The Silencing of N-myc Downstream-Regulated Gene-1 in an Orthotopic Pancreatic Cancer Model Leads to More Aggressive Tumor Growth and Metastases

BACKGROUND: The understanding of molecular mechanisms leading to poor prognosis in pancreatic cancer may help develop treatment options. N-myc downstream-regulated gene-1 (NDRG1) has been correlated to better prognosis in pancreatic cancer. Therefore, we thought to analyze how the loss of NDRG1 affects progression in an orthotopic xenograft animal model of recurrence. METHODS: Capan-1 cells were silenced for NDRG1 (C(sil)) or transfected with scrambled shRNA (C(scr)) and compared for anchorage-dependent and anchorage-independent growth, invasion and tube formation in vitro. In an orthotopic xenograft model of recurrence tumors were grown in the pancreatic tail. The effect of NDRG1 silencing was evaluated on tumor size and metastasis. RESULTS: The silencing of NDRG1 in Capan-1 cells leads to more aggressive tumor growth and metastasis. We found faster cell growth, double count of invaded cells and 1.8-fold increase in tube formation in vitro. In vivo local tumors were 5.9-fold larger (p = 0.006) and the number of metastases was higher in animals with tumors silenced for NDRG1 primarily (3 vs. 1.1; p = 0.005) and at recurrence (3.3 vs. 0.9; p = 0.015). CONCLUSION: NDRG1 may be an interesting therapeutic target as its silencing in human pancreatic cancer cells leads to a phenotype with more aggressive tumor growth and metastasis.

Cell mixing induced by myc is required for competitive tissue invasion and destruction

Cell-cell intercalation is used in several developmental processes to shape the normal body plan. There is no clear evidence that intercalation is involved in pathologies. Here we use the proto-oncogene myc to study a process analogous to early phase of tumour expansion: myc-induced cell competition. Cell competition is a conserved mechanism driving the elimination of slow-proliferating cells (so-called 'losers') by faster-proliferating neighbours (so-called 'winners') through apoptosis and is important in preventing developmental malformations and maintain tissue fitness. Here we show, using long-term live imaging of myc-driven competition in the Drosophila pupal notum and in the wing imaginal disc, that the probability of elimination of loser cells correlates with the surface of contact shared with winners. As such, modifying loser-winner interface morphology can modulate the strength of competition. We further show that elimination of loser clones requires winner-loser cell mixing through cell-cell intercalation. Cell mixing is driven by differential growth and the high tension at winner-winner interfaces relative to winner-loser and loser-loser interfaces, which leads to a preferential stabilization of winner-loser contacts and reduction of clone compactness over time. Differences in tension are generated by a relative difference in F-actin levels between loser and winner junctions, induced by differential levels of the membrane lipid phosphatidylinositol (3,4,5)-trisphosphate. Our results establish the first link between cell-cell intercalation induced by a proto-oncogene and how it promotes invasiveness and destruction of healthy tissues.

An Intergenic Regulatory Region Mediates Drosophila Myc -Induced Apoptosis and Blocks Tissue Hyperplasia

Induction of cell-autonomous apoptosis following oncogene-induced overproliferation is a major tumor-suppressive mechanism in vertebrates. However, the detailed mechanism mediating this process remains enigmatic. In this study, we demonstrate that dMyc-induced cell-autonomous apoptosis in the fruit fly Drosophila melanogaster relies on an intergenic sequence termed the IRER (irradiation-responsive enhancer region). The IRER mediates the expression of surrounding proapoptotic genes, and we use an in vivo reporter of the IRER chromatin state to gather evidence that epigenetic control of DNA accessibility within the IRER is an important determinant of the strength of this response to excess dMyc. In a previous work, we showed that the IRER also mediates P53-dependent induction of proapoptotic genes following DNA damage, and the chromatin conformation within IRER is regulated by polycomb group-mediated histone modifications. dMyc-induced apoptosis and the P53-mediated DNA damage response thus overlap in a requirement for the IRER. The epigenetic mechanisms controlling IRER accessibility appear to set thresholds for the P53- and dMyc-induced expression of apoptotic genes in vivo and may have a profound impact on cellular sensitivity to oncogene-induced stress.

Oncogenic activation of c-Abl tyrosine kinase in non-small cell lung cancer: FUS1 tumor suppressor down-regulates c-Abl tyrosine kinase

The FUS1 tumor suppressor gene (TSG) has been found to be deficient in many human non-small cell lung cancer (NSCLC) tissue samples and cell lines (1,2,3). Studies have shown potent anti-tumor activity of FUS1 in animal models where FUS1 was delivered through a liposomal vector (4) and the use of FUS1 as a therapeutic agent is currently being studied in clinical human trials (5). Currently, the mechanisms of FUS1 activity are being investigated and my studies have shown that c-Abl tyrosine kinase is inhibited by the FUS1 TSG.^ Considering that many NSCLC cell lines are FUS1 deficient, my studies further identified that FUS1 deficient NSCLC cells have an activated c-Abl tyrosine kinase. C-Abl is a known proto-oncogene and while c-Abl kinase is tightly regulated in normal cells, constitutively active Abl kinase is known to contribute to the oncogenic phenotype in some types of hematopoietic cancers. My studies show that the active c-Abl kinase contributes to the oncogenicity of NSCLC cells, particularly in tumors that are deficient in FUS1, and that c-Abl may prove to be a viable target in NSCLC therapy.^ Current studies have shown that growth factor receptors play a role in NSCLC. Over-expression of the epidermal growth factor receptor (EGFR) plays a significant role in aggressiveness of NSCLC. Current late stage treatments include EFGR tyrosine kinase inhibitors or EGFR antibodies. Platelet-derived growth factor receptor (PDGFR) also has been shown to play a role in NSCLC. Of note, both growth factor receptors are known upstream activators of c-Abl kinase. My studies indicate that growth factor receptor simulation along deficiency in FUS1 expression contributes to the activation of c-Abl kinase in NSCLC cells. ^

Proto-kerogens in Holocene sediments of ODP Hole 165-1002C

Proto-kerogens were isolated, by extraction and HF/HC1 treatment, from core samples of Holocene sediments of the Cariaco Trench, with interpolated ages of 900, 2850 and 6000 years, and examined via a combination of microscopic, spectroscopic and pyrolytic methods. It appears that these proto-kerogens were chiefly formed from phytoplanktonic components via the degradation-recondensation pathway. The natural sulfurisation pathway only afforded a minor contribution, in spite of the conditions prevailing in the water column and sediments that correspond to those generally considered as especially favourable for the formation of sulfurised organic matter. Proto-kerogen formation via sulfurisation, i.e. the endpoint of the continuum leading to insoluble high molecular weight structures cross-linked by sulfur and resistant to acid hydrolysis, is therefore a rather slow process under these conditions. However, the contribution of sulfurised moieties to the total proto-kerogen substantially increased with depth due to continuous sulfurisation in the time/depth interval, whereas formation through degradation-recondensation is almost complete for the 900 years old sample onwards. Proto-kerogen formation via carbohydrate sulfurisation is faster than lipid sulfurisation and only sulfurised carbohydrates were detected in the shallowest sample. In contrast, sulfurised lipids occur in the other two proto-kerogens. Moreover, their contribution relative to sulfurised carbohydrates increases with depth, probably due to the higher resistance of lipids to mineralisation compared to carbohydrates.

Análisis de sistemas de secreción de proteínas de BRADYRHIZOBIA aislados de LUPINUS spp. de la península ibérica

Análisis de sistemas de secreción de proteínas tipo III y VI

Potenciación de la respuesta productiva en rumiantes mediante el empleo de proteínas protegidas

El principal objetivo de esta tesis fue incrementar la eficiencia proteica en las dietas de rumiantes mediante el uso de proteínas protegidas (harina de girasol y guisante de primavera), así como mejorar la predicción de los aportes de proteína microbiana. Una partida de harinas comerciales de girasol (HG) y de guisante de primavera (GP) fueron tratadas con soluciones 4 N de ácido málico (268,2 g/L) o ácido ortofosfórico (130,6 g/L). Para cada harina, ácido y día de tratamiento, dos fracciones de 12,5 kg fueron pulverizadas sucesivamente en una hormigonera con la solución de ácido correspondiente mediante un pulverizador de campo. Las dos fracciones fueron mezcladas posteriormente y se dejaron reposar durante 1 h a temperatura ambiente. La mezcla fue luego secada en una estufa de aire forzado a 120 ºC durante 1 h. La estufa fue apagada inmediatamente después y el material tratado se mantuvo dentro de ésta hasta la mañana siguiente. El material fue removido durante el proceso de secado cada 30 min durante las primeras 2 h y cada 60 min durante las 5 h posteriores. Este proceso se repitió hasta conseguir las cantidades de harinas tratadas necesarias en los distintos ensayos. En el primer experimento (capitulo 3) se llevaron a cabo estudios de digestión ruminal e intestinal para evaluar los efectos de la aplicación de las soluciones ácidas indicadas y calor a fin de proteger las proteínas de HG y GP contra la degradación ruminal. Estos estudios se realizaron con tres corderos canulados en el rumen y en el duodeno. El estudio de digestión ruminal fue realizado en tres periodos experimentales en los que los corderos fueron alimentados sucesivamente con tres dietas isoproteicas que incluían HG y GP, sin tratar o tratadas con ácidos málico u ortofosfórico. Cada periodo experimental de 21 días incluyó sucesivamente: 10 días de adaptación a las dietas, un estudio del tránsito ruminal de las partículas de HG y GP (días 11 a 14), y la incubación de las muestras de ambos alimentos en bolsas de nailon (días 15–21). Las harinas incubadas en cada periodo experimental correspondieron a las que fueron incluidas en las dietas. Las bacterias ruminales fueron marcadas desde el día 11 hasta el día 21 del periodo experimental mediante infusión intra-ruminal continua con una fuente de 15N. Tras finalizar las incubaciones in situ el día 21 el rumen fue vaciado en cada periodo para aislar las bacterias asociadas a la fase sólida y liquida del rumen. El estudio de digestión intestinal fue realizado veinte días después del final del estudio ruminal a fin de eliminar el enriquecimiento en 15N de la digesta. En este estudio se incubaron muestras compuestas obtenidas mediante la combinación de los diferentes residuos no degradados en el rumen de forma que fuesen representativas de la composición química de la fracción no degradada en el rumen (RU). En esta fase los corderos fueron alimentados con la dieta sin tratar para determinar la digestibilidad de las harinas tanto tratadas como sin tratar mediante la técnica de las bolsas móviles. Además, las proteínas contenidas en las harinas tratadas y sin tratar, así como en las muestras correspondientes a los residuos a 0 h, las muestras compuestas anteriormente indicadas y las muestras no digeridas intestinalmente fueron extraídas y sometidas a electroforesis para determinar el sitio de digestión de las diferentes fracciones proteicas. Las estimaciones de la RU y la digestibilidad intestinal de la materia seca, la materia orgánica (solamente para RU), la proteína bruta (PB) y el almidón (solamente en GP) fueron obtenidos considerando la contaminación microbiana y las tasas de conminución y salida de partículas. Las estimaciones de RU y de la digestibilidad intestinal disminuyeron en todas las fracciones evaluadas de ambos alimentos al corregir por la contaminación microbiana acaecida en el rumen. Todas las estimaciones de RU aumentaron con los tratamientos de protección, incrementándose también la digestibilidad intestinal de la materia seca en la HG. Los bajos valores de la digestibilidad de la proteína de GP tratado y sin tratar sugieren la presencia de algún factor antitripsico no termolábil es esta harina. Los tratamientos de protección incrementaron consistentemente la fracción de materia seca y PB digerida intestinalmente en los dos alimentos, mientras que la fracción de almidón en la muestra de GP solamente aumentó numéricamente (60,5% de media). Sin embargo, los tratamientos también redujeron la fermentación de la materia orgánica, lo cual podría disminuir la síntesis de proteína microbiana. Los estudios de electroforesis muestran la práctica desaparición de la albumina por la degradación ruminal en ambos alimentos, así como que los cambios en otras proteínas de la muestra RU fueron más pronunciados en GP que en HG. La composición de las bacterias asociadas con las fases de digesta ruminal sólida (BAS) y líquida (BAL) fue estudiada para revisar la precisión de un sistema de predicción previo que determinaba la infravaloración del aporte de nutrientes correspondiente a las BAS cuando de usa 15N como marcador y las BAL como referencia microbiana (capitulo 4). Al comparar con BAS, BAL mostraron menores contenidos en materia orgánica, polisacáridos de glucosa y lípidos totales y un mayor contenido en PB, así como un mayor enriquecimiento en 15N. Los datos obtenidos en el estudio actual se ajustan bien a la ecuación previa que predice el enriquecimiento en 15N de las BAS a partir del mismo valor en BAL. Esta nueva ecuación permite establecer que se produce una infravaloración de un 22% en el aporte de PB al animal a partir de las BAS sintetizadas si las BAL son usadas como muestras de referencia. Una segunda relación calculada utilizando los valores medios por dieta expuestos en numerosos trabajos encontrados en la literatura confirma la magnitud de este error. Esta infravaloración asociada al uso de BAL como referencia fue mayor para el aporte de glucosa (43,1%) y todavía mayor para el aporte de lípidos (59,9%), como consecuencia de los menores contenidos de ambas fracciones en BAL frente a SAB. Estos errores deberían ser considerados para obtener mayor precisión en la estimación del aporte de nutrientes microbianos y mejorar la nutrición de los rumiantes. En el experimento 2 se realizó un estudio de producción (capitulo 5) para evaluar los efectos del tratamiento de las harinas HG y GP con soluciones de ácido málico o ácido ortofosfórico sobre el crecimiento, el consumo de concentrado y el rendimiento y engrasamiento de las canales de corderos de engorde. Noventa corderos machos de cruce entrefino procedentes de tres granjas comerciales (peso inicial medio = 14,6, 15,3 y 13,3 kg, respectivamente) fueron asignados aleatoriamente a cinco dietas con diferentes niveles de proteína y diferentes tratamientos con ácidos y engordados hasta un peso medio al sacrificio de 25 kg. Las fuentes de proteína en el pienso control (C; PB=18,0%) fueron harina de soja, HG y GP sin tratar. En tres de los piensos experimentales, las harinas tratadas con ácido ortofosfórico sustituyeron a las de HG y GP sin tratar (Control Ortofosfórico, PC; PB=18,0% sobre materia seca), sustituyéndose, además, la harina de soja parcialmente (Sustitución Media Ortofosfórico, MSP; PB=16,7%) o totalmente (Sustitución Total Ortofosfórico, TSP; PB=15,6%). Finalmente, en uno de los piensos el ácido ortofosfórico fue reemplazo por acido málico para proteger ambas harinas (Sustitución Media Málico, MSM; PB= 16,7%). La paja de trigo (fuente de forraje) y el concentrado fueron ofrecidos ad libitum. Dieciocho corderos fueron distribuidos en seis cubículos con tres animales para cada dieta. Los datos fueron analizados según un análisis factorial considerando el peso inicial como covariable y la granja de procedencia como bloque. Los datos de consumo de concentrado y eficiencia de conversión fueron analizados usando el cubículo como unidad experimental, mientras que los datos sobre ganancia media diaria, rendimiento a la canal, grasa dorsal y grasa pélvico renal fueron analizados usando el cordero como unidad experimental. No se encontró ningún efecto asociado con el nivel de PB sobre ninguna variable estudiada. Esto sugiere que usando proteínas protegidas es posible utilizar concentrados con 15,6% de PB (sobre materia seca) disminuyendo así la cantidad de concentrados de proteína vegetal a incluir en los piensos y la calidad de los concentrados proteicos. Los corderos alimentados con la dieta MSM tuvieron mayores ganancias medias diarias (15,2%; P= 0,042), y mejores rendimiento a la canal en caliente (1,3 unidades porcentuales; P= 0,037) que los corderos alimentados con el concentrado MSP. Esto podría ser explicado por los efectos benéficos ruminales del malato o por el mayor efecto de protección conseguido con el ácido málico. ABSTRACT The main objective of this thesis project was to increase the protein efficiency in ruminant diets by using protected protein (sunflower meal and spring pea), and improving the prediction of microbial protein supply. Commercial sunflower meal (SFM) and spring pea (SP) were treated with 4 N solutions (200 mL/kg) of malic acid (268.2 g/L) or orthophosphoric acid (130.6 g/L). Daily, two fractions of 12.5 kg of one of these meals were successively sprayed with the tested acid solution in a concrete mixer using a sprayer. Both fractions were then mixed and allowed to rest for 1 h at room temperature. The blend was then dried in a forced air oven at 120 ºC for 1 h. Then the oven was turned off and the treated material was left in the oven overnight. During the drying process, the material was stirred every 30 min during the first 2 h and then every 60 min for the subsequent 5 h. This process was repeated until the amounts of treated flour needed for the different trials performed. In the first experiment (chapter 3), ruminal and intestinal digestion trials were conducted to study the effects of the application of these acid solutions and heat to protect proteins of SFM and SP against ruminal degradation using three wethers fitted with rumen and duodenum cannulae. The ruminal digestion study was carried out in three experimental periods in which the wethers were successively fed three isoproteic diets including SFM and SP, untreated or treated with malic or orthophosphoric acids. The experimental periods of 21 days included successively: 10 days of diet adaptation, SFM and SP particle ruminal transit study (days 11–14) and ruminal nylon-bag incubations (days 15–21). The meals incubated in each experimental period were those corresponding to the associated diet. Rumen bacteria were labelled from days 11 to 21 by continuous intra-ruminal infusion of a 15N source and the rumen was emptied at the end of in situ incubations in each period to isolate solid adherent bacteria and liquid associate bacteria. The intestinal digestion trial was conducted twenty days after the end of the ruminal studies to eliminate the 15N enrichment in the digesta. The tested samples were composite samples obtained pooling the different ruminally undegraded residues to be representative of the chemical composition of the ruminally undegraded fraction (RU). Wethers were fed the untreated diet to determine the intestinal digestibility of untreated and treated meals using the mobile nylon bag technique. In addition, protein in untreated and treated meals and their 0 h, composite and intestinally undigested samples were extracted and subjected to electrophoresis to determine the digestion site of the different protein fractions. Estimates of the RU and its intestinal digestibility of dry matter, organic matter (only for RU), crude protein (CP) and starch (only in SP) were obtained considering ruminal microbial contamination and particle comminution and outflow rates. When corrected for the microbial contamination taking place in the rumen, estimates of RU and intestinal digestibility decreased in all tested fractions for both feeds. All RU estimates increased with the protective treatments, whereas intestinal digestibility-dry matter also increased in SFM. Low intestinal digestibility-CP values in untreated and treated samples suggested the presence of non-heat labile antitrypsin factors in SP. Protective treatments of both feeds led to consistent increases in the intestinal digested fraction of dry matter and CP, being only numerically different for SP-starch (60.5% as average). However, treatments also reduced the organic matter fermentation, which may decrease ruminal microbial protein synthesis. Electrophoretic studies showed albumin disappearance in both SFM and SP, whereas changes in other RU proteins were more pronounced in SP than SFM. The chemical composition of bacteria associated with solid (SAB) and liquid (LAB) rumen-digesta phases was studied to examine the accuracy of a previous regression system determining the underevaluation of SAB-nutrient supply using 15N as marker and LAB as microbial reference (chapter 4). Compared with SAB, LAB showed lower contents of organic matter, polysaccharide-glucose and total lipids and the opposite for the CP content and the 15N enrichment. Present data fitted well to the previous relationship predicting the 15N enrichment of SAB from the same value in LAB. This new equation allows establishing an underevaluation in the supply of CP from the synthesized SAB in 22.0% if LAB is used as reference. Another relationship calculated using mean diet values from the literature confirmed the magnitude of this error. This underevaluation was higher for the supply of glucose (43.1%) and still higher for the lipid supply (59.9%) as a consequence of the lower contents of these both fractions in LAB than in SAB. These errors should be considered to obtain more accurate estimates of the microbial nutrient supply and to improve ruminant nutrition. A production study was performed in experiment 2 (chapter 5) to examine the effects of treating SFM and SP meals with orthophosphoric or malic acid solutions on growth performance, concentrate intake, and carcass yield and fatness of growing-fattening lambs. Ninety "Entrefino" cross male lambs from three commercial farms (average initial body weights (BW) = 14.6, 15.3 and 13.3 kg) were randomly assigned to five diets with different acid treatment and protein levels, and fattened to an average slaughter weight of 25 kg. Protein sources in the control concentrate (C; CP=18%) were soybean meal and untreated SFM and SP. In three of the experimental concentrates, orthophosphoric acid-treated meals substituted untreated SFM and SP (Orthophosphoric Control, PC; CP=18% dry matter basis), and soybean meal was partially (Medium Substitution Orthophosphoric, MSP; CP=16.7%) or totally removed (Total Substitution Orthophosphoric, TSP; CP=15.6%). In addition, in one concentrate orthophosphoric acid was replaced by malic acid to protect these meals (Medium Substitution Malic, MSM; CP= 16.7%). Wheat straw (roughage source) and concentrate were offered ad libitum. Eighteen lambs were allocated to six pens of three animals on each diet. Data were analyzed using a factorial analysis with initial body weight BW as covariate and farm of origin as block. Data on concentrate intake and feed conversion efficiency were analyzed using pen as experimental unit, while data on average daily gain, carcass yield, dorsal fat, and kidney-pelvic-fat were analyzed with lamb as experimental unit. No effect associated with the CP level was observed on any parameter. This suggests that with protected proteins it is possible to feed concentrates with 15.6% CP (dry matter basis) reducing the quantity of vegetable protein meals to include in the concentrate as well as the quality of the protein concentrates. Lambs feed MSM had higher average daily gains (15.2%; P= 0.042), and better hot carcass yields (1.3 percentage points; P= 0.037) than lambs feed MSP. This probably can be explained by ruminal malate actions and by greater protection effects obtained with malic acid.

Proviral insertions induce the expression of bone-specific isoforms of PEBP2αA (CBFA1): Evidence for a new myc collaborating oncogene

The til-1 locus was identified as a common retroviral integration site in virus-accelerated lymphomas of CD2-myc transgenic mice. We now show that viral insertions at til-1 lead to transcriptional activation of PEBP2αA (CBFA1), a transcription factor related to the Drosophila segmentation gene product, Runt. Insertions are upstream and in the opposite orientation to the gene and appear to activate a variant promoter that is normally silent in T cells. Activity of this promoter was detected in rodent osteogenic sarcoma cells and primary osteoblasts, implicating bone as the normal site of promoter activity. The isoforms encoded by the activated gene all encompass the conserved runt DNA-binding domain and share a novel N terminus different from the previously reported PEBP2αA products. Minor products include isoforms with internal deletions due to exon skipping and a novel C-terminal domain unrelated to known runt domain factors. The major isoform expressed from the activated til-1 locus (G1) was found to account for virtually all of the core binding factor activity in nuclear extracts from its corresponding lymphoma cell line. Another member of this gene family, AML1(CBFA2), is well known for its involvement in human hemopoietic tumors. These results provide evidence of a direct oncogenic role for PEBP2αA and indicate that the Myc and Runt family genes can cooperate in oncogenesis.

Overexpression of MYC causes p53-dependent G2 arrest of normal fibroblasts

Overexpression of the proto-oncogene MYC has been implicated in the genesis of diverse human cancers. One explanation for the role of MYC in tumorigenesis has been that this gene might drive cells inappropriately through the division cycle, leading to the relentless proliferation characteristic of the neoplastic phenotype. Herein, we report that the overexpression of MYC alone cannot sustain the division cycle of normal cells but instead leads to their arrest in G2. We used an inducible form of the MYC protein to stimulate normal human and rodent fibroblasts. The stimulated cells passed through G1 and S but arrested in G2 and frequently became aneuploid, presumably as a result of inappropriate reinitiation of DNA synthesis. Absence of the tumor suppressor gene p53 or its downstream effector p21 reduced the frequency of both G2 arrest and aneuploidy, apparently by compromising the G2 checkpoint control. Thus, relaxation of the G2 checkpoint may be an essential early event in tumorigenesis by MYC. The loss of p53 function seems to be one mechanism by which this relaxation commonly occurs. These findings dramatize how multiple genetic events can collaborate to produce neoplastic cells.

Host range restrictions of oncogenes: myc genes transform avian but not mammalian cells and mht/raf genes transform mammalian but not avian cells.

The host range of retroviral oncogenes is naturally limited by the host range of the retroviral vector. The question of whether the transforming host range of retroviral oncogenes is also restricted by the host species has not been directly addressed. Here we have tested in avian and murine host species the transforming host range of two retroviral onc genes, myc of avian carcinoma viruses MH2 and MC29 and mht/raf of avian carcinoma virus MH2 and murine sarcoma virus MSV 3611. Virus vector-mediated host restriction was bypassed by recombining viral oncogenes with retroviral vectors that can readily infect the host to be tested. It was found that, despite high expression, transforming function of retroviral myc genes is restricted to avian cells, and that of retroviral mht/raf genes is restricted to murine cells. Since retroviral oncogenes encode the same proteins as certain cellular genes, termed protooncogenes, our data must also be relevant to the oncogene hypothesis of cancer. According to this hypothesis, cancer is caused by mutation of protooncogenes. Because protooncogenes are conserved in evolution and are presumed to have conserved functions, the oncogene hypothesis assumes no host range restriction of transforming function. For example, mutated human proto-myc is postulated to cause Burkitt lymphoma, because avian retroviruses with myc genes cause cancer in birds. But there is no evidence that known mutated protooncogenes can transform human cells. The findings reported here indicate that host range restriction appears to be one of the reasons (in addition to insufficient transcriptional activation) why known, mutated protooncogenes lack transforming function in human cells.

Mapeamento global de interações proteicas nas vias de sinalização mediadas por c-di-GMP de Pseudomonas aeruginosa

A persistência bacteriana correlacionada à formação de biofilmes bacterianos é, há algum tempo, fonte de grande preocupação médica em virtude de sua ampla associação com a dificuldade de tratamento de infecções crônicas. Por outro lado, as perspectivas de utilização de biofilmes bacterianos em novas aplicações biotecnológicas e até mesmo para fins terapêuticos são promissoras. Há, portanto, grande interesse em compreender os mecanismos que levam as células bacterianas a deixar o estado planctônico, de vida livre, e associarem-se nesses conglomerados celulares altamente complexos. Ao longo das últimas décadas, o segundo mensageiro c-di-GMP – em conjunto com as moléculas que catalisam sua síntese (diguanilato ciclases) e sua degradação (fosfodiesterases) e seus receptores – estabeleceu-se como um elemento central de regulação de uma série de respostas celulares que determinam a formação ou a dispersão de biofilmes. Curiosamente, as proteínas que participam do metabolismo deste segundo mensageiro estão, frequentemente, codificadas múltiplas vezes em um mesmo genoma bacteriano. Em vista dessa observação, estudos mais recentes apontam que, para reger paralelamente uma variedade tão ampla de fenótipos, este sistema opera em modo de alta especificidade de sinalização e que, portanto, o sinal metabolizado por determinados conjuntos de diguanilato ciclases e fosfodiesterases tem alvos celulares específicos. Evidências robustas, porém isoladas até o momento, apontaram que um dos meios pelo qual ocorre a segregação entre sinal produzido e alvo específico é a interação direta entre as proteínas componentes das vias de sinalização. Mais, demonstrou-se que, em algumas vias, a transmissão de sinal ocorre exclusivamente via interação proteica, dispensando a intermediação do sinalizador em si. Para avaliar a validade e relevância global deste mecanismo, propôs-se, neste estudo, a investigação da rede total de interações entre as proteínas tipicamente associadas às vias de sinalização por c-di-GMP em Pseudomonas aeruginosa, utilizando ensaios de duplo-hibrido bacteriano. Para tanto, foram construídas duas bibliotecas de DNA direcionadas e foram feitos testes de interação de forma estratégica para possibilitar o esgotamento e averiguação de todas as possíveis interações entre as proteínas alvo identificadas. O resultado obtido, um mapa inicial, porém abrangente, da rede de interações proteicas em P. aeruginosa, indica uma grande probabilidade de que os mecanismos previamente descritos sejam realmente recorrentes e relevantes para o intermédio da sinalização nesse organismo. Algumas das interações mais robustas encontradas são bastante interessantes e serão, em estudos futuros, mais extensivamente estudadas.

Atividade da própolis verde contra o fitopatógeno Pythium aphanidermatum e análise da interação do composto majoritário Artepillin C com sistemas biomiméticos de membranas

O aumento da resistência microbiana devido a fatores como uso excessivo e ineficiente de antibióticos convencionais acarreta a necessidade da busca por novos compostos bioativos que atuem por mecanismos de ação diferentes aos fármacos já conhecidos. Na agricultura, o uso intensivo de pesticidas para o combate de microrganismos que comprometem principalmente a parte alimentícia também traz diversos problemas relacionados à resistência antimicrobiana e a riscos ambientais, oriundos do acúmulo dessas substâncias no solo. Dentro deste aspecto, o pseudofungo Pythium aphanidermatum, da classe dos oomicetos, destaca-se por ser uma espécie agressiva e altamente resistente a fungicidas comuns, apodrecendo raízes e frutos de cultivos de tomate, beterraba, pepino, pimentão, etc. A própolis verde, constituída em sua grande parte por material resinoso coletado e processado pela abelha da espécie Apis mellifera tem sido utilizada na medicina tradicional devido ao seu amplo espectro de ações preventivas e tratamentos de doenças, possuindo propriedades anti-inflamatórias, antimicrobianas, anticancerígenas e antioxidantes, tornando-se um produto de grande interesse na busca de novos compostos bioativos. Dentro destes aspectos apresentados, neste trabalho investigamos a ação da própolis verde contra o fitopatógeno P. aphanidermatum e identificamos através da técnica de cromatografia e bioensaios que a Artepillin C (3,5-diprenil-4-ácido-hidroxicinâmico), majoritária na própolis verde, foi o principal composto nesta ação. Os efeitos terapêuticos desta molécula tem sido foco de muitos estudos, porém ainda não há evidência em sua interação com agregados anfifílicos que mimetizam membranas celulares. O caráter anfifílico do composto, elevado pela presença dos grupos prenilados ligados ao ácido cinâmico, favoreceram a sua inserção nas membranas modelo, principalmente em seu estado agregado. Estas conclusões puderam ser inferidas devido às alterações nas propriedades das bicamadas lipídicas na presença da Artepillin C, podendo causar, especificamente para o caso de fitopatógenos como o P. aphanidermatum, perdas funcionais das proteínas de membranas, liberação de eletrólitos intracelulares e desintegração citoplasmática dos micélios e esporos. Ainda, as diferentes composições lipídicas nas vesículas influenciam no modo de interação do composto e consequentes alterações em suas estruturas, principalmente na presença do colesterol, que auxilia na manutenção da permeabilidade da bicamada lipídica, que pode contribuir para a integridade do conteúdo citoplasmático da célula.

Estudos de proteômica, estruturais e funcionais de proteínas envolvidas na degradação da biomassa lignocelulósica: expansinas microbianas e hidrolases de glicosídeos termofílicas

O Brasil possui uma posição privilegiada quando se refere à produção de etanol. Por questões históricas e geográficas o país é responsável por mais de 30 % da produção mundial de etanol, com uma produção nacional de mais de 28 bilhões de litros em 2014. Para maximizar o rendimento desse processo, está em desenvolvimento a tecnologia associada ao etanol de segunda geração ou etanol lignocelulósico. Os principais desafios desta tecnologia são: melhorar a eficiência de conversão do substrato em produto e a produção em grande escala utilizando substratos de baixo custo. Com o objetivo de melhorar a eficiência do processo de conversão foram estudadas proteínas auxiliares (expansinas) que, em conjunto com celulases, melhoram a despolimerização de biomassa lignocelulósica em açúcares fermentescíveis. Além disso, realizou-se também a caracterização de enzimas ativas de carboidratos (CAZymes) de origem termofílica do organismo Thermogemmatispora sp. T81, devido a capacidade que estas proteínas apresentam de manter a atividade e conformação estrutural em altas temperaturas por um prolongado período de tempo. A partir de análises utilizando bioinformática, os genes que codificam para expansinas de Xanthomonas campestris, Bacillus licheniformis e Trichoderma reesei foram clonados e expressos em E. coli, e seus produtos gênicos (as expansinas) tiveram seus índices de sinergismo (devido atuação conjunta com coquetéis comerciais) e atividade catalítica determinados. Adicionalmente, dispondo de alinhamentos estruturais, foi proposto um mecanismo hidrolítico para elas. Em relação à bactéria Thermogemmatispora sp. T81, foram realizadas análises genômicas e proteômicas, a fim de selecionar enzimas superexpressas em meio celulósico. Seus genes foram clonados heterologamente em E. coli e o produto de expressão caracterizado bioquimicamente (cromatografia, ensaios de atividade e perfil de hidrólise) e estruturalmente (SAXS e dicroísmo circular). Os índices de sinergismo determinados foram de 2,47; 1,96 e 2,44 para as expansinas de Xanthomonas campestris, Bacillus licheniformis e Trichoderma reesei, respectivamente. A partir dos alinhamentos estruturais foi proposto a díade Asp/Glu como sitio catalítico em expansinas. As análises de proteômica possibilitaram a seleção de quatro alvos de clonagem, por apresentarem alto índice de expressão quando a bactéria foi cultivada em meio celulósico. Estas proteínas foram caracterizadas quanto a atividade e apresentaram um perfil comum: temperatura ótima de ação (de 70 a 75 °C), pH ótimo de 5, e hidrolisam preferencialmente substratos hemicelulósicos (xilano). A porcentagem de estruturais secundárias das proteínas em estudo foram confirmadas com predições teóricas ao se utilizar a técnica de dicroísmo circular. Desta maneira, os objetivos iniciais propostos neste projeto foram concluídos com a determinação do grau de sinergismo das proteínas expansinas em estudo e a proposição de um mecanismo de hidrólise para as mesmas, considerando que tais proteínas por mais de 20 anos tiveram sua atividade definida exclusivamente como acessória. Além disso, este estudo contribui com a identificação e seleção de genes para CAZymes termofilícas com aplicação biotecnológica devido às propriedades termoestáveis apresentadas.

Análise funcional das proteínas HrcA, GroES/GroEL e DnaK/DnaJ em Caulobacter crescentus

O operon groESL de C. crescentus apresenta dupla regulação. A indução deste operon por choque térmico é dependente do fator sigma de choque térmico σ32. A temperaturas fisiológicas, a expressão de groESL apresenta regulação temporal durante o ciclo celular da bactéria e o controle envolve a proteína repressora HrcA e o elemento CIRCE (controlling inverted repeat of chaperonin expression). Para estudar a atividade da proteína repressora in vitro, produzimos e purificamos de E. coli a HrcA de C. creseentus contendo uma cauda de histidinas e a ligação especifica ao elemento CIRCE foi analisada em ensaios de migração retardada em gel de poliacrilamida (EMRGP). A quantidade de DNA retardada pela ligação a HrcA aumentou significativamente na presença de GroES/GroEL, sugerindo que estas proteínas modulam a atividade de HrcA. Corroboração desta modulação foi obtida analisando fusões de transcrição da região regulatória de groESL com o gene lacZ, em células de C. crescentus produzindo diferentes quantidades de GroES/EL. HrcA contendo as substituições Pro81 AJa e Arg87Ala, aminoácidos que se localizam no domínio putativo de ligação ao DNA da proteína, mostraram ser deficientes na ligação a CIRCE, tanto in vitro como in vivo. Em adição, HrcA Ser56Ala expressa na mesma célula juntamente com a proteína selvagem produziu um fenótipo dominante-negativo, indicando que a HrcA de C. crescentus liga-se a CIRCE como um oligômero, provavelmente um dímero. As tentativas de obtenção de mutantes nulos para os genes groESL ou dnaKJ falharam, indicando que as proteínas GroES/GroEL e DnaK/DnaJ são essenciais em C. crescentus, mesmo a temperaturas normais. Foram então construídas no laboratório as linhagens mutantes condicionais SG300 e SG400 de C. crescentus, onde a expressão de groESL e de dnaKJ, respectivamente, está sob controle de um promotor induzido por xilose (PxyIX). Estas linhagens foram caracterizadas quanto á sua morfologia em condições permissivas ou restritivas, assim como quanto à capacidade de sobrevivência frente a vários tipos de estresse. As células da linhagem SG300, exauridas de GroES/GroEL, são resistentes ao choque térmico a 42°C e são capazes de adquirir alguma termotolerância. Entretanto, estas células são sensíveis aos estresses oxidativo, salino e osmótico. As células da linhagem SG400, exauridas de DnaKlJ, são sensíveis ao choque térmico, à exposição a etanol e ao congelamento, e são incapazes de adquirir termotolerância. Além disso, tanto as células exauridas de GroES/GroEL quanto as exauridas de DnaK/DnaJ apresentam problemas na sua morfologia. As células de SG300 exauridas de GroES/GroEL formam filamentos longos que possuem constrições fundas e irregulares. As células de SG400 exauridas de DnaK/DnaJ são apenas um pouco mais alongadas que as células pré-divisionais selvagens e a maioria das células não possuem septo. Estas observações indicam bloqueio da divisão celular, que deve ocorrer em diferentes estágios em cada linhagem.

Die proto-konstitutionelle Etablierung der europäischen Innenpolitik, Rückblick und Ausblick auf Bedingungen föderaler Ordnung in Europa = The proto-constitutional establishment of European domestic policy. Review and outlook on conditions of federal order in Europe. ZEI Discussion Paper C225, 2014

ZEI Director Prof. Ludger Kühnhardt recalls the leading ideas of federalism as territorial equivalent for political pluralism. Celebrating the 80th anniversary of Bonn historian and political scientist Prof. Dr. Hans-Peter Schwarz, he reflects on the emerging EU domestic policies in ZEI Discussion Paper C 225.