Investigação de alterações em genes de microRNAs expressos no cérebro como causa de deficiência intelectual ligada ao cromossomo X

A Deficiência Intelectual (DI) é uma condição definida como um funcionamento intelectual significativamente prejudicado, expresso juntamente com limitações em pelo menos duas áreas do comportamento adaptativo que se manifestam antes dos 18 anos de idade. A prevalência estimada da DI na população em geral é de 2-3% e um número expressivo de casos permanece sem um diagnóstico definitivo. Há um consenso geral de que a DI é mais comum em indivíduos do sexo masculino em relação aos do sexo feminino. Entre as explicações para este excesso está a concentração de genes específicos para a habilidade cognitiva no cromossomo X. MicroRNAs (miRNAs) são pequenas moléculas de RNA não codificador que modulam a expressão gênica pós-transcricional de RNAs mensageiros alvo. Recentemente, estudos têm demonstrado a importância essencial dos miRNAs para o desenvolvimento e funcionamento cerebrais e sabe-se que o cromossomo X tem uma alta densidade de genes de miRNAs. Neste contexto, os miRNAs são candidatos potenciais como fatores genéticos envolvidos na Deficiência Intelectual Ligada ao X (DILX). Neste estudo, foram analisadas as regiões genômicas de 17 genes de miRNAs expressos no cérebro localizados no cromossomo X, com o objetivo de investigar o possível envolvimento de variantes na sequência destes miRNAs na DILX. Para este fim, selecionamos amostras de DNA genômico (sangue periférico) de 135 indivíduos do sexo masculino portadores de DI sugestiva de DILX de um grupo de mais de 1.100 pacientes com DI encaminhados ao Serviço de Genética Humana da UERJ. O critério de inclusão para este estudo era de que os probandos apresentassem um ou mais parentes do sexo masculino afetados pela DI que fossem interligados por via materna. As amostras de DNA dos pacientes foram amplificadas utilizando a técnica de reação em cadeia da polimerase, seguida por purificação e sequenciamento direto pelo método de Sanger dos fragmentos amplificados. Para avaliar a conservação dos 17 miRNAs foi realizada uma análise filogenética in silico incluindo sequências dos miRNAs selecionados de humanos e de outras 8 espécies de primatas estreitamente relacionadas. Não foram encontradas alterações nas sequências nos genes de 17 miRNAs analisados, mesmo diante do padrão genético altamente heterogêneo da população brasileira. Adicionalmente, a análise filogenética destes miRNAs revelou uma alta conservação entre as espécies comparadas. Considerando o papel dos miRNAs como reguladores da expressão gênica, a ausência de alterações e a alta conservação entre primatas sugerem uma forte pressão seletiva sobre estas moléculas, reforçando a sua importância funcional para o organismo em geral. Apesar de não termos encontrado variantes de sequência nos miRNAs estudados, o envolvimento de miRNAs na DI não pode ser completamente descartado. Alterações fora da molécula de miRNA precursor, nos fatores de processamento, nos sítios alvo e variações no número de cópias de genes de miRNAs podem implicar em alteração na expressão dos miRNAs e, consequentemente, na funcionalidade do miRNA maduro. Sendo assim, uma análise sistemática da expressão de miRNAs em pacientes com DILX é urgentemente necessária, a fim de desvendar novos genes/mecanismos moleculares relacionados a esta condição.

Caracterização de Bacilos Gram-Negativos Não Fermentadores não usuais em bacteremias pelas técnicas de Matrix-Assisted Laser Desorption IonizationTime of Flight Mass Spectrometry, sequenciamento de DNA e método fenotípico convencional

Alguns Bastonetes Gram-negativos não fermentadores (BGNNF) costumam ser considerados clinicamente pouco significantes e a sua implicação em infecções é subestimada. Devido à similaridade fenotípica, mudanças taxonômicas, baixa reatividade bioquímica e limitações nos bancos de dados em sistemas comerciais, a identificação de BGNNF é frequentemente equivocada, culminando com a denominação de diferentes micro-organismos apenas como BGNNF, por falta de melhor diferenciação. O objetivo desse estudo foi avaliar, por métodos fenotípico convencional, proteômico e molecular, a identificação de BGNNF incomuns isolados em hemoculturas de pacientes atendidos em um hospital universitário no Rio de Janeiro. Foram selecionadas 78 amostras isoladas de hemoculturas caracterizadas no laboratório clinico como BGNNF para a identificação por sequenciamento dos genes 16S RNA e recA, por um conjunto amplo de testes fenotípicos manuais e por MALDI-TOF MS. Os micro-organismos predominantes na amostragem foram genotipados pela técnica de eletroforese em gel de campo pulsado (PFGE). Pelo sequenciamento do gene 16S rRNA, a maioria das amostras (n=31; 40%) foi incluída no gênero Burkholderia, seguido de Pseudomonas stutzeri (10%) e Delftia acidovorans (4%). Os demais isolados foram agrupados em 27 diferentes espécies. O sequencimento do gene recA identificou a maioria das espécies de Burkholderia como Burkholderia contaminans (n=19; 24%). Os testes fenotípicos incluíram as 31 amostras apenas no CBc e para as outras 47 amostras, a concordância com o sequenciamento do gene 16S rRNA em nível de espécie foi de 64% (n=30) e apenas em gênero a concordância foi de 17% (n=8). A análise comparativa geral da identificação por MALDI-TOF MS com o sequenciamento do gene16S rRNA mostrou que 42% (n=33) das 78 amostras foram concordantes em nível de espécie e 45% (n=35) apenas em gênero. Excluindo as amostras do CBc, houve um aumento da concordância em nível de espécie para 60%. As discordâncias parecem ser devido às diferenças nos perfis proteicos das amostras em relação às amostras-referência do banco de dados do equipamento e podem ser aprimorados com a atualização de perfis no sistema. A análise do polimorfismo genético de B. contaminans mostrou a ausência de um clone disseminado causando surto, além da provável origem ambiental das infecções. Os setores de nefrologia e hemodiálise contribuíram com maior número de pacientes com amostras positivas (5 pacientes e 9 amostras). Os grupos clonais BcoD e BcoE foram encontrados em pacientes assistidos no mesmo setor com diferença de quatro meses (BcoD, nefrologia) e 1,5 ano (BcoE, hemodilálise), entre as culturas, respectivamente. As discordâncias entre as técnicas ocorreram principalmente devido a dificuldade de identificação das espécies do CBc. Os BGNNF incomuns são de difícil caracterização independente da metodologia usada e nenhum método por si só foi capaz de identificar todas as amostras.

Filogeografia e evolução molecular de lagostas sapateiras (Scyllarides spp.) da América do Sul

Nos últimos anos, duas espécies de lagostas sapateiras, Scyllarides brasiliensis e S. deceptor, vêm se destacando nos desembarques pesqueiros de lagostas do Atlântico Sul Ocidental. Para espécies comercialmente importantes, o desenvolvimento de estudos que permitam conhecer a variabilidade e entender a dinâmica populacional é fundamental. Assim, o objetivo do primeiro capítulo desta tese foi avaliar a diversidade genética e a estrutura populacional dessas duas lagostas ao longo de aprox. 2.800 km da costa da América do Sul. Para as análises, foram empregados marcadores mitocondriais (citocromo oxidase I: COI; e a região controle: RC) e marcadores nucleares (13 loci de microssatélites desenvolvidos nesta tese). As duas espécies apresentaram altos níveis de variabilidade (S. deceptor: N = 200, mtDNA: h > 0,841, π > 0,005; microssatélites: He = 0,685; S. brasiliensis: N = 211, He = 0,554), distribuídos homogeneamente entre as localidades (S. deceptor: ΦST < -0,004, ΦCT < 0,016, FST global = 0,001, Dest global = 0,003, FCT < 0,002, P > 0,05, K = 1; S. brasiliensis: FST global = 0,004, Dest global = 0,001, FCT < 0,004, P > 0,05, K = 1). A ausência de estruturação nas duas espécies pode estar relacionada a características biológicas que promovem a conectividade entre localidades geograficamente distantes, como alta fecundidade e alto potencial de dispersão das larvas planctônicas. Além disso, os dados mitocondriais sugerem que a história demográfica de S. deceptor foi marcada por eventos de expansão populacionais e geográficos possivelmente relacionados às condições ambientais favoráveis dos episódios interglaciais do Pleistoceno Médio-Tardio. Diversos estudos têm mostrado que os fenômenos de inserção de regiões mitocondriais no DNA nuclear (NuMts) e heteroplasmia limitam a correta amplificação e identificação dos marcadores mitocondriais. Em estudos filogenéticos e de genética de populações, a presença inadvertida de sequências de diversas origens viola o principio de ortologia, o que pode resultar em inferências evolutivas erradas. Assim, o objetivo do segundo capítulo desta tese foi identificar e caracterizar os possíveis NuMts e sequências heteroplásmicas de três regiões mitocondriais (COI, RC e o gene da subunidade maior do RNA ribossomal: 16S) em quatro espécies do gênero Scyllarides (S. aequinoctialis, S. brasiliensis, S. deceptor e S. delfosi). A clonagem e sequenciamento de extratos de DNA genômico e DNA enriquecido com mtDNA revelaram que os genomas destas espécies podem exibir NuMts (que divergem entre 0,6 e 17,6% do mtDNA) e heteroplasmia (que divergem < 0,2% do mtDNA prevalente). Os NuMts surgiram possivelmente de vários eventos independentes de integração ao núcleo ao longo da história evolutiva do gênero Scyllarides. Dependendo do seu grau de similaridade com o mtDNA, a presença de NuMts nas análises filogenéticas no nível de gênero pode causar superestimativa do número de espécies e alterações nos comprimentos dos ramos e nas relações filogenéticas entre espécies.

Using measurements of muscle cell nuclear RNA with flow cytometry to improve assessment of larval condition of Walleye Pollock (Gadus chalcogrammus)

Nuclear RNA and DNA in muscle cell nuclei of laboratory-reared larvae of Walleye Pollock (Gadus chalcogrammus) were simultaneously measured through the use of flow cytometry for cell-cycle analysis during 2009–11. The addition of nuclear RNA as a covariate increased by 4% the classification accuracy of a discriminant analysis model that used cell-cycle, temperature, and standard length to measure larval condition, compared with a model without it. The greatest improvement, a 7% increase in accuracy, was observed for small larvae (<6.00 mm). Nuclear RNA content varied with rearing temperature, increasing as temperature decreased. There was a loss of DNA when larvae were frozen and thawed because the percentage of cells in the DNA synthesis cell-cycle phase decreased, but DNA content was stable during storage of frozen tissue.

Global transcriptional responses of the toxic cyanobacterium, Microcystis aeruginosa, to nitrogen stress, phosphorus stress, and growth on organic matter

Whole transcriptome shotgun sequencing (RNA-seq) was used to assess the transcriptomic response of the toxic cyanobacterium Microcystis aeruginosa during growth with low levels of dissolved inorganic nitrogen (low N), low levels of dissolved inorganic phosphorus (low P), and in the presence of high levels of high molecular weight dissolved organic matter (HMWDOM). Under low N, one third of the genome was differentially expressed, with significant increases in transcripts observed among genes within the nir operon, urea transport genes (urtBCDE), and amino acid transporters while significant decreases in transcripts were observed in genes related to photosynthesis. There was also a significant decrease in the transcription of the microcystin synthetase gene set under low N and a significant decrease in microcystin content per Microcystis cell demonstrating that N supply influences cellular toxicity. Under low P, 27% of the genome was differentially expressed. The Pho regulon was induced leading to large increases in transcript levels of the alkaline phosphatase phoX, the Pst transport system (pstABC), and the sphX gene, and transcripts of multiple sulfate transporter were also significantly more abundant. While the transcriptional response to growth on HMWDOM was smaller (5–22% of genes differentially expressed), transcripts of multiple genes specifically associated with the transport and degradation of organic compounds were significantly more abundant within HMWDOM treatments and thus may be recruited by Microcystis to utilize these substrates. Collectively, these findings provide a comprehensive understanding of the nutritional physiology of this toxic, bloom-forming cyanobacterium and the role of N in controlling microcystin synthesis.

Threatened corals provide underexplored microbial habitats

Contemporary in-depth sequencing of environmental samples has provided novel insights into microbial community structures, revealing that their diversity had been previously underestimated. Communities in marine environments are commonly composed of a few dominant taxa and a high number of taxonomically diverse, low-abundance organisms. However, studying the roles and genomic information of these “rare” organisms remains challenging, because little is known about their ecological niches and the environmental conditions to which they respond. Given the current threat to coral reef ecosystems, we investigated the potential of corals to provide highly specialized habitats for bacterial taxa including those that are rarely detected or absent in surrounding reef waters. The analysis of more than 350,000 small subunit ribosomal RNA (16S rRNA) sequence tags and almost 2,000 nearly full-length 16S rRNA gene sequences revealed that rare seawater biosphere members are highly abundant or even dominant in diverse Caribbean corals. Closely related corals (in the same genus/family) harbored similar bacterial communities. At higher taxonomic levels, however, the similarities of these communities did not correlate with the phylogenetic relationships among corals, opening novel questions about the evolutionary stability of coral-microbial associations. Large proportions of OTUs (28.7–49.1%) were unique to the coral species of origin. Analysis of the most dominant ribotypes suggests that many uncovered bacterial taxa exist in coral habitats and await future exploration. Our results indicate that coral species, and by extension other animal hosts, act as specialized habitats of otherwise rare microbes in marine ecosystems. Here, deep sequencing provided insights into coral microbiota at an unparalleled resolution and revealed that corals harbor many bacterial taxa previously not known. Given that two of the coral species investigated are listed as threatened under the U.S. Endangered Species Act, our results add an important microbial diversity-based perspective to the significance of conserving coral reefs.

运用减法杂交、差异筛选与信使RNA差别显示聚合酶链式反应克隆冬小麦春化相关基因

对于某些一年生或二年生高等植物，春化作用是诱导其成花的一个重要的环境因子。冬小麦春化进程中存在着一个核酸代谢的关键期，利用分子生物学技术分离特异表达的基因是研究春化诱导成花机理的一个突破口。 利用TRIzol试剂快速提取冬小麦燕大1817(Triticum aestivum L. cv Yanda 1817)未春化、春化4d、春化20d、5d脱春化的胚芽中的总RNA，去除污染的DNA后，将引物P_1(5'TTTTTTTTTTTCA3')、P_2(5'TTTTTTTTTTCC3')与10个碱基的随机引物OPF_1-OPF_(20)、OPG_1-OPG_(20)组成80个引物对，对不同来源的RNA进行差别显示，共显示了大约10,000种mRNA，结果发现了两个仅在春化20d这一关键期表达而在未春化、春化4d、5d脱春化时不表达的春化相关基因(VRG)VRG49与VRG54。Northern分析进一步表明这两个基因仅与春化20d的冬小麦RNA有杂交信号。将VRG49与VRG54亚克隆于pGEM-4Z载体上，利用T_7测序系统获得了VRG49和VRG54的DNA序列，它们的长度分别为307bp与169bp。 春化21d的冬小麦京冬1号(T. aestivum L. cv Jingdong No. 1)胚芽的mRNA在逆转酶作用下反转录成sscDNA杂交，将过量的未春化、脱春化的mRNA与sscDNA杂交，运用磁珠法分离出未杂交上的sscDNA，以特异的sscDNA为模板，用DNA聚合酷I合成了dscDNA。通过对dscDNA内部EcoRI位点的甲基化、末端补平、EcoRI接头的安装、连接进入λgt10载体的EcoRI位置，以及运用包装系统进行体外包装，建立了库容为4 * 10~6pfu的富集低温诱导的冬小麦cDNA噬菌体文库。用来源于未春化、春化21d、脱春化的冬小麦mRNA合成3种cDNA探针，对噬菌斑进行原位杂交，结果筛选出了3个春化相关基因(VRG)VRG79、VRG111和VRG231。Dot blotting与Northern分析表明VRG79仅在冬小麦春化关键期21d表达。运用PCR方法从λgt10DNA中扩增出VRG79片断并亚克隆于PUC18载体上，通过T_7测序系统获得了VGR79的序列，其包括349个碱基。 通过Internet将VRG49、VRG54、VRG79与GenBank、EMBL、DDBJ、PBD中的序列进行同源性分析，结果发现这些基因至少是在植物中新发现的基因，对这些基因推测的一些功能也进行了讨论。