolutivo, se podrá comparar la similitud de los sitios de unión a colina entre proteínas de organismos eucariotas con procariotas (ej. PUch de bacterias Gram positivas, transportadores de colina, proteína C reactiva, AchE de eucariotas contra las encontradas en bacterias del género Pseudomonas, fosfolipasas A, C o D, etc.). Este proyecto permitirá concretar al menos dos tesis doctorales (Sanchez, Otero) más varios trabajos finales de grado (tesinas) que son y serán realizados por alumnos de la carrera de Microbiología en la UNRC. Les permitirá a los doctorandos y a los alumnos de grado adquirir una formación bastante integral ya que utilizarán herramientas de la fisiología general bacteriana, de la bioquímica clásica, de la biología molecular y de la bioinformática.

Efecto de los ácidos grasos poliinsaturados y sus metabolitos en la modulación de factores de transcripción sobre la carcinogénesis. Effects of Polyunsaturatd fatty acids and their metabolites on transcriptional factors modulation in carcinogenesis.

El cáncer se origina por mutaciones, competición y selección natural en células somáticas de tejidos de diferentes órganos,siendo un proceso complejo y multifactorial que ocurre en una secuencia de etapas: iniciación, promoción y progresión (1). Factores hereditarios,genéticos y epigenéticos como los lípidos dietarios, estrés oxidativo, hormonas, pesticidas y otros, influyen tanto en el desarrollo como en la inhibición de esta enfermedad (2). Datos epidemiológicos y experimentales tanto nuestros como de otros laboratorios han demostrado que el consumo de dietas ricas en ácidos grasos de la familia n-3, n-6 o n-9 cambian la fluidez, la actividad de enzimas, el nivel de proteínas y favorecen la formación de moléculas bioactivas derivadas de los lípidos como los eicosanoides y endocanabinoides que modulan el proceso carcinogénico (3-15). Estos derivados lípídicos activan vias de señalización produciendo cambios especificos en la expresión génica, un proceso fundamental durante la transformación neoplásica (1-2).También ha sido demostrado que estos cambios en la expresión génica inducidos por derivados lipídicos modulan funciones en células cancerosas como proliferación y muerte celular, migración y producción de matriz extracelular (16-17). A pesar de estos conocimientos, la identidad de los derivados lipídicos implicados en la modulación de la expresión génica durante la transformación neoplásica asi como los mecanismos utilizados por estas moléculas permanecen aun poco conocidos. HIPOTESIS: En los modelos a utilizar en el presente proyecto, la variación lipídica de las membranas que se induzca por manipulación dietaria deberán generar también variaciones en los eicosanoides . endocanabinoides y otros peróxidos que afecten factores de transcripción nucleares como el p53 y GLI incidiendo en los mecanismos responsables de la muerte y proliferación de células cancerosas. OBJETIVOS: Nos proponemos establecer el impacto de dietas enriquecidas con ácidos grasos de las familias n-3, n-6 o n-9 sobre modelos experimentales in-vivo e in-vitro. Se estudiarán los ácidos grasos de membrana plasmática, la generación de eicosanoides y endocanabinoides derivados de las vias COX y LOX Además se determinará el efecto de los peróxidos en la expresión y actividad de los factores nucleares de transcripción p53 y GLI como mecanismos responsables de la muerte y proliferación celular. MATERIALES Y MÉTODO: Se utilizará un modelo in-vivo de cáncer de mama empleando ratones C57BL6J inducidos con DMBA que se alimentarán con una dieta base semi-sintética suplemetada con diferentes PUFAs (Chia: n-3, Maíz: n-6 y Oleico: n-9 , empleada en estudios previos (8).Modelos in vitro: se utilizarán lineas celulares cancerígenas humanas de mama MCF-7 y MDA, las cuales se tratarán exógenamente con diferentes PUFAS (GLA:n-6,EPA:n-3, Oleico n-9)(9). Se determinarán ácidos grasos de membranas por Cromatografía de gas (CG)(10-11). El análisis de eicosanoides en células tumorales se realizará por HPLC (9-11). Los endocanabinoides por GC-Espectometría de Masa (18).La formación de peróxidos intracelulares se determinará por análisis de Glutation reducido (GSH)(16).La apoptosis se medirá por actividad caspasas y por Citometria de flujo usando Annexina V FICT (19).La expresión celular de Tp53 y GLI se realizará por Western Blot, PCR e inmunohistoquímica (20-21).RESULTADOS ESPERADOS: Se espera que los lípidos añadidos en las dietas de ratones inyectados con DMBA o al medio de cultivo de células tumorales de mama o páncreas modifiquen los ácidos grasos de membrana y sus derivados lipídicos los eicosanoides y endocanabionoides que suponemos afectarán la activación y expresión de factores de transcripción regulando la carcinogénesis. IMPORTANCIA: Diseñar nuevos modelos experimentales para implementar en terapias génicas y aplicar los resultados sobre factores nutricionales que pudieran actuar como inhibidores o promotores del desarrollo del cáncer en humanos.

Infection by microorganisms on soybean seeds obtained from plants treated with growth regulators

This research, deals with the effects of exogenous growth regulators on infection by microorganisms on soybean (Glycine max cv. Davis) seeds. To study the influence of the chemicals, soybean plants were sprayed with gibberellic acid (GA) 100 ppm, (2-chloroethyl) trimethylammonium chloride (CCC) 2,000 ppm, succinic acid-2,2-dimethy1hydrazide (SADH) 4,000 ppm, indolylacetic acid (IAA) 100 ppm, 2,3,5-triiodobenzoic acid (TIBA) 20 ppm (three applications), and Agrostemin (1g/10 ml/ 3 1). Application of growth regulators did not affect infect ion by microorganisms on soybean seeds. The prominent fungus isolated was Phomopsis sojae. Alternaria and Fusarium spp. were isolated from seeds. The presence of a bacterium on the seeds was observed. The delay in harvest and high humidity increased the number of seeds from which Phomopsis was recovered.

Action of growth regulators on flowering and pod production of soybean cultivar Davis

This research deals with the effects of growth regulators on flowering and pod formation in soybean plant (Glycine max cv. Davis). Under greenhouse conditions, soybean plants were sprayed with 2,3,5-triiodobenzoic acid (TIBA) 20 ppm, Agrostemmin (1g/10 ml/3 l) gibberellic acid (GA) 100 ppm, and (2-chloroethyl) trimethylammonium chloride (CCC) 2,000 ppm. Application of TIBA increased number of flowers. 'Davis' soybean treated with CCC and TIBA presented a tendency to produce a lower number of pods.

Action of growth regulators on production of soybean cultivar Davis

This research deals with the effects of exogenous growth regulators on production of soybean plant (Glycine max cv.. Davis) under greenhouse conditions, At the flower anthesis, 2,3,5-triiodobenzoic acid (TIBA) 20 ppm was applied. Other two applications with TiBA, with intervals of four days, were realized. Before flowering, Agrostemin (1 g/10 ml/3 1), gibberellic acid (GA) 100 ppm, and (2-chloroethyl) trimethylammonium chloride (CCC) 2,000 ppm were applied. It was observed that CCC and TIBA reduced stem dry weight. Soybean plants treated with TIBA reduced weight of pods without seeds , seed number and seed weight.