Fate of a redundant gamma-globin gene in the atelid clade of New World monkeys: implications concerning fetal globin gene expression.

Conclusive evidence was provided that gamma 1, the upstream of the two linked simian gamma-globin loci (5'-gamma 1-gamma 2-3'), is a pseudogene in a major group of New World monkeys. Sequence analysis of PCR-amplified genomic fragments of predicted sizes revealed that all extant genera of the platyrrhine family Atelidae [Lagothrix (woolly monkeys), Brachyteles (woolly spider monkeys), Ateles (spider monkeys), and Alouatta (howler monkeys)] share a large deletion that removed most of exon 2, all of intron 2 and exon 3, and much of the 3' flanking sequence of gamma 1. The fact that two functional gamma-globin genes were not present in early ancestors of the Atelidae (and that gamma 1 was the dispensible gene) suggests that for much or even all of their evolution, platyrrhines have had gamma 2 as the primary fetally expressed gamma-globin gene, in contrast to catarrhines (e.g., humans and chimpanzees) that have gamma 1 as the primary fetally expressed gamma-globin gene. Results from promoter sequences further suggest that all three platyrrhine families (Atelidae, Cebidae, and Pitheciidae) have gamma 2 rather than gamma 1 as their primary fetally expressed gamma-globin gene. The implications of this suggestion were explored in terms of how gene redundancy, regulatory mutations, and distance of each gamma-globin gene from the locus control region were possibly involved in the acquisition and maintenance of fetal, rather than embryonic, expression.

C/EBP delta and C/EBP gamma bind the CCAAT-box in the human beta-globin promoter and modulate the activity of the CACC-box binding protein, EKLF

Developmental- and tissue-specific expression of globin genes is mediated by a few key elements within the proximal promoter of each gene. DNA-binding assays previously identified NF-Y, GATA-1, C/EBP beta and C/EBP gamma as candidate regulators of beta-globin transcription via the CCAAT-box, a promoter element situated between CACC- and TATA-boxes. We have identified C/EBP delta as an additional beta-globin CCAAT-box binding protein. In reporter assays, we show that C/EBP delta can co-operate with EKLF, a CACC-box binding protein, to activate the beta-globin promoter, whereas C/EBP gamma inhibits the transcriptional activity of EKLF in this assay. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

A fast method of comparing protein structures

Comparative studies on protein structures form an integral part of protein crystallography. Here, a fast method of comparing protein structures is presented. Protein structures are represented as a set of secondary structural elements. The method also provides information regarding preferred packing arrangements and evolutionary dynamics of secondary structural elements. This information is not easily obtained from previous methods. In contrast to those methods, the present one can be used only for proteins with some secondary structure. The method is illustrated with globin folds, cytochromes and dehydrogenases as examples.

Quantitation and characterization of glutathionyl haemoglobin as an oxidative stress marker in chronic renal failure by mass spectrometry

Objectives: Glutathionyl haemoglobin (GS-Hb) belonging to the class of glutathionylated proteins has been investigated as a possible marker of oxidative stress in different chronic diseases. The purpose of this study was to examine whether glutathionyl haemoglobin can serve as an oxidative stress marker in non-diabetic chronic renal failure patients on different renal replacement therapies (RRT) through its quantitation, and characterization of the specific binding site of glutathione in haemoglobin molecule by mass spectrometric analysis. Design and methods: The study group consisted of non-diabetic chronic renal failure patients on renal replacement therapy (RRT): hemodialysis (HD), continuous ambulatory peritoneal dialysis (CAPD) and renal allograft transplant (Txp) patients. Haemoglobin samples of these subjects were analyzed by liquid chromatography electrospray ionization mass spectrometry for GS-Hb quantitation. Characterization of GS-Hb was done by tandem mass spectrometry. Levels of erythrocyte glutathione (GSH) and lipid peroxidation (as thiobarbituric acid reacting substances) were measured spectrophotometrically, while glycated baernoglobin (HbA1c) was measured by HPLC. Results: GS-Hb levels were markedly elevated in the dialysis group and marginally in the transplant group as compared to the controls. GS-Hb levels correlated positively with lipid peroxidation and negatively with the erythrocyte glutathione levels in RRT groups indicating enhanced oxidative stress. De novo sequencing of the chymotryptic fragment of GS-Hb established that glutathione is attached to Cys-93 of the beta globin chain. Mass spectrometric quantitation of total glycated haemoglobin showed good agreement with HbA1c estimation by conventional HPLC method. Conclusions: Glutathionyl haemoglobin can serve as a clinical marker of oxidative stress in chronic debilitating therapies like RRT. Mass spectrometry provides a reliable analytical tool for quantitation and residue level characterization of different post-translational modifications of haemoglobin. (c) 2007 The Canadian Society of Clinical Chemists. Published by Elsevier Inc. All rights reserved.

Action of N-bromosuccinimide on sperm whale myoglobin

Previously, it was reported from this laboratory that the heme groups of hemoglobin are “buried” within globin at pH 4.0 and not dissociated, on the basis of the obiligatory requirement of urea for the reaction of N-bromosuccinimide with the heme groups of hemoglobin at pH4.0, and also on the basis of the “normalization” of the spectrum of hemoglobin at this pH in the presence of urea or sucrose. In the present study, it has been shown that the behaviour of sperm whale myoglobin with respect to its reaction with N-bromosuccinimide and with respect to spectral “normalization” in urea or sucrose are essentially similar to that of hemoglobin. It has also been demonstrated that the spectral “normalization” obtained with crystalline hemin is not identical with that obtained with either hemoglobin or myoglobin. The bearing of the results of the present study on the earlier work on hemoglobin is indicated.

Cascaded walks in protein sequence space: use of artificial sequences in remote homology detection between natural proteins

Over the past two decades, many ingenious efforts have been made in protein remote homology detection. Because homologous proteins often diversify extensively in sequence, it is challenging to demonstrate such relatedness through entirely sequence-driven searches. Here, we describe a computational method for the generation of `protein-like' sequences that serves to bridge gaps in protein sequence space. Sequence profile information, as embodied in a position-specific scoring matrix of multiply aligned sequences of bona fide family members, serves as the starting point in this algorithm. The observed amino acid propensity and the selection of a random number dictate the selection of a residue for each position in the sequence. In a systematic manner, and by applying a `roulette-wheel' selection approach at each position, we generate parent family-like sequences and thus facilitate an enlargement of sequence space around the family. When generated for a large number of families, we demonstrate that they expand the utility of natural intermediately related sequences in linking distant proteins. In 91% of the assessed examples, inclusion of designed sequences improved fold coverage by 5-10% over searches made in their absence. Furthermore, with several examples from proteins adopting folds such as TIM, globin, lipocalin and others, we demonstrate that the success of including designed sequences in a database positively sensitized methods such as PSI-BLAST and Cascade PSI-BLAST and is a promising opportunity for enormously improved remote homology recognition using sequence information alone.

Mass spectrometry based characterization of Hb Beckman variant in a falsely elevated HbA(1c) sample

Glycated hemoglobin (HbA(1c)) is a `gold standard' biomarker for assessing the glycemic index of an individual. HbA(1c) is formed due to nonenzymatic glycosylation at N-terminal valine residue of the P-globin chain. Cation exchange based high performance liquid chromatography (CE HPLC) is mostly used to quantify HbA(1c), in blood sample. A few genetic variants of hemoglobin and post-translationally modified variants of hemoglobin interfere with CE HPLC-based quantification,. resulting in its false positive estimation. Using mass spectrometry, we analyzed a blood sample with abnormally high HbA(1c) (52.1%) in the CE HPLC method. The observed HbA(1c) did not corroborate the blood glucose level of the patient. A mass spectrometry based bottom up proteomics approach, intact globin chain mass analysis, and chemical modification of the proteolytic peptides identified the presence of Hb Beckman, a genetic variant of hemoglobin, in the experimental sample. A similar surface area to charge ratio between HbA(1c) and Hb Beckman might have resulted in the coelution of the variant with HbA(1c) in CE HPLC. Therefore, in the screening of diabetes mellitus through the estimation of HbA(1c), it is important to look for genetic variants of hemoglobin in samples that show abnormally high glycemic index, and HbA(1c) must be estimated using an alternative method. (C) 2015 Elsevier Inc. All rights reserved.

Evidence of gene conversion in the evolutionary process of the codon 41/42 (-CTTT) mutation causing beta-thalassemia in southern China

The 4-bp deletion (-CTTT) at codon 41/42 (CD41/42) of the human beta-globin gene represents one of the most common beta-thalassemia mutations in East Asia and Southeast Asia, which is historically afflicted with endemic malaria, thus hypothetically evolvi

Comparison for DNA primary sequence

In this article, two schemes are suggested based on three exons of beta-globin gene belonging to 10 species for comparison of DNA primary sequences. At first, the positions of four nucleic acid bases were extracted, and then based on the information, as the numerical characterization of DNA sequences, the sequence invariants were derived. Sequences comparisons of 10 species selected in this work by using these invariants were performed. The results, especially with scheme 2, are quite satisfactory.

A novel invariant and sequence comparison for DNA

We consider numerical characterization of DNA primary sequence based on the positions of bases (a, t, c, g) and the pairs of bases X, Y in DNA (X, Y=a, t, c, g). This leads to a representation of DNA by a numerical sequence. Then, we extract a novel invariant (molecular connectivity index) from the derived numerical sequences. The suitable invariant can offer a characterization of DNA primary sequence. Finally, we provide an illustration of its utility by making a comparison between ten DNA sequences belonging to beta-globin gene in different species. The evolutionary relationships of ten species we have revealed in this contribution accord with phylogenetic tree properly.

mRNA metabolism: nonsense mediated mRNA decay as a tool for gene therapy and the role of human DIS3L2 in transcript degradation

Tese de mestrado em Biologia Humana e Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015

An alteration in the levels of populations of CD4+ Treg is in part responsible for altered cytokine production by cells of aged mice which follows injection with a fetal liver extract.

We have shown previously that a fetal sheep liver extract (FSLE) containing significant quantities of fetal ovine gamma globin chain (Hbgamma) and LPS injected into aged (>20 months) mice could reverse the altered polarization (increased IL-4 and IL-10 with decreased IL-2 and IFNgamma) in cytokine production seen from ConA stimulated lymphoid cells of those mice. The mechanism(s) behind this change in cytokine production were not previously investigated. We report below that aged mice show a >60% decline in numbers and suppressive function of both CD4(+)CD25(+)Foxp3(+) Treg and so-called Tr3 (CD4(+)TGFbeta(+)), and that their number/function is restored to levels seen in control (8-week-old) mice by FSLE. In addition, on a per cell basis, CD4(+)CD25(-)Treg from aged mice were >4-fold more effective in suppression of proliferation and IL-2 production from ConA-activated lymphoid cells of a pool of CD4(+)CD25(-)T cells from 8-week-old mice than similar cells from young animals, and this suppression by CD25(-)T cells was also ameliorated following FSLE treatment. Infusion of anti-TGFbeta and anti-IL-10 antibodies in vivo altered Treg development following FSLE treatment, and attenuated FSLE-induced alterations in cytokine production profiles.

Évaluation des désordres cardiovasculaires chez des souris bêta-thalassémiques

L’hémoglobine est une protéine contenue dans les globules rouges dont la principale fonction est le transport de l’oxygène. Chaque molécule d’hémoglobine est un tétramère constitué de deux paires de globines identiques de type α et β. La β-thalassémie est une maladie génétique hématopoïétique provenant de mutations du gène encodant l'hémoglobine. Ce désordre se caractérise par une diminution ou une absence totale de la synthèse de la chaîne β-globine résultant principalement en une anémie hémolytique sévère ainsi que des complications multisystémiques, telles que la splénomégalie, des déformations osseuses et une dysfonction hépatique et rénale. Actuellement, les transfusions sanguines chroniques représentent le traitement standard des patients β-thalassémiques. Cette thérapie nécessite l’administration conjointe d’un traitement chélateur de fer puisqu’elle entraîne une accumulation pathologique du fer, considéré à ce jour comme la source principale des complications cardiovasculaires de la β-thalassémie. Néanmoins, malgré le traitement efficace de la surcharge de fer transfusionnelle, l’insuffisance cardiaque demeure encore la principale cause de mortalité chez les patients atteints de β-thalassémie. Cette observation indique possiblement la présence d’un mécanisme complémentaire dans le développement de la physiopathologie cardiaque β-thalassémique. L’objectif du présent projet consistait donc à étudier les altérations cardiovasculaires de la β-thalassémie indépendamment de la surcharge de fer transfusionnelle. En utilisant un modèle murin non-transfusé de la β-thalassémie majeure, nous avons d’abord évalué in vivo, par méthode d’imagerie novatrice échographique à haute fréquence, les propriétés hémodynamiques vasculaires. Nos résultats d’index de Pourcelot ainsi que de résistance vasculaire périphérique totale ont démontré une perturbation de l’écoulement microcirculatoire chez les souris β-thalassémiques non-transfusées. Subséquemment, nous avons étudié la fonction endothéliale de régulation du tonus vasculaire de vaisseaux mésentériques isolés. Nos résultats ont révélé un dysfonctionnement de la réponse vasodilatatrice dépendante de l’endothélium chez les souris β-thalassémiques malgré une augmentation de l’expression de l’enzyme de synthèse du monoxyde d’azote ainsi qu’un remodelage de la carotide commune caractérisé par un épaississement de la paroi vasculaire. Finalement, notre étude échocardiographique de la fonction et la morphologie cardiaque a montré, chez les souris β-thalassémiques, le développement d’une hypertrophie et une dysfonction ventriculaire gauche en l’absence de transfusions sanguines chroniques ou de dépôts directs de fer dans le myocarde. L’ensemble des résultats présentés dans le cadre de cette thèse indique la présence d’une pathologie cardiovasculaire chez les souris β-thalassémiques non-transfusés. Nos travaux permettent de proposer un mécanisme de la pathophysiologie cardiovasculaire β-thalassémique, indépendant de la charge de fer transfusionnelle, impliquant les effets compensatoires d’une anémie chronique combinés à une vasculopathie complexe initiée par les érythrocytes endommagés et l’hémolyse intravasculaire.

Determination of viral load and integration status of HPV 16 in normal and LSIL exfoliated cervical cells

L’intégration du génome du virus papilloma humain (VPH) a été reconnu jusqu’`a récemment comme étant un événnement fréquent mais pourtant tardif dans la progression de la maladie du col de l’utérus. La perspective temporelle vient, pourtant, d’être mise au défi par la détection de formes intégrées de VPH dans les tissus normaux et dans les lésions prénéoplasiques. Notre objectif était de déterminer la charge virale de VPH-16 et son état physique dans une série de 220 échantillons provenant de cols uterins normaux et avec des lésions de bas-grade. La technique quantitative de PCR en temps réel, méthode Taqman, nous a permis de quantifier le nombre de copies des gènes E6, E2, et de la B-globine, permettant ainsi l’évaluation de la charge virale et le ratio de E6/E2 pour chaque spécimen. Le ratio E6/E2 de 1.2 ou plus était suggestif d’intégration. Par la suite, le site d’intégration du VPH dans le génome humain a été déterminé par la téchnique de RS-PCR. La charge virale moyenne était de 57.5±324.6 copies d'ADN par cellule et le ratio E6/E2 a évalué neuf échantillons avec des formes d’HPV intégrées. Ces intégrants ont été amplifiés par RS-PCR, suivi de séquençage, et l’homologie des amplicons a été déterminée par le programme BLAST de NCBI afin d’identifier les jonctions virales-humaines. On a réussi `a identifier les jonctions humaines-virales pour le contrôle positif, c'est-à-dire les cellules SiHa, pourtant nous n’avons pas detecté d’intégration par la technique de RS-PCR dans les échantillons de cellules cervicales exfoliées provenant de tissus normaux et de lésions de bas-grade. Le VPH-16 est rarement intégré dans les spécimens de jeunes patientes.

Étude de la collaboration entre les facteurs de transcription hématopoïétiques lors du développement et de la différenciation des cellules érythroïdes

La régulation transcriptionnelle des gènes est cruciale pour permettre le bon fonctionnement des cellules. Afin que les cellules puissent accomplir leurs fonctions, les gènes doivent être exprimés adéquatement dans le bon type cellulaire et au stade de développement et de différenciation approprié. Un dérèglement dans l’expression de un ou plusieurs gènes peut entraîner de graves conséquences sur le destin de la cellule. Divers éléments en cis (ex : promoteurs et enhancers) et en trans (machinerie transcriptionnelle et facteurs de transcription) sont impliqués dans la régulation de la transcription. Les gènes du locus humain beta-globine (hub) sont exprimés dans les cellules érythroïdes et sont finenement régulés lors du développement et de la différenciation. Des mutations dans différentes régions du locus causent entre autres les beta-thalassémies. Nous avons utilisé ce modèle bien caractérisé afin d’étudier différents mécanismes de régulation favorisés par les facteurs de transcription qui sont exprimés dans les cellules érythroïdes. Nous nous sommes intéressés à l’importance de l’élément en cis HS2 du Locus control region. Cet élément possède plusieurs sites de liaison pour des facteurs de transcription impliqués dans la régulation des gènes du locus hub. Nos résultats montrent que HS2 possède un rôle dans l’organisation de la chromatine du locus qui peut être dissocié de son rôle d’enhancer. De plus, HS2 n’est pas essentiel pour l’expression à haut niveau du gène beta alors qu’il est important pour l’expression des gènes gamma. Ceci suggère que le recrutement des différents facteurs au site HS2 lors du développement influence différement les gènes du locus. Dans un deuxième temps, nous avons investigué l’importance de HS2 lors de la différenciation des cellules érythroïdes. Il avait été rapporté que l’absence de HS2 influence grandement la potentialisation de la chromatine du gène beta. La potentialisation dans les cellules progénitrices favorise l’activation transcriptionnelle du gène dans les cellules matures. Nous avons caractérisé le recrutement de différents facteurs de transcription au site HS2 et au promoteur beta dans les cellules progénitrices hématopoïétiques (CPH) ainsi que dans les cellules érythroïdes matures. Nos résultats montrent que le facteur EKLF est impliqué dans la potentialisation de la chromatine et favorise le recrutement des facteurs BRG1, p45 et CBP dans les CPH. L’expression de GATA-1 dans les cellules érythroïdes matures permet le recrutement de GATA-1 au locus hub dans ces cellules. Ces données suggèrent que la combinaison de EKLF et GATA-1 est requise pour permettre une activation maximale du gène beta dans les cellules érythroïdes matures. Un autre facteur impliqué dans la régulation du locus hub est Ikaros. Nous avons étudié son recrutement au locus hub et avons observé que Ikaros est impliqué dans la répression des gènes gamma. Nos résultats montrent aussi que GATA-1 est impliqué dans la répression de ces gènes et qu’il interagit avec Ikaros. Ensemble, Ikaros et GATA-1 favorisent la formation d’un complexe de répression aux promoteurs gamma. Cette étude nous a aussi permis d’observer que Ikaros et GATA-1 sont impliqués dans la répression du gène Gata2. De façon intéressante, nous avons caractérisé le mécanisme de répression du gène Hes1 (un gène cible de la voie Notch) lors de la différenciation érythroïde. Similairement à ce qui a été observé pour les gènes gamma, Hes1 est aussi réprimé par Ikaros et GATA-1. Ces résultats suggèrent donc que la combinaison de Ikaros et GATA-1 est associée à la répression de plusieurs de gènes dans les cellules érythroïdes. Globalement cette thèse rapporte de nouveaux mécanismes d’action de différents facteurs de transcription dans les cellules érythroïdes. Particulièrement, nos travaux ont permis de proposer un modèle pour la régulation des gènes du locus hub lors du développement et de la différenciation. De plus, nous rapportons pour la première fois l’importance de la collaboration entre les facteurs Ikaros et GATA-1 dans la régulation transcriptionnelle de gènes dans les cellules érythroïdes. Des mutations associées à certains des facteurs étudiés ont été rapportées dans des cas de beta-thalassémies ainsi que de leucémies. Nos travaux serviront donc à avoir une meilleure compréhension des mécanismes d’action de ces facteurs afin de potentiellement pouvoir les utiliser comme cibles thérapeutiques.