Comparison of the defensive elicitation activity of cerato-populin and cerato-platanin: a structural model

Plants can defend themselves from potential pathogenic microorganisms relying on a complex interplay of signaling pathways: activation of the MAPK cascade, transcription of defense related genes, production of reactive oxygen species, nitric oxide and synthesis of other defensive compounds such as phytoalexins. These events are triggered by the recognition of pathogen’s effectors (effector-triggered immunity) or PAMPs (PAMP-triggered immunity). The Cerato Platanin Family (CPF) members are Cys-rich proteins secreted and localized on fungal cell walls, involved in several aspects of fungal development and pathogen-host interactions. Although more than hundred genes of the CPF have been identified and analyzed, the structural and functional characterization of the expressed proteins has been restricted only to few members of the family. Interestingly, those proteins have been shown to bind chitin with diverse affinity and after foliar treatment they elicit defensive mechanisms in host and non-host plants. This property turns cerato platanins into interesting candidates, worth to be studied to develop new fungal elicitors with applications in sustainable agriculture. This study focus on cerato-platanin (CP), core member of the family and on the orthologous cerato-populin (Pop1). The latter shows an identity of 62% and an overall homology of 73% with respect to CP. Both proteins are able to induce MAPKs phosphorylation, production of reactive oxygen species and nitric oxide, overexpression of defense’s related genes, programmed cell death and synthesis of phytoalexins. CP, however, when compared to Pop1, induces a faster response and, in some cases, a stronger activity on plane leaves. Aim of the present research is to verify if the dissimilarities observed in the defense elicitation activity of these proteins can be associated to their structural and dynamic features. Taking advantage of the available CP NMR structure, Pop1’s 3D one was obtained by homology modeling. Experimental residual dipolar couplings and 1H, 15N, 13C resonance assignments were used to validate the model. Previous works on CPF members, addressed the highly conserved random coil regions (loops b1-b2 and b2-b3) as sufficient and necessary to induce necrosis in plants’ leaves: that region was investigated in both Pop1 and CP. In the two proteins the loops differ, in their primary sequence, for few mutations and an insertion with a consequent diversification of the proteins’ electrostatic surface. A set of 2D and 3D NMR experiments was performed to characterize both the spatial arrangement and the dynamic features of the loops. NOE data revealed a more extended network of interactions between the loops in Pop1 than in CP. In addition, in Pop1 we identified a salt bridge Lys25/Asp52 and a strong hydrophobic interaction between Phe26/Trp53. These structural features were expected not only to affect the loops’ spatial arrangement, but also to reduce the degree of their conformational freedom. Relaxation data and the order parameter S2 indeed highlighted reduced flexibility, in particular for loop b1-b2 of Pop1. In vitro NMR experiments, where Pop1 and CP were titrated with oligosaccharides, supported the hypothesis that the loops structural and dynamic differences may be responsible for the different chitin-binding properties of the two proteins: CP selectively binds tetramers of chitin in a shallow groove on one side of the barrel defined by loops b1-b2, b2-b3 and b4-b5, Pop1, instead, interacts in a non-specific fashion with oligosaccharides. Because the region involved in chitin-binding is also responsible for the defense elicitation activity, possibly being recognized by plant's receptors, it is reasonable to expect that those structural and dynamic modifications may also justify the different extent of defense elicitation. To test that hypothesis, the initial steps of a protocol aimed to the identify a receptor for CP, in silico, are presented.

Dalla catalisi all’inibizione della crescita da contatto: le molteplici funzioni di O-acetilserina sulfidrilasi batterica

CysK, uno degli isoenzimi di O-acetilserina sulfidrilasi (OASS) presenti in piante e batteri, è un enzima studiato da molto tempo ed il suo ruolo fisiologico nella sintesi della cisteina è stato ben definito. Recentemente sono state scoperte altre funzioni apparentemente non collegate alla sua funzione enzimatica (moonlighting). Una di queste è l’attivazione di una tossina ad attività tRNAsica, CdiA-CT, coinvolta nel sistema di inibizione della crescita da contatto (CDI) di ceppi patogeni di E. coli. In questo progetto abbiamo studiato il ruolo di CysK nel sistema CDI e la formazione di complessi con due differenti partner proteici: CdiA-CT e CysE (serina acetiltransferasi, l’enzima che catalizza la reazione precedente nella biosintesi della cisteina). I due complessi hanno le stesse caratteristiche spettrofluorimetriche e affinità molto simili, ma la cinetica di raggiungimento dell’equilibrio per il complesso tossina:CysK è più lenta che per il complesso CysE:CysK (cisteina sintasi). In entrambi i casi la formazione veloce di un complesso d’incontro è seguita da un riarrangiamento conformazionale che porta alla formazione di un complesso ad alta affinità. L’efficienza di formazione del complesso cisteina sintasi è circa 200 volte maggiore rispetto al complesso CysK:tossina. Una differenza importante, oltre alla cinetica di formazione dei complessi, è la stechiometria di legame. Infatti mentre CysE riesce a legare solo uno dei due siti attivi del dimero di CysK, nel complesso con CdiA-CT entrambi i siti attivi dell’enzima risultano essere occupati. Le cellule isogeniche esprimono un peptide inibitore della tossina (CdiI), e sono quindi resistenti all’azione tRNAsica. Tuttavia, siccome CdiI non altera la formazione del complesso CdiA-CT:CysK, CdiA-CT può esercitare comunque un ruolo nel metabolismo della cisteina e quindi nella fitness dei batteri isogenici, attraverso il legame e l'inibizione di CysK e la competizione con CysE. La via biosintetica della cisteina, un precursore di molecole riducenti, risulta essere molto importante per i batteri soprattutto in condizioni avverse come all’interno dei macrofagi nelle infezioni persistenti. Perciò questa via metabolica è di interesse per lo sviluppo di nuovi antibiotici, e in particolare le due isoforme dell’OASS negli enterobatteri, CysK e CysM, sono potenziali target per lo sviluppo di nuove molecole ad azione antibatterica. Partendo dall’analisi delle modalità di interazione con CysK del suo partner ed inibitore fisiologico, CysE, si è studiato dapprima l’interazione di pentapeptidi che mimassero la regione C-terminale di quest'ultimo, e in base ai dati ottenuti sono stati sviluppati piccoli ligandi sintetici. La struttura generale di questi composti è costituita da un gruppo acido ed un gruppo lipofilo, separati da un linker ciclopropanico che mantiene questi due gruppi in conformazione trans, ottimale per l’interazione col sito attivo dell’enzima. Sulla base di queste considerazioni, di docking in silico e di dati sperimentali ottenuti con la tecnica dell’STD-NMR e con saggi di binding spettrofluorimetrici, si è potuta realizzare una analisi di relazione struttura-attività che ha portato via via all’ottimizzazione dei ligandi. Il composto più affine che è stato finora ottenuto ha una costante di dissociazione nel range del nanomolare per entrambe le isoforme, ed è un ottimo punto di partenza per lo sviluppo di nuovi farmaci.

Desenvolvimento de uma plataforma modelo para a busca de ligantes com potencial leishmanicida baseado na inibição seletiva da enzima diidroorotato desidrogenase

As doenças tropicais negligenciadas (DTNs) causam um imenso sofrimento para a pessoa acometida e em muitos casos podem levar o indivíduo a morte. Elas representam um obstáculo devastador para a saúde e continuam a ser um sério impedimento para a redução da pobreza e desenvolvimento socioeconômico. Das 17 doenças desse grupo, a leishmaniose, incluindo a leishmaniose cutânea, tem grande destaque devido sua alta incidência, os gastos para o tratamento e as complicações geradas em processos de coinfecção. Ainda mais agravante, os investimentos direcionados ao controle, combate e principalmente a inovação em novos produtos é ainda muito limitado. Atualmente, a academia tem um importante papel na luta contra essas doenças através da busca de novos alvos terapêuticos e também de novas moléculas com potencial terapêutico. É nesse contexto que esse projeto teve como meta a implantação de uma plataforma para a identificação de moléculas com atividade leishmanicida. Como alvo terapêutico, optamos pela utilização da enzima diidroorotato desidrogenase de Leishmania Viannia braziliensis (LbDHODH), enzima de extrema importância na síntese de novo de nucleotídeos de pirimidina, cuja principal função é converter o diidroorotato em orotato. Esta enzima foi clonada, expressa e purificada com sucesso em nosso laboratório. Os estudos permitiram que a enzima fosse caracterizada cineticamente e estruturalmente via cristalografia de raios- X. Os primeiros ensaios inibitórios foram realizados com o orotato, produto da catálise e inibidor natural da enzima. O potencial inibitório do orotato foi mensurado através da estimativa do IC50 e a interação proteína-ligante foi caracterizada através de estudos cristalográficos. Estratégias in silico e in vitro foram utilizadas na busca de ligantes, através das quais foram identificados inibidores para a enzima LbDHODH. Ensaios de validação cruzada, utilizando a enzima homóloga humana, permitiram identificar os ligantes com maior índice de seletividade que tiveram seu potencial leishmanicida avaliado in vitro contra as formas promastigota e amastigota de Leishmania braziliensis. A realização do presente projeto permitiu a identificação de uma classe de ligantes que apresentam atividade seletiva contra LbDHODH e que será utilizada no planejamento de futuras gerações de moléculas com atividade terapêutica para o tratamento da leishmaniose. Além disso, a plataforma de ensaios otimizada permitirá a avaliação de novos grupos de moléculas como uma importante estratégia na busca por novos tratamentos contra a leishmaniose

Micrornas 9a, 9b, 9c And 315 Regulate Expression Of A Reporter For The Neuronal Microtubule-Associated Protein Futsch/map1b

Fragile X syndrome (FXS) is the most common form of inherited mental retardation in humans. FXS is caused by loss of the Fragile X Mental Retardation Protein (FMRP), an important regulator of neuronal mRNA translation. Patients with FXS display cognitive deficits including memory problems. Protein synthesis-dependent long-term changes in synaptic plasticity are involved in the establishment and maintenance of long-term memory. One prevalent theory of FXS pathology predicts that FMRP is required to negatively regulate the translation of important mRNAs at the synapse. We are investigating microRNAs (miRNAs) as a potential regulator of synaptic FMRP-regulated mRNAs that have previously been described as being crucial to the process of synaptic plasticity. The general hypothesis underlying this thesis is that FMRP may negatively regulate the expression of futsch (the Drosophila homologue of the microtubule-associated protein gene MAP1B) via the miRNA pathway. The first step we took in testing this hypothesis was to confirm that futsch is subject to miRNA-mediated translational control. Using in silico target analysis, we predicted that several neuronally expressed miRNAs target the futsch mRNA 3'UTR and repress expression of Futsch protein. Then, using an in vitro luciferase reporter system, we showed that miR-315 and members of the miR-9 family selectively down-regulated futsch reporter translation. We have confirmed by site- directed mutagenesis that the miRNA interaction with the futsch 3'UTR is specific to the miRNA seed region binding site. Interestingly, reduction of FMRP levels by RNAi had no effect on futsch 3'UTR reporter expression. Together, these data suggest regulation of futsch expression by the miRNA pathway might be independent of FMRP activity. However, additional experiments need to be completed to confirm these preliminary results.

Mutações inativadoras no gene MKRN3 são causa de puberdade precoce central familial

A maioria dos casos de puberdade precoce central (PPC) em meninas permanece idiopática. A hipótese de uma causa genética vem se fortalecendo após a descoberta de alguns genes associados a este fenótipo, sobretudo aqueles implicados com o sistema kisspeptina (KISS1 e KISS1R). Entretanto, apenas casos isolados de PPC foram relacionados à mutação na kisspeptina ou em seu receptor. Até recentemente, a maioria dos estudos genéticos em PPC buscava genes candidatos selecionados com base em modelos animais, análise genética de pacientes com hipogonadismo hipogonadotrófico, ou ainda, nos estudos de associação ampla do genoma. Neste trabalho, foi utilizado o sequenciamento exômico global, uma metodologia mais moderna de sequenciamento, para identificar variantes associadas ao fenótipo de PPC. Trinta e seis indivíduos com a forma de PPC familial (19 famílias) e 213 casos aparentemente esporádicos foram inicialmente selecionados. A forma familial foi definida pela presença de mais de um membro afetado na família. DNA genômico foi extraído dos leucócitos do sangue periférico de todos os pacientes. O estudo de sequenciamento exômico global realizado pela técnica ILLUMINA, em 40 membros de 15 famílias com PPC, identificou mutações inativadoras em um único gene, MKRN3, em cinco dessas famílias. Pesquisa de mutação no MKRN3 realizada por sequenciamento direto em duas famílias adicionais (quatro pacientes) identificou duas novas variantes nesse gene. O MKRN3 é um gene de um único éxon, localizado no cromossomo 15 em uma região crítica para a síndrome de Prader Willi. O gene MKRN3 sofre imprinting materno, sendo expresso apenas pelo alelo paterno. A descoberta de mutações em pacientes com PPC familial despertou o interesse para a pesquisa de mutações nesse gene em 213 pacientes com PPC aparentemente esporádica por meio de reação em cadeia de polimerase seguida de purificação enzimática e sequenciamento automático direto (Sanger). Três novas mutações e duas já anteriormente identificadas, incluindo quatro frameshifts e uma variante missense, foram encontradas, em heterozigose, em seis meninas não relacionadas. Todas as novas variantes identificadas estavam ausentes nos bancos de dados (1000 Genomes e Exome Variant Server). O estudo de segregação familial em três dessas meninas com PPC aparentemente esporádica e mutação no MKRN3 confirmou o padrão de herança autossômica dominante com penetrância completa e transmissão exclusiva pelo alelo paterno, demonstrando que esses casos eram, na verdade, também familiares. A maioria das mutações encontradas no MKRN3 era do tipo frameshift ou nonsense, levando a stop códons prematuros e proteínas truncadas e, portanto, confirmando a associação com o fenótipo. As duas mutações missenses (p.Arg365Ser e p.Phe417Ile) identificadas estavam localizadas em regiões de dedo ou anel de zinco, importantes para a função da proteína. Além disso, os estudos in silico dessas duas variantes demonstraram patogenicidade. Todos os pacientes com mutação no MKRN3 apresentavam características clínicas e hormonais típicas de ativação prematura do eixo reprodutivo. A mediana de idade de início da puberdade foi de 6 anos nas meninas (variando de 3 a 6,5) e 8 anos nos meninos (variando de 5,9 a 8,5). Tendo em vista o fenômeno de imprinting, análise de metilação foi também realizada em um subgrupo de 52 pacientes com PPC pela técnica de MS-MLPA, mas não foram encontradas alterações no padrão de metilação. Em conclusão, este trabalho identificou um novo gene associado ao fenótipo de PPC. Atualmente, mutações inativadoras no MKRN3 representam a causa genética mais comum de PPC familial (33%). O MKRN3 é o primeiro gene imprintado associado a distúrbios puberais em humanos. O mecanismo preciso de ação desse gene na regulação da secreção de GnRH necessita de estudos adicionais

Expression profiling and sequence diversity of novel DREB genes from common bean (Phaseolus vulgaris L.) and their association with drought-related traits

Common bean is a major dietary component in several countries, but its productivity is negatively affected by abiotic stresses. Dissecting candidate genes involved in abiotic stress tolerance is a paramount step toward the improvement of common bean performance under such constraints. Thereby, this thesis presents a systematic analysis of the DEHYDRATION RESPONSIVE ELEMENT-BINDING (DREB) gene subfamily, which encompasses genes that regulate several processes during stress responses, but with limited information for common bean. First, a series of in silico analyses with sequences retrieved from the P. vulgaris genome on Phytozome supported the categorization of 54 putative PvDREB genes distributed within six phylogenetic subgroups (A-1 to A-6), along the 11 chromosomes. Second, we cloned four novel PvDREB genes and determined their inducibility-factors, including the dehydration-, salinity- and cold-inducible genes PvDREB1F and PvDREB5A, and the dehydration- and cold-inducible genes PvDREB2A and PvDREB6B. Afterwards, nucleotide polymorphisms were searched through Sanger sequencing along those genes, revealing a high number of single nucleotide polymorphisms within PvDREB6B by the comparison of Mesoamerican and Andean genotypes. The nomenclature of PvDREB6B is discussed in details. Furthermore, we used the BARCBean6K_3 SNP platform to identify and genotype the closest SNP to each one of the 54 PvDREB genes. We selected PvDREB6B for a broader study encompassing a collection of wild common bean accessions of Mesoamerican origin. The population structure of the wild beans was accessed using sequence polymorphisms of PvDREB6B. The genetic clusters were partially associated with variation in latitude, altitude, precipitation and temperature throughout the areas such beans are distributed. With an emphasis on drought stress, an adapted tube-screening method in greenhouse conditions enabled the phenotyping of several drought-related traits in the wild collection. Interestingly, our data revealed a correlation between root depth, plant height and biomass and the environmental data of the location of the accessions. Correlation was also observed between the population structure determined through PvDREB6B and the environmental data. An association study combining data from the SNP array and DREB polymorphisms enabled the detection of SNP associated with drought-related traits through a compressed mixed linear model (CMLM) analysis. This thesis highlighted important features of DREB genes in common bean, revealing candidates for further strategies aimed at improvement of abiotic stress tolerance, with emphasis on drought tolerance

Caractérisation bioinformatique des nouvelles protéines mitochondriales chez les moules d’eau douce (Bivalvia : Unionoida)

Malgré que le contenu des génomes mitochondriaux animaux soit dit bien conservé, des nouveaux gènes mitochondriaux ont été identifiés chez plusieurs espèces, surtout des invertébrés. Par exemple, les bivalves exhibant la double transmission uniparentale de leurs génomes mitochondriaux possèdent des nouveaux gènes spécifiques au sexe (M-ORF dans l’ADN de type M, F-ORF dans l’ADN de type F) qui ont été caractérisés in silico chez trois espèces de l’ordre Mytiloida, une espèce de Veneroida et une espèce de Unionoida par une précédente étude. Même si les séquences varient beaucoup entre ces trois ordres, cette étude à montré que des hélices transmembranaires ainsi que des peptides signaux sont conservés pour toutes les séquences. L’étude a aussi montré que les nouveaux gènes pourraient avoir des rôles dans la signalisation cellulaire, le cycle cellulaire et la réponse immunitaire et qu’ils pourraient être le résultat de l’endogénisation de l’ADN viral. Le projet présenté ici a pour but de mieux caractériser ces nouveaux gènes et leur origine potentielle, en plus d’étudier le H-ORF particulier aux hermaphrodites, en ciblant les espèces des unionidés. Les résultats montrent que les hélices transmembranaires et peptides signaux sont conservés chez les unionidés, les protéines semblent être associées à la membrane et être capables de lier des acides nucléiques et protéines, et les fonctions potentielles sont conservées. Les M-ORFs semblent avoir un rôle dans le transport et des processus cellulaires tels que la signalisation, le cycle cellulaire et la division, et l’organisation du cytosquelette. Les F-ORFs semblent être impliqués dans le trafic et transport cellulaire et la réponse immunitaire. Finalement, les H-ORFs semblent être des glycoprotéines structurales avec des rôles dans la signalisation, le transport et la transcription. Les résultats de ce projet pourraient supporter une origine virale ou mitochondriale pour ces gènes.

A desregulação da homeostase do ferro: base molecular e patologias associadas

A homeostase do ferro requer um rigoroso processo de regulação, uma vez que este é um elemento essencial para alguns dos mecanismos celulares básicos mas, quando se encontra em excesso, origina profundos danos celulares e falha de órgãos. Dado que o organismo humano não possui um mecanismo ativo de excreção de ferro, é essencial que a sua homeostase seja estabelecida através de uma estreita comunicação entre os locais de absorção, utilização e armazenamento. Esta interligação é conseguida, essencialmente, através da ação de uma hormona circulante, a hepcidina. A hepcidina é sintetizada ao nível dos hepatócitos do fígado, sendo a sua expressão aumentada pelos níveis de ferro e inflamação e suprimida pela eritropoiese e hipoxia. A hepcidina regula negativamente a absorção duodenal do ferro proveniente da alimentação, a libertação pelos macrófagos do ferro resultante da fagocitose dos glóbulos vermelhos senescentes, assim como a libertação do ferro armazenado nos hepatócitos. A hemocromatose hereditátria (HH) do tipo 1 é uma doença de transmissão autossómica recessiva associada a mutações no gene HFE (p.Cys282Tyr e p.His63Asp). É a patologia humana mais comum de sobrecarga primária em ferro, apresenta penetrância incompleta, e é um dos distúrbios genéticos mais frequentes em caucasianos de ascendência Norte-Europeia. Na hemocromatose, apesar de haver um excesso de ferro no organismo, este facto não é refletido no nível de expressão da hormona hepcidina (cujos níveis deveriam aumentar). Pelo contrário, o nível de expressão da hepcidina encontra-se diminuído o que perpetua a constante absorção do ferro a nível duodenal. Os sintomas associados à doença iniciam-se geralmente na meia-idade e começam por consistir em sintomas gerais de fadiga e dores articulares. No entanto, a progressiva acumulação do ferro em vários órgãos (tais como fígado, coração e pâncreas) provoca aí graves danos, tais como cirrose, carcinoma hepatocelular, cardiomiopatias e diabetes. Para além da HH do tipo 1, podem ocorrer outros tipos de hemocromatose por mutações noutros genes relacionados com o metabolismo do ferro (tais como TFR2, HJV, HAMP, SLC40A1, etc). Mutações em genes como HAMP e HJV associam-se a hemocromatoses mais graves, de início ainda na juventude (hemocromatose juvenil). A implementação no nosso laboratório da nova metodologia de Next-Generation Sequencing permitiu-nos realizar a pesquisa de variantes simultaneamente em 6 genes relacionados com o metabolismo do ferro, em 88 doentes com fenótipo de hemocromatose hereditária não-clássica. Foram identificadas 54 variantes diferentes sendo algumas delas novas. Estudos in silico e estudos funcionais in vitro (em linhas celulares) permitiram-nos comprovar a patogenicidade de algumas das variantes novas e compreender os mecanismos moleculares subjacentes ao desenvolvimento da sobrecarga em ferro. Pelo contrário, no lado oposto do espetro das patologias relacionadas com o ferro, encontram-se as anemias por falta de ferro (anemias ferropénicas). A Organização Mundial de Saúde define anemia quando os níveis de hemoglobina no sangue são menores do que 12 g/dL na Mulher e 13 g/dL no Homem. A hemoglobina é a proteína existente nos glóbulos vermelhos do sangue, responsável pelo transporte de oxigénio no organismo, e cuja molécula é um tetrâmero formado por 4 cadeias polipeptídicas (as globinas) e 4 grupos heme que contêm 4 átomos de ferro. A falta de ferro impede que se formem as moléculas de hemoglobina a níveis normais em cerca de 20% da população portuguesa e isso é devido a carências alimentares ou a dificuldades na absorção do ferro proveniente da alimentação. Entre os fatores genéticos moduladores desta última situação parecem estar algumas variantes polimórficas no gene TMPRSS6, codificante da proteína Matriptase-2, um dos agentes envolvidos na regulação da expressão da hepcidina. Por outro lado, mutações neste gene dão origem a anemias ferropénicas graves, refratárias ao tratamento oral com ferro (Iron Refractory Iron Deficiency Anaemia - IRIDA). As Hemoglobinopatias são outro tipo de anemia hereditária. Estas não estão relacionadas com o défice de ferro mas sim com defeitos nas cadeias globínicas, constituintes da hemoglobina (α2β2). As hemoglobinopatias que estão relacionadas com um problema quantitativo, ou seja quando há ausência ou diminuição de síntese de uma cadeia globínica, denominam-se talassémias: beta-talassémia, alfa-talassémia, delta-talassémia, etc, consoante o gene afetado. Por outro lado, quando o problema é de carácter qualitativo, ou seja ocorre a síntese de uma cadeia globínica estruturalmente anómala, esta é denominada uma variante de hemoglobina. Enquadra-se neste último grupo a Anemia das Células Falciformes ou Drepanocitose. As hemoglobinopatias são das patologias genéticas mais frequentes no mundo, sendo que nalguns locais são um grave problema de saúde pública. Em Portugal foram realizados estudos epidemiológicos que permitiram determinar a frequência de portadores na população e foi implementado um programa de prevenção.

A evolução das estratégias do design racional de fármacos

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Caractérisation bioinformatique des nouvelles protéines mitochondriales chez les moules d’eau douce (Bivalvia : Unionoida).

Malgré que le contenu des génomes mitochondriaux animaux soit dit bien conservé, des nouveaux gènes mitochondriaux ont été identifiés chez plusieurs espèces, surtout des invertébrés. Par exemple, les bivalves exhibant la double transmission uniparentale de leurs génomes mitochondriaux possèdent des nouveaux gènes spécifiques au sexe (M-ORF dans l’ADN de type M, F-ORF dans l’ADN de type F) qui ont été caractérisés in silico chez trois espèces de l’ordre Mytiloida, une espèce de Veneroida et une espèce de Unionoida par une précédente étude. Même si les séquences varient beaucoup entre ces trois ordres, cette étude à montré que des hélices transmembranaires ainsi que des peptides signaux sont conservés pour toutes les séquences. L’étude a aussi montré que les nouveaux gènes pourraient avoir des rôles dans la signalisation cellulaire, le cycle cellulaire et la réponse immunitaire et qu’ils pourraient être le résultat de l’endogénisation de l’ADN viral. Le projet présenté ici a pour but de mieux caractériser ces nouveaux gènes et leur origine potentielle, en plus d’étudier le H-ORF particulier aux hermaphrodites, en ciblant les espèces des unionidés. Les résultats montrent que les hélices transmembranaires et peptides signaux sont conservés chez les unionidés, les protéines semblent être associées à la membrane et être capables de lier des acides nucléiques et protéines, et les fonctions potentielles sont conservées. Les M-ORFs semblent avoir un rôle dans le transport et des processus cellulaires tels que la signalisation, le cycle cellulaire et la division, et l’organisation du cytosquelette. Les F-ORFs semblent être impliqués dans le trafic et transport cellulaire et la réponse immunitaire. Finalement, les H-ORFs semblent être des glycoprotéines structurales avec des rôles dans la signalisation, le transport et la transcription. Les résultats de ce projet pourraient supporter une origine virale ou mitochondriale pour ces gènes.

Trait physiology and crop modelling as a framework to link phenotypic complexity to underlying genetic systems

New tools derived from advances in molecular biology have not been widely adopted in plant breeding for complex traits because of the inability to connect information at gene level to the phenotype in a manner that is useful for selection. In this study, we explored whether physiological dissection and integrative modelling of complex traits could link phenotype complexity to underlying genetic systems in a way that enhanced the power of molecular breeding strategies. A crop and breeding system simulation study on sorghum, which involved variation in 4 key adaptive traits-phenology, osmotic adjustment, transpiration efficiency, stay-green-and a broad range of production environments in north-eastern Australia, was used. The full matrix of simulated phenotypes, which consisted of 547 location-season combinations and 4235 genotypic expression states, was analysed for genetic and environmental effects. The analysis was conducted in stages assuming gradually increased understanding of gene-to-phenotype relationships, which would arise from physiological dissection and modelling. It was found that environmental characterisation and physiological knowledge helped to explain and unravel gene and environment context dependencies in the data. Based on the analyses of gene effects, a range of marker-assisted selection breeding strategies was simulated. It was shown that the inclusion of knowledge resulting from trait physiology and modelling generated an enhanced rate of yield advance over cycles of selection. This occurred because the knowledge associated with component trait physiology and extrapolation to the target population of environments by modelling removed confounding effects associated with environment and gene context dependencies for the markers used. Developing and implementing this gene-to-phenotype capability in crop improvement requires enhanced attention to phenotyping, ecophysiological modelling, and validation studies to test the stability of candidate genetic regions.

The effects of parabens on the mechanosensitive channels of E. coli

Parabens are alkyl esters of p-hydroxybenzoic acid used as preservatives in a wide range of food, pharmaceutical, and cosmetic products (Soni et al. Food Chem. Toxicol. 39:513-532, 2001). Despite their common use for over 50 years, their mechanism of action is still unclear. In this study we examined the effects of ethyl and propyl paraben, on gating of the E. coli mechanosensitive channel of large conductance (MscL) reconstituted into azolectin liposomes. We found that propyl and ethyl paraben spontaneously activate MscL. Moreover, the addition of propyl paraben caused an increase in MscL activity and the lowering Of P-1/2, the pressure at which the MscL was opened 50% of the time, the AGO, the free energy required to open the MscL, and the parameter a, which describes the channel sensitivity to pressure. In addition, in silico studies showed that propyl paraben binds to the channel gate of the MscL. The mechanosensitive channel of small conductance was also found to be spontaneously activated by parabens. In summary, our study indicates that one of the previously unidentified mechanisms of action of parabens as antimicrobial agents is via an interaction with the mechanosensitive channels to upset the osmotic gradients in bacteria.

Modeling hybridoma cell metabolism using a generic genome-scale metabolic model of Mus musculus

The reconstructed cellular metabolic network of Mus musculus, based on annotated genomic data, pathway databases, and currently available biochemical and physiological information, is presented. Although incomplete, it represents the first attempt to collect and characterize the metabolic network of a mammalian cell on the basis of genomic data. The reaction network is generic in nature and attempts to capture the carbon, energy, and nitrogen metabolism of the cell. The metabolic reactions were compartmentalized between the cytosol and the mitochondria, including transport reactions between the compartments and the extracellular medium. The reaction list consists of 872 internal metabolites involved in a total of 1220 reactions, whereof 473 relate to known open reading frames. Initial in silico analysis of the reconstructed model is presented.

Clusters of internally primed transcripts reveal novel long noncoding RNAs

Non- protein- coding RNAs ( ncRNAs) are increasingly being recognized as having important regulatory roles. Although much recent attention has focused on tiny 22- to 25- nucleotide microRNAs, several functional ncRNAs are orders of magnitude larger in size. Examples of such macro ncRNAs include Xist and Air, which in mouse are 18 and 108 kilobases ( Kb), respectively. We surveyed the 102,801 FANTOM3 mouse cDNA clones and found that Air and Xist were present not as single, full- length transcripts but as a cluster of multiple, shorter cDNAs, which were unspliced, had little coding potential, and were most likely primed from internal adenine- rich regions within longer parental transcripts. We therefore conducted a genome- wide search for regional clusters of such cDNAs to find novel macro ncRNA candidates. Sixty- six regions were identified, each of which mapped outside known protein- coding loci and which had a mean length of 92 Kb. We detected several known long ncRNAs within these regions, supporting the basic rationale of our approach. In silico analysis showed that many regions had evidence of imprinting and/ or antisense transcription. These regions were significantly associated with microRNAs and transcripts from the central nervous system. We selected eight novel regions for experimental validation by northern blot and RT- PCR and found that the majority represent previously unrecognized noncoding transcripts that are at least 10 Kb in size and predominantly localized in the nucleus. Taken together, the data not only identify multiple new ncRNAs but also suggest the existence of many more macro ncRNAs like Xist and Air.

Evolutionary conservation and murine embryonic expression of the gene encoding the SERTA domain-containing protein CDCA4 (HEPP)

Cdca4 (Hepp) was originally identified as a gene expressed specifically in hematopoietic progenitor cells as opposed to hematopoietic stem cells. More recently, it has been shown to stimulate p53 activity and also lead to p53-independent growth inhibition when overexpressed. We independently isolated the murine Cdca4 gene in a genomic expression-based screen for genes involved in mammalian craniofacial development, and show that Cdca4 is expressed in a spatio-temporally restricted pattern during mouse embryogenesis. In addition to expression in the facial primordia including the pharyngeal arches, Cdca4 is expressed in the developing limb buds, brain, spinal cord, dorsal root ganglia, teeth, eye and hair follicles. Along with a small number of proteins from a range of species, the predicted CDCA4 protein contains a novel SERTA motif in addition to cyclin A-binding and PHD bromodomain-binding regions of homology. While the function of the SERTA domain is unknown, proteins containing this domain have previously been linked to cell cycle progression and chromatin remodelling. Using in silico database mining we have extended the number of evolutionarily conserved orthologues of known SERTA domain proteins and identified an uncharacterised member of the SERTA domain family, SERTAD4, with orthologues to date in human, mouse, rat, dog, cow, Tetraodon and chicken. Immunolocalisation of transiently and stably transfected epitope-tagged CDCA4 protein in mammalian cells suggests that it resides predominantly in the nucleus throughout all stages of the cell cycle. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.