Molecular characterisation of newly identified HIV-1 infections in Curitiba, Brazil: preponderance of clade C among males with recent infections

As in many areas of Brazil, the AIDS epidemic in Curitiba is relatively stable, but surveillance is important to support public policy. The molecular characteristics of HIV may be instrumental for monitoring epidemic trends. We evaluated plasma HIV-1 RNA (n = 37) from 38 cases presenting with positive serology, who were among 820 consenting volunteers visiting the downtown counselling and serology testing centre. Seroprevalence was 4.6% (CI 95% 3.2-6.3) and the estimated HIV incidence, as defined by the BED assay, was 2.86 persons/years (CI 95% 1.04-4.68). An additional set of contemporaneous, anonymous samples from a local laboratory was also analysed (n = 20). Regions of the HIV-1 polymerase (n = 57) and envelope (n = 34) were evaluated for subtyping, determination of mosaic structure, primary drug resistance mutations (pDRM), envelope V3 loop motifs and amino acid signatures related to viral tropism. HIV-1 clade B was observed in 53% of cases; HIV-1C in 30% and BC mosaics in 14%, with one F genome and one CF mosaic. Clade C infection was associated with recent infections among males (p < 0.03). Stanford surveillance pDRM was observed in 8.8% of sequences, with 7% showing high level resistance to at least one antiretroviral drug. Tropism for CXCR4 co-receptor was predicted in 18% of envelope sequences, which were exclusively among clade B genomes and cases with serological reactivity to chronic infection.

Population structure and diversity of the pathogenic fungus Aspergillus fumigatus isolated from different sources and geographic origins

Fifty-five clinical and environmental Aspergillus fumigatus isolates from Mexico, Argentina, France and Peru were analyzed to determine their genetic variability, reproductive system and level of differentiation using amplified fragment length polymorphism markers. The level of genetic variability was assessed by measuring the percentage of polymorphic loci, number of effective alleles, expected heterozygocity and by performing an association index test (I A). The degree of genetic differentiation and variation was determined using analysis of molecular variance at three levels. Using the paired genetic distances, a dendrogram was built to detect the genetic relationship among alleles. Finally, a network of haplotypes was constructed to determine the geographic relationship among them. The results indicate that the clinical isolates have greater genetic variability than the environmental isolates. The I A of the clinical and environmental isolates suggests a recombining population structure. The genetic differentiation among isolates and the dendrogram suggest that the groups of isolates are different. The network of haplotypes demonstrates that the majority of the isolates are grouped according to geographic origin.

Relacions estructura-propietat per un conjunt d'hidrocarburs a partir de nous descriptors tridimensionals derivats de la semblança molecular quàntica

En aquest article es defineixen uns nous índexs tridimensionals per a la descripció de les molècules a partir de paràmetres derivats de la Teoria de la Semblança Molecular i de les distàncies euclidianes entre els àtoms i les càrregues atòmiques efectives. Aquests indexs,anomenats 3D, s'han aplicat a l'estudi de les relacions estructura-propietat d'una família d'hidrocarburs, i han demostrat una capacitat de descripció de tres propietats de la família (temperatura d'ebullició, temperatura de fusió i densitat) molt més acurada que quan s'utilitzen els indexs 2D clàssics

Molecular design of the Calphabeta interface favors specific pairing of introduced TCRalphabeta in human T cells.

A promising approach to adoptive transfer therapy of tumors is to reprogram autologous T lymphocytes by TCR gene transfer of defined Ag specificity. An obstacle, however, is the undesired pairing of introduced TCRalpha- and TCRbeta-chains with the endogenous TCR chains. These events vary depending on the individual endogenous TCR and they not only may reduce the levels of cell surface-introduced TCR but also may generate hybrid TCR with unknown Ag specificities. We show that such hybrid heterodimers can be generated even by the pairing of human and mouse TCRalpha- and TCRbeta-chains. To overcome this hurdle, we have identified a pair of amino acid residues in the crystal structure of a TCR that lie at the interface of associated TCR Calpha and Cbeta domains and are related to each other by both a complementary steric interaction analogous to a "knob-into-hole" configuration and the electrostatic environment. We mutated the two residues so as to invert the sense of this interaction analogous to a charged "hole-into-knob" configuration. We show that this inversion in the CalphaCbeta interface promotes selective assembly of the introduced TCR while preserving its specificity and avidity for Ag ligand. Noteworthily, this TCR modification was equally efficient on both a Mu and a Hu TCR. Our data suggest that this approach is generally applicable to TCR independently of their Ag specificity and affinity, subset distribution, and species of origin. Thus, this strategy may optimize TCR gene transfer to efficiently and safely reprogram random T cells into tumor-reactive T cells.

Molecular epidemiology reveals long-term changes in HIV type 1 subtype B transmission in Switzerland.

BACKGROUND: Sequence data from resistance testing offer unique opportunities to characterize the structure of human immunodeficiency virus (HIV) infection epidemics. METHODS: We analyzed a representative set of HIV type 1 (HIV-1) subtype B pol sequences from 5700 patients enrolled in the Swiss HIV Cohort Study. We pooled these sequences with the same number of sequences from foreign epidemics, inferred a phylogeny, and identified Swiss transmission clusters as clades having a minimal size of 10 and containing >or=80% Swiss sequences. RESULTS: More than one-half of Swiss patients were included within 60 transmission clusters. Most transmission clusters were significantly dominated by specific transmission routes, which were used to identify the following patient groups: men having sex with men (MSM) (38 transmission clusters; average cluster size, 29 patients) or patients acquiring HIV through heterosexual contact (HETs) and injection drug users (IDUs) (12 transmission clusters; average cluster size, 144 patients). Interestingly, there were no transmission clusters dominated by sequences from HETs only. Although 44% of all HETs who were infected between 1983 and 1986 clustered with injection drug users, this percentage decreased to 18% for 2003-2006 (P<.001), indicating a diminishing role of injection drug users in transmission among HETs over time. CONCLUSIONS: Our analysis suggests (1) the absence of a self-sustaining epidemic of HIV-1 subtype B in HETs in Switzerland and (2) a temporally decreasing clustering of HIV infections in HETs and IDUs.

Coordinated effects of sequence variation on DNA binding, chromatin structure, and transcription.

DNA sequence variation has been associated with quantitative changes in molecular phenotypes such as gene expression, but its impact on chromatin states is poorly characterized. To understand the interplay between chromatin and genetic control of gene regulation, we quantified allelic variability in transcription factor binding, histone modifications, and gene expression within humans. We found abundant allelic specificity in chromatin and extensive local, short-range, and long-range allelic coordination among the studied molecular phenotypes. We observed genetic influence on most of these phenotypes, with histone modifications exhibiting strong context-dependent behavior. Our results implicate transcription factors as primary mediators of sequence-specific regulation of gene expression programs, with histone modifications frequently reflecting the primary regulatory event.

The alpha 1a and alpha 1b-adrenergic receptor subtypes: molecular mechanisms of receptor activation and of drug action.

In this chapter we summarize some aspects of the structure-functional relationship of the alpha 1a and alpha 1b-adrenergic receptor subtypes related to the receptor activation process as well as the effect of different alpha-blockers on the constitutive activity of the receptor. Molecular modeling of the alpha 1a and alpha 1b-adrenergic receptor subtypes and computational simulation of receptor dynamics were useful to interpret the experimental findings derived from site directed mutagenesis studies.

Molecular genetics of rare hereditary diseases via genome-wide and integrated approaches

ABSTRACTThe Online Mendelian Inheritance in Man database (OMIM) reports about 3000 Mendelian diseases of known causal gene and about 2000 that remain to be mapped. These cases are often difficult to solve because of the rareness of the disease, the structure of the family (too big or too small) or the heterogeneity of the phenotype. The goal of this thesis is to explore the current genetic tools, before the advent of ultra high throughput sequencing, and integrate them in the attempt to map the genes behind the four studied cases. In this framework we have studied a small family with a recessive disease, a modifier gene for the penetrance of a dominant mutation, a large extended family with a cardiac phenotype and clinical and/or allelic heterogeneity and we have molecularly analyzed a balanced chromosomal translocation.RESUMELa base de données des maladies à transmission mendélienne, Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM), contient environ 3000 affections à caractère mendélien pour lesquelles le gène responsable est connu et environ 2000 qui restent à élucider.Les cas restant à résoudre sont souvent difficiles soit par le caractère intrinsèquement rare de ces maladies soit à cause de difficultés structurelles (famille trop petite ou trop étendue) ou hétérogénéité du phénotype ou génétique. Cette thèse s'inscrit avant l'arrivée des nouveaux outils de séquençage à haut débit. Son but est d'explorer les outils génétiques actuels, et de les intégrer pour trouver les gènes impliqués dans quatre cas représentant chacun une situation génétique différente : nous avons étudié une famille de quatre individus avec une transmission récessive, recherché un gène modificateur de la pénétrance de mutations dominantes, étudié une famille étendue présentant un phénotype cardiaque cliniquement et/ou allèliquement hétérogène et nous avons fait l'analyse moléculaire d'une translocation chromosomique balancée.

Forecasting changes in population genetic structure of alpine plants in response to global warming.

Species range shifts in response to climate and land use change are commonly forecasted with species distribution models based on species occurrence or abundance data. Although appealing, these models ignore the genetic structure of species, and the fact that different populations might respond in different ways because of adaptation to their environment. Here, we introduced ancestry distribution models, that is, statistical models of the spatial distribution of ancestry proportions, for forecasting intra-specific changes based on genetic admixture instead of species occurrence data. Using multi-locus genotypes and extensive geographic coverage of distribution data across the European Alps, we applied this approach to 20 alpine plant species considering a global increase in temperature from 0.25 to 4 °C. We forecasted the magnitudes of displacement of contact zones between plant populations potentially adapted to warmer environments and other populations. While a global trend of movement in a north-east direction was predicted, the magnitude of displacement was species-specific. For a temperature increase of 2 °C, contact zones were predicted to move by 92 km on average (minimum of 5 km, maximum of 212 km) and by 188 km for an increase of 4 °C (minimum of 11 km, maximum of 393 km). Intra-specific turnover-measuring the extent of change in global population genetic structure-was generally found to be moderate for 2 °C of temperature warming. For 4 °C of warming, however, the models indicated substantial intra-specific turnover for ten species. These results illustrate that, in spite of unavoidable simplifications, ancestry distribution models open new perspectives to forecast population genetic changes within species and complement more traditional distribution-based approaches.

Structure-based drug design studies of the interactions ofent-kaurane diterpenes derived from Wedelia paludosa with the Plasmodium falciparumsarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase PfATP6

Malaria is responsible for more deaths around the world than any other parasitic disease. Due to the emergence of strains that are resistant to the current chemotherapeutic antimalarial arsenal, the search for new antimalarial drugs remains urgent though hampered by a lack of knowledge regarding the molecular mechanisms of artemisinin resistance. Semisynthetic compounds derived from diterpenes from the medicinal plant Wedelia paludosawere tested in silico against the Plasmodium falciparumCa2+-ATPase, PfATP6. This protein was constructed by comparative modelling using the three-dimensional structure of a homologous protein, 1IWO, as a scaffold. Compound 21 showed the best docking scores, indicating a better interaction with PfATP6 than that of thapsigargin, the natural inhibitor. Inhibition of PfATP6 by diterpene compounds could promote a change in calcium homeostasis, leading to parasite death. These data suggest PfATP6 as a potential target for the antimalarial ent-kaurane diterpenes.

Molecular and physiological characterisation of lonotropic receptors in the sacculus in drosophila

Chemosensation is the detection of chemical signals in the environment that enable an animal to make informed decisions about food choice, mate preference or predator detection. Dissecting the molecular and neural mechanisms by which animals detect chemical cues is an important goal towards understanding how they interact with the environment. An attractive system to dissect the mechanisms of chemosensation is the olfactory system. One of the most-investigated olfactory systems is that of Drosophila melanogaster, a model organism that is amenable to a powerful combination of genetic and physiological analyses. Embedded within the antennal olfactory organ of Drosophila is an unusual sensory structure called the sacculus. The sacculus is comprised of three distinct chambers, each lined with several sensilla housing two to three neurons. Previous morphological, anatomical and surgical studies of sacculus neurons have implicated sacculus neurons in chemosensation, hygrosensation and/or thermosensation. While a subset of sacculus neurons have been physiologically characterised as temperature sensors, the role of this organ has remained largely mysterious, due to its inaccessibility to peripheral electrophysiological analysis. Recently a new family of olfactory receptors, the lonotropic Receptors (IRs), was identified. Five IRs are expressed in sacculus neurons providing the first selective molecular markers for these cells. In this thesis I describe the molecular, physiological and anatomical characterisation of these neurons. Genetic labelling of specific populations of sacculus neurons with anatomical (CD8:GFP) reporters has identified neurons in sacculus chambers I and II express IR40a+IR93a together with their co- receptor IR25a, while neurons in chamber III express IR64a with its co-receptor IR8a. Both these sets of neurons project to two distinct glomeruli in the antennal lobe; IR40a neurons project to the column and arm, IR64a neurons project to DC4 and DP1m. Through a live optical imaging screen I showed that these neurons are indeed olfactory and IR64a neurons recognise acidic ligands, while IR40a neurons recognise amine ligands. IR40a and IR64a neurons are in fact composed of anatomically and physiologically distinct subpopulations, strongly implying the existence of other factors that define their functional properties. My thesis identifies the sacculus as a specialised olfactory organ capable of detecting acids and bases, which are of widespread importance to insects. The data from my thesis along with data from other labs show the sacculus is composed of different populations of olfactory sensory neurons and thermosensory neurons. Comparative genomic analysis of sacculus IRs across insects reveals them to be among the most conserved of this receptor repertoire, suggesting that the sacculus represents an evolutionarily ancient insect olfactory acid-base sensor. - La détection des produits chimiques se trouvant dans l'environnement (perception chimiosensorielle) permet à un animal de choisir sa nourriture, son partenaire ou encore d'identifier ses prédateurs. Décortiquer les mécanismes moléculaires et neuronaux grâce auxquels les animaux détectent ces signaux chimiques permet de comprendre comment ces animaux interagissent avec leur environnement. Un système intéressant pour décortiquer ces mécanismes de perception chimiosensorielle est le système olfactif, de la drosophile (Drosophila melanogaster), aussi appelée mouche du vinaigre. C'est un animal modèle très utile grâce à la combinaison d'outils génétiques puissants et d'analyses physiologiques facilement réalisables. Dans l'antenne de la drosophile, qui est l'organe olfactif principal de cet animal, se trouve une structure appelée sacculus. Celui-ci est composé de trois chambres distinctes, chacune comprenant plusieurs sensilles à l'intérieur desquelles se trouvent deux à trois neurones. De précédentes études morphologiques et anatomiques des ces neurones ont déterminé qu'ils sont impliqués dans la perception des odeurs, de l'humidité et de la température. Malgré ceci, la fonction principale de cet organe reste largement inconnue, principalement car il est inaccessible aux analyses électrophysiologiques. Récemment, une nouvelle famille de soixante-six récepteurs olfactifs, nommés Récepteurs lonotropiques (IRs), a été découverte chez la drosophile. Cinq IRs sont exprimés dans les neurones du sacculus. Pour la première fois, une sélection de marqueurs moléculaires est disponible pour l'étude de ces cellules. Dans cette thèse, les caractéristiques moléculaires, physiologiques et anatomiques des neurones du sacculus sont décrites. Ces populations de neurones situés dans le sacculus ont été marquées avec des gènes rapporteurs (CD8:GFP). Ceci a montré que les récepteurs IR40a et IR93a sont exprimés ensemble avec le co-récepteur IR25a dans les chambres I et II, tandis que les neurones de la chambre III expriment IR64a avec son co-récepteur IR8a. Ces deux groupes de neurones projettent vers deux glomérules distincts du lobe antennaire : les neurones IR40a projettent vers la column et le arm, alors que les neurones IR64a projettent vers DC4 et DP1m. Un screen d'imagerie optique a démontré que ces neurones sont en effet des neurones olfactifs, et que les neurones IR64a reconnaissent des ligands acides, tandis que les neurones IR40a reconnaissent des ligands aminés. De plus, les neurones IR40a et IR64a sont séparés en sous-populations distinctes anatomiquement et physiologiquement, et d'autres facteurs permettant de définir leurs propriétés fonctionnelles sont probablement impliqués. Cette thèse identifie ainsi le sacculus comme un organe olfactif spécialisé capable de détecter des acides et amines, lesquels sont très importants pour les insectes. Toutes les données collectées durant cette thèse, combinées aux données d'autres laboratoires, montrent que le sacculus est composé de différentes populations de neurones olfactifs et thermosenseurs. Ces IRs sont très conservés parmi les insectes, suggérant que le sacculus représente révolution d'un ancien détecteur olfactif d'acides et de bases chez l'insecte. - Tous les animaux sont capables de percevoir les signaux chimiques dans leur environnement, comme les odeurs ou le goût, via différents organes. L'odorat est le sens qui permet de percevoir les odeurs, et il est implique des neurones olfactifs qui se trouvent dans le nez des mammifères ou les antennes des insectes. La capacité d'un neurone olfactif à détecter une molécule odorante dépend des types de récepteurs olfactifs qu'il exprime. Il existe deux grandes familles de récepteurs qui perçoivent les odeurs : les Récepteurs Olfactifs, ORs, et Récepteurs lonotropiques IRs, qui détectent différents types d'odeurs avec différents mécanismes. Lorsqu'un récepteur reconnaît une molécule odorante, il convertit ce signal en un signal électrique qui est ensuite transmis au centre olfactif dans le cerveau. La drosophile (Drosophila melanogaster), aussi appelée mouche du vinaigre, est utilisée comme animal modèle pour étudier l'odorat, parce que son génome entier a été séquencé et que ses gènes sont facilement manipulables. De plus, l'anatomie du système olfactif de la mouche est similaire à celui des mammifères, malgré qu'il possède moins de neurones, ce qui le rend moins complexe. Ma thèse a pour objectif d'étudier les Récepteurs lonotropiques dans un organe spécifique, appelé le sacculus, situé dans les antennes. Les neurones du sacculus exprimant des IRs envoient leurs projections au centre olfactif du cerveau, suggérant que ces neurones perçoivent les odeurs. Une technique d'imagerie optique a été utilisée sur le cerveau de mouches vivantes afin de mesurer la réponse des neurones du le sacculus à différentes odeurs. J'ai démontré que ces récepteurs détectent des acides et des amines, qui sont très importants pour les insectes. Par exemple, les acides se retrouvent dans les fruits mûrs sur lesquels les mouches vont se nourrir, s'accoupler et poser leurs oeufs, et les amines sont souvent produites par des bactéries pouvant être nuisible pour la mouche. La principale découverte de ma thèse est donc l'identification du sacculus comme un organe capable de détecter deux des principales odeurs importantes pour la mouche. Ces récepteurs sont aussi présents dans d'autres insectes où ils jouent peut-être des rôles différents. Les acides et les amines se retrouvent aussi dans les excrétions (comme la sueur ou l'urine) de beaucoup de mammifères, qui pourraient potentiellement être dangereux pour la mouche, mais qui attirent les moustiques se nourrissant de leur sang.

Sobre les relacions lineals d'energia lliure: mesures de semblança molecular quàntica sobre funcions de densitat electrònica modificad

En aquest treball es presenta l'ús de funcions de densitat electrònica de forat de Fermi per incrementar el paper que pren una regió molecular concreta, considerada com a responsable de la reactivitat molecular, tot i mantenir la mida de la funció de densitat original. Aquestes densitats s'utilitzen per fer mesures d'autosemblança molecular quàntica i es presenten com una alternativa a l'ús de fragments moleculars aillats en estudis de relació entre estructura i propietat. El treball es complementa amb un exemple pràctic, on es correlaciona l'autosemblanca molecular a partir de densitats modificades amb l'energia d'una reacció isodòsmica

HCF-1 self-association via an interdigitated Fn3 structure facilitates transcriptional regulatory complex formation.

Host-cell factor 1 (HCF-1) is an unusual transcriptional regulator that undergoes a process of proteolytic maturation to generate N- (HCF-1(N)) and C- (HCF-1(C)) terminal subunits noncovalently associated via self-association sequence elements. Here, we present the crystal structure of the self-association sequence 1 (SAS1) including the adjacent C-terminal HCF-1 nuclear localization signal (NLS). SAS1 elements from each of the HCF-1(N) and HCF-1(C) subunits form an interdigitated fibronectin type 3 (Fn3) tandem repeat structure. We show that the C-terminal NLS recruited by the interdigitated SAS1 structure is required for effective formation of a transcriptional regulatory complex: the herpes simplex virus VP16-induced complex. Thus, HCF-1(N)-HCF-1(C) association via an integrated Fn3 structure permits an NLS to facilitate formation of a transcriptional regulatory complex.

Mécanismes moléculaires de la fonction anti-apoptotique des HDLs sur la cellule béta pancréatique : 4E-BP1 comme potentielle cible thérapeutique. [Molecular mechanisms of anti-apoptotic function of HDLs on pancreatic beta cells : 4E-BP1 as a potential therapeutic target]

Introduction : Les particules de HDL (High Density Lipoprotein) ont des fonctions diverses notamment en raison de leur structure très hétérogène. Tout d'abord, les HDLs assurent le transport du cholestérol de la périphérie vers le foie mais sont également dotées de nombreuses vertus protectrices. Un grand nombre d'études démontre les mécanismes de protection des HDL sur les cellules endothéliales. Sachant que les patients diabétiques ont ses niveaux bas de HDL, le but de cette étude est d'investiguer les mécanismes moléculaires de protection sur la cellule beta pancréatique. Résultats : Une étude « microarray » nous a permis d'obtenir une liste de gènes régulés par le stress, comme la privation de sérum, en présence ou en absence de HDL. Parmi ces gènes, nous nous sommes particulièrement intéressés à un répresseur de la synthèse protéique « cap » -dépendante, 4EBP1. Dans notre étude transcriptomique, les niveaux d'ARNm de 4E-BP1 augmentaient de 30þ% dans des conditions sans sérum alors que les HDLs bloquaient cette élévation. Au niveau protéique, les niveaux totaux de 4EBP1 étaient augmentés dans les conditions de stress et cette élévation était contrée par les HDLs. D'autres expériences de transfection ou d'infection de 4E-BP1 ont montrés que cette protéine était capable d'induire l'apoptose dans les cellules beta, imitant ainsi l'effet de la privation de sérum. Afin de déterminer le rôle direct de 4E-BP1 dans la mort cellulaire, ses niveaux ont été réduits par interférence ARN. Le niveau de mort cellulaire induit par l'absence de sérum était moins élevé dans des cellules à taux réduits de 4EBP1 par RNAi que dans des cellules contrôle. Conclusion : Ces données montrent que les HDL protègent les cellules beta suite à différents stress et que 4E-BP1 est une des protéines pro-apoptotiques inhibées par les HDL. 4E-BP1 est capable d'induire la mort cellulaire dans les cellules bêta et cette réponse peut-être réduite en diminuant l'expression de cette protéine. Nos données suggèrent que 4E-BP1 est une cible potentielle pour le traitement du diabète.

Ab initio absorption spectrum of NiO combining molecular dynamics with the embedded cluster approach in a discrete reaction field

We developed a procedure that combines three complementary computational methodologies to improve the theoretical description of the electronic structure of nickel oxide. The starting point is a Car-Parrinello molecular dynamics simulation to incorporate vibrorotational degrees of freedom into the material model. By means ofcomplete active space self-consistent field second-order perturbation theory (CASPT2) calculations on embedded clusters extracted from the resulting trajectory, we describe localized spectroscopic phenomena on NiO with an efficient treatment of electron correlation. The inclusion of thermal motion into the theoretical description allowsus to study electronic transitions that, otherwise, would be dipole forbidden in the ideal structure and results in a natural reproduction of the band broadening. Moreover, we improved the embedded cluster model by incorporating self-consistently at the complete active space self-consistent field (CASSCF) level a discrete (or direct) reaction field (DRF) in the cluster surroundings. The DRF approach offers an efficient treatment ofelectric response effects of the crystalline embedding to the electronic transitions localized in the cluster. We offer accurate theoretical estimates of the absorption spectrum and the density of states around the Fermi level of NiO, and a comprehensive explanation of the source of the broadening and the relaxation of the charge transferstates due to the adaptation of the environment