Functional domains of Bacillus subtilis transcription factor AraR and identification of aminoacids important for nucleoprotein complex assembly and effector-binding.

Journal of Bacteriology (Apr 2006) 3024-3036

The discovery of three lost ‘Salting’ carpets: science as a tool for revealing their history

Thesis presented at the Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, to obtain a Master degree in Conservation and Restoration,Specialization in Textiles

Role of ß-lactamase operon on mecA expression in Staphylococcus aureus

RESUMO: Os Staphylococcus aureus resistentes à meticilina (MRSA, do inglês “methicillin-resistant Staphylococcus aureus”) são um dos principais agentes responsáveis por infeções hospitalares. Os MRSA são resistentes a praticamente todos os antibióticos β-lactâmicos devido a dois mecanismos principais: produção de β-lactamase (bla), codificada pelo gene blaZ, e produção de uma proteína de ligação à penicilina (PBP2a, do inglês “penicillin binding protein 2”), codificada pelo gene mecA. Estes dois genes são regulados por sistemas homólogos, constituídos por um sensor-transdutor (BlaR1 e MecR1) e um repressor (BlaI e MecI), de tal modo que ambos os sistemas são capazes de co-regular os genes mecA e blaZ, embora com eficiências de indução muito diferentes. De facto, a indução mediada pelo sistema mecI-mecR1 é tão lenta que se acredita que este sistema não está funcional na maioria das estirpes MRSA. No entanto, dados recentes do nosso laboratório, demonstram a ausência de relação entre a presença do gene mecI e o nível de resistência à meticilina em estirpes MRSA epidémicas, e também que, o fenótipo de resistência da grande maioria das estirpes não é perturbado pela sobre-expressão em trans do repressor mecI. Curiosamente, as duas estirpes em que a expressão da resistência foi afetada pela sobre-expressão do mecI são negativas para o locus da β-lactamase, o que sugere que este locus pode interferir diretamente com a repressão do gene mecA mediada pelo MecI. Nesta tese de mestrado esta hipótese foi explorada usando estratégias de biologia molecular e ensaios fenotípicos da resistência aos -lactâmicos. Os resultados obtidos demonstram que a presença do plasmídeo nativo da β-lactamase não só anula a repressão mediada pelo MecI, como também aumenta o nível de resistência das estirpes parentais. Várias hipóteses foram então formuladas para explicar estas observações. Dados preliminares, em conjunto com evidências experimentais publicadas, sugerem que o BlaI forma hetero-dímeros com o MecI que, após a indução, são inativados eficientemente pelo BlaR1. Em conclusão, estes resultados apresentam novas perspetivas para o mecanismo de regulação do mecA e para uma nova importante função do operão da β-lactamase para o fenótipo das estirpes MRSA.-------------------ABSTRACT: Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is an important nosocomial pathogen and is also emerging in the community. MRSA is cross-resistant to virtually all β-lactam antibiotics and has acquired two main resistance mechanisms: production of β-lactamase (bla), coded by blaZ, and production of penicillin binding protein 2a (PBP2a), coded by mecA. Both genes are regulated by homologous sensor-transducers (BlaR1 and MecR1) and repressors (BlaI and MecI), and coregulation of mecA and blaZ by both systems has been demonstrated, although with remarkable different efficiencies. In fact, induction of mecA by mecI-mecR1 is so slow that it is believed it is not functional in most MRSA strains. However, recent data from our laboratory has unexpectedly demonstrated that not only there is no correlation between the presence of mecI gene and the resistance level in epidemic MRSA strains, but also that for most strains there were no significant changes on the resistance phenotype upon the mecI overexpression in trans. Interestingly, the two strains in which mecI overexpression affected the resistance expression were negative for the bla locus, suggesting that this locus may interfere directly with the MecI-mediated repression of mecA and account for those puzzling observations. In this master thesis we have explored this hypothesis using molecular biology strategies and phenotypic analysis of -lactam resistance. The data obtained demonstrate that the presence of a wild-type plasmid containing the bla locus not only disrupts the MecImediated repression, but also significantly enhances the expression of resistance. Several preliminary hypotheses were formulated to explain these observations and preliminary data, together with published evidence, support the working model that BlaI forms functional hetero-dimers with MecI, which upon induction are readily inactivated by BlaR1. These results provide new insights into the regulatory mechanism(s) of mecA and open new perspectives for the role of β-lactamase operon in the MRSA phenotype.

Stochastic model of transcription initiation of closely spaced promoters in escherichia coli

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

On the track of β-lactam resistance: Studies on the regulation of methicillinresistance in Staphylococcus aureus

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Biologia

The role of Rac1-modulated gene transcription in tumorigenesis

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

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

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

Regulación de la respuesta inmune

El proyecto se subdividirá en varios subproyectos tendientes a continuar con el análisis de los mecanismos que regulan la respuesta autoinmune y de los mecanismos efectores que conducen al daño tisular en los órganos blanco. Durante el primer año se caracterizarán células presentadoras de antígeno involucradas en la supresión o potenciación de la respuesta autoinmune y se estudiará la inducción de la respuesta autoinmune utilizando GA-liposomas como adyuvante. Se caracterizarán fenotípica y funcionalmente las células de exudado peritoneal (CP) involucradas en la captación y/o presentación del autoantígeno asociado a liposomas. Se estudiará además los efectos del estrés sobre la inmunidad innata, ya que ésta es la base de la defensa de los microorganismos multucelulares y es el resultado de la actividad de diversas células (macrófagos, neutrófilos, natural killer), proteínas séricas (sistema del complemento, proteínas de la fase aguda) y citoquinas. Por otra parte se identificarán el o los autoantígenos responsables de la autoinmunidad debido a que los anticuerpos autoinmunes no cumplen los requisitos para rastrear la librería de cDNA de próstata porque no reconocen proteínas desnaturalizadas; se prevé purificar por inmunoafinidad la proteína autoantigénica y obtener con ella un antisuero heterólogo que sirva para dichos fines. Por otra parte se trabajará con células mononucleares de bazo totales (CmbT) y con células peritoneales (CP) obtenidas de ratas Wistar normales. Se obtendrán a partir de ellas por adherencia a distintos soportes poblacionales enriquecidas en linfocitos T, linfocitos B y macrófagos. En estas poblaciones se evaluará la presencia de la lectina S-lac utilizando técnicas inmunoquímicas e inmunocitoquímicas así como los estímulos que regulan su modulación.

Métodos para identificar o limiar anaeróbio em indivíduos com diabete tipo 2 e em indivíduos não-diabéticos

FUNDAMENTO: Apesar de o limiar anaeróbio (LAn) ser utilizado na avaliação funcional de diferentes populações, estudos comparando métodos para sua identificação em diabéticos tipo-2 tem sido pouco realizados. OBJETIVO: Comparar protocolos de identificação do LAn em indivíduos diabéticos tipo 2 e em não-diabéticos, e analisar respostas relacionadas ao equilíbrio ácido-básico em intensidades relativas ao LAn. MÉTODOS: Diabéticos tipo 2 (n=10; 54,5±9,5 anos; 30,1±5,0 kg/m²) e jovens não-diabéticos (n=10; 36,6±12,8 anos; 23,9±5,0 kg/m²) realizaram teste incremental (TI) em ciclo ergômetro. O aumento desproporcional no equivalente ventilatório de oxigênio (VE/VO2) e lactatemia ([lac]) identificaram intensidades (Watts-W) correspondentes aos limiares ventilatório (LV) e de lactato (LL), respectivamente. A intensidade correspondente à menor glicemia ([glic]) foi considerada limiar glicêmico individual (LGI). O LAn também foi determinado por ajuste polinomial das razões VE/Watts (LV VE/W) e [lac]/Watts (LL[lac]/W), as quais identificaram intensidades acima das quais um aumento desproporcional na VE e [lac] ocorreram. RESULTADOS: Não foram observadas diferenças entre LL, LV, LG, LL[lac]/W e LV VE/W em diabéticos (85,0±32,1; 88,0±31,7; 86,0±33,8; 82,0±20,9 e 90,2±22,2W) e não-diabéticos (139,0±39,0; 133,0±42,7; 140,8±36,4; 122,7±44,3 e 133,0±39,1W). Contudo os valores de LAn diferiram significativamente entre grupos (p<0.001). A técnica de Bland-Altman confirmou concordância entre os protocolos. Reduções significativas no pH e pCO2 em paralelo a um aumento na [lac], pO2 e VE foram observadas em intensidades supra limiares. CONCLUSÃO: Os protocolos apresentaram, para ambos os grupos estudados, concordância na identificação do LAn, que se mostrou como uma intensidade de exercício acima da qual ocorre perda de equilíbrio ácido-básico.

Tolerância ao esforço em ratos com estenose aórtica e disfunção ventricular diastólica e/ou sistólica

FUNDAMENTO: A Tolerância ao Esforço Físico (TEF) é uma medida de condicionamento cardiorrespiratório. A capacidade aeróbica é reduzida na Insuficiência Cardíaca (IC), embora não haja dados disponíveis sobre esse parâmetro em animais com disfunção ventricular e sem sinais de IC. OBJETIVO: Avaliar a TEF em ratos com disfunção ventricular diastólica isolada ou associada com disfunção sistólica induzida pela Estenose da Aorta ascendente (EAo). MÉTODOS: Ratos Wistar machos jovens (20-30 dias de idade) foram divididos em Grupo Controle (GC, n = 11) e Grupo EAo (n = 12). Os animais foram avaliados em 6 e 18 semanas após a cirurgia para EAo. O teste ergométrico foi feito até a exaustão e foram avaliadas a velocidade da esteira e a concentração de lactato [LAC] no limiar de lactato, velocidade da esteira e [LAC] na exaustão, e tempo total do teste. RESULTADOS: Dados ecocardiográficos revelaram remodelação do átrio esquerdo e hipertrofia concêntrica ventricular esquerda em 6 e 18 semanas. A fração de encurtamento endocárdico mostrou-se maior no grupo EAo do que no GC em 6 e 18 semanas. A fração de encurtamento da parede média mostrou-se maior no grupo EAo do que no GC em 6 semanas. O índice cardíaco mostrou-se semelhante no GC e no grupo EAo em 6 e 18 semanas, tendo diminuído entre 6-18 semanas em ambos os grupos. A razão entre a onda E a onda A foi maior no GC do que no grupo EAo em ambos os períodos e não se alterou em ambos os grupos entre a semana 6 e a semana 18. Os parâmetros do teste de esforço na esteira foram semelhantes nos dois grupos tanto na semana 6 quanto na semana 18. CONCLUSÃO: Embora a EAo promova a disfunção diastólica isolada ou associada à disfunção sistólica, em 6 ou 18 semanas, ela não é suficiente para alterar a tolerância ao esforço físico.

Teores de aminoácidos e fenóis em plântulas de algodoeiro (Gossypium hirsutum L. cv. 'IAC-17') sob ação de reguladores vegetais

Verificaram-se os efeitos da aplicação de reguladores de crescimento na porcentagem de materia seca, aminoácidos livres totais e compostos fenólicos nas folhas de algodoeiro 'lAC-l7'. Para se estudar a ação dos fitoreguladores, sementes de algodoeiro foram imersas durante 22 horas em soluções aquosas de cloreto (2-cloroetil) trimetilamônio (CCC) na concentração de 2000 ppm, ácido succínico-2,2-dimetilhidrazida 4000 ppm, ácido giberélico 100 ppm, ácido indolilacético (IAA) 100 ppm e água como controle. Plântulas com 33 dias de idade foram coletadas, sendo em seguida realizada a amostragem de folhas em laboratório, para efetuar-se a extração dos compostos. Observou-se que CCC 2000 ppm promoveu aumento no peso seco das folhas de algodoeiro. Esse retardador de crescimento aumentou o conteúdo de aminoácidos livres totais nas folhas estudadas. IAA 100 ppm reduziu a concentração de aminoácidos, nas plantas tratadas. O teor de fenóis totais nas folhas de Gossypium hirsutum foi aumentado por efeito do CCC com relação ao controle.

Lymnaea columella: two new Brazilian localities in the states of Amazonas and Bahia

The occurrence of Lymnaea columella is recorded in Tefé, Amazonas state, where it was found together with Drepanotrema anatinum, Physa marmorata and pomacea sp. L. columella was also collected in Salvador, Bahia state, at the dique do Tororó, an urban lake formely mentioned (as "lac Baril") by Moricand (1853) as a breeding-place of Biomphalaria glabrata, Drepanotrema cimex, D. depressissimum, Pomacea lineata, P. decussata and Ancylus moricandi. The four first-mentioned species, as well as physa cubensis and Hemisinus brasiliensis, were also collected now. This is the first record of a lymnaeid in the Northeastern region of Brazil.

IB1/JIP-1 controls JNK activation and increased during prostatic LNCaP cells neuroendocrine differentiation.

The scaffold protein Islet-Brain1/c-Jun amino-terminal kinase Interacting Protein-1 (IB1/JIP-1) is a modulator of the c-Jun N-terminal kinase (JNK) activity, which has been implicated in pleiotrophic cellular functions including cell differentiation, division, and death. In this study, we described the presence of IB1/JIP-1 in epithelium of the rat prostate as well as in the human prostatic LNCaP cells. We investigated the functional role of IB1/JIP-1 in LNCaP cells exposed to the proapoptotic agent N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) which induced a reduction of IB1/JIP-1 content and a concomittant increase in JNK activity. Conversely, IB1/JIP-1 overexpression using a viral gene transfer prevented the JNK activation and the 4-HPR-induced apoptosis was blunted. In prostatic adenocarcinoma cells, the neuroendocrine (NE) phenotype acquisition is associated with tumor progression and androgen independence. During NE transdifferentiation of LNCaP cells, IB1/JIP-1 levels were increased. This regulated expression of IB1/JIP-1 is secondary to a loss of the neuronal transcriptional repressor neuron restrictive silencing factor (NRSF/REST) function which is known to repress IB1/JIP-1. Together, these results indicated that IB1/JIP-1 participates to the neuronal phenotype of the human LNCaP cells and is a regulator of JNK signaling pathway.

Pathfinding of corticothalamic axons relies on a rendezvous with thalamic projections.

Major outputs of the neocortex are conveyed by corticothalamic axons (CTAs), which form reciprocal connections with thalamocortical axons, and corticosubcerebral axons (CSAs) headed to more caudal parts of the nervous system. Previous findings establish that transcriptional programs define cortical neuron identity and suggest that CTAs and thalamic axons may guide each other, but the mechanisms governing CTA versus CSA pathfinding remain elusive. Here, we show that thalamocortical axons are required to guide pioneer CTAs away from a default CSA-like trajectory. This process relies on a hold in the progression of cortical axons, or waiting period, during which thalamic projections navigate toward cortical axons. At the molecular level, Sema3E/PlexinD1 signaling in pioneer cortical neurons mediates a "waiting signal" required to orchestrate the mandatory meeting with reciprocal thalamic axons. Our study reveals that temporal control of axonal progression contributes to spatial pathfinding of cortical projections and opens perspectives on brain wiring.

A glycine-arginine domain in control of the human MRE11 DNA repair protein.

Human MRE11 is a key enzyme in DNA double-strand break repair and genome stability. Human MRE11 bears a glycine-arginine-rich (GAR) motif that is conserved among multicellular eukaryotic species. We investigated how this motif influences MRE11 function. Human MRE11 alone or a complex of MRE11, RAD50, and NBS1 (MRN) was methylated in insect cells, suggesting that this modification is conserved during evolution. We demonstrate that PRMT1 interacts with MRE11 but not with the MRN complex, suggesting that MRE11 arginine methylation occurs prior to the binding of NBS1 and RAD50. Moreover, the first six methylated arginines are essential for the regulation of MRE11 DNA binding and nuclease activity. The inhibition of arginine methylation leads to a reduction in MRE11 and RAD51 focus formation on a unique double-strand break in vivo. Furthermore, the MRE11-methylated GAR domain is sufficient for its targeting to DNA damage foci and colocalization with gamma-H2AX. These studies highlight an important role for the GAR domain in regulating MRE11 function at the biochemical and cellular levels during DNA double-strand break repair.