Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Repeated evolution of heat responsiveness among Brassicaceae COPIA transposable elements

Eukaryotic genomes contain repetitive DNA sequences. This includes simple repeats and more complex transposable elements (TEs). Many TEs reach high copy numbers in the host genome, owing to their amplification abilities by specific mechanisms. There is growing evidence that TEs contribute to gene transcriptional regulation. However, excess of TE activity may lead to reduced genome stability. Therefore, TEs are suppressed by the transcriptional gene silencing machinery via specific chromatin modifications. In contrary, effectiveness of the epigenetic silencing mechanisms imposes risk for TE survival in the host genome. Therefore, TEs may have evolved specific strategies for bypassing epigenetic control and allowing the emergence of new TE copies. Recent studies suggested that the epigenetic silencing can be, at least transiently, attenuated by heat stress in A. thaliana. Heat stress induced strong transcriptional activation of COPIA78 family LTR-retrotransposons named ONSEN, and even their transposition in mutants deficient in siRNA-biogenesis. ONSEN transcriptional activation was facilitated by the presence of heat responsive elements (HREs) within the long terminal repeats, which serve as a binding platform for the HEAT SHOCK FACTORs (HSFs). This thesis focused on the evolution of ONSEN heat responsiveness in Brassicaceae. By using whole-transcriptome sequencing approach, multiple Arabidopsis lyrata ONSENs with conserved heat response were found and together with ONSENs from other Brassicaceae were used to reconstruct the evolution of ONSEN HREs. This indicated ancestral situation with two, in palindrome organized, HSF binding motifs. In the genera Arabidopsis and Ballantinia, a local duplication of this locus increased number of HSF binding motifs to four, forming a high-efficiency HRE. In addition, whole transcriptome analysis revealed novel heat-responsive TE families COPIA20, COPIA37 and HATE. Notably, HATE represents so far unknown COPIA family which occurs in several Brassicaceae species but is absent in A. thaliana. Putative HREs were identified within the LTRs of COPIA20, COPIA37 and HATE of A. lyrata, and could be preliminarily validated by transcriptional analysis upon heat induction in subsequent survey of Brassicaeae species. Subsequent phylogenetic analysis indicated a repeated evolution of heat responsiveness within Brassicaceae COPIA LTR-retrotransposons. This indicates that acquisition of heat responsiveness may represent a successful strategy for survival of TEs within the host genome.

The cellular and mechanistic study of nisin inhibition of bacillus anthracis spore outgrowth, nisin alteration of infection, and native producer immunity

A critical step during Bacillus anthracis infection is the outgrowth of germinated spores into vegetative bacilli that proliferate and disseminate rapidly within the host. An important challenge exists for developing chemotherapeutic agents that act upon and kill B. anthracis immediately after germination initiation when antibiotic resistance is lost, but prior to the outgrowth into vegetative bacilli, which is accompanied by toxin production. Chemical agents must also function in a manner refractive to the development of antimicrobial resistance. In this thesis we have identified the lantibiotics as a class of chemotherapeutics that are predicted to satisfy these two criteria. The objective of this thesis was to evaluate the efficacy of nisin, a prototypical lantibiotic, in prevention of outgrowth of germinated B. anthracis spores. Like all lantibiotics, nisin is a ribosomally translated peptide that undergoes post-translational modification to form (methyl)lanthionine rings that are critical for antimicrobial activity. Our studies indicate that nisin rapidly inhibits the in vitro outgrowth of germinated B. anthracis Sterne 7702 spores. Although germination initiation was shown to be essential for nisin-dependent antimicrobial activity, nisin did not inhibit or promote germination initiation. Nisin irreversibly killed germinated spores by blocking the establishment of a membrane potential and oxidative metabolism, while not affecting the dissolution of the outer spore structures. The membrane permeability of the spore was increased by nisin, but germinated spores did not undergo full lysis. Nisin was demonstrated to localize to lipid II, which is the penultimate precursor for cell wall biogenesis. This localization suggests two possible independent mechanisms of action, membrane pore formation and inhibition of peptidoglycan synthesis. Structure-activity studies with a truncated form of nisin lacking the two C-terminal (methyl)lanthionine rings and with non-pore forming mutants indicated that membrane disruption is essential for nisin-dependent inhibition of spore outgrowth to prevent membrane potential establishment. Finally, utilizing an in vitro infection model, it was shown that nisin reduced the viability of B. anthracis spores within an infection resulting in increased survival of immune cells while reducing infection-mediated cytokine expression. Fluorescence microscopy indicated that nisin localizes with spores within phagosomes of peritioneal macrophages in germinating conditions. These data demonstrate the effectiveness of nisin, as a model lantibiotic, for preventing spore outgrowth. It is speculated that nisin targeting of lipid II, resulting in membrane perturbations, may be effective at inhibiting the outgrowth of spores prepared from bacteria across a number of species.

A biochemical analysis into the co-translational folding of a G protein-coupled receptor; GPR35

The folding and targeting of membrane proteins poses a major challenge to the cell, as they must remain insertion competent while their highly hydrophobic transmembrane (TM) domains are transferred from the ribosome, through the aqueous cytosol and into the lipid bilayer. The biogenesis of a mature membrane protein takes place through the insertion and integration into the lipid bilayer. A number of TM proteins have been shown to gain some degree of secondary structure within the ribosome tunnel and to retain this conformation throughout maturation. Although studies into the folding and targeting of a number of membrane proteins have been carried out to date, there is little information on one of the largest class of eukaryotic membrane proteins; the G-protein-coupled receptors (GPCRs). This project studies the early folding events of the human ortholog of GPR35. To analyse the structure of the 1st TM domain, intermediates were generated and assessed by the biochemical method of pegylation (PEG-MAL). A structurally-similar microbial opsin (Bacterioopsin) was also used to investigate the differences in the early protein folding within eukaryotic and prokaryotic translation systems. Results showed that neither the 1st TM domain of GPR35 nor Bacterioopsin were capable of compacting in the ribosome tunnel before their N-terminus reached the ribosome exit point. The results for this assay remained consistent whether the proteins were translated in a eukaryotic or prokaryotic translation system. To examine the communication mechanism between the ribosome, the nascent chain and the protein targeting pathway, crosslinking experiments were carried out using the homobifunctional lysine cross-linker BS3. Specifically, the data generated here show that the nascent chain of GPR35 reaches the ribosomal protein uL23 in an extended conformation and interacts with the SRP protein as it exits the ribosome tunnel. This confirms the role of SRP in the co-translational targeting of GPR35. Using these methods insights into the early folding of GPCRs has been obtained. Further experiments using site-directed mutagenesis to reduce hydrophobicity in the 1st TM domain of GPR35, highlighted the mechanisms by which GPCRs are targeted to the endoplasmic reticulum. Confirming that hydrophobicity within the signal anchor sequence is essential of SRP-dependent targeting. Following the successful interaction of the nascent GPR35 and SRP, GPR35 is successfully targeted to ER membranes, shown here as dog pancreas microsomes (DPMs). Glycosylation of the GPR35 N-terminus was used to determine nascent chain structure as it is inserted into the ER membrane. These glycosylation experiments confirm that TM1 has obtained its compacted state whilst residing in the translocon. Finally, a site-specific cross-linking approach using the homobifunctional cysteine cross-linker, BMH, was used to study the lateral integration of GPR35 into the ER. Cross-linking of GPR35 TM1 and TM2 could be detected adjacent to a protein of ~45kDa, believed to be Sec61α. The loss of this adduct, as the nascent chain extends, showed the lateral movement of GPR35 TM1 from the translocon was dependent on the subsequent synthesis of TM2.

Les microARNs

International audience

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Friedreich Ataxia

Friedreich's ataxia (FRDA) is the most common autosomal recessive hereditary ataxia in Caucasians. Neurological symptoms dominate the clinical picture. The underlying neuropathology affects the dorsal root ganglia, the spinal cord, and the deep cerebellar nuclei. In addition, most cases present a hypertrophic cardiomyopathy that may cause premature death. Other problems include a high risk of diabetes, skeletal abnormalities such as kyphoscoliosis, and pes cavus. Most patients carry a homozygous expansion of GAA trinucleotide repeat within the first intron of the FXN gene, leading to repressed transcription through epigenetic mechanisms. The encoded protein, frataxin, is localized in mitochondria and participates in the biogenesis of iron-sulfur clusters. Frataxin deficiency leads to mitochondrial dysfunction, altered iron metabolism, and oxidative damage. Thanks to progress in understanding pathogenesis and to the development of animal and cellular models, therapies targeted to correct frataxin deficiency or its downstream consequences are being developed and tested in clinical trials.

Friedreich Ataxia

Friedreich ataxia (FRDA) is an autosomal recessive disease characterized by progressive neurological and cardiac abnormalities. It has a prevalence of around 2×10⁵ in whites, accounting for more than one-third of the cases of recessively inherited ataxia in this ethnic group. FRDA may not exist in nonwhite populations.The first symptoms usually appear in childhood, but age of onset may vary from infancy to adulthood. Atrophy of sensory and cerebellar pathways causes ataxia, dysarthria, fixation instability, deep sensory loss, and loss of tendon reflexes. Corticospinal degeneration leads to muscular weakness and extensor plantar responses. A hypertrophic cardiomyopathy may contribute to disability and cause premature death. Other common problems include kyphoscoliosis, pes cavus, and, in 10% of patients, diabetes mellitus.The FRDA gene (FXN) encodes a small mitochondrial protein, frataxin, which is produced in insufficient amounts in the disease, as a consequence of the epigenetic silencing of the gene triggered by a GAA triplet repeat expansion in the first intron of the gene. Frataxin deficiency results in impaired iron-sulfur cluster biogenesis in mitochondria, in turn leading to widespread dysfunction of iron-sulfur center containing enzymes (in particular respiratory complexes I, II and III, and aconitase), impaired iron metabolism, oxidative stress, and mitochondrial dysfunction. Therapy aims to restore frataxin levels or to correct the consequences of its deficiency.

PAMP-triggered immunity against Pseudomonas syringae involves microRNA-mediated regulation of several uncharacterized R genes

Two main types of noncoding small RNA molecules have been found in plants: microRNAs (miRNAs) and small interfering RNAs (siRNAs). They differ in their biogenesis and mode of action, but share similar sizes (20-24 nt). Their precursors are processed by Dicer-Like RNase III (dcl) proteins present in Arabidopsis thaliana, and in their mature form can act as negative regulators of gene expression, being involved in a vast array of plant processes, including plant development, genomic integrity or response to stress. Small-RNA mediated regulation can occurs at transcriptional level (TGS) or at post-transcriptional level (PTGS). In recent years, the role of gene silencing in the regulation of expression of genes related to plant defence responses against bacterial pathogens is becoming clearer. Comparisons carried out in our lab between the expression profiles of different mutants affected in gene silencing, and plants challenged with Pseudomonas syringae pathovar tomato DC3000, led us to identify a set of uncharacterized R genes, belonging to the TIR-NBS-LRR gene family, differentially expressed in these conditions. Through the use of bioinformatics tools, we found a miRNA* of 22 nt putatively responsible for down-regulating expression of these R genes through the generation of siRNAs. We have also found that the corresponding pri-miRNA is down-regulated after PAMP-perception in a SA-dependent manner. We also demonstrate that plants with altered levels of miRNA* (knockdown lines or overexpression lines) exhibit altered PTI-associated phenotypes, suggesting a role for this miRNA* in this defence response against bacteria. In addition we identify one of the target genes as a negative regulator of defence response against Pseudomonas syringae.

Transcriptional regulation os phenylalaline biosynthesis and utilization

Conifer trees divert large quantities of carbon into the biosynthesis of phenylpropanoids, particularly to generate lignin, an important constituent of wood. Since phenylalanine is the precursor for phenylpropanoid biosynthesis, the precise regulation of phenylalanine synthesis and utilization should occur simultaneously. This crucial pathway is finely regulated primarily at the transcriptional level. Transcriptome analyses indicate that the transcription factors (TFs) preferentially expressed during wood formation in plants belong to the MYB and NAC families. Craven-Bartle et al. (2013) have shown in conifers that Myb8 is a candidate regulator of key genes in phenylalanine biosynthesis involved in the supply of the phenylpropane carbon skeleton necessary for lignin biosynthesis. This TF is able to bind AC elements present in the promoter regions of these genes to activate transcription. Constitutive overexpression of Myb8 in white spruce increased secondary-wall thickening and led to ectopic lignin deposition (Bomal et al. 2008). In Arabidopsis, the transcriptional network controlling secondary cell wall involves NAC-domain regulators operating upstream Myb transcription factors. Functional orthologues of members of this network described have been identified in poplar and eucalyptus, but in conifers functional evidence had only been obtained for MYBs. We have identified in the P. pinaster genome 37 genes encoding NAC proteins, which 3 NAC proteins could be potential candidates to be involved in vascular development (Pascual et al. 2015). The understanding of the transcriptional regulatory network associated to phenylpropanoids and lignin biosynthesis in conifers is crucial for future applications in tree improvement and sustainable forest management. This work is supported by the projects BIO2012-33797, BIO2015-69285-R and BIO-474 References: Bomal C, et al. (2008) Involvement of Pinus taeda MYB1 and MYB8 in phenylpropanoid metabolism and secondary cell wall biogenesis: a comparative in planta analysis. J Exp Bot. 59: 3925-3939. Craven-Bartle B, et al. (2013) A Myb transcription factor regulates genes of the phenylalanine pathway in maritime pine. Plant J, 74: 755-766. Pascual MB, et al. (2015) The NAC transcription factor family in maritime pine (Pinus pinaster): molecular regulation of two genes involved in stress responses. BMC Plant Biol, 15: 254.

Efeito do GQ-02, derivado de tiazolidinadionas, sobre a aquisição de fenótipo termogênico pelo adipócito in vivo e em cultura de células

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade em Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, 2016.

O papel da lisofosfatidilcolina na ativação do inflamassoma NLRP3 e sua relação com a formação de células gordurosas

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2016.

Estudo da participação de microRNAs na regulação da resposta imune inata de macrófagos murinos à infecção por Paracoccidioides brasiliensis

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2016.

Lipids in Amyloid-β processing, aggregation, and toxicity

Aggregation of amyloid-beta (Aβ) peptide is the major event underlying neuronal damage in Alzheimer's disease (AD). Specific lipids and their homeostasis play important roles in this and other neurodegenerative disorders. The complex interplay between the lipids and the generation, clearance or deposition of Aβ has been intensively investigated and is reviewed in this chapter. Membrane lipids can have an important influence on the biogenesis of Aβ from its precursor protein. In particular, increased cholesterol in the plasma membrane augments Aβ generation and shows a strong positive correlation with AD progression. Furthermore, apolipoprotein E, which transports cholesterol in the cerebrospinal fluid and is known to interact with Aβ or compete with it for the lipoprotein receptor binding, significantly influences Aβ clearance in an isoform-specific manner and is the major genetic risk factor for AD. Aβ is an amphiphilic peptide that interacts with various lipids, proteins and their assemblies, which can lead to variation in Aβ aggregation in vitro and in vivo. Upon interaction with the lipid raft components, such as cholesterol, gangliosides and phospholipids, Aβ can aggregate on the cell membrane and thereby disrupt it, perhaps by forming channel-like pores. This leads to perturbed cellular calcium homeostasis, suggesting that Aβ-lipid interactions at the cell membrane probably trigger the neurotoxic cascade in AD. Here, we overview the roles of specific lipids, lipid assemblies and apolipoprotein E in Aβ processing, clearance and aggregation, and discuss the contribution of these factors to the neurotoxicity in AD.

Stepwise evolution of the centriole-assembly pathway

The centriole and basal body (CBB) structure nucleates cilia and flagella, and is an essential component of the centrosome, underlying eukaryotic microtubule-based motility, cell division and polarity. In recent years, components of the CBB-assembly machinery have been identified, but little is known about their regulation and evolution. Given the diversity of cellular contexts encountered in eukaryotes, but the remarkable conservation of CBB morphology, we asked whether general mechanistic principles could explain CBB assembly. We analysed the distribution of each component of the human CBB-assembly machinery across eukaryotes as a strategy to generate testable hypotheses. We found an evolutionarily cohesive and ancestral module, which we term UNIMOD and is defined by three components (SAS6, SAS4/CPAP and BLD10/CEP135), that correlates with the occurrence of CBBs. Unexpectedly, other players (SAK/PLK4, SPD2/CEP192 and CP110) emerged in a taxon-specific manner. We report that gene duplication plays an important role in the evolution of CBB components and show that, in the case of BLD10/CEP135, this is a source of tissue specificity in CBB and flagella biogenesis. Moreover, we observe extreme protein divergence amongst CBB components and show experimentally that there is loss of cross-species complementation among SAK/PLK4 family members, suggesting species-specific adaptations in CBB assembly. We propose that the UNIMOD theory explains the conservation of CBB architecture and that taxon- and tissue-specific molecular innovations, gained through emergence, duplication and divergence, play important roles in coordinating CBB biogenesis and function in different cellular contexts.