Analysis of the role of the transcription factor C/EBPβ in controlling uterine functions during early pregnancy

Embryo implantation into the endometrium is a complex biological process involving the integration of steroid hormone signaling, endometrial tissue remodeling and maternal- fetal communications. A successful pregnancy is the outcome of the timely integration of these events during the early stages of implantation. The involvement of ovarian steroid hormones, estrogen (E) and progesterone (P), acting through their cognate receptors, is essential for uterine functions during pregnancy. The molecular mechanisms that control the process of implantation are undergoing active exploration. Through our recent efforts, we identified the transcription factor, CCAAT Enhancer Binding Protein Beta (C/EBPb) as a prominent target of estrogen and progesterone signaling in the uterus. The development of a C/EBPb-null mouse model, which is infertile, presented us with an opportunity to analyze the role of this molecule in uterine function. We discovered that C/EBPb functions in two distinct manners: (i) by acting as a mediator of E-induced proliferation of the uterine epithelium and (ii) by controlling uterine stromal cell differentiation, a process known as decidualization, during pregnancy. My studies have delineated important mechanisms by which E regulates C/EBPb expression to induce DNA replication and prevent apoptosis of uterine epithelial cells during E-induced epithelial growth. In subsequent studies, I analyzed the role of C/EBPb in decidualization and uncovered a unique mechanism by which C/EBPb regulates the synthesis of a unique laminin-containing extracellular matrix (ECM) that supports stromal cell differentiation and embryo invasion. In order to better define the role of laminin in implantation, we developed a laminin gamma 1-conditional knockout mouse model. This is currently an area of ongoing investigation. The information gained from our analysis of C/EBPb function in the uterus provides new insights into the mechanisms of steroid hormone action during early pregnancy. Ultimately, our findings may aid in the understanding of dysregulation of hormone-controlled pathways that underlie early pregnancy loss and infertility in women.

Novas estratégias para entender o sistema de influxo de antibióticos e a resistência antimicrobiana a nível molecular

As fluoroquinolonas são antibióticos que têm um largo espectro de ação contra bactérias, especialmente Gram-negativas. O seu mecanismo de ação assenta na inibição de enzimas responsáveis pela replicação do DNA. Porém, devido ao seu uso indevido, o surgimento de resistência bacteriana a estes antibióticos tem-se tornado um grave problema de saúde pública. Uma vez que os seus alvos de ação se situam no meio intracelular, a redução da permeabilidade da membrana externa de bactérias Gram-negativas constitui um dos mecanismos de resistência mais conhecidos. Esta redução é associada à baixa expressão ou mutações em porinas necessárias para permitir o seu transporte, mais concretamente, da OmpF. Estudos prévios demonstraram que a coordenação de fluoroquinolonas com iões metálicos divalentes e 1,10-fenantrolina (genericamente designados metaloantibióticos) são potenciais candidatos como alternativa às fluoroquinolonas convencionais. Estes metaloantibióticos exibem um efeito antimicrobiano comparável ou superior à fluoroquinolona na forma livre, mas parecem ter uma via de translocação diferente, independente de porinas. Estas diferenças no mecanismo de captura podem ser fundamentais para contornar a resistência bacteriana. De forma a compreender o papel dos lípidos no mecanismo de entrada dos metaloantibióticos, estudou-se a interação e localização dos metaloantibióticos da Ciprofloxacina (2ª geração), da Levofloxacina (3ª geração) e Moxifloxacina (4ª geração) com um modelo de membranas de Escherichia coli desprovido de porinas. Estes estudos foram realizados através de técnicas de espectroscopia de fluorescência, por medições em modo estacionário e resolvida no tempo. Os coeficientes de partição determinados demonstraram uma interação mais elevada dos metaloantibióticos relativamente às respetivas fluoroquinolonas na forma livre, um facto que está diretamente relacionado com as espécies existentes em solução a pH fisiológico. Os estudos de localização mostraram que estes metaloantibióticos devem estar inseridos na membrana bacteriana, confirmando a sua entrada independente de porinas. Este mecanismo de entrada, pela via hidrofóbica, é potenciado por interações eletrostáticas entre as espécies catiónicas de metaloantibiótico que existem a pH 7,4 e os grupos carregados negativamente dos fosfolípidos da membrana. Desta forma, os resultados obtidos neste estudo sugerem que a via de entrada dos metaloantibióticos e das respetivas fluoroquinolonas deve ser diferente. Os metaloantibióticos são candidatos adequados para a realização de mais testes laboratoriais e uma alternativa promissora para substituir as fluoroquinolonas convencionais, uma vez que parecem ultrapassar um dos principais mecanismos de resistência bacteriana a esta classe de antibióticos.

Étude du comportement de la chromatine, de la régulation de la transcription et réparation des gènes de l’ARNr avant la réplication de l’ADN et assemblage de la réparation par excision de nucléotides chez Saccharomyces cerevisiae

Résumé : Le nucléole est considéré comme étant une « usine » à produire des ribosomes. Cette production est la fonction la plus énergivore de la cellule. Elle met en jeu les trois ARN polymérases et représente 80% de l’activité de transcription au sein d’une cellule. Les trois quarts de cette activité de transcription correspondent à la synthèse des ARNr par l’ARN polymérase I (ARNPI). Ainsi mieux comprendre les mécanismes cellulaires se déroulant à l’intérieur de ce compartiment permettra le développement de nouveaux traitements contre le cancer. La synthèse d’ARNr par l’ARNPI est régulée à trois niveaux : l’initiation de la transcription, l’élongation et le nombre de gènes de l’ARNr en transcription. La plupart des travaux qui se sont intéressés à ces niveaux de régulation ont été réalisés avec des cellules en phase exponentielle de croissance. Au cours de mes travaux, je me suis attardé sur la régulation de la transcription par l’ARNPI au cours de la phase G1 du cycle cellulaire et au début de la phase S. Ainsi mes résultats ont montré que si la chromatine des gènes de l’ARNr est essentiellement dépourvue de nucléosomes, la régulation de l’ARNPI diffère dans des cellules en G1 et au début de la phase S. J’ai pu de ce fait observer qu’en G1, la transcription de l’ARNPI se concentre sur un nombre réduit de gènes en transcription. Dans des cellules arrêtées au début de la phase S avec de l’hydroxyurée, la transcription de l’ARNPI est perturbée par un défaut de maturation de l’ARNR. Fort de ces résultats sur la nature des gènes ribosomaux en phase G1, je me suis attardé à la réparation de ces gènes lors de cette phase. Alors que dans des cellules en phase exponentielle de croissance irradiées avec des UVC, la chromatine des gènes de l’ARNr se ferme ; je n’ai pas observé la formation de nucléosomes suite à l’irradiation de cellules synchronisée en G1. Mes résultats montrent également que la réparation est plus efficace. Parallèlement, j’ai exploré l’assemblage du complexe de réparation par excision de nucléotides. Toutefois, les résultats obtenus sont peu concluants.

Criblage génétique à la recherche de nouveaux gènes essentiels influençant l’homéostasie des télomères chez Saccharomyces cerevisiae : Un défi de tailles.

Résumé : Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, la régulation de la longueur des télomères témoigne de la compensation entre mécanismes d'érosion (exonucléases, réplication semi-conservative et résection), facteurs d’élongation (la télomérase, transcriptase inverse à l'action retrouvée dans 90% des cancers humains) et actions de diverses protéines de régulation télomérique spécifiques, conférant aux télomères leur caractère de « capuchon » protégeant les extrémités des chromosomes eucaryotes. Afin de savoir si les gènes impossibles à déléter, car essentiels à la survie cellulaire, jouent aussi un rôle sur l’homéostasie télomérique, j'ai réalisé un criblage génétique utilisant des mutants tet-off de la levure pour lesquels la sous-expression considérable d'un gène essentiel a été induite de façon conditionnelle. Ceci permet d’étudier les effets qui en résultent sur l’homéostasie des télomères. Au total, mon travail a traité plus de 662 gènes essentiels pour lesquels j'ai analysé le phénotype de longueur des télomères de manière qualitative par comparaison des télomères de souches mutées par rapport à ceux de souches de type sauvage. Puis, grâce à l’amélioration technique que j'ai mise au point, la quantification de la taille des répétitions télomériques de 300 de ces souches a déjà pu être précisément analysée. Il est notable que tous les gènes essentiels étudiés ici ont des effets très différents qui résultent en des chromosomes possédant des télomères de longueur très inégale. Pour près de 40% des mutants analysés, les tailles de télomères sont apparues critiquement différentes de celles normalement présentées par la levure, beaucoup de ces gènes essentiels étant impliqués dans des mécanismes affectant le cycle cellulaire, la réparation, etc. La majorité des gènes criblés apporte un important complément d’information dans une littérature presque inexistante sur les effets de gènes essentiels de la levure au niveau de la biologie des télomères. C’est le cas des mutations de YHR122W (montrant des télomères long) et YOR262W (télomères courts), deux gènes qui sont apparus d'après mes résultats nécessaires au maintien de l'homéostasie télomérique (prenant place dans un grand ensemble de gènes que j’ai dénommé gènes ETL pour Essential for Telomere Length Maintenance).

Shared active site architecture between archaeal PolD and multi-subunit RNA polymerases revealed by X-ray crystallography

Archaeal replicative DNA polymerase D (PolD) constitute an atypical class of DNA polymerases made of a proofreading exonuclease subunit (DP1) and a larger polymerase catalytic subunit (DP2), both with unknown structures. We have determined the crystal structures of Pyrococcus abyssi DP1 and DP2 at 2.5 and 2.2 angstrom resolution, respectively, revealing a catalytic core strikingly different from all other known DNA polymerases (DNAPs). Rather, the PolD DP2 catalytic core has the same 'double-psi beta-barrel' architecture seen in the RNA polymerase (RNAP) superfamily, which includes multi-subunit transcriptases of all domains of life, homodimeric RNA-silencing pathway RNAPs and atypical viral RNAPs. This finding bridges together, in non-viral world, DNA transcription and DNA replication within the same protein superfamily. This study documents further the complex evolutionary history of the DNA replication apparatus in different domains of life and proposes a classification of all extant DNAPs.

Análise do impacto da deleção do gene p94 (ac134) de autographa californica multiple nucleopolyhedovirus

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós Graduação em Biologia Molecular, 2015.

The human organic cation transporter OCT1 mediates high affinity uptake of the anticancer drug daunorubicin

Les anthracyclines tels que la doxorubicin et la daunorubicin sont une famille de médicaments anticancéreux hydrophiles qui doivent être transportés dans les cellules afin d’exercer leur action par intercalation à l’ADN dans le noyau cellulaire. Ceci mène à la perturbation du métabolisme de l’ADN et entraine la mort cellulaire. Les anthracyclines sont utilisés pour le traitement d’une variété de cancers incluant la leucémie, les lymphomes, le cancer du sein, le cancer des poumons et le cancer des ovaires. Étant donné que le transport actif des anthracyclines dans les cellules a partiellement été démontré, le transporteur spécifique impliqué dans ce processus n’est pas encore connu. En utilisant un modèle de cancer des ovaires, la lignée cellulaire TOV2223G, nous avons démontré que des substrats spécifiques au transporteur de cations organiques 1 (OCT1), notamment la ergothionéine, la thiamine et la phenformin, ont partiellement inhibé l’absorption de la daunorubicin en différence de la carnitine qui est un substrat de haute affinité des transporteurs CT2 et OCTN2. Ces résultats suggèrent que les transporteurs organiques spécifiques au transport de la carnitine ne sont pas impliqués dans le transport des anthracyclines. Ainsi, nos résultats ont démontré que l’absorption de la daunorubicin est orchestrée par le transporteur OCT1 dans les cellules TOV2223G (Km ~ 5 μM) et des concentrations micromolaires de choline ont complètement abolies l’absorption de la drogue. De plus, un ARN sh dirigé contre OCT1 a réprimé son expression protéique, ce qui a été confirmé par la technique d’immuno-buvardage en utilisant un anti-OCT1 anticorps. Les cellules déficientes en OCT1 n’ont pas été capables d’absorber la daunorubicin et ont été plus résistantes à l’action de la drogue par rapport aux cellules contrôle. La transfection des cellules HEK293T avec un plasmide construit de façon à faire exprimer OCT1 comme protéine de fusion avec la protéine fluorescente EYFP a montré que celle-ci est localisée dans la membrane plasmique. Les cellules transfectées ont été capables d’absorber cinq fois plus de daunorubicin comparé aux cellules contrôles. Cette étude est, selon nous, la première à démontrer que OCT1 est un transporteur de haute affinité des anthracyclines. Ainsi, nous avons émis l’hypothèse que des défauts de OCT1 peuvent contribuer à l’efficacité de la réponse des cellules cancéreuses à la chimiothérapie avec les anthracyclines.

L'acide valproïque inhibe la progression dans le cycle cellulaire chez Saccharomyces cerevisiae

L’acétylation est une modification post-traductionnelle des protéines essentielles. Elle est impliquée dans bon nombre de processus cellulaires importants comme la régulation de la structure de la chromatine et le recrutement de protéines. Deux groupes d’enzymes, soient les lysines acétyltransférases et les lysines désacétylases, régulent cette modification, autant sur les histones que sur les autres protéines. Au cours des dernières années, de petites molécules inhibitrices des désacétylases ont été découvertes. Certaines d’entre elles semblent prometteuses contre diverses maladies telles le cancer. L’acide valproïque, un inhibiteur de deux des trois classes des désacétylases, a un effet antiprolifératif chez plusieurs organismes modèles. Toutefois, les mécanismes cellulaires sous-jacents à cet effet restent encore méconnus. Ce mémoire met en lumière l’effet pH dépendant de l’acide valproïque sur différentes voies cellulaires importantes chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Il démontre que ce composé a la capacité d’inhiber la transition entre les phases G1 et S par son action sur l’expression des cyclines de la phase G1. De plus, il inhibe l’activation de la kinase principale de la voie activée suite à un stress à la paroi cellulaire. L’acide valproïque occasionne également un arrêt dans la réplication de l’ADN sans y causer de dommage. Il s’agit là d’un effet unique qui, à notre connaissance, n’est pas observable avec d’autres agents qui inhibent la progression en phase S.

The human organic cation transporter OCT1 mediates high affinity uptake of the anticancer drug daunorubicin

Les anthracyclines tels que la doxorubicin et la daunorubicin sont une famille de médicaments anticancéreux hydrophiles qui doivent être transportés dans les cellules afin d’exercer leur action par intercalation à l’ADN dans le noyau cellulaire. Ceci mène à la perturbation du métabolisme de l’ADN et entraine la mort cellulaire. Les anthracyclines sont utilisés pour le traitement d’une variété de cancers incluant la leucémie, les lymphomes, le cancer du sein, le cancer des poumons et le cancer des ovaires. Étant donné que le transport actif des anthracyclines dans les cellules a partiellement été démontré, le transporteur spécifique impliqué dans ce processus n’est pas encore connu. En utilisant un modèle de cancer des ovaires, la lignée cellulaire TOV2223G, nous avons démontré que des substrats spécifiques au transporteur de cations organiques 1 (OCT1), notamment la ergothionéine, la thiamine et la phenformin, ont partiellement inhibé l’absorption de la daunorubicin en différence de la carnitine qui est un substrat de haute affinité des transporteurs CT2 et OCTN2. Ces résultats suggèrent que les transporteurs organiques spécifiques au transport de la carnitine ne sont pas impliqués dans le transport des anthracyclines. Ainsi, nos résultats ont démontré que l’absorption de la daunorubicin est orchestrée par le transporteur OCT1 dans les cellules TOV2223G (Km ~ 5 μM) et des concentrations micromolaires de choline ont complètement abolies l’absorption de la drogue. De plus, un ARN sh dirigé contre OCT1 a réprimé son expression protéique, ce qui a été confirmé par la technique d’immuno-buvardage en utilisant un anti-OCT1 anticorps. Les cellules déficientes en OCT1 n’ont pas été capables d’absorber la daunorubicin et ont été plus résistantes à l’action de la drogue par rapport aux cellules contrôle. La transfection des cellules HEK293T avec un plasmide construit de façon à faire exprimer OCT1 comme protéine de fusion avec la protéine fluorescente EYFP a montré que celle-ci est localisée dans la membrane plasmique. Les cellules transfectées ont été capables d’absorber cinq fois plus de daunorubicin comparé aux cellules contrôles. Cette étude est, selon nous, la première à démontrer que OCT1 est un transporteur de haute affinité des anthracyclines. Ainsi, nous avons émis l’hypothèse que des défauts de OCT1 peuvent contribuer à l’efficacité de la réponse des cellules cancéreuses à la chimiothérapie avec les anthracyclines.

L'acide valproïque inhibe la progression dans le cycle cellulaire chez Saccharomyces cerevisiae

L’acétylation est une modification post-traductionnelle des protéines essentielles. Elle est impliquée dans bon nombre de processus cellulaires importants comme la régulation de la structure de la chromatine et le recrutement de protéines. Deux groupes d’enzymes, soient les lysines acétyltransférases et les lysines désacétylases, régulent cette modification, autant sur les histones que sur les autres protéines. Au cours des dernières années, de petites molécules inhibitrices des désacétylases ont été découvertes. Certaines d’entre elles semblent prometteuses contre diverses maladies telles le cancer. L’acide valproïque, un inhibiteur de deux des trois classes des désacétylases, a un effet antiprolifératif chez plusieurs organismes modèles. Toutefois, les mécanismes cellulaires sous-jacents à cet effet restent encore méconnus. Ce mémoire met en lumière l’effet pH dépendant de l’acide valproïque sur différentes voies cellulaires importantes chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Il démontre que ce composé a la capacité d’inhiber la transition entre les phases G1 et S par son action sur l’expression des cyclines de la phase G1. De plus, il inhibe l’activation de la kinase principale de la voie activée suite à un stress à la paroi cellulaire. L’acide valproïque occasionne également un arrêt dans la réplication de l’ADN sans y causer de dommage. Il s’agit là d’un effet unique qui, à notre connaissance, n’est pas observable avec d’autres agents qui inhibent la progression en phase S.

Genes involved in germline regulative pathways in metazoa: an integrative approach to investigate a key feature of animal biology

In Metazoa, the germline represents the cell lineage devoted to transmission of genetic heredity across generations. Its functions intuitively evoke the crucial roles that it plays in the development of a new organism and in the evolution of the species. Germline establishment is tightly tied to animal multicellularity itself, in which the complex differentiation of cell lineages is favoured by the confinement of totipotency in specific cell populations. In the present thesis, I addressed the subject of germline characterization in animals through different approaches, in an attempt to cover different sides and scales. First, I investigated the extent and nature of shared differentially transcribed molecular factors in 10 different species germline-related lineages. I observed that newly evolved genes are less likely to be involved in germline-related mechanisms and that the mostly shared transcriptional signal across the species considered was the upregulation of genes associated to proper DNA replication, instead of the expected transcriptional and post-transcriptional regulation, that apparently have a higher level of lineage-specificity. I then focused on the evolutionary history of Tudor domain containing proteins, a gene family that underwent germline-associated expansions in animals. Using data from 24 holozoan phyla, I could confirm the previously proposed evolution of the Tudor domain secondary structure. Also, I associated lineage-specific family reductions and expansions to peculiar genomic dynamics and to the evolution of germline-associated piRNA pathway of retrotransposon silencing. Lastly, I characterized and investigated the expression of the Tudor protein TDRD7 in the clam Ruditapes philippinarum. Through immunolocalization, I could compare its expression profiles in gametogenic specimens to the previously characterized germline marker vasa. Combining results with literature, I proposed that, in this species, TDRD7 is involved in the assembly of germ granules, i.e. cytoplasmic structures associated to germline differentiation in virtually all animals, but whose assemblers can be taxon specific.

Coupling between replication and packaging of flavivirus RNA: Evidence derived from the use of DNA-based full-length cDNA clones of kunjin virus

In order to study whether flavivirus RNA packaging is dependent on RNA replication, we generated two DNA-based Kunjin virus constructs, pKUN1 and pKUN1dGDD, allowing continuous production of replicating (wild-type) and nonreplicating (with a deletion of the NS5 gene RNA-polymerase motif GDD) full-length Kunjin virus RNAs, respectively, via nuclear transcription by cellular RNA polymerase II. As expected, transfection of pKUN1 plasmid DNA into BHK cells resulted in the recovery of secreted infectious Kunjin virions. Transfection of pKUN1dGDD DNA into BHK cells, however, did not result in the recovery of any secreted virus particles containing encapsidated dGDD RNA, despite an apparent accumulation of this RNA in cells demonstrated by Northern blot analysis and its efficient translation demonstrated by detection of correctly processed labeled structural proteins (at least prM and E) both in cells and in the culture fluid using coimmunoprecipitation analysis with anti-E antibodies. In contrast, when dGDD RNA was produced even in much smaller amounts in PKUN1dGDD DNA-transfected repBHK cells (where it was replicated via complementation), it was packaged into secreted virus particles, Thus, packaging of defective Kunjin virus RNA could occur only when it was replicated. Our results with genome-length Kunjin virus RNA and the results with poliovirus replicon RNA (C, I. Nugent et al,, J, Virol, 73:427-435, 1999), both demonstrating the necessity for the RNA to be replicated before it can be packaged, strongly suggest the existence of a common mechanism for minimizing amplification and transmission of defective RNAs among the quasispecies in positive-strand RNA viruses, This mechanism may thus help alleviate the high-copy error rate of RNA-dependent RNA polymerases.

Replication of bovine papillomavirus type 1 (BPV-1) DNA in Saccharomyces cerevisiae following infection with BPV-1 virions

Saccharomyces cerevisiae protoplasts exposed to bovine papillomavirus type 1 (BPV-1) virions demonstrated uptake of virions on electron microscopy. S. cerevisiae cells looked larger after exposure to BPV-1 virions, and cell wall regeneration was delayed. Southern blot hybridization of Hirt DNA from cells exposed to BPV-1 virions demonstrated BPV-1 DNA, which could be detected over 80 days of culture and at least 13 rounds of division. Two-dimensional gel analysis of Hirt DNA showed replicative intermediates, confirming that the BPV-1 genome was replicating within S. cerevisiae. Nicked circle, linear, and supercoiled BPV-1 DNA species were observed in Hirt DNA preparations from S. cerevisiae cells infected for over 50 days, and restriction digestion showed fragments hybridizing to BPV-1 in accord with the predicted restriction map for circular BPV-1 episomes. These data suggest that BPV-1 can infect S. cerevisiae and that BPV-1 episomes can replicate in the infected S. cerevisiae cells.

Comparison of serum hepatitis B virus replication markers in patients with chronic hepatitis B: studies on HBeAg/Anti-HBe system, viral dna polymerase and HBV-DNA

The detection of HBV-DNA in serum by molecular hybridization is the most sensitive and specific marker of replication and infectivity of hepatitis B virus and currently is proposed as a routine diagnostic technique in the follow-up of HBV - related diseases. Comparing different techniques already described, we found that direct spotting of serum samples on nitrocellulose membranes under vacuum filtration, followed by denaturing and neutralizing washes is more practical, simple, sensible and reproducible. DNA polymerase assay using phosphonoformic acid as specific viral inhibitor has shown 86.8% of concordance with HBV-DNA detection, and so, it is an useful alternative in the follow-up of hepatitis B chronic patients. We found 19.2% HBeAg positive samples with no other markers of viral replication and no anti-HBe positive sample had detectable HBV-DNA. Discordance between the 2 systems have been extensively described, and we confirm this for the first time in our country. Molecular biological techniques are essential to determine the replication status of chronic hepatitis B patients.