Estudo da participação do receptor P2X7 no desempenho cognitivo de roedores: abordagens farmacológicas e genéticas

A memória é um fenômeno decorrente de um conjunto de processos fisiológicos denominado plasticidade. Várias formas de plasticidade são necessárias no processo de formação da memória e também são responsáveis pelo gerenciamento do comportamento. O fenômeno eletrofisiológico chamado potencialização de longa duração (PLD), cuja ocorrência no hipocampo merece destaque, foi proposto como sendo o mecanismo de plasticidade constitutivo das bases da consolidação da memória nesta região encefálica. A importância da plasticidade na região CA1 do hipocampo se manifesta em diversas formas de aprendizado, como espacial e condicionamento clássico. Os eventos bioquímicos que culminam na plasticidade e formação da memória sofrem influência de diversos sistemas de neurotransmissores e evidências indicam também a participação do sistema purinérgico, provavelmente através dos receptores ionotrópicos P2X. Receptores purinérgicos do subtipo P2X7 (P2X7R), largamente distribuídos no sistema nervoso central (SNC), além de possuírem várias características que os distinguem de outros subtipos de receptores P2X, estão envolvidos na regulação da liberação de neurotransmissores cruciais para a promoção da PLD na região hipocampal e formação da memória. Assim, este trabalho objetivou avaliar a participação dos P2X7R em camundongos geneticamente modificados (KO), que não expressam o receptor P2X7, e ratos através da exposição destes a diferentes tarefas comportamentais, bem como avaliar o efeito do enriquecimento ambiental sobre possíveis déficits mnemônicos resultantes da supressão gênica sobre o receptor P2X7. Os resultados sugerem que os P2X7R participam tanto da memória aversiva como da memória espacial: o bloqueio farmacológico com o antagonista específico de P2X7R A-740003 em diferentes janelas temporais causou prejuízos mnemônicos em ratos submetidos à tarefa do medo condicionado contextual (MCC), enquanto a deleção do P2X7R causou déficits mnemônicos a camundongos nas tarefas do labirinto aquático de Morris e no MCC, indicando prejuízos nas memórias espacial e aversiva, respectivamente. Experimentos com enriquecimento ambiental sugerem que esta forma de estimulação contribui na reversão dos déficits mnemônicos causado pela ausência do P2X7R. Por fim, nenhuma alteração na memória de habituação foi observada em animais com deleção gênica para o P2X7R.

Influência do estímulo por PAF no perfil de abundância proteica em neutrófilos : uma abordagem proteômica

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2015.

Breast cancer

Breast cancer remains one of the leading causes of cancer morbidity and mortality. Despite significant advances in treatment of breast cancer a substantial proportion of women affected by this disease succumb to it. Survival of patients with advanced disease, chemoresistant tumors or a suboptimal response to endocrine therapy is significantly shortened. Hence, further understanding of disease pathogenesis is required to enhance the arsenal of approaches to cure this deadly ailment. Recent advances in biochemistry, molecular cell biology and cancer research highlighted the importance of dysregulation of protein synthesis, translation, in the development and progression of tumors. This dysregulation appears to take place at an early stage of translation, called translation initiation, that is a highly controlled and rate-limiting step of the protein synthesis. In this chapter we summarize decades of knowledge accumulated in regards to the role of translation and its regulation in the development and progression of breast cancer. We then extensively discuss applications of this knowledge in diagnosis and treatment of breast cancer.

Characterization of TRIB2-mediated resistance to anti-cancer drugs

Dissertação de Mestrado, Oncobiologia: Mecanismos Moleculares do Cancro, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

O papel da lisofosfatidilcolina na ativação do inflamassoma NLRP3 e sua relação com a formação de células gordurosas

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2016.

Caractérisation de l’activité transcriptionnelle antivirale et immunorégulatrice dépendante de STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1, induite par la costimulation par TNF

Les cellules épithéliales pulmonaires constituent la première ligne de défense face aux virus respiratoires via la sécrétion de mucus, de peptides, de cytokines et chimiokines qui déterminent l'élimination ou la progression de l’infection. Les principales cytokines antivirales produites par les cellules épithéliales alvéolaires (AEC) sont les interférons (IFN) type I (α/β) et III (λ). La liaison d’IFNβ à son récepteur induit une voie antivirale bien caractérisée qui aboutit à l’activation du complexe ISGF3 (STAT1, STAT2 et IRF9) qui permet la transcription de multiples gènes codant pour des protéines à activité antivirale et immunorégulatrice. Il a récemment été démontré que la costimulation des cellules épithéliales pulmonaires par l’IFNβ et le Tumor Necrosis Factor α (TNFα), également produit lors d’une infection, synergisent pour induire un état antiviral tardif distinct. D’autre part, il a été montré que la synergie entre le TNFα et l'IFNβ induit une voie de signalisation impliquant STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1 permettant l’expression du gène DUOX2. Notre but est de déterminer l’importance de cette nouvelle voie de signalisation induite par la costimulation du TNFα+IFNβ, impliquant STAT2 et IRF9 indépendamment de STAT1 dans la régulation d’un programme transcriptionnel antiviral et immunorégulateur tardif. Notre premier objectif est de déterminer si des gènes antiviraux et immunorégulateurs qui sont induits par la costimulation par TNFα+IFNβ sont dépendants de la voie STAT2/IRF9, indépendamment de STAT1. En utilisant la technique de qRT-PCR, nous avons identifié 3 gènes immunorégulateurs, CXCL10, IDO et APOBEC3G, induits de manière synergique en réponse à TNFα+IFNβ dans les cellules A549, un modèle de cellules épithéliales pulmonaires. Afin de confirmer que ces gènes sont induits indépendamment de STAT1, nous avons validé leur expression dans la lignée cellulaire U3A déficiente en STAT1. Par l'utilisation d'ARN interférants (ARNi) dirigés contre STAT2 et IRF9, nous avons confirmé que l’induction de ces gènes est dépendante de STAT2 et IRF9. Finalement, l’analyse de l’activité du promoteur de CXCL10 en réponse à TNFα+IFNβ par des essais rapporteurs luciférases a permis de montrer que la régulation se fait au niveau transcriptionnel. Notre deuxième objectif, est de déterminer si STAT6 pourrait remplacer STAT1 dans la voie de signalisation induite par TNFα+IFNβ. En effet, STAT6 est un inducteur connu de l’expression de DUOX2 en réponse à IL4+IL13. Contrairement à notre hypothèse, l’inhibition de STAT6 par ARNi augmente l’expression de DUOX2 en réponse à TNFα+IFNβ suggérant que STAT6 est un régulateur négatif. Nos résultats ont permis de comprendre de manière plus détaillée les mécanismes mis en place dans le développement d’une réponse antivirale. D’autre part, l’étude de l’effet de l’IFNβ et du TNFα est également pertinente pour les maladies chroniques inflammatoires et autoimmunes. De plus, nos résultats illustrent un nouveau paradigme concernant les mécanismes de signalisation cellulaire impliqués dans la synergie entre deux cytokines qui pourrait être applicable à des combinaisons de cytokines autres que TNFα+IFNβ.

Redox regulation of Ras proteins in Dictyostelium discoideum

Reactive oxygen species are a normal consequence of life in an aerobic environment. However when they deviate from the narrow permissible range in cells, oxidative damage can occur. Dictyostelium discoideum is a model organism ideal for the study of cell signaling events such as those affected by oxidative stress. It was previously shown that Ras signaling in Dictyostelium is affected by genetic inactivation of the antioxidant enzyme Superoxide dismutase C (SodC) and in vitro data suggests that the NKCD motif of Ras is the redox target of superoxide.^ The main objective of this project was to determine the mechanism of superoxide mediated Ras regulation in vivo. To accomplish the main objective, we cloned, and in some cases, mutated different Ras proteins and later determined their activity in wild type and sodC- cells. RasC and RasD showed normal activation in sodC- cells, however RasG and RasS displayed high Ras activity. These last two Ras proteins contain the NKC118D motif inside the nucleotide binding region. A mutation of cysteine 118 to alanine in RasG rendered the protein less active in sodC- than the wild type RasG protein and a mutation alanine118 to cysteine in RasD conferred redox sensitivity to this small GTPase. Additionally, the propensity of RasG to be targeted by superoxide was evident when the environment of wild type cells was manipulated to induce the internal generation of superoxide through changes in the extracellular ion levels mainly magnesium. Lack of magnesium ions increased the intracellular level of superoxide and severely hampered directional cell migration. Chemotaxis of cells expressing RasG was negatively impacted by the absence of magnesium ions; however rasG- cells did not seem to be affected in their ability to perform chemotaxis. The last experiment implies that RasG is an important mediator of cell signaling during oxidative stress, responsible for preventing cells from continuing their developmental program. Our study suggests that the cysteine residue in the NKCD motif is essential for mediating the redox sensitivity of Ras proteins in Dictyostelium and that RasG is an essential mediator of the response to oxidative stress in this organism.^

Caractérisation de l’activité transcriptionnelle antivirale et immunorégulatrice dépendante de STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1, induite par la costimulation par TNF

Les cellules épithéliales pulmonaires constituent la première ligne de défense face aux virus respiratoires via la sécrétion de mucus, de peptides, de cytokines et chimiokines qui déterminent l'élimination ou la progression de l’infection. Les principales cytokines antivirales produites par les cellules épithéliales alvéolaires (AEC) sont les interférons (IFN) type I (α/β) et III (λ). La liaison d’IFNβ à son récepteur induit une voie antivirale bien caractérisée qui aboutit à l’activation du complexe ISGF3 (STAT1, STAT2 et IRF9) qui permet la transcription de multiples gènes codant pour des protéines à activité antivirale et immunorégulatrice. Il a récemment été démontré que la costimulation des cellules épithéliales pulmonaires par l’IFNβ et le Tumor Necrosis Factor α (TNFα), également produit lors d’une infection, synergisent pour induire un état antiviral tardif distinct. D’autre part, il a été montré que la synergie entre le TNFα et l'IFNβ induit une voie de signalisation impliquant STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1 permettant l’expression du gène DUOX2. Notre but est de déterminer l’importance de cette nouvelle voie de signalisation induite par la costimulation du TNFα+IFNβ, impliquant STAT2 et IRF9 indépendamment de STAT1 dans la régulation d’un programme transcriptionnel antiviral et immunorégulateur tardif. Notre premier objectif est de déterminer si des gènes antiviraux et immunorégulateurs qui sont induits par la costimulation par TNFα+IFNβ sont dépendants de la voie STAT2/IRF9, indépendamment de STAT1. En utilisant la technique de qRT-PCR, nous avons identifié 3 gènes immunorégulateurs, CXCL10, IDO et APOBEC3G, induits de manière synergique en réponse à TNFα+IFNβ dans les cellules A549, un modèle de cellules épithéliales pulmonaires. Afin de confirmer que ces gènes sont induits indépendamment de STAT1, nous avons validé leur expression dans la lignée cellulaire U3A déficiente en STAT1. Par l'utilisation d'ARN interférants (ARNi) dirigés contre STAT2 et IRF9, nous avons confirmé que l’induction de ces gènes est dépendante de STAT2 et IRF9. Finalement, l’analyse de l’activité du promoteur de CXCL10 en réponse à TNFα+IFNβ par des essais rapporteurs luciférases a permis de montrer que la régulation se fait au niveau transcriptionnel. Notre deuxième objectif, est de déterminer si STAT6 pourrait remplacer STAT1 dans la voie de signalisation induite par TNFα+IFNβ. En effet, STAT6 est un inducteur connu de l’expression de DUOX2 en réponse à IL4+IL13. Contrairement à notre hypothèse, l’inhibition de STAT6 par ARNi augmente l’expression de DUOX2 en réponse à TNFα+IFNβ suggérant que STAT6 est un régulateur négatif. Nos résultats ont permis de comprendre de manière plus détaillée les mécanismes mis en place dans le développement d’une réponse antivirale. D’autre part, l’étude de l’effet de l’IFNβ et du TNFα est également pertinente pour les maladies chroniques inflammatoires et autoimmunes. De plus, nos résultats illustrent un nouveau paradigme concernant les mécanismes de signalisation cellulaire impliqués dans la synergie entre deux cytokines qui pourrait être applicable à des combinaisons de cytokines autres que TNFα+IFNβ.

Chronic sustained hypoxia-induced redox remodeling causes contractile dysfunction in mouse sternohyoid muscle

Chronic sustained hypoxia (CH) induces structural and functional adaptations in respiratory muscles of animal models, however the underlying molecular mechanisms are unclear. This study explores the putative role of CH-induced redox remodeling in a translational mouse model, with a focus on the sternohyoid—a representative upper airway dilator muscle involved in the control of pharyngeal airway caliber. We hypothesized that exposure to CH induces redox disturbance in mouse sternohyoid muscle in a time-dependent manner affecting metabolic capacity and contractile performance. C57Bl6/J mice were exposed to normoxia or normobaric CH (FiO2 = 0.1) for 1, 3, or 6 weeks. A second cohort of animals was exposed to CH for 6 weeks with and without antioxidant supplementation (tempol or N-acetyl cysteine in the drinking water). Following CH exposure, we performed 2D redox proteomics with mass spectrometry, metabolic enzyme activity assays, and cell-signaling assays. Additionally, we assessed isotonic contractile and endurance properties ex vivo. Temporal changes in protein oxidation and glycolytic enzyme activities were observed. Redox modulation of sternohyoid muscle proteins key to contraction, metabolism and cellular homeostasis was identified. There was no change in redox-sensitive proteasome activity or HIF-1α content, but CH decreased phospho-JNK content independent of antioxidant supplementation. CH was detrimental to sternohyoid force- and power-generating capacity and this was prevented by chronic antioxidant supplementation. We conclude that CH causes upper airway dilator muscle dysfunction due to redox modulation of proteins key to function and homeostasis. Such changes could serve to further disrupt respiratory homeostasis in diseases characterized by CH such as chronic obstructive pulmonary disease. Antioxidants may have potential use as an adjunctive therapy in hypoxic respiratory disease.

Genomics to elucidate the molecular basis of calcific aortic valve disease

Le rétrécissement valvulaire aortique (RVA) est causé par une calcification et une fibrose progressive de la valve aortique. Le risque de développer la maladie augmente avec l’âge. À cause de l’augmentation de l’espérance de vie, le RVA est devenu un problème de santé publique. Le RVA est fatal en absence de traitement médical. Actuellement, la chirurgie est le seul traitement pour le stade sévère de la maladie, mais près de 50% des individus avec RVA n’y sont pas éligibles, principalement due à la présence de comorbidités. Plusieurs processus biologiques ont été associés à la maladie, mais les voies moléculaires spécifiques et les gènes impliqués dans le développement et la progression du RVA ne sont pas connus. Il est donc urgent de découvrir les gènes de susceptibilité pour le RVA afin d’identifier les personnes à risque ainsi que les biomarqueurs et les cibles thérapeutiques pouvant mener au développement de médicaments pour inverser ou limiter la progression de la maladie. L’objectif de cette thèse de doctorat était d’identifier la base moléculaire du RVA. Des approches modernes en génomique, incluant l’étude de gènes candidats et le criblage génomique par association (GWAS), ont été réalisées à l’aide de collections d’ADN provenant d’un grand nombre de patients bien caractérisés pour le RVA. Des études complémentaires en transciptomique ont comparé le profil d’expression global des gènes entre des valves calcifiées et non-calcifiées à l’aide de biopuces à ADN et de séquençage de l’ARN. Une première étude a identifié des variations dans le gène NOTCH1 et suggère pour la première fois la présence d’un polymorphisme commun dans ce gène conférant une susceptibilité au RVA. La deuxième étude a combiné par méta-analyse deux GWAS de patients provenant de la ville de Québec et Paris (France) aux données transcriptomiques. Cette étude de génomique intégrative a confirmé le rôle de RUNX2 dans le RVA et a permis l’identification d’un nouveau gène de susceptibilité, CACNA1C. Les troisième et quatrième études sur l’expression des gènes ont permis de mieux comprendre les bases moléculaires de la calcification des valves aortiques bicuspides et ainsi d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour le RVA. Les données générées par ce projet sont la base de futures découvertes importantes qui permettront d’améliorer les options de traitement et la qualité de vie des patients atteints du RVA.

Selective regulation of p38β protein and signaling by integrin-linked kinase mediates bladder cancer cell migration

Integrin-linked kinase (ILK) and p38MAPK are protein kinases that transduce extracellular signals regulating cell migration and actin cytoskeletal organization. ILK-dependent regulation of p38MAPK is critical for mammalian kidney development and in smooth muscle cell migration, however, specific p38 isoforms has not been previously examined in ILK-regulated responses. Signaling by ILK and p38MAPK is often dysregulated in bladder cancer, and here we report a strong positive correlation between protein levels of ILK and p38β, which is the predominant isoform found in bladder cancer cells, as well as in patient-matched normal bladder and tumor samples. Knockdown by RNA interference of either p38β or ILK disrupts serum-induced, Rac1-dependent migration and actin cytoskeletal organization in bladder cancer cells. Surprisingly, ILK knockdown causes the selective reduction in p38β cellular protein level, without inhibiting p38β messenger RNA (mRNA) expression. The loss of p38β protein in ILK-depleted cells is partially rescued by the 26S proteasomal inhibitor MG132. Using co-precipitation and bimolecular fluorescent complementation assays, we find that ILK selectively forms cytoplasmic complexes with p38β. In situ proximity ligation assays further demonstrate that serum-stimulated assembly of endogenous ILK–p38β complexes is sensitive to QLT-0267, a small molecule ILK kinase inhibitor. Finally, inhibition of ILK reduces the amplitude and period of serum-induced activation of heat shock protein 27 (Hsp27), a target of p38β implicated in actin cytoskeletal reorganization. Our work identifies Hsp27 as a novel target of ILK–p38β signaling complexes, playing a key role in bladder cancer cell migration.

Increasing leucine concentration stimulates mechanistic target of rapamycin signaling and cell growth in C2C12 skeletal muscle cells

Leucine is a key amino acid for initiating translation in muscle cells, but the dose-dependent effects of leucine on intracellular signaling are poorly characterized. This study examined the effect that increasing doses of leucine would have on changes in mechanistic target of rapamycin (mTOR)–mediated signaling, rates of protein synthesis, and cell size in C2C12 cells. We hypothesized that a leucine “threshold” exists, which represents the minimum stimulus required to initiate mTOR signaling in muscle cells. Acute exposure to 1.5, 3.2, 5.0, and 16.1 mM leucine increased phosphorylation of mTORSer2448 (~1.4-fold; P < .04), 4E-BP1 Thr37/46 (~1.9-fold; P < .001), and rpS6Ser235/6 (~2.3-fold; P < .001). However, only p70S6kThr389 exhibited a dose-dependent response to leucine with all treatments higher than control (~4-fold; P < .001) and at least 5 mM higher than the 1.5-mM concentration (1.2-fold; P < .02). Rates of protein synthesis were not altered by any treatment. Seven days of exposure to 0.5, 1.5, 5.0, and 16.5 mM leucine resulted in an increase in cell size in at least 5 mM treatments (~1.6-fold, P < .001 vs control). Our findings indicate that even at low leucine concentrations, phosphorylation of proteins regulating translation initiation signaling is enhanced. The phosphorylation of p70S6kThr389 follows a leucine dose-response relationship, although this was not reflected by the acute protein synthetic response. Nevertheless, under the conditions of the present study, it appears that leucine concentrations of at least 5 mM are necessary to enhance cell growth.

Signaling different pathways of cell death: Abrin induced programmed necrosis in U266B1 cells

Abrin is a type II ribosome-inactivating protein comprising of two subunits, A and B. Of the two, the A-subunit harbours the RNA-N-glycosidase activity and the B subunit is a galactose specific lectin that enables the entry of the protein inside the cell. Abrin inhibits protein synthesis and has been reported to induce apoptosis in several cell types. Based on these observations abrin is considered to have potential for the construction of immunotoxin in cell targeted therapy. Preliminary data from our laboratory however showed that although abrin inhibited the protein synthesis in all cell types, the mode of cell death varied. The aim of the present study was therefore to understand different death pathways induced by abrin in different cells. We used the human B cell line, U266B1 and compared it with the earlier studied T cell line Jurkat, for abrin-mediated inhibition of protein translation as well as cell death. While abrin triggered programmed apoptosis in Jurkat cells in a caspase-dependent manner, it induced programmed necrosis in U266B1 cells in a caspase-independent manner, even when there was reactive oxygen species production and loss of mitochondrial membrane potential. The data revealed that abrin-mediated necrosis involves lysosomal membrane permeabilization and release of cathepsins from the lysosomes. Importantly, the choice of abrin-mediated death pathway in the cells appears to depend on which of the two events occurs first: lysosomal membrane permeabilization or loss of mitochondrial membrane potential that decides cell death by necrosis or apoptosis. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Cooperative Regulation of NOTCH1 Protein-Phosphatidylinositol 3-Kinase (PI3K) Signaling by NOD1, NOD2, and TLR2 Receptors Renders Enhanced Refractoriness to Transforming Growth Factor-beta (TGF-beta)- or Cytotoxic T-lymphocyte Antigen 4 (CTLA-4)-mediated Impairment of Human Dendritic Cell Maturation

Dendritic cells (DCs) as sentinels of the immune system are important for eliciting both primary and secondary immune responses to a plethora of microbial pathogens. Cooperative stimulation of a complex set of pattern-recognition receptors, including TLR2 and nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)-like receptors on DCs, acts as a rate-limiting factor in determining the initiation and mounting of the robust immune response. It underscores the need for ``decoding'' these multiple receptor interactions. In this study, we demonstrate that TLR2 and NOD receptors cooperatively regulate functional maturation of human DCs. Intriguingly, synergistic stimulation of TLR2 and NOD receptors renders enhanced refractoriness to TGF-beta- or CTLA-4-mediated impairment of human DC maturation. Signaling perturbation data suggest that NOTCH1-PI3K signaling dynamics assume critical importance in TLR2- and NOD receptor-mediated surmounting of CTLA-4- and TGF-beta -suppressed maturation of human DCs. Interestingly, the NOTCH1-PI3K signaling axis holds the capacity to regulate DC functions by virtue of PKC delta-MAPK-dependent activation of NF-kappa B. This study provides mechanistic and functional insights into TLR2-and NOD receptor-mediated regulation of DC functions and unravels NOTCH1-PI3K as a signaling cohort for TLR2 and NOD receptors. These findings serve in building a conceptual foundation for the design of improved strategies for adjuvants and immunotherapies against infectious diseases.