Differential Activities of the Two Closely Related Withanolides, Withaferin A and Withanone: Bioinformatics and Experimental Evidences

Background and Purpose: Withanolides are naturally occurring chemical compounds. They are secondary metabolites produced via oxidation of steroids and structurally consist of a steroid-backbone bound to a lactone or its derivatives. They are known to protect plants against herbivores and have medicinal value including anti-inflammation, anti-cancer, adaptogenic and anti-oxidant effects. Withaferin A (Wi-A) and Withanone (Wi-N) are two structurally similar withanolides isolated from Withania somnifera, also known as Ashwagandha in Indian Ayurvedic medicine. Ashwagandha alcoholic leaf extract (i-Extract), rich in Wi-N, was shown to kill cancer cells selectively. Furthermore, the two closely related purified phytochemicals, Wi-A and Wi-N, showed differential activity in normal and cancer human cells in vitro and in vivo. We had earlier identified several genes involved in cytotoxicity of i-Extract in human cancer cells by loss-of-function assays using either siRNA or randomized ribozyme library. Methodology/Principal Findings: In the present study, we have employed bioinformatics tools on four genes, i.e., mortalin, p53, p21 and Nrf2, identified by loss-of-function screenings. We examined the docking efficacy of Wi-N and Wi-A to each of the four targets and found that the two closely related phytochemicals have differential binding properties to the selected cellular targets that can potentially instigate differential molecular effects. We validated these findings by undertaking parallel experiments on specific gene responses to either Wi-N or Wi-A in human normal and cancer cells. We demonstrate that Wi-A that binds strongly to the selected targets acts as a strong cytotoxic agent both for normal and cancer cells. Wi-N, on the other hand, has a weak binding to the targets; it showed milder cytotoxicity towards cancer cells and was safe for normal cells. The present molecular docking analyses and experimental evidence revealed important insights to the use of Wi-A and Wi-N for cancer treatment and development of new anti-cancer phytochemical cocktails.

In vitro cytotoxicity and in vivo osseointergration properties of compression-molded HDPE-HA-Al2O3 hybrid biocomposites

The aim of this study was to investigate the in vivo biocompatibility in terms of healing of long segmental bone defect in rabbit model as well as in vitro cytotoxicity of eluates of compression-molded High density polyethylene (HDPE)hydroxyapatite (HA)-aluminum oxide (Al2O3) composite-based implant material. Based on the physical property in terms of modulus and strength properties, as reported in our recent publication, HDPE-40 wt % HA and HDPE-20 wt % HA-20 wt % Al2O3 hybrid composites were used for biocompatibility assessment. Osteoblasts cells were cultured in conditioned media, which contains varying amount of composite eluate (0.01, 0.1, and 1.0 wt %). In vitro, the eluates did not exhibit any significant negative impact on proliferation, mineralization or on morphology of human osteoblast cells. In vivo, the histological assessment revealed neobone formation at the bone/implant interface, characterized by the presence of osteoid and osteoblasts. The observation of osteoclastic activity indicates the process of bone remodeling. No inflammation to any noticeable extent was observed at the implantation site. Overall, the combination of in vitro and in vivo results are suggestive of potential biomedical application of compression-molded HDPE- 20 wt % HA- 20 wt % Al2O3 composites to heal long segmental bone defects without causing any toxicity of bone cells.

Copolyesters from Soybean Oil for Use as Resorbable Biomaterials

A family of soybean oil (SO) based biodegradable cross-linked copolyesters sourced from renewable resources was developed for use as resorbable biomaterials. The polyesters were prepared by a melt condensation of epoxidized soybean oil polyol and sebacic acid with citric acid (CA) as a cross-linker. D-Mannitol (M) was added as an additional reactant to improve mechanical properties. Differential scanning calorimetry revealed that the polyester synthesized using only CA as the cross-linker was semicrystalline and elastomeric at physiological temperature. The polymers were hydrophobic in nature. The water wettability, elongation at break and the degradation rate of the polyesters decreased with increase in M content or curing time. Modeling of release kinetics of dyes showed a diffusion controlled mechanism underlies the observed sustained release from these polymers. The polyesters supported attachment and proliferation of human stem cells and were thus cytocompatible. Porous scaffolds induced osteogenic differentiation of the stern cells suggesting that these polymers are well suited for bone tissue engineering. Thus, this family of polyesters offers a low cost and green alternative as biocompatible, bioresobable polymers for potential use as resorbable biomaterials for tissue engineering and controlled release.

Polypyridyl iron(II) complexes showing remarkable photocytotoxicity in visible light

Iron(II) complexes of polypyridyl ligands (B), viz. Fe(B)(2)]Cl-2 (1 and 2) of N, N, N-donor 2-(2-pyridyl)-1,10-phenanthroline (pyphen in 1) and 3-(pyridin-2-yl)dipyrido3,2-a:2',3'-c]phenazine (pydppz in 2), are prepared and characterized. They are 1:2 electrolytes in aqueous DMF. The diamagnetic complexes exhibit metal to ligand charge transfer band near 570 nm in DMF. The complexes are avid binders to calf thymus DNA giving binding constant (K (b)) values of similar to 10(6) M-1 suggesting significant intercalative DNA binding of the complexes due to presence of planar phenanthroline bases. Complex 2 exhibits significant photocytotoxicity in immortalized human keratinocyte cells HaCaT and breast cancer cell line MCF-7 giving IC50 values of 0.08 and 13 mu M in visible light (400-700 nm). Complex 2 shows only minor dark toxicity in HaCaT cells but is non-toxic in dark in MCF-7 cancer cells. The light-induced cellular damage follows apoptotic pathway on generation of reactive oxygen species as evidenced from the dichlorofluorescein diacetate (DCFDA) assay.

Kinetic measurements of cell surface E-selectin/carbohydrate ligand interactions

Selectin/ligand interactions initiate the multistep adhesion and signaling cascades in the recruitment of leukocytes from circulation to inflamed tissues and may also play a role in tumor metastasis. Kinetic properties of these interactions are essential determinants governing blood-borne cells' tethering to and rolling on the vessel wall. Extending our recently developed micropipette method, we have measured the kinetic rates of E-selectin/ligand interactions. Red cells coated with an E-selectin construct were allowed to bind HL-60 or Colo-205 cells bearing carbohydrate ligands. Specific adhesions were observed to occur at isolated points, the frequency of which followed a Poisson distribution. These point attachments were formed at the same rate with both the HL-60 and Colo-205 cells (0.14 +/- 0.04 and 0.13 +/- 0.03 mum(2) s(-1) per unit density of E-selectin, respectively) but dissociated from the former at a rate twice as fast as did from the latter (0.92 +/- 0.23 and 0.44 +/- 0.10 s(-1), respectively). The reverse rates agree well with those measured by the flow chamber. The forward rates are orders of magnitude higher than those of Fc gamma receptors interacting with IgG measured under similar conditions, consistent with the rapid kinetics requirement for the function of E-selectin/ligand binding, which is to capture leukocytes on endothelial surfaces from flow.

RCeveierwamide and ceramide 1-phosphate in health and disease

Sphingolipids are essential components of cell membranes, and many of them regulate vital cell functions. In particular, ceramide plays crucial roles in cell signaling processes. Two major actions of ceramides are the promotion of cell cycle arrest and the induction of apoptosis. Phosphorylation of ceramide produces ceramide 1-phosphate (C1P), which has opposite effects to ceramide. C1P is mitogenic and has prosurvival properties. In addition, C1P is an important mediator of inflammatory responses, an action that takes place through stimulation of cytosolic phospholipase A2, and the subsequent release of arachidonic acid and prostaglandin formation. All of the former actions are thought to be mediated by intracellularly generated C1P. However, the recent observation that C1P stimulates macrophage chemotaxis implicates specific plasma membrane receptors that are coupled to Gi proteins. Hence, it can be concluded that C1P has dual actions in cells, as it can act as an intracellular second messenger to promote cell survival, or as an extracellular receptor agonist to stimulate cell migration.

Functional genomic studies of the structure and regulation of eukaryotic transcriptomes

The main focus of this thesis is the use of high-throughput sequencing technologies in functional genomics (in particular in the form of ChIP-seq, chromatin immunoprecipitation coupled with sequencing, and RNA-seq) and the study of the structure and regulation of transcriptomes. Some parts of it are of a more methodological nature while others describe the application of these functional genomic tools to address various biological problems. A significant part of the research presented here was conducted as part of the ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) Project.

The first part of the thesis focuses on the structure and diversity of the human transcriptome. Chapter 1 contains an analysis of the diversity of the human polyadenylated transcriptome based on RNA-seq data generated for the ENCODE Project. Chapter 2 presents a simulation-based examination of the performance of some of the most popular computational tools used to assemble and quantify transcriptomes. Chapter 3 includes a study of variation in gene expression, alternative splicing and allelic expression bias on the single-cell level and on a genome-wide scale in human lymphoblastoid cells; it also brings forward a number of critical to the practice of single-cell RNA-seq measurements methodological considerations.

The second part presents several studies applying functional genomic tools to the study of the regulatory biology of organellar genomes, primarily in mammals but also in plants. Chapter 5 contains an analysis of the occupancy of the human mitochondrial genome by TFAM, an important structural and regulatory protein in mitochondria, using ChIP-seq. In Chapter 6, the mitochondrial DNA occupancy of the TFB2M transcriptional regulator, the MTERF termination factor, and the mitochondrial RNA and DNA polymerases is characterized. Chapter 7 consists of an investigation into the curious phenomenon of the physical association of nuclear transcription factors with mitochondrial DNA, based on the diverse collections of transcription factor ChIP-seq datasets generated by the ENCODE, mouseENCODE and modENCODE consortia. In Chapter 8 this line of research is further extended to existing publicly available ChIP-seq datasets in plants and their mitochondrial and plastid genomes.

The third part is dedicated to the analytical and experimental practice of ChIP-seq. As part of the ENCODE Project, a set of metrics for assessing the quality of ChIP-seq experiments was developed, and the results of this activity are presented in Chapter 9. These metrics were later used to carry out a global analysis of ChIP-seq quality in the published literature (Chapter 10). In Chapter 11, the development and initial application of an automated robotic ChIP-seq (in which these metrics also played a major role) is presented.

The fourth part presents the results of some additional projects the author has been involved in, including the study of the role of the Piwi protein in the transcriptional regulation of transposon expression in Drosophila (Chapter 12), and the use of single-cell RNA-seq to characterize the heterogeneity of gene expression during cellular reprogramming (Chapter 13).

The last part of the thesis provides a review of the results of the ENCODE Project and the interpretation of the complexity of the biochemical activity exhibited by mammalian genomes that they have revealed (Chapters 15 and 16), an overview of the expected in the near future technical developments and their impact on the field of functional genomics (Chapter 14), and a discussion of some so far insufficiently explored research areas, the future study of which will, in the opinion of the author, provide deep insights into many fundamental but not yet completely answered questions about the transcriptional biology of eukaryotes and its regulation.

Influência de pré-tratamentos de células epiteliais com penicilina e eritromicina na aderência e na viabilidade intracelular de Corynebacterium diphtheriae

A difteria é uma síndrome toxêmica causada pelo Corynebacterium diphtheriae. Embora programas de imunização mantenham a doença sob controle em países desenvolvidos, a difteria ainda permanece endêmica em diversas partes do mundo, especialmente em indivíduos parcialmente imunizados para toxina diftérica. Junto a isso, nos últimos 20 anos, tem-se observado a ocorrência crescente de quadros de infecções sistêmicas causados por cepas atoxinogênicas. A penicilina e eritromicina são as principais drogas de escolha no tratamento destas infecções, entretanto, a escassez de trabalhos reavaliando a terapia de escolha e a influência dos antibióticos no processo de interação bacteriana com células epiteliais humanas são escassos, logo compreendem aspectos que justificam o presente estudo. O objetivo principal deste projeto consiste na análise da influência do pré-tratamento de células epiteliais Hep-2 com os antimicrobianos penicilina e eritromicina na colonização e viabilidade intracelular de amostras de C. diphtheriae. As monocamadas foram submetidas ao tratamento prévio com doses séricas terapêuticas de penicilina (5g mL1) e eritromicina (1,92 g mL1) por 24 horas e os antibióticos foram removidos por lavagens com PBS antes da interação com a suspensão bacteriana (MOI de 107). Três horas após a infecção, o padrão de aderência foi investigado como também, realizada a análise das bactérias viáveis associadas e internalizadas nas monocamadas. O pré-tratamento com penicilina induziu a formação de perfil de aderência difuso (AD) pelas amostras estudadas. Microorganismos que normalmente apresentam padrão de aderência localizado (AL) passaram a expressar perfil (AD) após pré-tratamento das camadas com ambos antimicrobianos. A expressão do tipo agregativo (AA) não foi influenciada pela presença de eritromicina. A penicilina e a eritromicina reduziram o número de bactérias viáveis associadas às células HEp-2 na maioria das oportunidades. Entretanto, a penicilina interferiu em maior magnitude nesse processo. As três amostras invasoras de C. diphtheriae (HC01, HC04 e BR5015), apresentaram maior capacidade de sobrevivência no compartimento intracelular, independente do pré-tratamento. A expressão dos perfis de aderência assim como a capacidade de sobrevivência no compartimento intracelular frente aos antimicrobianos testados mostraram-se independentes da produção de toxina e dos percentuais de associação com as células HEp-2. Foi observada uma maior eficiência da eritromicina na eliminação de bactérias viáveis internalizadas reforçando a utilização clínica da eritromicina tanto no tratamento de pacientes quanto na erradicação do estado de portador. Novos estudos serão desenvolvidos para investigar alterações na expressão de fatores de virulência por amostras de C. diphtheriae na interação com células HEp-2 pré-tratadas com antimicrobianos e a influência sobre a evolução clínica das infecções por corinebactérias

Ingestão de suco de uva tinto orgânico melhora a densidade capilar funcional e a hiperemia reativa pós-oclusiva em triatletas

A atividade física intensa está associada com as adaptações biológicas que envolvem a melhora da homeostase da glicose, da capacidade antioxidante e da microcirculação cutânea. A ingestão insuficiente de antioxidantes na dieta pode levar ao estresse oxidativo e disfunção endotelial que afetam a microcirculação. Suco de uva tinto orgânico, uma importante fonte de polifenóis, com reconhecida função antioxidante e, portanto, o seu consumo pode melhorar o estado antioxidante, e assim, o metabolismo da glicose e a função endotelial. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do consumo diário de suco de uva tinto orgânico, sobre a concentração plasmática de ácido úrico, atividade da superóxido dismutase eritrocitária (E-SOD), concentração sérica da insulina, glicemia e HOMA IR-2, além de suas relações com os parâmetros da microcirculação em triatletas. Participaram do estudo 10 triatletas do gênero masculino (28 15 anos). As amostras de sangue foram coletadas antes (basal) e após 20 dias de ingestão de suco de uva tinto orgânico (300mL/dia). Em relação ao valor basal, a insulina sérica (p = 0,02) e o ácido úrico (p = 0,04) aumentaram, enquanto a glicose plasmática (p <0,001) e a E-SOD diminuíram (p = 0,04) após os 20 dias de intervenção. Os parâmetros da microcirculação também foram influenciados pela ingestão de suco de uva tinto orgânico, foi observado redução no tempo necessário para o retorno dos eritrócitos à velocidade de basal após isquemia (TRBCmax) (p = 0,04), aumento da densidade capilar funcional (DCF, p = 0,003) e da velocidade dos eritrócitos após a isquemia (VELmax p <0,001). A redução da glicemia foi determinante direta do aumento da DCF (p = 0,04), enquanto níveis séricos de insulina (p = 0,04) e a redução na atividade da SOD-E (p = 0,04) foram negativamente associados com a redução do TRBCmax. Os resultados do presente estudo sugerem que a ingestão de suco de uva melhora a capacidade antioxidante, a homesostase glicêmica e a microcirculação de triatletas.

Análise da citotoxicidade do extrato do fruto de juçara (Euterpe oleracea Mart.) do Maranhão em células malignas humanas

A juçara, Euterpe oleracea Mart., fruta indígena da Amazônia Legal, é rica em fitoquímicos com atividades anti-oxidante, antiinflamatória e anti-câncer. Este estudo tem por objetivo analisar os efeitos do extrato hidroalcoólico da casca, caroço e fruto total da juçara em diferentes linhagens de células malignas humana. Os frutos foram coletados no Parque da Juçara, localizado no Maracanã, município de São Luís, seguida da confecção da excicata que se mantém registrada no Herbário Rosa Mochel do Núcleo de Estudos Biológicos da Universidade Estadual do Maranhão. Os extratos hidroalcoólicos da casca, caroço e fruto total foram extraidos no Laboratório de Farmacologia e Psicobiologia da UERJ. As linhagens celulares utilizadas nos ensaios foram MCF-7 (adenocarcinoma de mama), CACO-2 e HT-20 (adenocarcinoma colo retal) e adenocarcinoma na mama (MDA-MB-468). As linhagens foram tratadas com 10, 20 e 40g/mL dos extratos por 24 e 48 horas e feitas às análises. Células MCF-7 controle apresentaram núcleo proeminente com nucléolos evidentes. Após tratamento com o extrato hidroalcoólico da casca da juçara, as células mostraram morfologia arredondada com retração do citoplasma. O ensaio de viabilidade com MTT ((3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide)) demonstrou uma redução na viabilidade das células. Após 48 horas, o tratamento das células com 20g/mL do extrato da casca reduziu a viabilidade sendo que o efeito citotóxico do tratamento com 40g/mL do extrato da casca foi potencializado. Células tratadas com 10g/mL do extrato do caroço de juçara apresentavam-se arredondadas com consequente redução no volume celular. A concentração 20g/mL de extrato hidroalcoólico do caroço, causou severa redução no volume das células e ocasionou o surgimento de vacúolos intracelulares. O mesmo foi observado após tratamento com 40g/mL. O tratamento com 40g/mL do extrato hidroalcoólico do fruto total, modificou drasticamente a morfologia das células MCF-7 causando vacuolização e aparente lise com perda do conteúdo citoplasmático e o ensaio da viabilidade com MTT demonstrou redução na viabilidade das células MCF-7 tratadas com 20 e 40g/mL após 24 horas de tratamento. Análises por MET (Microscopia Eletrônica de Transmissão) demonstraram o surgimento de vesículas autofágicas, cuja comprovação deu-se com a identificação da expressão da proteína LC3BII na membrana do autofagossoma pela técnica de Western Blotting. Mediante o demonstrado pelos experimentos, com as linhagens MCF-7 e MDA-MB-468, confirma-se que as frações isoladas do extrato do caroço da juçara, promove modificações celulares indicativas de autofagia a partir de 10g/mL, em 24 horas. O núcleo permaneceu íntegro, não apresentando características de núcleo apoptótico. Os dados são conclusivos para ocorrência de morte celular por autofagia em linhagem celulares de carcinoma de mama MCF-7 quando tratadas com extrato hidroalcoólico da casca, caroço e fruto total da juçara do Maranhão, agente quimiopreventivo no câncer de mama estrogênio-dependente.

Estudo do metabolismo mitocondrial e da resposta anti-apoptótica de células endoteliais humanas durante a evolução da infecção por taquizoítos de Toxoplasma gondii

A toxoplasmose é uma zoonose amplamente distribuída que afeta mais de um terço da população mundial e de grande importância na saúde pública. A maioria das infecções em humanos por Toxoplasma gondii é assintomática. A toxoplasmose é amplamente investigada visto que se apresenta como uma doença grave em pessoas imunodeprimidas (portadores da síndrome da imunodeficiência adquirida (SIDA), não tratados, indivíduos transplantados, paciente em tratamento quimioterápico ou em uso de drogas supressoras e gestantes). A toxoplasmose congênita frequentemente pode levar ao aborto espontâneo ou até mesmo resultar na formação de crianças com algum grau de atraso no desenvolvimento mental e/ou físicos, deste modo, a transmissão congênita pode ser muito mais importante do que se pensava, pois os parasitos encontrados na circulação sanguinea são capazes de infectar as células endoteliais dos vasos e os tecidos circunjacentes, podendo resultar no encistamento do T. gondii. Atualmente a toxoplasmose vem sendo investigada devido a sua associação a inúmeras outras doenças, assim, estudos sobre a evolução da infecção por T. gondii em diferentes tipos de células hospedeiras se fazem necessários para uma abordagem terapêutica adequada. Ao invadir a célula hospedeira o parasito possui a capacidade de recrutar as mitocôndrias promovendo mudanças na organização mitocondrial ao longo da progressão da infecção, garantindo um ambiente favorável a sua multiplicação. Diante disso, investigamos se o parasito possui a capacidade de interferir no metabolismo mitocondrial e na resposta apoptótica da célula endotelial. O presente trabalho teve como objetivo analisar o metabolismo mitocondrial através da respirometria de alta-resolução e da resposta apoptótica através do western blotting das células endoteliais da veia umbilical humana (HUVEC) infectadas por 2, 6 e 20 horas por taquizoítos de T. gondii. A respirometria de alta-resolução revelou que o parasito interfere no metabolismo energético da célula hospedeira. A análise do conteúdo de proteínas da família Bcl-2 por western blotting revelou maior estímulo apoptótico no tempo inicial de infecção, quando comparado aos demais tempos. Os resultados dos conteúdos de caspase 3, proteína efetora da apoptose, não demonstrou diferença nos tempos iniciais de infecção Entretanto, em tempos mais tardios, o conteúdo de caspase 3 mostrou-se significativamente aumentado quando comparado às HUVEC não infectadas. A dinâmica de replicação do parasito foi observada através do monitoramento pelo sistema Time-Lapse Nikon BioStation IMQ em tempo real das células infectadas por T.gondii. Portanto, nossos resultados sugerem que o protozoário ao recrutar as mitocôndrias da célula hospedeira interfere no metabolismo mitocondrial e na modulação da apoptose para garantir um ambiente favorável a sua multiplicação.

Avaliação da interação de Escherichia coli enterohemorrágica (EHEC) pertencente ao sorotipo O157: H7 isoladas de bovinos assintomáticos e de doença humana com células enterocíticas humanas (linhagem Caco-2)

Reconhecida como agente de doença humana em 1982, E.coli enterohemorrágica (EHEC) pode causar diarréia sanguinolenta, colite hemorrágica e síndrome hemolítica urêmica (SHU). EHEC constitui um subgrupo especialmente virulento das E.coli produtoras de toxina de Shiga (Stx). O fator crítico da sua virulência é a toxina Shiga, capaz de interromper a síntese proteica da célula eucariótica. São conhecidos dois subgrupos de Stx, Stx1 e Stx2. Stx1 possui duas variantes Stx1c e Stx1d. Stx2 possui muitas variantes. Estudos epidemiológicos sugerem que cepas com os perfis toxigênicos Stx2 ou Stx2/Stx2c seriam mais frequentemente associadas a pacientes com SHU. Além da expressão de Stx, EHEC do sorotipo O157:H7 colonizam a mucosa intestinal induzindo a formação de lesões denominadas attaching/effacing (A/E). Para a produção da lesão A/E, é necessária a presença de uma ilha de patogenicidade cromossômica denominada LEE, composta por cinco operons, LEE 1 a LEE5. Em LEE 5 são codificadas a adesina intimina e o seu receptor Tir, o qual é translocado por um sistema de secreção tipo III (SSTT) e em LEE 4 são codificadas as proteínas secretadas EspA,B e D. Em EHEC O157:H7 são descritos muitos fatores de virulência, codificados em ilhas de patogenicidade, no cromossomo e no megaplasmídio pO157. Bovinos são o principal reservatório deste patógeno e alimentos de origem bovina e produtos contaminados com fezes de bovinos são causadores de surtos epidêmicos. Em nosso país EHEC O157:H7 é isolada do reservatório animal mas é muito rara a sua ocorrência em doença humana. Notamos que nas cepas bovinas predomina Stx2c, enquanto nas cepas humanas predomina o perfil toxigenico Stx2/Stx2c. Quanto a interação com enterocitos humanos cultivados in vitro (linhagem Caco-2), verificamos que tanto cepas bovinas quanto humanas mostram idêntica capacidade de invadir e persistir no compartimento intracelular das células Caco-2. No entanto, em comparação com as cepas humanas, as cepas bovinas mostram uma reduzida capacidade de produzir lesões A/E. Empregamos qPCR para aferir a transcrição de três diferentes locus (eae, espA e tir) situados nos operons LEE4 e LEE5 de cepas bovinas e humanas, durante a infecção de células Caco-2. Verificamos diferenças na expressão dos genes, especialmente espA, entre cepas bovinas e humanas com maior expressão para estas ultimas, em linha com os achados dos testes FAS. Através de clonagem e expressão de proteínas recombinantes, purificamos as proteínas Eae, EspA e Tir e obtivemos anticorpos específicos, empregados para acompanhar a sua expressão ao longo da infecção de células Caco-2, por imunofluorescencia. Verificamos que as três proteínas são detectadas tanto em cepas bovinas quanto humanas, mas nestas ultimas, a marcação é precoce e torna-se mais intensa com o avanço da infecção. Nossos resultados indicam que cepas EHEC O157:H7 isoladas do reservatório bovino em nosso país apresentam diferenças importantes em relação ao perfil toxigenico e a capacidade de indução de lesões A/E, características apontadas na literatura como relevantes para a virulência do micro-organismo. Por outro lado, nossos achados quanto a capacidade de invadir e multiplicar-se no interior de enterócitos pode explicar a persistência do patógeno no reservatório animal e a sua capacidade de transmissão horizontal.

Diversidade de respostas de Corynebacterium diphtheriae frente a agentes oxidantes: resistência, adaptação e envolvimento do determinante de resistência ao telurito (TeR) e do sistema OxyR na virulência bacteriana

Corynebacterium diphtheriae é um importante patógeno humano e agente causal da difteria. Embora seja observada uma redução mundial no número de casos da doença, a difteria permanece endêmica em muitos países e surtos são esporadicamente notificados. No Brasil, o último surto ocorreu no estado no Maranhão e revelou mudanças em aspectos clínico-epidemiológicos da doença. Diferentemente da maioria das cepas de difteria brasileiras, que pertencem ao biovar mitis, nesse surto dois diferentes pulsotipos de C. diphtheriae biovar intermedius foram isolados. Além disso, sinais patognomônicos da doença não foram relatados em parte dos casos. C. diphtheriae também vem sendo relacionado com quadros de infecções invasivas, apesar de ser reconhecido como patógeno tipicamente extracelular. Em conjunto, estas mudanças no perfil das infecções por C. diphtheriae sugerem a existência de outros fatores de virulência além da produção da toxina diftérica. Neste sentindo, foram realizadas análises de tipagem molecular e de genômica comparativa para avaliar a diversidade genética e o potencial de virulência de cepas de C. diphtheriae isoladas de difteria clássica e infecções invasivas. Os resultados obtidos demonstram a circulação de diferentes clones invasores no Brasil. Além disso, revelaram diferenças marcantes na presença e na composição de ilhas de patogenicidade entre as amostras, bem como nos genes sob regulação do DtxR e nas sequências dos corinefagos integradas ao cromossomo bacteriano. Uma vez que o potencial invasor bacteriano e a persistência no ambiente podem estar relacionados à tolerância ao estresse oxidativo, foram procurados nos genomas sequenciados, genes possivelmente envolvidos neste processo. Dentre estes, os genes DIP0906, predito como gene de resistência ao oxidante telurito (TeO32-), e DIP1421, codificador do regulador transcricional OxyR, foram caracterizados funcionalmente e tiveram seus papéis na patogenicidade investigados. Ensaios in vivo utilizando o nematódeo Caenorhabditis elegans demonstraram que ambos são importantes para a virulência de C. diphtheriae. Além da resistência ao TeO32, DIP0906 parece contribuir para a resistência ao peróxido de hidrogênio (H2O2) e para a viabilidade no interior de células respiratórias humanas. Já OxyR, além de controlar negativamente a resposta ao H2O2, parece estar envolvido com a ligação de C. diphtheriae a proteínas plasmáticas e de matriz extracelular. Adicionalmente, foi investigada resistência e a capacidade de adaptação de C. diphtheriae frente a agentes oxidantes, através da indução de resposta adaptativa e/ou resistência cruzada e da formação de biofilme. As cepas de C. diphtheriae apresentaram diferentes níveis de resistência e um comportamento heterogêneo na presença dos agentes oxidantes, o que sugere a existência de diferentes estratégias de sobrevivência e adaptação de C. diphtheriae nas condições de estresse oxidativo.

Ação molecular da 1,25(OH)2D3 em células endoteliais humanas submetidas a diferentes concentrações de leptina

Altas concentrações plasmáticas de leptina têm sido relacionadas ao aumento da formação de espécies reativas de oxigênio (ROS) que podem desempenhar um papel regulador central em eventos inflamatórios e cardiovasculares. Estudos recentes têm demonstrado que a vitamina D é capaz de reduzir marcadores do estresse oxidativo, bem como modular a produção de citocinas inflamatórias. O objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito do pré-tratamento com concentração fisiológica (10-10 M) e suprafisiológica(10-7 M) de 1,25(OH)2D3 na produção do ânion superóxido (O2) e nos fatores de transcrição NF-κB e Nrf2,em células endoteliais humanas estimuladas com diferentes concentrações de leptina (1 e 10 ng/mL). Quando as células foram pré-tratadas com 1,25(OH)2D3, e estimuladas com leptina (1 e 10 ng/mL), a 1,25(OH)2D3 reduziu (p<0,05) a produção de ânion superóxido (O ), principalmente na concentração de 10-7 M. O fator de transcrição NF-κB foi positivamente ativado em células incubadas com 10 ng/mL de leptina, entretanto, quando se realizou o pré-tratamento com 1,25(OH)2D3 houve redução da translocação do NF-κB, assim como a produção de citocinas reguladas por este fator de transcrição. Também foi observado que o pré-tratamento com 10-7 M de 1,25(OH)2D3 aumentou de forma significativa (p<0,05) a expressão do fator de transcrição Nrf2 na fração nuclear em comparação ao controle, principalmente quando associada à 10 ng/mL de leptina (p<0,05). Tomados em conjunto, nossos resultados indicam que o tratamento com ambas as concentrações, 10-10 e 10-7 M de 1,25(OH)2D3 em células endoteliais humanas, foram eficazes em inibir a produção do ânion superóxido (O2), citocinas pró-inflamatórias, bem como inibir a translocação nuclear do fator de transcrição NF-κB, e ativar a via antioxidante Nrf2. Estes achados sugerem que o pré-tratamento com ambas as concentrações (fisiológica e suprafisiológica) de 1,25(OH)2D3 na presença de alta concentração de leptina, pode ter um efeito positivo no endotélio através da regulação de marcadores de inflamação e atividade antioxidante

Comparative molecular cytogenetic studies in the order Carnivora: mapping chromosomal rearrangements onto the phylogenetic tree

We have made a set of chromosome-specific painting probes for the American mink by degenerate oligonucleotide primed-PCR (DOP-PCR) amplification of flow-sorted chromosomes. The painting probes were used to delimit homologous chromosomal segments among human, red fox, dog, cat and eight species of the family Mustelidae, including the European mink, steppe and forest polecats, least weasel, mountain weasel, Japanese sable, striped polecat, and badger. Based on the results of chromosome painting and G-banding, comparative maps between these species have been established. The integrated map demonstrates a high level of karyotype conservation among mustelid species. Comparative analysis of the conserved chromosomal segments among mustelids and outgroup species revealed 18 putative ancestral autosomal segments that probably represent the ancestral chromosomes, or chromosome arms, in the karyotype of the most recent ancestor of the family Mustelidae. The proposed 2n = 38 ancestral Mustelidae karyotype appears to have been retained in some modern mustelids, e.g., Martes, Lutra, ktonyx, and Vormela. The derivation of the mustelid karyotypes from the putative ancestral state resulted from centric fusions, fissions, the addition of heterochromatic arms, and occasional pericentric inversions. Our results confirm many of the evolutionary conclusions suggested by other data and strengthen the topology of the carnivore phylogenetic tree through the inclusion of genome-wide chromosome rearrangements. Copyright (C) 2002 S. KargerAG, Basel.