Caracterização de nanopartículas pDNA-protamina e pDNA-protamina-lipossoma e avaliação da eficiência de entrega gênica a células de mamífero.

Em estudos de terapia gênica e vacinação por DNA, a eficiência e a segurança dos vetores que transportam o material genético terapêutico possuem papel fundamental. Vetores não virais são considerados mais seguros, mas menos eficientes em relação aos vetores virais. Em parte, isso se deve à falta de estudos sistemáticos e comparativos no que diz respeito às características físico-químicas desses vetores quando em soluções biológicas e o efeito delas sobre a eficiência de entrega gênica. O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito do pH, da força iônica e do tipo tampão de complexação sobre as características físico-químicas de nanopartículas pDNA-protamina e pDNA-protamina-lipofectamina, visando à entrega gênica para diferentes linhagens celulares. Para isso, nanopartículas formadas em diferentes condições foram caracterizadas através de ensaios de espalhamento dinâmico de luz (DLS) e potencial zeta. Os estudos indicaram que o pH, a força iônica, o tipo de tampão e a presença de meio de cultura e soro no ambiente de complexação alteram significativamente o tamanho, a polidispersidade e o potencial zeta das partículas formadas. Finalmente, buscou-se avaliar o efeito dessas características sobre a eficiência de transfecção in vitro de células de macrófagos IC21 e células HeLa. Os estudos de transfecção em células Hela indicam que tanto a composição como as condições de formação das partículas influenciam significativamente a eficiência de transfecção.

Terapia génica dirigida en una nuevo "sitio seguro" en células progenitoras hematopoyéticas humanas para su aplicación en anemia de Fanconi

La anemia de Fanconi es una enfermedad hereditaria de baja prevalencia, descrita por primera vez por el pediatra Guido Fanconi en 1927. Esta enfermedad se produce como consecuencia de mutaciones en cualquiera de los 19 genes de Fanconi descritos hasta la actualidad, y que participan en la ruta de Fanconi/BRCA. Esta ruta se encarga de la reparación de enlaces intercatenarios del ADN y de coordinar los distintos mecanismos de reparación de las dobles roturas en el ADN. La anemia de Fanconi está caracterizada por generar inestabilidad genómica, lo que da lugar a anomalías esqueléticas y predisposición al cáncer, si bien la principal causa de muerte de pacientes pediátricos es el fallo de médula ósea. Uno de los tratamientos alternativos al trasplante alogénico de progenitores hematopoyéticos de pacientes con anemia de Fanconi se basa en la reinfusión de células madre hematopoyéticas autólogas, tras su corrección con vectores lentivirales. Para limitar al máximo los riesgos de este tipo de terapias se están desarrollando nuevas tecnologías de edición génica basadas en la inserción dirigida de los genes terapéuticos. Esta nueva aproximación se fundamenta en la generación de dobles roturas en regiones específicas del genoma, cuya reparación por recombinación homóloga facilitaría la entrada de los genes terapéuticos aportados por ADNs donadores externos con homología por dicha región. En este trabajo se ha desarrollado una aproximación de edición génica en un nuevo “sitio seguro” del genoma denominado SH6. Para ello se ha trabajado con la línea celular HEK-293H, así como también con progenitores hematopoyéticos humanos purificados en base a la expresión del marcador CD34. Para su desarrollo se han utilizado nucleasas de edición, tales como meganucleasas y TALEN, en combinación con matrices donadoras portadoras del gen marcador EGFP (GM) o del gen terapéutico FANCA (TM). En todos los casos los genes marcadores y terapéuticos estaban regulados por el promotor EF1α, y flanqueados por dos brazos de homología para el sitio SH6. Estos plásmidos han servido como molde para realizar la terapia génica de edición en el sitio seguro SH6...

Efecto de la introducción de genética Duroc y de la restricción de vitamina A en la dieta sobre parámetros productivos, expresión génica y calidad de la carne en el cerdo ibérico

El cerdo ibérico es una raza porcina que se caracteriza por una alta tasa de acumulación de grasa y por una capacidad de crecimiento magro limitada. Su carne tiene un alto contenido en grasa y un perfil de ácidos grasos característico que determina la alta calidad de sus productos. Esta raza ha sido cruzada con machos Duroc de forma habitual para mejorar el rendimiento productivo y el desarrollo muscular. Esta práctica disminuye la grasa intramuscular (GIM) y el contenido en ácidos grasos monoinsaturados (AGMI), parámetros asociados con la calidad de la carne. Estudios previos han demostrado que la genética y la nutrición entre otros, son factores clave que determinan la cantidad y composición de la GIM. El objetivo general de la presente Tesis Doctoral ha sido profundizar en el conocimiento de los mecanismos genéticos y moleculares asociados a caracteres fenotípicos de interés en el cerdo ibérico, especialmente el contenido y composición de la GIM, así como conocer la respuesta de estos mecanismos ante estrategias nutricionales, concretamente la restricción de vitamina A. Para la consecución de estos objetivos, se diseñaron dos ensayos experimentales. En el primero, se estudió el efecto del tipo genético y de la edad sobre el fenotipo y el transcriptoma muscular de cerdos ibéricos puros y cruzados con Duroc. Las etapas de desarrollo empleadas fueron el nacimiento y los cuatro meses de edad. Se analizaron diversos caracteres fenotípicos de interés y el transcriptoma de los músculos Longissimus dorsi (LD, en ambas edades) y Biceps femoris (BF, al nacimiento)...

Terapia génica de la enfermedad de Stargardt

El gen humano ABCA4 (=ABCR) se caracterizó en 1997 como el principal causante de la enfermedad de Stargardt, una distrofia macular hereditaria generalmente autosómica recesiva. Poco tiempo después se encontraron otras enfermedades asociadas a mutaciones en este gen, como son distrofia de conos y bastones, determinados casos de retinosis pigmentaria y un aumento de la susceptibilidad a la degeneración macular asociada a la edad. No existen tratamientos curativos para ninguna de estas distrofias. No obstante, dado que están causadas por un solo gen, cuya función es bien conocida, su curación se hace abordable mediante estrategias de terapia génica. En este artículo se resume el estado actual de las opciones de tratamientos basados en terapia génica de las enfermedades asociadas al gen ABCA4, las cuales implican el desarrollo de nuevos vectores derivados de virus adeno-asociados (AAV), lentivirus, y nanopartículas de ADN compactadas. Aunque este gen ha demostrado ser una diana de investigación difícil, los notables progresos realizados en los estudios genéticos, funcionales y traslacionales han permitido importantes avances en las aplicaciones terapéuticas de estas patologías, las cuales se espera que estén disponibles para los afectados en un futuro próximo. Resulta esperanzador, en este sentido, que ya están en marcha dos ensayos clínicos en fase I/II para tratar pacientes con la enfermedad de Stargardt.

Terapia génica: conceitos e aplicações na medicina dentária

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Veículos e vetores em terapia génica

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Alterações hepáticas na expressão gênica e atividade da catalase e superóxido dimutase em ratos diabéticos induzidos por estreptozootocina

The correlation between the type 1 diabetes mellitus and oxidative stress have been described in several studies, however its underlying mechanisms are not fully elucidated. The present work aimed to evaluate the effects of four weeks of streptozootocin-induced (STZ) diabetes in the redox homeostasis of rat hepatocytes. Thus, the liver of male Wistar rats from control and diabetic groups were collected and the activity and expression of antioxidant enzymes, as well the main markers of oxidative stress and content of H2O2 in these tissues were measured. The diabetes induced the activity of superoxide dismutase (SOD) and the gene expression of its mitochondrial isoform, SOD2. However, the expression of SOD1, the cytoplasmic isoform, was reduced by this disease. The activity and expression of catalase (CAT), as well the expression of glutathione peroxidase 1 (GPX1) and peroxiredoxin 4 (PRX4) were drastically reduced in the hepatocytes of diabetics rats. Even with this debility in the peroxidases mRNA expression, the content of H2O2 was reduced in the liver of diabetics rats when compared to the control group. The diabetes caused an increase of lipid peroxidation and a decrease of protein thiol content, showing that this disease causes distinct oxidative effects in different cell biomolecules. Our results indicate that four week of diabetes induced by STZ is already enough to compromise the enzymatic antioxidant systems of the hepatocytes.

Aplicación del sistema de recombinación específica de secuencia β-six al estudio de la regulación de la expresión génica en células eucariotas y modelos animales

Las recombinasas específicas de secuencia son herramientas muy valiosas en la generación de modificaciones génicas condicionales. Estos sistemas permiten controlar la recombinación de forma específica de tejido, temporalmente, o ambas, y sortean diversas limitaciones de los sistemas de knockout (KO) convencionales, como la letalidad embrionaria o la generación de mecanismos compensatorios. Actualmente los sistemas Cre/loxP y Flp/FRT son los más empleados tanto en modelos animales como vegetales. La necesidad de realizar modificaciones más complejas en un mismo organismo hace que sea primordial caracterizar otras recombinasas que complementen a las existentes. La b recombinasa (b-rec) es originaria del plásmido pSM19035 de Streptococcus pyogenes. A diferencia de Cre y Flp, que en ausencia de factores adicionales catalizan la integración en un nuevo sustrato, la b-rec necesita un sustrato superenrollado y un cofactor de la reacción, una proteína asociada a la cromatina (como la procariota Hbsu o la eucariota HMG1). Se ha demostrado que la b-rec cataliza de forma específicamente intramolecular (resolución o inversión) la recombinación en células eucariotas, tanto de sustratos episomales como integrados en la cromatina, lo que indica que el entorno eucariota es capaz de proveer del cofactor y del superenrollamiento necesarios para que la b-rec realice su función. En este trabajo hemos determinado que la tasa de recombinación mediada por la b-rec no se ve afectada en absoluto por la deficiencia en el cofactor HMG1, alcanzando el mismo valor de recombinación en MEF KO en HMG1 que en wt. Este y otros datos confirman que en el entorno eucariota hay otras proteínas accesorias que pueden actuar de cofactores y sugiere que estas reacciones pueden ocurrir en la mayor parte de tejidos y tipos celulares. Para estudiar detalladamente el potencial de la b-rec en eucariotas desarrollamos un sistema de RAGE (activación génica mediada por recombinación) dependiente de la actividad b-rec; este sistema ha resultado funcional tanto en sustratos episomales como en sustratos integrados en la cromatina. También hemos generado un vector retroviral que porta la proteína de fusión b-Egfp, permitiendo de forma rápida y eficiente la integración y expresión funcional de nuestra proteína...

Manipulação gênica do protozoário Neospora caninum como ferramenta para o estudo das interações parasito-hospedeiro

Neospora caninum is an obligate intracellular parasite classified in the phylum Apicomplexa, characterized by the presence of the apical complex composed by micronemes proteins, rhoptries and dense granules, used by parasite during the adhesion and invasion process of the host cell. This is the mean event in infection pathogenesis generated by N. caninum and other parasites from the phylum Apicomplexa, promoting influence in the parasite biology and the interface between the parasite and its host. Therefore, molecular tools have been developed in order to identify and characterize these possible virulence factors. Thus, the present study sought to establish a specific system of genetic manipulation of N. caninum, searching for the improvement of the genetics manipulation of this parasite. So, we developed genetically depleted N. caninum to Rop9 rhoptry using the pU6-Universal CRISPR-Cas9 plasmid of T. gondii modified by the insertion of Ku80. The Rop9 depleted parasite showed important during initial phase of invasion and replication of the parasite, however it was not characterized as a potential virulence fator for N. caninum. Furthermore, T. gondii proteins were expressed in N. caninum by the use of specific vectors for this parasite, showing an heterologous system for the study of Toxoplasma proteins, due to the fact that Gra15 or Gra24 of type II T. gondii and Rop16 of type I T. gondii were expressed in N. caninum tachyzoites in a stable way and keept its biological phenotype, as already presented the former parasite, that naturaly expresses these proteins. In addition, it was observed that N. caninum induced an inflammasome activation through NLRP3, ASC and Caspase-1. IL-1R/MyD88 demonstrated an indirect pathway in the control of parasite replication. Furthermore, it was observed that this activation is dependent of the potassium efflux and that different strains of N. caninum keep this activation profile. However, T. gondii strains block this activation, making necessary a prior signal in order to active the inflamosome pathway. Type I T. gondii Rop16 was identified as responsible for blocking this activation, in a dependent way to the STAT3 activation. Therefore, the development of molecular tools and their application in N. caninum may prove to be useful to identify and characterize virulent factors involved in the pathogenesis by these two protozoans.

Linfócitos T : uma análise do perfil diferencial da expressão gênica na imunorregulação

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Medicina, Pós-Graduação em Patologia Molecular, 2016.

Desenvolvimento de nanosistemas farmacêuticos para terapia gênica

Gene therapy is one of the major challenges of the post-genomic research and it is based on the transfer of genetic material into a cell, tissue or organ in order to cure or improve the patient s clinical status. In general, gene therapy consists in the insertion of functional genes aiming substitute, complement or inhibit defective genes. The achievement of a foreigner DNA expression into a population of cells requires its transfer to the target. Therefore, a key issue is to create systems, vectors, able to transfer and protect the DNA until it reaches the target. The disadvantages related to the use of viral vectors have encouraged efforts to develop emulsions as non-viral vectors. In fact, they are easy to produce, present suitable stability and enable transfection. The aim of this work was to evaluate two different non-viral vectors, cationic liposomes and nanoemulsions, and the possibility of their use in gene therapy. For the two systems, cationic lipids and helper lipids were used. Nanoemulsions were prepared using sonication method and were composed of Captex® 355; Tween® 80; Spam® 80; cationic lipid, Stearylamine (SA) or 1,2-dioleoyl-3-trimethylammoniumpropane (DOTAP) and water (Milli-Q®). These systems were characterized by average droplet size, Polidispersion Index (PI) and Zeta Potential. The stability of the systems; as well as the DNA compaction capacity; their cytotoxicity and the cytotoxicity of the isolated components; and their transfection capacity; were also evaluated. Liposomes were made by hydration film method and were composed of DOTAP; 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE), containing or not Rhodaminephosphatidylethanolamine (PE- Rhodamine) and the conjugate Hyaluronic Acid DOPE (HA-DOPE). These systems were also characterized as nanoemulsions. Stability of the systems and the influence of time, size of plasmid and presence or absence of endotoxin in the formation of lipoplexes were also analyzed. Besides, the ophthalmic biodistribution of PE-Rhodamine containing liposomes was studied after intravitreal injection. The obtained results show that these systems are promising non-viral vector for further utilization in gene therapy and that this field seems to be very important in the clinical practice in this century. However, from the possibility to the practice, there is still a long way

Posibles funciones de la familia génica de la glutamato descarboxilasa en Populus

Aunque hace más de 50 años que se describió que la glutamato descarboxilasa (GAD) lleva a cabo la descarboxilación del glutamato para producir GABA, y en animales ha sido muy estudiada debido al papel del GABA como neurotransmisor, la información disponible sobre las GADs de plantas es aún limitada, conociéndose sólo algunos aspectos de la regulación por calcio de su actividad enzimática o de expresión de algunos de los genes de su familia génica. El GABA es un metabolito que tradicionalmente se ha asociado a estrés, pero su papel en plantas todavía no está claro. En las últimas dos décadas los resultados experimentales obtenidos sobre la GAD y el GABA, destacando las alteraciones fenotípicas mostradas por plantas tratadas con GABA y por plantas transgénicas para GAD, han generado preguntas interesantes sobre el posible papel de este metabolito y la enzima en señalización en plantas. En plantas, son varios los papeles que se han propuesto para el metabolismo del GABA tales como su participación como componente del metabolismo del carbono y del nitrógeno (Fait y col., 2008), protección frente especies reactivas de oxigeno (Liu y col., 2011), regulación de la expresión génica incluyendo la regulación de genes implicados en la síntesis de hormonas (Khatiresan y col., 1997; Shi y col., 2010; Lancien y Roberts, 2006) y señalización a larga distancia (Beuve y col., 2004) y en gradiente guiando el crecimiento del tubo polínico (Palanivelu y col., 2013). Nuestro grupo de investigación ha sugerido un papel novedoso para la producción de GABA durante la xilogénesis en pino (Molina-Rueda y col., 2010, 2015). En base a estos antecedentes, los objetivos planteados para este trabajo han sido: la asignación de posibles funciones a las GADs de Populus en condiciones normales de crecimiento y en estrés abióticos, estudiar la adquisición del dominio de unión a calmodulina (CaMBD) de las GADs de plantas vasculares y analizar el efecto del GABA y del glutamato en las raíces de Populus. Las conclusiones que se derivan de los resultados de este trabajo se detallan a continuación. El dominio de unión a calmodulina de la GAD de plantas esta conservado en GADs de plantas consideradas ancestros de plantas vasculares y ausente en plantas no vasculares, lo que sitúa juntos en la evolución los eventos de adquisición del dominio de unión a CaM y el desarrollo del tejido vascular de plantas. Los resultados similares de la localización de GABA en xilema y una expresión GAD asociada a la formación de madera de reacción tanto en pino como en chopo apuntan a un papel relevante de la producción de GABA durante la xilogénesis en leñosas. La familia génica GAD posee seis genes codificando todos ellos para proteínas aparentemente funcionales y susceptibles de ser reguladas por calcio. Esta familia génica ha sufrido duplicaciones y eventos de especialización durante la evolución de Populus. Este trabajo ha posibilitado la asociación entre papeles específicos y los diferentes genes de esta familia. Beuvé N, Rispail N, Laine P, Cliquet J-B, Ourry A, Deunff F (2004) Putative role of Υ-aminobutyric acid as a long-distance signal in up-regulation of nitrate uptake in Brassica napus L. Plant Cell Environ. 27: 1035-1046 Fait A, Fromm H, Walter D, Galili G, Fernie AR (2008) Highway or byway: the metabolic role of the GABA shunt in plants. Trends in plant science 13: 14-19 Kathiresan A, Tung P, Chinnappa CC, Reid DM (1997) gamma-Aminobutyric acid stimulates ethylene biosynthesis in sunflower. Plant Physiol. 115: 129-135 Lancien M, Roberts MR (2006) Regulation of Arabidopsis thaliana 14-3-3 gene expression by ϒ-aminobutyric acid. Plant Cell Environ. 29: 1430-1436 Liu C, Zhao L, Yu G (2011) The dominant glutamic acid metabolic flux to produce gamma-amino butyric acid over proline in Nicotiana tabacum leaves under water stress relates to its significant role in antioxidant activity. Journal of integrative plant biology 53: 608-618 Molina-Rueda JJ, Pascual MB, Canovas FM, Gallardo F (2010) Characterization and developmental expression of a glutamate decarboxylase from maritime pine. Planta 232: 1471-1483 Molina-Rueda, J.J. y col., 2015. A putative role for γ-aminobutyric acid (GABA) in vascular development in pine seedlings. Planta 241: 257-267 Palanivelu R, Brass L, Edlund AF, D P (2003) Pollen tube growth and guidance is regulated by POP2, an Arabidopsis gene that controls GABA levels. Cell 114: 47-59 Shi SQ, Shi Z, Jiang ZP, Qi LW, Sun XM, Li CX, Liu JF, Xiao WF, Zhang SG (2010) Effects of exogenous GABA on gene expression of Caragana intermedia roots under NaCl stress: regulatory roles for H2O2 and ethylene production. Plant, cell & environment 33: 149-162

Expresión génica diferencial y antioxidantes en la planta de tomate (Solanum lycopersicon L. Mill) enriquecida con selenio

La biofortificación tiene como finalidad incrementar la concentración de elementos biodisponibles en las plantas de cultivo para elevar la calidad nutricional. El selenio es un elemento traza de gran impacto para el metabolismo antioxidante de las plantas y su acumulación es pobre en especies como el tomate, de igual manera este elemento es esencial para los humanos, por lo que adicionarlo en las plantas forma parte de los programas de biofortificación. El propósito de este trabajo fue analizar experimentalmente la capacidad del selenito de sodio para incrementar la concentración de Se y modificar la actividad antioxidante en plantas de tomate. Para ello se usaron plantas de la variedad híbrido Toro y se aplicaron tres tratamientos 0, 2 y 5 mg L-1 de selenito de sodio (Na2SeO3) utilizando como vehículo el agua de riego, los tratamientos fueron aplicados bajo un diseño experimental completamente al azar. Se llevaron a cabo tres muestreos 40, 80 y 120 días después del trasplante y la subsecuente cuantificación de la acumulación de selenio y macronutrientes en hojas, tallos y frutos así como su impacto en la producción de frutos bajo un diseño experimental completamente al azar. Se determinó la altura de la planta, los diámetros de tallos, firmeza, sólidos solubles de frutos y la materia seca total de los diferentes tejidos. Se obtuvo una cuantificación del potencial oxido reducción y de la actividad de antioxidante específicos como la catalasa, glutatión peroxidasa, superóxido dismutasa, el ácido ascórbico y licopeno, para cada variable se llevó a cabo un análisis de varianza y posteriormente una prueba de comparación de medias de Tukey. La expresión de los genes cat, gpx, sod, apx y lic en los frutos fue también analizada y en este caso se aplicó un análisis de varianza no paramétrico de Fisher, para encontrar las diferencias entre tratamientos. Los resultados mostraron un incremento en la acumulación de Se, encontrándose hasta un 53.1% de aumento en la concentración en los frutos bajo el tratamiento 5 mg L-1 en comparación con el testigo, sin embargo, este incremento no tuvo un impacto notorio en la producción y el rendimiento del tomate, a pesar de la existencia de una correlación de Spearman positiva (r =0.9637) entre la producción de fruto y la concentración de Se. Los valores del potencial oxido-reducción se redujeron en promedio desde -41.4 mV para el tratamiento testigo y hasta -68.0 mV con el mayor tratamiento. Mientras tanto, la concentración de Se si influyó positivamente en los parámetros de calidad incluyendo el ácido ascórbico (hasta un 50 % de aumento con el tratamiento 5 mgL-1 ) y el licopeno (hasta un 66.9% de aumento con el mayor tratamiento). La actividad de las enzimas antioxidantes aumentó notablemente en el fruto con el tratamiento 5 mg L-1 de selenito encontrándose 60.9% de aumento para CAT, 33.4% para GPX y 26.0% para SOD. En cuanto la expresión génica hubo mayor nivel de transcriptos de los genes gpx, sod y apx bajo el tratamiento 2 mg L-1