Direct visualization of Ras proteins in spatially distinct cell surface microdomains

Localization of signaling complexes to specific micro-domains coordinates signal transduction at the plasma membrane. Using immunogold electron microscopy of plasma membrane sheets coupled with spatial point pattern analysis, we have visualized morphologically featureless microdomains including lipid rafts, in situ and at high resolution. We find that an inner-plasma membrane lipid raft marker displays cholesterol-dependent clustering in microdomains with a mean diameter of 44 nm that occupy 35% of the cell surface. Cross-linking an outer-leaflet raft protein results in the redistribution of inner leaflet rafts, but they retain their modular structure. Analysis of Ras microlocalization shows that inactive H-ras is distributed between lipid rafts and a cholesterol-independent micro-domain. Conversely, activated H-ras and K-ras reside predominantly in nonoverlapping, cholesterol-independent microdomains. Galectin-1 stabilizes the association of activated H-ras with these nonraft microdomains, whereas K-ras clustering is supported by farnesylation, but not geranylgeranylation. These results illustrate that the inner plasma membrane comprises a complex mosaic of discrete microdomains. Differential spatial localization within this framework can likely account for the distinct signal outputs from the highly homologous Ras proteins.

A structural basis for the selection of dominant alpha beta T cell receptors in antiviral immunity

We have examined the basis for immunodominant or public TCR usage in an antiviral CTL response. Residues encoded by each of the highly selected genetic elements of an immunodominant clonotype recognizing Epstein-Barr virus were critical to the antigen specificity of the receptor. Upon recognizing antigen the immunodominant TCR undergoes extensive conformational changes in the complementarity determining regions (CDRs), including the disruption of the canonical structures of the germline-encoded CDR1alpha and CDR2alpha loops to produce an enhanced fit with the HLA-peptide complex. TCR ligation induces conformational changes in the TCRalpha constant domain thought to form part of the docking site for CD3epsilon. These findings indicate that TCR immunodominance is associated with structural properties conferring receptor specificity and suggest a novel structural link between TCR ligation and intracellular signaling.

The first strand transfer reaction of HIV-1 reverse transcription is more efficient in infected cells than in cell-free natural endogenous reverse transcription reactions

Background: In the presence of dNTPs, intact HIV-1 virions are capable of reverse transcribing at least part of their genome, a process known as natural endogenous reverse transcription (NERT). PCR analysis of virion DNA produced by NERT revealed that the first strand transfer reaction (1stST) was inefficient in intact virions, with minus strand (-) strong stop DNA (ssDNA) copy numbers up to 200 times higher than post-1stST products measured using primers in U3 and U5. This was in marked contrast to the efficiency of 1stST observed in single-round cell infection assays, in which (-) ssDNA and U3-U5 copy numbers were indistinguishable. Objectives: To investigate the reasons for the discrepancy in first strand transfer efficiency between intact cell-free virus and the infection process. Study design: Alterations of both NERT reactions and the conditions of cell infection were used to test whether uncoating and/or entry play a role in the discrepancy in first strand transfer efficiency. Results and Conclusions: The difference in 1stST efficiency could not be attributed simply to viral uncoating, since addition of very low concentrations of detergent to NERT reactions removed the viral envelope without disrupting the reverse transcription complex, and these conditions resulted in no improvement in 1stST efficiency. Virus pseudotyped with surface glycoproteins from either vesicular stomatitis virus or amphotrophic murine leukaemia virus also showed low levels of 1stST in low detergent NERT assays and equivalent levels of (-) ssDNA and 1stST in single-round infections of cells, demonstrating that the gp120-mediated infection process did not select for virions capable of carrying out 1stST. These data indicate that a post-entry event or factor may be involved in efficient HIV-1 reverse transcription in vivo. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Muscarinic and nicotinic ACh receptor activation differentially mobilize Ca2+ in rat intracardiac ganglion neurons

The origin of intracellular Ca2+ concentration ([Ca2+](i)) transients stimulated by nicotinic ( nAChR) and muscarinic ( mAChR) receptor activation was investigated in fura-2-loaded neonatal rat intracardiac neurons. ACh evoked [Ca2+](i) increases that were reduced to similar to 60% of control in the presence of either atropine ( 1 muM) or mecamylamine ( 3 muM) and to < 20% in the presence of both antagonists. Removal of external Ca2+ reduced ACh-induced responses to 58% of control, which was unchanged in the presence of mecamylamine but reduced to 5% of control by atropine. The nAChR-induced [Ca2+](i) response was reduced to 50% by 10 μM ryanodine, whereas the mAChR-induced response was unaffected by ryanodine, suggesting that Ca2+ release from ryanodine-sensitive Ca2+ stores may only contribute to the nAChR-induced [Ca2+](i) responses. Perforated-patch whole cell recording at - 60 mV shows that the rise in [Ca2+](i) is concomitant with slow outward currents on mAChR activation and with rapid inward currents after nAChR activation. In conclusion, different signaling pathways mediate the rise in [Ca2+](i) and membrane currents evoked by ACh binding to nicotinic and muscarinic receptors in rat intracardiac neurons.

Pyramidal cell heterogeneity in the visual cortex of the nocturnal new world owl monkey (aotus trivirgatus)

Recent studies have revealed marked variation in pyramidal cell structure in the visual cortex of macaque and marmoset monkeys. In particular, there is a systematic increase in the size of, and number of spines in, the arbours of pyramidal cells with progression through occipitotemporal (OT) visual areas. In the present study we extend the basis for comparison by investigating pyramidal cell structure in visual areas of the nocturnal owl monkey. As in the diurnal macaque and marmoset monkeys, pyramidal cells became progressively larger and more spinous with anterior progression through OT visual areas. These data suggest that: 1. the trend for more complex pyramidal cells with anterior progression through OT visual areas is a fundamental organizational principle in primate cortex; 2. areal specialization of the pyramidal cell phenotype provides an anatomical substrate for the reconstruction of the visual scene in OT areas; 3. evolutionary specialization of different aspects of visual processing may determine the extent of interareal variation in the pyramidal cell phenotype in different species; and 4. pyramidal cell structure is not necessarily related to brain size. Crown Copyright (C) 2003 Published by Elsevier Science Ltd on behalf of IBRO. All rights reserved.

The pyramidal neuron in occipital, temporal and prefrontal cortex of the owl monkey (Aotus trivirgatus): regional specialization in cell structure

Recent studies have revealed marked regional variation in pyramidal cell morphology in primate cortex. In particular, pyramidal cells in human and macaque prefrontal cortex (PFC) are considerably more spinous than those in other cortical regions. PFC pyramidal cells in the New World marmoset monkey, however, are less spinous than those in man and macaques. Taken together, these data suggest that the pyramidal cell has become more branched and more spinous during the evolution of PFC in only some primate lineages. This specialization may be of fundamental importance in determining the cognitive styles of the different species. However, these data are preliminary, with only one New World and two Old World species having been studied. Moreover, the marmoset data were obtained from different cases. In the present study we investigated PFC pyramidal cells in another New World monkey, the owl monkey, to extend the basis for comparison. As in the New World marmoset monkey, prefrontal pyramidal cells in owl monkeys have relatively few spines. These species differences appear to reflect variation in the extent to which PFC circuitry has become specialized during evolution. Highly complex pyramidal cells in PFC appear not to have been a feature of a common prosimian ancestor, but have evolved with the dramatic expansion of PFC in some anthropoid lineages.

Peroral susceptibility of Aedes albifasciatus and Culex pipiens complex mosquitoes (Diptera: Culicidae) from Argentina to western equine encephalitis virus

The transmission cycle of western equine encephalitis (WEE) virus in South America is unknown. A WEE virus strain was isolated from Aedes albifasciatus in Argentina during the WEE epizootic of 1982-83. Also, Culex pipiens from Argentina was reported to be able to transmit WEE virus experimentally, but other results indicate that Cx. pipiens from the USA is refractory to this virus. We determined the susceptibility of Argentina strains of Ae. albifasciatus and Culex pipiens complex mosquites to infection by WEE virus by the oral route. Adult females were fed on chicks infected with a WEE virus strain isolated in Cordoba Province, Argentina, or were fed on a blood/virus suspension. Each mosquito ingested between 10(1.6) to 10(6.4) vero cell plaque-forming units of virus. Each of 28 Ae. albifasciatus was positive for virus from the fourth day postfeeding, and there was evidence for virus replication. In contrast, 0/44 Cx. p. quinquefasciatus and only 1/15 Cx. p. pipiens was positive. Aedes albifasciatus is susceptible to infection by WEE virus and should be considered a potential vector of this virus in Argentina. Both subspecies of Cx. pipiens are refractory to peroral infection by WEE virus and probably do not play a role in the WEE virus cycle in Argentina.

Biological activity and cellular uptake of [Ru(eta(5)-C5H5)(PPh3)(Me(2)bpy)][CF3SO3] complex

Anticancer activity of the new [Ru(eta(5)-C5H5)(PPh3)(Me(2)bpy)][CF3SO3] (Me(2)bpy = 4,4'-dimethyl-2,2'-bipyridine) complex was evaluated in vitro against several human cancer cell lines, namely A2780, A2780CisR, HT29, MCF7, MDAMB231 and PC3. Remarkably, the IC50 values, placed in the nanomolar and sub-micromolar range, largely exceeded the activity of cisplatin. Binding to human serum albumin, either HSA (human serum albumin) or HSA(faf) (fatty acid-free human serum albumin) does not affect the complex activity. Fluorescence studies revealed that the present ruthenium complex strongly quench the intrinsic fluorescence of albumin. Cell death by the [Ru(eta(5)-C5H5)(PPh3)(Me(2)bpy)][CF3SO3] complex was reduced in the presence of endocytosis modulators and at low temperature, suggesting an energy-dependent mechanism consistent with endocytosis. On the whole, the biological activity evaluated herein suggests that the complex could be a promising anticancer agent. (C) 2013 Elsevier Inc. All rights reserved.

Non-coding RNAs: multi-tasking molecules in the cell

In the last years it has become increasingly clear that the mammalian transcriptome is highly complex and includes a large number of small non-coding RNAs (sncRNAs) and long noncoding RNAs (lncRNAs). Here we review the biogenesis pathways of the three classes of sncRNAs, namely short interfering RNAs (siRNAs), microRNAs (miRNAs) and PIWI-interacting RNAs (piRNAs). These ncRNAs have been extensively studied and are involved in pathways leading to specific gene silencing and the protection of genomes against virus and transposons, for example. Also, lncRNAs have emerged as pivotal molecules for the transcriptional and post-transcriptional regulation of gene expression which is supported by their tissue-specific expression patterns, subcellular distribution, and developmental regulation. Therefore, we also focus our attention on their role in differentiation and development. SncRNAs and lncRNAs play critical roles in defining DNA methylation patterns, as well as chromatin remodeling thus having a substantial effect in epigenetics. The identification of some overlaps in their biogenesis pathways and functional roles raises the hypothesis that these molecules play concerted functions in vivo, creating complex regulatory networks where cooperation with regulatory proteins is necessary. We also highlighted the implications of biogenesis and gene expression deregulation of sncRNAs and lncRNAs in human diseases like cancer.

Complex evolution of a multi-particle system

This paper studies a discrete dynamical system of interacting particles that evolve by interacting among them. The computational model is an abstraction of the natural world, and real systems can range from the huge cosmological scale down to the scale of biological cell, or even molecules. Different conditions for the system evolution are tested. The emerging patterns are analysed by means of fractal dimension and entropy measures. It is observed that the population of particles evolves towards geometrical objects with a fractal nature. Moreover, the time signature of the entropy can be interpreted at the light of complex dynamical systems.

New water-soluble Ruthenium(II) cytotoxic complex: biological activity and celular distribution

A novel water soluble organometallic compound, [RuCp(mTPPMSNa)(2,2'-bipy)][CF3SO3] (TM85, where Cp=eta(5)-cyclopentadienyl, mTPPMS = diphenylphosphane-benzene-3-sulfonate and 2,2'-bipy = 2,2'-bipyridine) is presented herein. Studies of interactions with relevant proteins were performed to understand the behavior and mode of action of this complex in the biological environment. Electrochemical and fluorescence studies showed that TM85 strongly binds to albumin. Studies carried out to study the formation of TM85 which adducts with ubiquitin and cytochrome c were performed by electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS). Antitumor activity was evaluated against a variety of human cancer cell lines, namely A2780, A2780cisR, MCF7, MDAMB231, HT29, PC3 and V79 non-tumorigenic cells and compared with the reference drug cisplatin. TM85 cytotoxic effect was reduced in the presence of endocytosis modulators at low temperatures, suggesting an energy-dependent mechanism consistent with endocytosis. Ultrastructural analysis by transmission electron microscopy (TEM) revealed that TM85 targets the endomembranar system disrupting the Golgi and also affects the mitochondria. Disruption of plasma membrane observed by flow cytometry could lead to cellular damage and cell death. On the whole, the biological activity evaluated herein combined with the water solubility property suggests that complex TM85 could be a promising anticancer agent. (C) 2013 Elsevier Inc. All rights reserved.

Immune reconstitution after autologous hematopoietic stem cell transplantation

Abstract The investigation of the web of relationships between the different elements of the immune system has proven instrumental to better understand this complex biological system. This is particularly true in the case of the interactions between B and T lymphocytes, both during cellular development and at the stage of cellular effectors functions. The understanding of the B–T cells interdependency and the possibility to manipulate this relationship may be directly applicable to situations where immunity is deficient, as is the case of cancer or immune suppression after radio and chemotherapy. The work presented here started with the development of a novel and accurate tool to directly assess the diversity of the cellular repertoire (Chapter III). Contractions of T cell receptor diversity have been related with a deficient immune status. This method uses gene chips platforms where nucleic acids coding for lymphocyte receptors are hybridized and is based on the fact that the frequency of hybridization of nucleic acids to the oligonucleotides on a gene chip varies in direct proportion to diversity. Subsequently, and using this new method and other techniques of cell quantification I examined, in an animal model, the role that polyclonal B cells and immunoglobulin exert upon T cell development in the thymus, specifically on the acquisition of a broader repertoire diversity by the T cell receptors (Chapter IV and V). The hypothesis tested was if the presence of more diverse peptides in the thymus, namely polyclonal immunoglobulin, would induce the generation of more diverse T cells precursors. The results obtained demonstrated that the diversity of the T cell compartment is increased by the presence of polyclonal immunoglobulin. Polyclonal immunoglobulin, and particularly the Fab fragments of the molecule, represent the most diverse self-molecules in the body and its peptides are presented by antigen presenting cells to precursor T cells in the thymus during its development. This probably contributes significantly to the generation of receptor diversity. Furthermore, we also demonstrated that a more diverse repertoire of T lymphocytes is associated with a more effective and robust T cell immune function in vivo, as mice with a more diverse T cell receptors reject minor histocompatiblility discordant skin grafts faster than mice with a shrunken T cell receptor repertoire (Chapter V). We believe that a broader T cell receptor diversity allows a more efficient recognition and rejection of a higher range of external and internal aggressions. In this work it is demonstrated that a reduction of TCR diversity by thymectomy in wild type mice significantly increased survival of H-Y incompatible skin grafts, indicating decrease on T cell function. In addiction reconstitution of T-cell diversity in mice with a decreased T cell repertoire diversity with immunoglobulin Fab fragments, lead to a increase on TCR diversity and to a significantly decreased survival of the skin grafts (Chapter V). These results strongly suggest that increases on T cell repertoire diversity contribute to improvement of T cell function. Our results may have important implications on therapy and immune reconstitution in the context of AIDS, cancer, autoimmunity and post myeloablative treatments. Based on the previous results, we tested the clinical hypothesis that patients with haematological malignancies subjected to stem cell transplantation who recovered a robust immune system would have a better survival compared to patients who did not recover such a robust immune system. This study was undertaken by the examination of the progression and overall survival of 42 patients with mantle cell non-Hodgkin lymphoma receiving autologous hematopoietic stem cell transplantation (Chapter VI). The results obtained show that patients who recovered higher numbers of lymphocytes soon after autologous transplantation had a statistically significantly longer progression free and overall survivals. These results demonstrate the positive impact that a more robust immune system reconstitution after stem cell transplantation may have upon the survival of patients with haematological malignancies. In a similar clinical research framework, this dissertation also includes the study of the impact of recovering normal serum levels of polyclonal immunoglobulin on the survival of patients with another B cell haematological malignancy, multiple myeloma, after autologous stem cell transplantation (Chapter VII). The relapse free survival of the 110 patients with multiple myeloma analysed was associated with their ability to recover normal serum levels of the polyclonal compartment of immunoglobulin. These results suggest again the important effect of polyclonal immunoglobulin for the (re)generation of the immune competence. We also studied the impact of a robust immunity for the response to treatment with the antibody anti CD20, rituximab, in patients with non- Hodgkin’s lymphoma (NHL) (Chapter VIII). Patients with higher absolute counts of CD4+ T lymphocytes respond better (in terms of longer progression free survival) to rituximab compared to patients with lower number of CD4+ T lymphocytes. These observations highlight again the fact that a competent immune system is required for the clinical benefit of rituximab therapy in NHL patients. In conclusion, the work presented in this dissertation demonstrates, for the first time, that diverse B cells and polyclonal immunoglobulin promote T cell diversification in the thymus and improve T lymphocyte function. Also, it shows that in the setting of immune reconstitution, as after autologous stem cell transplantation for mantle cell lymphoma and in the setting of immune therapy for NHL, the absolute lymphocyte counts are an independent factor predicting progression free and overall survival. These results can have an important application in the clinical practice since the majority of the current treatments for cancer are immunosuppressive and implicate a subsequent immune recovery. Also, the effects of a number of antineoplastic treatments, including biological agents, depend on the immune system activity. In this way, studies similar to the ones presented here, where methods to improve the immune reconstitution are examined, may prove to be instrumental for a better understanding of the immune system and to guide more efficient treatment options and the design of future clinical trials. Resumo O estudo da rede de inter-relações entre os diversos elementos do sistema immune tem-se mostrado um instrumento essencial para uma melhor compreensão deste complexo sistema biológico. Tal é particularmente verdade no caso das interacções entre os linfócitos B e T, quer durante o desenvolvimento celular, quer ao nível das funções celulares efectoras. A compreensão da interdependência entre linfócitos B e T e a possibilidade de manipular esta relação pode ser directamente aplicável a situações em que a imunidade está deficiente, como é o caso das doenças neoplásicas ou da imunossupressão após radio ou quimioterapia. O trabalho apresentado nesta dissertação iniciou-se com o desenvolvimento de um novo método laboratorial para medir directamente a diversidade do reportório celular (Capítulo III). Reduções da diversidade do reportório dos receptores de células T têm sido relacionadas com um estado de imunodeficiência. O método desenvolvido utiliza “gene chips”, aos quais hibridizam os ácidos nucleicos codificantes das cadeias proteicas dos receptores linfocitários. A diversidade é calculada com base na frequência de hibridização do ácido nucleico da amostra aos oligonucleótidos presentes no “gene chip”. De seguida, e utilizando este novo método e outras técnicas de quantificação celular examinei, num modelo animal, o papel que as células policlonais B e a imunoglobulina exercem sobre o desenvolvimento linfocitário T no timo, especificamente na aquisição de um reportório diverso de receptores T (Capítulos IV e V). Testei, então, a hipótese de que a presença no timo de péptidos mais diversos, como a imunoglobulna policlonal, induzisse a génese de precursores T mais diversos. Demonstrámos que a diversidade do compartimento T é aumentado pela presença de imunoglobulina policlonal. A imunoglobulina policlonal, e particularmente os fragmentos Fab desta molécula, representam as moléculas autólogas mais diversas presentes nos organismos vertebrados. Estes péptidos são apresentados por células apresentadoras de antigénio às células precursoras T no timo, durante o desenvolvimento celular T. Tal, provavelmente, contribui para a génese da diversidade dos receptores. Também demonstrámos que a presença de um reportório mais diverso de linfócitos T se associa a um incremento da função imunológica T in vivo. Uma diversidade de receptores T mais extensa parece permitir um reconhecimento e rejeição mais eficientes de um maior número de agressores internos e externos. Demonstrámos que ratinhos com receptores de células T (RCT) com maior diversidade rejeitam transplantes cutâneos discordantes para antigénios minor de histocompatibilidade mais rapidamente do que ratinhos com um menor reportório T (Capítulo V). Por outro lado, uma redução da diversidade do RCT, causada por timectomia de ratinhos de estirpes selvagens, mostrou aumentar significativamente a sobrevivência de transplantes cutâneos incompatíveis para o antigénio H-Y (antigénio minor de histocompatibilidade), indicando uma diminuição da função linfocitária T. Além disso, a reconstituição da diversidade dos linfócitos T em ratinhos com uma diversidade de reportório T diminuída, induzida pela administração de fragmentos Fab de imunoglobulina, conduz a um aumento da diversidade dos RCT e a uma diminuição significativa da sobrevivência dos enxertos cutâneos (Capítulo V). Estes resultados sugerem que o aumento do reportório de células T contribui para uma melhoria das funções celulares T e poderão ter implicações importantes na terapêutica e reconstitutição imunológica em contexto de SIDA, neoplasias, autoimunidade e após tratamentos mieloablativos. Baseado nos resultados anteriores, decidimos testar a hipótese clínica de que doentes com neoplasias hematológicas sujeitos a transplantação de precursores hematopoiéticos e com recuperação imunológica precoce após transplante teriam uma sobrevivência mais longa do que doentes que não recuperassem tão bem a sua imunidade. Analisámos a sobrevivência global e sobrevivência sem doença de 42 doentes com linfoma não Hodgkin de células do manto sujeitos a transplante autólogo de precursores hematopoiéticos (Capítulo VI). Os resultados obtidos mostraram que os doentes que recuperaram contagens mais elevadas de linfócitos imediatamente após o transplante autólogo, apresentaram uma sobrevivência global e sem progressão mais longa do que doentes que não recuperaram contagens linfocitárias tão precocemente. Estes resultados demonstram o efeito positivo de uma reconstitutição imunológica robusta após transplante de presursores hematopoiéticos, sobre a sobrevivência de doentes com neoplasias hematológicas. Do mesmo modo, estudámos o efeito que a recuperação de níveis séricos normais de imunoglobulina policlonal tem na sobrevivência de doentes com outras neoplasias hematológicas de linfócitos B, como o mieloma múltiplo,após transplante autólogo de precursos hematopoiéticos (Capítulo VII). A sobrevivência livre de doença dos 110 doentes com mieloma múltiplo analizados está associada com a sua capacidade de recuperar níveis séricos normais do compartmento policlonal de imunoglobulina. Estes resultados pioneiros indicam a importância da imunoglobulina policlonal para a génese de competência imunológica. Também estudámos o impacto de um sistema imunitário eficiente sobre a resposta ao tratamento com o anticorpo anti CD20, ituximab, em doentes com linfoma não Hodgkin (LNH) (Capítulo VIII). Os resultados mostram que doentes com valores mais elevados de linfócitos T CD4+ respondem melhor (em termos de maior sobrevida livre de doença) ao rituximab, do que doentes com valores mais baixos. Estas observações ilustram a necessidade de um sistema imunitário competente para o benefício clínico da terapêutica com rituximab em doentes com LNH. Em conclusão, o trabalho apresentado nesta dissertação demonstra que as células B e a imunoglobulina policlonal promovem a diversidade das células T no timo e melhoram a função linfocitária T periférica. Concomitantemente, também demonstrámos que, no contexto de reconstituição imune, por exemplo, após transplante autólogo de precursores hematopoiéticos em doentes com linfomas de células do manto, o número absoluto de linfócitos é uma factor independente da sobrevivência. Os resultados demonstram, também, a importância dos valores de linfocitos T na resposta ao tratamento com rituximab no caso de doentes com LNH. O mesmo princípio se prova pelo facto de que doentes com mieloma múltiplo sujeitos a transplante autólogo de precursores hematopoiéticos que recuperam valores normais séricos de imunoglobulinas policlonais, terem melhores taxas de resposta em comparação com doentes que não recuperam valores normais de imunoglobulinas policlonais. Estes resultados podem ter importantes aplicações na prática clínica dado que a maioria dos tratamentos de doenças neoplásicas implica imunossupressão e, subsequente, recuperação imunológica. Estes estudos podem ser um instrumento fundamental para uma melhor compreensão do sistema imune e guiar uma escolha mais eficiente de opções terapêuticas bem como contribuir para a concepção de futuros estudos clínicos.

Clinical and laboratory findings of disseminated Mycobacterium avium complex infection (DMAC) in a pair matched case-control study

A pair matched case/control study was conducted from January 1991 to 30 June 1992 in order to define clinical and laboratory findings associated with DMAC infection in AIDS patients. Since DMAC infection is usually associated with advanced immunodeficiency, and therefore also with other opportunistic illnesses, in addition to the number of CD4+ lymphocytes, cases and controls were matched using the following criteria: date of AIDS diagnosis and antiretroviral therapy, number and severity of associated opportunistic infections and, whenever possible, type of Pneumocystis carinii prophylaxis, age and gender, in this order of relevance. Cases (defined as patients presenting at least one positive culture for MAC at a normally sterile site) and controls presented CD4+ lymphocyte counts below 50 cel/mm3. A significantly higher prevalence of general, digestive and respiratory signs, increased LDH levels, low hemoglobin levels and CD4+ cell counts were recorded for cases when compared to controls. Increases in gGT and alkaline phosphatase levels seen in cases were also recorded for controls. In conclusion, the strategy we used for selecting controls allowed us to detect laboratory findings associated to DMAC infection not found in other advanced immunossupressed AIDS patients without DMAC.

The role of complex chromosome translocations in leukemia

Resumo A tumorigénese é um processo de transformação celular que se desenrola tipicamente em várias etapas. Os diferentes níveis de evolução tumoral resultam da acumulação sucessiva de mutações genéticas numa célula normal que lhe conferem uma vantagem selectiva no respectivo meio tecidular. As mutações podem manifestar-se sob a forma de alterações nucleotídicas pontuais ao nível da sequência de DNA, levando a uma desregulação da função proteíca ou à formação de proteínas não-funcionais, ou através de alterações cromossómicas numéricas ou estruturais. Na leucemia, por exemplo, os genes híbridos que resultam de translocações cromossómicas desempenham um importante papel no processo tumorigénico. Estes genes são transcritos sob a forma de um RNA mensageiro de fusão, o qual é traduzido numa proteína híbrida com função oncogénica. Frequentemente, os subtipos de doença leucémica estão associados com translocações cromossómicas que envolvem 2 pontos de quebra recorrentes e específicos. É disto exemplo a leucemia mielóide crónica, em que uma translocação recíproca entre os cromossomas 9 e 22 conduz à formação de um gene de fusão BCR-ABL1. Em diferentes subtipos de doença, existe também uma pequena proporção de casos que apresenta translocações cromossómicas complexas, que envolvem um ou mais pontos de quebra adicionais em outras localizações genómicas além das que estão implicadas na formação dos genes de fusão. Por vezes, os pontos de quebra estão também associados a delecções extensas de material genético que se pensa terem uma função importante na tumorigénese. No entanto, o papel destas regiões genómicas no desenvolvimento tumoral não tem sido um motivo recorrente de estudo. Neste contexto, o objectivo desta dissertação foi o de determinar o potencial papel tumorigénico de alterações génicas adicionais ocorridas nos pontos de quebra de translocações cromossómicas complexas. Para a prossecução do objectivo proposto, foram estudados 5 rearranjos cromossómicos distintos associados com diferentes tipos de doença hematológica maligna, nomeadamente a leucemia linfoblástica aguda de células B (2 casos), leucemia mielóide aguda, neoplasma mieloproliferativo e síndrome mielodisplásico/neoplasma ieloproliferativo, não classificável. O mapeamento dos pontos de quebra foi efectuado utilizando a hibridação fluorescente in situ e diferentes metodologias de biologia molecular, tendo como base a informação inicial da análise citogenética. Em casos seleccionados, o papel dos novos genes candidatos foi avaliado in vitro utilizando modelos de linhas celulares, nomeadamente no que respeita às funções de controlo da proliferação celular e de regulação transcricional. De entre os 5 casos estudados, quatro deles evidenciaram translocações complexas envolvendo 3 cromossomas, nomeadamente t(12;21;5)(p13;q22;q13), t(12;6;15)(p13;p24~25;q22), t(9;11;19)(p22;q23;p13) e t(X;20;16)(p11;q13;q23). No caso remanescente, foi observada uma translocação dicêntrica dic(9;12)(p11;p11) acompanhada de delecções extensas em ambos os pontos de quebra. Nos casos com t(12;21;5) e t(9;11;19) as translocações estavam associadas com a presença de genes de fusão recorrentes, nomeadamente TV6(12p13)-RUNX1(21q22) e TLL(11q23)-MLLT3(9p22), indicando que se tratavam de rearranjos complexos das translocações t(12;21) e t(9;11) associadas com a leucemia linfoblástica aguda de células B e a leucemia mielóide aguda, respectivamente. O papel dos pontos de quebra adicionais foi estudado em detalhe no caso com t(9;11;19). Através da metodologia de long distance inverse-polymerase chain reaction, foram identificados os pontos de quebra na sequência de DNA dos 3 cromossomas envolvidos na translocação. Além dos pontos de quebra nos genes MLL e MLLT3, foi observado que o local de quebra no cromossoma 19 interrompeu a sequência de um novo gene, designado CCDC94,conduzindo à sua haplo-insuficiência nas células com t(9;11;19). Através de ensaios de reverse transcription-polymerase chain reaction verificámos que o gene CCDC94 é expresso ubiquitariamente em tecidos humanos normais. A análise informática da sequência prevista da proteína CCDC94 indicou uma elevada identidade de aminoácidos com a proteína cwf16, envolvida na regulação do ciclo celular da levedura Schizosaccharomyces pombe. Através da clonagem do DNA complementar de CCDC94 em vectores de expressão, e após a transfecção destes em culturas de linhas celulares in vitro, observámos que este gene codifica uma proteína de localização exclusivamente nuclear. A expressão ectópica da proteína CCDC94 diminuiu a progressão do ciclo celular e a proliferação das células em cultura. Inversamente, a supressão do transcrito do gene CCDC94 através de interferência de RNA conduziu a um aumento significativo da proliferação celular, confirmando que CCDC94 regula negativamente a proliferação e a progressão do ciclo celular. Estes resultados mostram que os pontos de quebra adicionais, presentes em translocações cromossómicas complexas em leucemia, podem resultar na haplo-insuficiência de genes controladores dos mecanismos proliferativos, cooperando desta forma com a acção das proteínas de fusão para proporcionar ao clone leucémico uma proliferação celular descontrolada. Nos restantes 3 casos estudados não foram identificados genes de fusão. Ao invés, todos aqueles apresentaram delecções de extensão variável associadas com os pontos de quebra cromossómicos. No caso com t(12;6;15), identificámos uma delecção de 1.2 megabases de DNA na banda 12p13 que resultou na eliminação de 9 genes incluindo ETV6 e CDKN1B. O gene ETV6 codifica um factor de transcrição que é essencial para a formação das diferentes linhagens hematopoiéticas na medula óssea, enquanto CDKN1B é traduzido numa proteína responsável por bloquear a entrada das células na fase G1 do ciclo celular e,consequentemente, por travar a proliferação celular. Neste contexto, os resultados obtidos indicam que a perda simultânea de ETV6 e de CDKN1B, através de uma translocação cromossómica complexa, constituiu uma acção cooperativa na leucemogénese. A mesma noção pode aplicar-se ao caso com dic(9;12), no qual pelo menos 2 genes que codificam para factores de transcrição importantes na linhagem hematopoiética, PAX5 no cromossoma 9 e ETV6 no cromossoma 12, estavam deleccionados como resultado do rearranjo cromossómico. Dado que o factor de transcrição PAX5 regula negativamente a expressão do gene FLT3, que desempenha uma função pró-proliferativa, é expectável que a haplo-insuficiência de PAX5 no caso com dic(9;12) terá tido como consequência uma elevação dos níveis de expressão de FLT3, contribuindo deste modo para uma proliferação celular aumentada. A t(X;20;16) foi identificada num doente com trombocitémia essencial (TE), uma doença que está intimamente relacionada com alterações de vias intracelulares reguladas por citocinas. Neste caso, através da utilização de um array genómico, identificámos a presença de pequenas delecções associadas com os pontos de quebra nos cromossomas 16 e 20. No cromossoma 16 apenas um gene, MAF, estava deleccionado, enquanto no cromossoma 20 a delecção tinha abrangido 3 genes. Dos genes deleccionados, dois deles, NFATC2 (20q13) e MAF (16q23), codificam proteínas que operam como reguladores transcricionais de citocinas hematopoiéticas. Dado que NFATC2 se localiza numa região que constitui um alvo frequente de delecções em neoplasmas ieloproliferativos, incluindo a trombocitémia essencial,efectuámos um estudo detalhado do papel deste gene na proliferação megacariocítica e na regulação da expressão de uma citocina hematopoiética (GM-CSF), implicada na maturação das diferentes linhagens mielóides. Utilizando um modelo de linha celular de trombocitémia essencial, verificámos que a supressão do transcrito do gene NFATC2 in vitro, por interferência de RNA, estava associada com um aumento da proliferação celular. Em concordância, o bloqueio da activação da proteína NFATC2 através de um inibidor específico da sua interacção com a calcineurina, conduziu a um aumento da proliferação celular in vitro. Utilizando a PCR quantitativa em tempo real, detectou-se um aumento da produção do RNA de GM-CSF em ambos os ensaios celulares, indicando que o factor de transcrição NFATC2 pode regular negativamente a expressão de GM-CSF em células de trombocitémia essencial. No geral, estes resultados mostram que a redução dos níveis fisiológicos do transcrito NFATC2, ou a redução da respectiva actividade proteica, estão relacionados com a proliferação de megacariocitos através do aumento da produção de GM-CSF. De acordo com estes resultados, verificámos que as células dos doentes com TE apresentam níveis mais baixos do transcrito NFATC2 do que a população normal. Dado que o factor de transcrição MAF desempenha igualmente um papel como regular transcricional de citocinas, é plausível que a haplo-insuficiência dos genes NFATC2 e MAF, resultante do rearranjo cromossómico complexo t(X;20;16), teve um efeito cooperativo importante na patogénese da trombocitémia essencial através da alteração do padrão normal de expressão das citocinas hematopoiéticas. Em síntese, efectuámos nesta dissertação um estudo citogenético de 4 translocações cromossómicas complexas incluindo t(12;21;5), t(12;6;15), t(9;11;19) e t(X;20;16), e de uma translocação dicêntrica dic(9;12), associadas com diferentes neoplasmas hematológicos. Em casos seleccionados efectuámos também um estudo molecular detalhado das regiões dos pontos de quebra. Esta análise permitiu-nos identificar 2 genes, CCDC94 no cromossoma 19 e NFATC2 no cromossoma 20, cuja haplo-insuficiência pode promover o aumento da proliferação celular das células leucémicas. A partir destes estudos podem ser retiradas 2 noções principais: (i) Os pontos de quebra adicionais, que ocorrem em translocações complexas associadas com a formação de genes de fusão, podem ter como consequência a desregulação de genes controladores da proliferação celular (e.g., CCDC94); (ii) As translocações complexas caracterizadas pela ausência de genes de fusão recorrentes poderão estar preferencialmente associadas com a presença de delecções, envolvendo um ou mais genes, nos pontos de quebra; nestas situações, serão necessários pelo menos 2 genes com funções celulares semelhantes (e.g., NFATC2 e MAF) ou complementares (e.g., ETV6 e CDKN1B) para, quando deleccionados, promoverem de forma cooperativa a leucemogénese. Nestes termos, o modelo de alterações genéticas sequenciais que caracteriza o desenvolvimento do cancro pode ser substituído por um modelo em que vários genes-alvo são simultaneamente desregulados pela formação de uma translocação cromossómica complexa, evitando deste modo a necessidade de ocorrência de alterações genéticas subsequentes.----------------------ABSTRACT: Tumourigenesis is a multistep process which results from the accumulation of successive genetic mutations in a normal cell. In leukemia for instance, recurrent translocations play a part in this process by generating fusion genes which lead to the production of hybrid proteins with an oncogenic role. However, a minor subset of chromosomal translocations referred to as complex or variant involves extra breakpoints at variable genome locations in addition to those implicated in the formation of fusion genes. We aimed to describe in this work the role, if any, of genes located at extra breakpoint locations or which are affected by breakpoint-adjacent deletions through the study of 5 leukemia patients.Two of the patients presented with TV6(12p13)-RUNX1(21q22) and MLL(11q23)- MLLT3(9p22) fusion genes as a result of a t(12;21;5) and a t(9;11;19), respectively. Detailed molecular characterization of the extra breakpoint at chromosome 19 in the latter case revealed that a novel ubiquitously expressed gene, CCDC94, with a potential role in cell cycle regulation, was disrupted by the breakpoint. We demonstrated using in vitro cellular assays that this gene codifies for a nuclear protein which negatively regulates cell cycle progression. These data shows that extra breakpoint locations of complex translocations may result in haplo-insufficiency of critical proliferation genes, thereby cooperating with the generation of hybrid proteins to provide unrestrained cell proliferation. In the other 3 patients there were reakpoint-associated deletions which precluded the formation of putative fusion genes. In a case with a t(12;6;15) we characterized a deletion at 12p13 which eliminated ETV6 and 8 other genes including CDKN1B. These findings indicate that concomitant loss of ETV6 and CDKN1B, which encodes a cyclin-dependent kinase inhibitor responsible for blocking entry of cells into the G1 phase of the cell cycle, acted cooperatively to promote leukemogenic proliferation. The same notion applied to a case with a dic(9;12) in which 2 genes encoding hematopoietic transcription factors - ETV6 and PAX5 (9p13)- were deleted as a result of breakpoint-adjacent deletions. Similarly, we found that 2 transcription factor genes involved in the regulation of cytokine expression, NFATC2 (20q13) and MAF (16q23), were involved in deletions contiguous to the breakpoints in a patient with a t(X;20;16). In vitro suppression of NFATC2 mRNA or inhibiton of NFATC2 protein activity enhanced cell proliferation as a result of an increase in the production of a myeloid-lineage stimulating hematopoietic cytokine, GM-CSF. These results suggest that haplo-insufficiency of NFATC2 and MAF genes had a cooperative effect in inducing cell proliferation as a result of a disregulation of cytokine production. Two main conclusions may be drawn from our studies: (i) In complex translocations associated with the production of fusion genes, additional breakpoints may cooperate in tumourigenesis by targeting genes that control cell proliferation; (ii) In complex translocations associated with small breakpoint-adjacent deletions, at least 2 genes with similar or complementary functions need to be deregulated to promote tumourigenesis.

Metabolic flux analysis of neural cell metabolism in primary cultures

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry, Neuroscience