Short interspersed CAN SINE elements as prognostic markers in canine mammary neoplasia

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

Origin and Evolution of B Chromosomes in the Cichlid Fish Astatotilapia latifasciata Based on Integrated Genomic Analyses

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

Genomic screening of testicular germ cell tumors from monozygotic twins

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

Evolutionary History of the PER3 Variable Number of Tandem Repeats (VNTR): Idiosyncratic Aspect of Primate Molecular Circadian Clock

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

Alterações epigenéticas e do número de cópias do gene SFN em carcinomas mamários

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Genética) - IBB

Genomic profiling of human penile carcinoma predicts worse prognosis and survival

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Genomic profile of a Li-Fraumeni-like syndrome patient with a 45,X/46,XX karyotype, presenting neither mutations in TP53 nor clinical stigmata of Turner syndrome

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

Chromatin Structure of Ribosomal RNA Genes in Dipterans and Its Relationship to the Location of Nucleolar Organizers

Nucleoli, nuclear organelles in which ribosomal RNA is synthesized and processed, emerge from nucleolar organizers (NORs) located in distinct chromosomal regions. In polytene nuclei of dipterans, nucleoli of some species can be observed under light microscopy exhibiting distinctive morphology: Drosophila and chironomid species display well-formed nucleoli in contrast to the fragmented and dispersed nucleoli seen in sciarid flies. The available data show no apparent relationship between nucleolar morphology and location of NORs in Diptera. The regulation of rRNA transcription involves controlling both the transcription rate per gene as well as the proportion of rRNA genes adopting a proper chromatin structure for transcription, since active and inactive rRNA gene copies coexist in NORs. Transcription units organized in nucleosomes and those lacking canonical nucleosomes can be analyzed by the method termed psoralen gel retarding assay (PGRA), allowing inferences on the ratio of active to inactive rRNA gene copies. In this work, possible connections between chromosomal location of NORs and proportion of active rRNA genes were studied in Drosophila melanogaster, and in chironomid and sciarid species. The data suggested a link between location of NORs and proportion of active rRNA genes since the copy number showing nucleosomal organization predominates when NORs are located in the pericentric heterochromatin. The results presented in this work are in agreement with previous data on the chromatin structure of rRNA genes from distantly related eukaryotes, as assessed by the PGRA.

Mutations in the Mitochondrial Methionyl-tRNA Synthetase Cause a Neurodegenerative Phenotype in Flies and a Recessive Ataxia (ARSAL) in Humans

An increasing number of genes required for mitochondrial biogenesis, dynamics, or function have been found to be mutated in metabolic disorders and neurological diseases such as Leigh Syndrome. In a forward genetic screen to identify genes required for neuronal function and survival in Drosophila photoreceptor neurons, we have identified mutations in the mitochondrial methionyl-tRNA synthetase, Aats-met, the homologue of human MARS2. The fly mutants exhibit age-dependent degeneration of photoreceptors, shortened lifespan, and reduced cell proliferation in epithelial tissues. We further observed that these mutants display defects in oxidative phosphorylation, increased Reactive Oxygen Species (ROS), and an upregulated mitochondrial Unfolded Protein Response. With the aid of this knowledge, we identified MARS2 to be mutated in Autosomal Recessive Spastic Ataxia with Leukoencephalopathy (ARSAL) patients. We uncovered complex rearrangements in the MARS2 gene in all ARSAL patients. Analysis of patient cells revealed decreased levels of MARS2 protein and a reduced rate of mitochondrial protein synthesis. Patient cells also exhibited reduced Complex I activity, increased ROS, and a slower cell proliferation rate, similar to Drosophila Aats-met mutants.

The humankind genome: from genetic diversity to the origin of human diseases

Genome-wide association studies have failed to establish common variant risk for the majority of common human diseases. The underlying reasons for this failure are explained by recent studies of resequencing and comparison of over 1200 human genomes and 10 000 exomes, together with the delineation of DNA methylation patterns (epigenome) and full characterization of coding and noncoding RNAs (transcriptome) being transcribed. These studies have provided the most comprehensive catalogues of functional elements and genetic variants that are now available for global integrative analysis and experimental validation in prospective cohort studies. With these datasets, researchers will have unparalleled opportunities for the alignment, mining, and testing of hypotheses for the roles of specific genetic variants, including copy number variations, single nucleotide polymorphisms, and indels as the cause of specific phenotypes and diseases. Through the use of next-generation sequencing technologies for genotyping and standardized ontological annotation to systematically analyze the effects of genomic variation on humans and model organism phenotypes, we will be able to find candidate genes and new clues for disease’s etiology and treatment. This article describes essential concepts in genetics and genomic technologies as well as the emerging computational framework to comprehensively search websites and platforms available for the analysis and interpretation of genomic data.

Intrinsic uncoupling in the ATP synthase of Escherichia coli. Studies on WT and ε-truncated mutants

The H+/ATP ratio in the catalysis of ATP synthase has generally been considered a fixed parameter. However, Melandri and coworkers have recently shown that, in the ATP synthase of the photosynthetic bacterium Rb.capsulatus, this ratio can significantly decrease during ATP hydrolysis when the concentration of either ADP or Pi is maintained at a low level (Turina et al., 2004). The present work has dealt with the ATP synthase of E.coli, looking for evidence of this phenomenon of intrinsic uncoupling in this organism as well. First of all, we have shown that the DCCD-sensitive ATP hydrolysis activity of E.coli internal membranes was strongly inhibited by ADP and Pi, with a half-maximal effect in the submicromolar range for ADP and at 140 µM for Pi. In contrast to this monotonic inhibition, however, the proton pumping activity of the enzyme, as estimated under the same conditions by the fluorescence quenching of the ΔpH-sensitive probe ACMA, showed a clearly biphasic progression, both for Pi, increasing from 0 up to approximately 200 µM, and for ADP, increasing from 0 up to a few µM. We have interpreted these results as indicating that the occupancy of ADP and Pi binding sites shifts the enzyme from a partially uncoupled state to a fully coupled state, and we expect that the ADP- and Pi-modulated intrinsic uncoupling is likely to be a general feature of prokaryotic ATP synthases. Moreover, the biphasicity of the proton pumping data suggested that two Pi binding sites are involved. In order to verify whether the same behaviour could be observed in the isolated enzyme, we have purified the ATP synthase of E.coli and reconstituted it into liposomes. Similarly as observed in the internal membrane preparation, in the isolated and reconstituted enzyme it was possible to observe inhibition of the hydrolytic activity by ADP and Pi (with half-maximal effects at few µM for ADP and at 400 µM for Pi) with a concomitant stimulation of proton pumping. Both the inhibition of ATP hydrolysis and the stimulation of proton pumping as a function of Pi were lost upon ADP removal by an ADP trap. These data have made it possible to conclude that the results obtained in E.coli internal membranes are not due to the artefactual interference of enzymatic activities other than the ones of the ATP synthase. In addition, data obtained with liposomes have allowed a calibration of the ACMA signal by ΔpH transitions of known extent, leading to a quantitative evaluation of the proton pumping data. Finally, we have focused our efforts on searching for a possible structural candidate involved in the phenomenon of intrinsic uncoupling. The ε-subunit of the ATP-synthase is known as an endogenous inhibitor of the hydrolysis activity of the complex and appears to undergo drastic conformational changes between a non-inhibitory form (down-state) and an inhibitory form (up-state)(Rodgers & Wilce, 2000; Gibbons et al., 2000). In addition, the results of Cipriano & Dunn (2006) indicated that the C-terminal domain of this subunit played an important role in the coupling mechanism of the pump, and those of Capaldi et al. (2001), Suzuki et al. (2003) were consistent with the down-state showing a higher hydrolysis-to-synthesis ratio than the up-state. Therefore, we decided to search for modulation of pumping efficiency in a C-terminally truncated ε mutant. A low copy number expression vector has been built, carrying an extra copy of uncC, with the aim of generating an ε-overexpressing E.coli strain in which normal levels of assembly of the mutated ATP-synthase complex would be promoted. We have then compared the ATP hydrolysis and the proton pumping activity in membranes prepared from these ε-overexpressing E.coli strains, which carried either the WT ε subunit or the ε88-stop truncated form. Both strains yielded well energized membranes. Noticeably, they showed a marked difference in the inhibition of hydrolysis by Pi, this effect being largely lost in the truncated mutant. However, pre-incubation of the mutated enzyme with ADP at low nanomolar concentrations (apparent Kd = 0.7nM) restored the hydrolysis inhibition, together with the modulation of intrinsic uncoupling by Pi, indicating that, contrary to wild-type, during membrane preparation the truncated mutant had lost the ADP bound at this high-affinity site, evidently due to a lower affinity (and/or higher release) for ADP of the mutant relative to wild type. Therefore, one of the effects of the C-terminal domain of ε appears to be to modulate the affinity of at least one of the binding sites for ADP. The lack of this domain does not appear so much to influence the modulability of coupling efficiency, but instead the extent of this modulation. At higher preincubated ADP concentrations (apparent Kd = 117nM), the only observed effects were inhibition of both hydrolysis and synthesis, providing a direct proof that two ADP-binding sites on the enzyme are involved in the inhibition of hydrolysis, of which only the one at higher affinity also modulates the coupling efficiency.

Molekularzytogenetische Untersuchungen an Nierenzelltumoren des Menschen

Nierenkarzinome (NZK) des Erwachsenenalters weisen nebenhistologisch-zytologischen Merkmalen typische genetischeCharakteristika auf, die mit dem biologischen Verhalten derTumorzellen korrelieren. Der Nachweis genomischerVeränderungen wird zur Diagnostik und Prognoseeinschätzungvon Tumoren herangezogen. Für die untersuchtenNierentumorerkrankungen wurden lediglich das vonHippel-Lindau Tumorsuppressorgen (VHL) auf Chromosom 3 oderdas MET Proto-Onkogen auf Chromosom 7 als gesichertepathogenetische Faktoren in der Entstehung von NZKidentifiziert. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitragzur molekularen Charakterisierung derNierentumor-Pathogenese. Die gewählten Ansätze umfassen: (A)Die Analyse 91 primärer Nierentumoren mit CGH (comparativegenomic hybridization), (B) die Untersuchung chromosomalerBruchpunkte eines komplex rearrangierten, familiärenNZK-Falles und (C) die Charakterisierung umschriebenerGenomveränderungen im Bereich des VHL-Lokus auf Chromosom 3p25 .(A) Chromosomen-Aberrationen wurden identifiziert undeingegrenzt. Das Auftreten spezifischer chromosomalerAberrationen konnte mit dem dokumentierten Krankheitsverlaufassoziiert werden. Die als progressionsassoziiert oderprognoserelevant identifizierten Chromosomen(bereiche)5(q22-qter), 4, 10, 14q, 17, 6, 8, 9, 12 können alsAusgangspunkte für eine Suche nach subtypspezifischen,relevanten Tumorgenen dienen. (B) Chromosomenanalysen einerFamilie mit Veranlagung für das klarzellige NZK belegteneine Translokation zwischen den Chromosomen 3 und 8 imperipheren Patientenblut. Weitere molekularzytogenetischeUntersuchungen deckten ein komplexes chromosomalesRearrangement t(3;8)(q13.1;p21.1) auf. (C) DieFeinkartierung der Region um den VHL-Genlokus istinsbesondere bei Tumoren ohne molekulargenetischnachzuweisenden VHL-Verlust erforderlich. Zur Identifikationweiterer in dieser Region kartierender, evtl. ko-deletierterTumorsuppressor-Kandidatengene, wurden genomische(PAC)-Sonden isoliert, charakterisiert und zurDeletionskartierung eingesetzt.

Transposable elements: structure and dynamic of the autonomous retrotransposon R2 in Arthropoda with non-canonical reproduction

Eukaryotic ribosomal DNA constitutes a multi gene family organized in a cluster called nucleolar organizer region (NOR); this region is composed usually by hundreds to thousands of tandemly repeated units. Ribosomal genes, being repeated sequences, evolve following the typical pattern of concerted evolution. The autonomous retroelement R2 inserts in the ribosomal gene 28S, leading to defective 28S rDNA genes. R2 element, being a retrotransposon, performs its activity in the genome multiplying its copy number through a “copy and paste” mechanism called target primed reverse transcription. It consists in the retrotranscription of the element’s mRNA into DNA, then the DNA is integrated in the target site. Since the retrotranscription can be interrupted, but the integration will be carried out anyway, truncated copies of the element will also be present in the genome. The study of these truncated variants is a tool to examine the activity of the element. R2 phylogeny appears, in general, not consistent with that of its hosts, except some cases (e.g. Drosophila spp. and Reticulitermes spp.); moreover R2 is absent in some species (Fugu rubripes, human, mouse, etc.), while other species have more R2 lineages in their genome (the turtle Mauremys reevesii, the Japanese beetle Popilia japonica, etc). R2 elements here presented are isolated in 4 species of notostracan branchiopods and in two species of stick insects, whose reproductive strategies range from strict gonochorism to unisexuality. From sequencing data emerges that in Triops cancriformis (Spanish gonochoric population), in Lepidurus arcticus (two putatively unisexual populations from Iceland) and in Bacillus rossius (gonochoric population from Capalbio) the R2 elements are complete and encode functional proteins, reflecting the general features of this family of transposable elements. On the other hand, R2 from Italian and Austrian populations of T. cancriformis (respectively unisexual and hermaphroditic), Lepidurus lubbocki (two elements within the same Italian population, gonochoric but with unfunctional males) and Bacillus grandii grandii (gonochoric population from Ponte Manghisi) have sequences that encode incomplete or non-functional proteins in which it is possible to recognize only part of the characteristic domains. In Lepidurus couesii (Italian gonochoric populations) different elements were found as in L. lubbocki, and the sequencing is still in progress. Two hypothesis are given to explain the inconsistency of R2/host phylogeny: vertical inheritance of the element followed by extinction/diversification or horizontal transmission. My data support previous study that state the vertical transmission as the most likely explanation; nevertheless horizontal transfer events can’t be excluded. I also studied the element’s activity in Spanish populations of T. cancriformis, in L. lubbocki, in L. arcticus and in gonochoric and parthenogenetic populations of B. rossius. In gonochoric populations of T. cancriformis and B. rossius I found that each individual has its own private set of truncated variants. The situation is the opposite for the remaining hermaphroditic/parthenogenetic species and populations, all individuals sharing – in the so far analyzed samples - the majority of variants. This situation is very interesting, because it isn’t concordant with the Muller’s ratchet theory that hypothesizes the parthenogenetic populations being either devoided of transposable elements or TEs overloaded. My data suggest a possible epigenetic mechanism that can block the retrotransposon activity, and in this way deleterious mutations don’t accumulate.

Die Leber als Latenzort des murinen Cytomegalovirus: Identifizierung und Charakterisierung des latent infizierten Zelltyps

Die Untersuchungen der murinen Cytomegalovirus (mCMV) Infektion im BALB/c Mausmodell konzentrierten sich bislang auf die Lunge, da diese einen Hauptort der mCMV Latenz darstellt. Da latentes CMV auch häufig durch Lebertransplantationen übertragen wird, wurde in dieser Arbeit die Leber als ein weiteres medizinisch relevantes Organ der CMV Latenz und Reaktivierung untersucht. Um zunächst die zellulären Orte der mCMV Latenz in der Leber zu ermitteln, wurden verschiedengeschlechtliche Knochenmarktransplantationen (KMT) mit männlichen tdy-positiven Spendern und weiblichen, tdy-negativen Empfängern, mit anschließender mCMV Infektion durchgeführt, um latent infizierte Mäuse mit geschlechtschromosomalem Chimärismus zu generieren. Diese Chimären erlaubten eine Unterscheidung zwischen tdy-positiven Zellen hämatopoetischen Ursprungs und tdy-negativen stromalen und parenchymalen Gewebszellen. Die Separation von Leberzellen der Chimären mittels zentrifugaler Elutriation und anschließender DNA Quantifizierung viraler und zellulärer Genome durch eine quantitative real-time PCR ergab einen ersten Hinweis, dass Endothelzellen ein zellulärer Ort der mCMV Latenz sind. Die darauf folgende immunomagnetische Zelltrennung lokalisierte latente virale DNA in der CD31-positiven Zellfraktion. Die Koexpression von CD31 mit dem endothelzellspezifischen Oberflächenmarker ME-9F1 identifizierte die sinusoidalen Endothelzellen der Leber (LSEC) als die Zellen, die latente virale DNA beherbergen. In den zytofluorometrisch aufgereinigten CD31+/ME-9F1+ LSEC waren bei gleichzeitigem Rückgang der männlichen tdy Markergene virale Genome angereichert, was darauf hinwies, dass Zellen, die virale DNA enthalten, vom Knochenmark-Empfänger stammen. Durch zytofluorometrische Analysen isolierter LSEC konnte eine vom Spender abstammende Subpopulation MHCII+/CD11b+ LSEC identifiziert werden. Anschließende Quantifizierungen viraler DNA aus latent infizierten Mäusen detektierten eine Abnahme viraler Genome mit zunehmender Menge an tdy-positiven Zellen, was beweist, dass MHCII+/CD11b+ LSEC keinen Ort der mCMV Latenz darstellen. Die limiting dilution Untersuchungen der isolierten latent infizierten LSEC ergaben eine Frequenz von einer latent infizierten Zelle unter ~1,9x104 LSEC und eine Anzahl von 7 bis 19 viralen Genomen pro latent infizierter Zelle. Nach 24 Stunden Kultivierung der LSEC konnte mittels quantitativer real-time RT-PCR mit Gesamt-RNA aus LSEC ein Anstieg der Genexpression der immediate early Gene ie1 und ie3 sowie eine Induktion des early Gens e1 gezeigt werden. Eine Erhöhung der transkriptionellen Reaktivierung durch die Inkubation der LSEC mit unterschiedlichen HDAC Inhibitoren konnte allerdings nicht erzielt werden, da sowohl die Menge der isolierten RNA aus behandelten Kulturen, als auch die Anzahl viraler Transkripte im Vergleich zu den unbehandelten Kulturen erniedrigt war. Aufgrund der kurzen Lebensdauer isolierter LSEC in vitro konnte durch Kokultivierungen latent infizierter LSEC zusammen mit murinen embryonalen Fibroblasten keine Virusreaktivierung induziert werden. Im Gegensatz dazu wurden durch den Transfer gereinigter ME-9F1+/CD31+ LSEC aus latent infizierten Spendern in immunsupprimierte Empfänger virale Rekurrenzen in Lungenexplantatkulturen des Rezipienten detektiert. Damit konnten LSEC eindeutig als zellulärer Ort von mCMV Latenz und Reaktivierung in der Leber identifiziert werden.

In vivo konditionale Depletion von latentem murinen Cytomegalovirus

Die Lunge stellt einen Hauptort der CMV-Latenz dar. Die akute CMV-Infektion wird durch infiltrierende antivirale CD8 T-Zellen terminiert. Das virale Genom verbleibt jedoch im Lungengewebe in einem nicht replikativen Zustand, der Latenz, erhalten. Es konnte bereits gezeigt werden, dass während der Latenz die Major Immediate Early- (MIE) Gene ie1- und ie2 sporadisch transkribiert werden. Bisher konnte diese beginnende Reaktivierung latenter CMV-Genome nur in einer Momentaufnahme gezeigt werden (Kurz et al., 1999; Grzimek et al., 2001; Simon et al., 2005; zur Übersicht: Reddehase et al., 2008). Die sporadische Expression der MIE-Gene führt jedoch zur Präsentation eines antigenen IE1-Peptids und somit zur Stimulation antiviraler IE1-Peptid-spezifischer CD8 T-Zellen, die durch ihre Effektorfunktion die beginnende Reaktivierung wieder beenden. Dies führte uns zu der Hypothese, dass MIE-Genexpression über einen Zeitraum betrachtet (period prevalence) häufiger stattfindet als es in einer Momentaufnahme (point prevalence) beobachtet werden kann.rnrnUm die Häufigkeit der MIE-Genexpression in der Dynamik in einem definierten Zeitraum zu erfassen, sollte eine Methode entwickelt werden, welche es erstmals ermöglicht, selektiv und konditional transkriptionell aktive Zellen sowohl während der akuten Infektion als auch während der Latenz auszulöschen. Dazu wurde mit Hilfe der Zwei-Schritt BAC-Mutagenese ein rekombinantes death-tagged Virus hergestellt, welches das Gen für den Diphtherie Toxin Rezeptor (DTR) unter Kontrolle des ie2-Promotors (P2) enthält. Ist der P2 transkriptionell aktiv, wird der DTR an der Zelloberfläche präsentiert und die Zelle wird suszeptibel für den Liganden Diphtherie Toxin (DT). Durch Gabe von DT werden somit alle Zellen ausgelöscht, in denen virale Genome transkriptionell aktiv sind. Mit zunehmender Dauer der DT-Behandlung sollte also die Menge an latenten viralen Genomen abnehmen.rnrnIn Western Blot-Analysen konnte das DTR-Protein bereits 2h nach der Infektion nachgewiesen werden. Die Präsentation des DTR an der Zelloberfläche wurde indirekt durch dessen Funktionalität bewiesen. Das rekombinante Virus konnte in Fibroblasten in Gegenwart von DT nicht mehr replizieren. In akut infizierten Tieren konnte die virale DNA-Menge durch eine einmalige intravenöse (i.v.) DT-Gabe signifikant reduziert werden. Verstärkt wurde dieser Effekt durch eine repetitive i.v. DT-Gabe. Auch während der Latenz gelang es, die Zahl der latenten viralen Genome durch repetitive i.v. und anschließende intraperitoneale (i.p.) DT-Gabe zu reduzieren, wobei wir abhängig von der Dauer der DT-Gabe eine Reduktion um 60\% erreichen konnten. Korrespondierend zu der Reduktion der DNA-Menge sank auch die Reaktivierungshäufigkeit des rekombinanten Virus in Lungenexplantatkulturen. rnrnrnUm die Reaktivierungshäufigkeit während der Latenz berechnen zu können, wurde durch eine Grenzverdünnungsanalyse die Anzahl an latenten viralen Genomen pro Zelle bestimmt. Dabei ergab sich eine Kopienzahl von 9 (6 bis 13). Ausgehend von diesen Ergebnissen lässt sich berechnen, dass, bezogen auf die gesamte Lunge, in dem getesteten Zeitraum von 184h durch die DT-Behandlung 1.000 bis 2.500 Genome pro Stunde ausgelöscht wurden. Dies entspricht einer Auslöschung von 110 bis 280 MIE-Gen-exprimierenden Lungenzellen pro Stunde. Damit konnte in dieser Arbeit erstmals die Latenz-assoziierte Genexpression in ihrer Dynamik dargestellt werden.rn