UMA ABORDAGEM YEAST TWO-HYBRID PARA O ESTUDO DA REPLICAÇÃO E PATOGÉNESE DO VÍRUS DA HEPATITE DELTA

O vírus da hepatite delta (HDV) é o agente etiológico de uma das formas mais graves de hepatite viral e é ainda endémico em diversas regiões do globo, nomeadamente em África, na Amazónia e no Extremo Oriente. O HDV co-infecta ou super-infecta hepatócitos infectados com o vírus da hepatite B (HBV) aumentando em cerca de 10 vezes o risco de cirrose e hepatite fulminante. A associação clínica entre os dois vírus deve-se ao facto do invólucro do HDV ser constituído pelos antigénios de superfície do HBV (HBsAgs) que são necessários para a propagação da infecção. O genoma do HDV é constituído por uma molécula de RNA de cadeia simples, circular, com cerca de 1.7 Kb, que possui cerca de 70% de emparelhamento interno. Foi identificada uma única grelha de leitura aberta (ORF) no RNA viral que codifica para o antigénio delta (HDAg). A ocorrência de um mecanismo de editing do RNA, resulta na expressão de duas formas do HDAg, a pequena (S-HDAg) e a grande (L-HDAg). Várias funções essenciais para a replicação do HDV têm sido atribuídas a ambas as formas do HDAg, sendo a S-HDAg essencial para a acumulação de RNA viral e a L-HDAg responsável pela interacção com os HBsAgs para formar partículas virais. No entanto, dada a simplicidade dos seus componentes, admite-se que a replicação viral depende das interacções estabelecidas entre os HDAgs e factores celulares do hospedeiro. Apesar do número considerável de factores celulares descritos como interactores dos HDAgs ou RNA virais, a importância de muitas destas interacções não foi elucidada e muitas etapas do ciclo de replicação do HDV permanecem pouco claras. Para além disso, dado o número limitado de factores do hospedeiro que estão envolvidos na sua replicação, é muito provável que um número elevado de interactores do HDV permaneça por identificar. Este trabalho teve como objectivo a identificação de proteínas de fígado humano capazes de interagir com os HDAgs, utilizando o sistema yeast Two-Hybrid (YTH). Identificaram-se trinta proteínas com capacidade de interagir com a S-HDAg no sistema YTH, sendo que estas proteínas se encontram envolvidas em diferentes processos celulares. Com base nas características funcionais, foram seleccionadas três destas proteínas e as suas interacções com a S-HDAg foram investigadas com maior detalhe. As três proteínas seleccionadas foram a ribonucleoproteína nuclear heterogénea C (hnRNPC), a embryonic lethal abnormal vision like1 (ELAVL1/HuR) e a proteína 2 de ligação a EBNA1 (EBP2). As duas primeiras são proteínas de ligação a RNA, previamente descritas como envolvidas em processos de replicações de outros vírus com genoma RNA, enquanto a EBP2, é uma proteína de localização preferencialmente nucleolar, tal como por vezes acontece com os HDAgs. As interacções foram analisadas recorrendo a vários ensaios bioquímicos. No caso da hnRNPC e da HuR, após validação no sistema YTH, a capacidade de interacção com a S-HDAg foi confirmada quer in vitro por blot overlay quer in vivo por co-imunoprecipitação em células de hepatoma humano. Nas mesmas células, observou-se uma co-localização considerável entre os HDAgs e os RNAs virais. Finalmente, de modo a investigar a contribuição das proteínas hnRNPC e HuR na replicação do HDV, procedeu-se ao silenciamento destas proteínas pela utilização de short hairpin RNAs (shRNAs) específicos para os mRNAs correspondentes Observou-se que o silenciamento de ambas as proteínas hnRNPC e HuR endógenas, individualmente resultou numa diminuição acentuada nos níveis de expressão dos HDAgs. No que respeita à EBP2, a interacção com a S-HDAg foi confirmada em condições in vitro com recurso a ensaios de blot overlay e de cromatografia de afinidade. A análise por imunofluorescência indirecta e microscopia confocal revelou co-localização elevada entre os HDAgs e a EBP2, principalmente nos nucléolos de células de hepatoma humano. Finalmente, foi ainda utilizado o sistema YTH para estudar os mecanismos de importação dos HDAgs. Assim, este sistema foi utilizado com o propósito de identificar proteínas celulares capazes de interagir com um domínio específico dos HDAgs, o sinal de localização nuclear (NLS). Na pesquisa YTH realizada obtiveram-se 161 clones positivos, sendo que um deles mostrou codificar para a carioferina α4 (KPNA4). A interacção da KPNA4 com a S-HDAg foi reproduzida em condições in vitro através de um ensaio de cromatografia de afinidade tendo sido utilizadas formas recombinantes das duas proteínas. Este trabalho permitiu identificar várias proteínas celulares que interagem com a S-HDAg. Obtiveram-se evidências sugestivas de que algumas das proteínas identificadas podem desempenhar funções importantes no ciclo de replicação do HDV e que abrem novas perspectivas para o estudo do ciclo de replicação do vírus.

Candiduria in a public hospital of São Paulo (1999-2004): characteristics of the yeast isolates

The study involved 100 yeast isolates, obtained from urine samples provided by a Public Pediatric Hospital of São Paulo, Brazil, from 1999 to 2004. The most frequent species was Candida albicans, followed by C. tropicalis, C. glabrata and C. parapsilosis. In regard to virulence, 97% of the isolates showed index 3 for proteinase and 63% index 2 for phospholipase. The most frequent killer biotypes were 511 and 888.

Impact of multi-metals (Cd, Pb and Zn) exposure on the physiology of the yeast Pichia kudriavzevii

Metal contamination of the environment is frequently associated to the presence of two or more metals. This work aimed to study the impact of a mixture of metals (Cd, Pb and Zn) on the physiology of the non-conventional yeast Pichia kudriavzevii. The incubation of yeast cells with 5 mg/l Cd, 10 mg/l Pb and 5 mg/l Zn, for 6 h, induced a loss of metabolic activity (assessed by FUN-1 staining) and proliferation capacity (evaluated by a clonogenic assay), with a small loss of membrane integrity (measured by trypan blue exclusion assay). The staining of yeast cells with calcofluor white revealed that no modification of chitin deposition pattern occurred during the exposure to metal mixture. Extending for 24 h, the exposure of yeast cells to metal mixture provoked a loss of membrane integrity, which was accompanied by the leakage of intracellular components. A marked loss of the metabolic activity and the loss of proliferation capacity were also observed. The analysis of the impact of a single metal has shown that, under the conditions studied, Pb was the metal responsible for the toxic effect observed in the metal mixture. Intracellular accumulation of Pb seems to be correlated with the metals' toxic effects observed.

Excretion-secretion products and proteases from live Sporothrix schenckii yeast phase: immunological detection and cleavage of human IgG

Antigenic preparations from Sporothrix schenckii usually involve materials from mixed cultures of yeast and mycelia presenting cross-reactions with other deep mycoses. We have standardized pure yeast phase with high viability of the cells suitable to obtain specific excretion-secretion products without somatic contaminations. These excretion-secretion products were highly immunogenic and did not produce noticeable cross-reactions in either double immunodiffusion or Western blot. The antigenic preparation consists mainly of proteins with molecular weights between 40 and 70 kDa, some of them with proteolytic activity in mild acidic conditions. We also observed cathepsin-like activity at two days of culture and chymotrypsin-like activity at four days of culture consistent with the change in concentration of different secreted proteins. The proteases were able to cleave different subclasses of human IgG suggesting a sequential production of antigens and molecules that could interact and interfere with the immune response of the host.

Unveiling the mating system and genetic variability in the yeast Kwoniella mangroviensis using molecular approaches

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Yeast as a model system to study genetic and post-translational regulation of metabolic pathways in mammals

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Spatiotemporal mechanisms for actomyosin ring assembly and contraction in budding yeast cell division

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Molecular Medicine

Measuring chromosome-end fusions in fission yeast

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Molecular Biology

Studies on the wine spoilage yeast Brettanomyces bruxellensis: 4-ethylphenol production and improved detection

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Pyruvate kinase and glucose-6-phosphate dehydrogenase deficies and their association with malaria - population genetics and proteomic studies

A malária é reconhecida como uma das principais forças selectivas a actuar na história recente no genoma humano. Inúmeros polimorfismos genéticos têm sido descritos como protectores contra a gravidade da malária, como o alelo HbS (designado de traço falciforme) e o alelo G6PD A- (associado à deficiência de G6PD). Mais recentemente, também a deficiência de PK foi associada com a protecção contra a malária. Evidências desta associação foram obtidas em estudos com modelos de roedor e estudos in vitro utilizando GV humanos deficientes em PK. Até à data, não foram obtidos dados em populações humanas que revelem esta associação: ainda não foi identificada uma variante de PK com uma prevalência elevada em regiões endémicas de malária e não foram identificadas marcas de selecção na região do gene que codifica para a PK (gene PKLR). Além disso, os mecanismos subjacentes à protecção contra a malária por deficiências enzimáticas dos GV não estão bem esclarecidos. Assim, os objectivos do presente estudo foram: investigar os polimorfismos genéticos humanos com associação com a malária em Cabo Verde; pesquisar marcas de selecção da malária na região do gene PKLR em populações Africanas; determinar a frequência da deficiência em PK e identificar uma eventual variante da enzima que possa estar sob selecção positiva em regiões endémicas de malária; avaliar o efeito das duas deficiências enzimáticas (PK e G6PD) na invasão e maturação do parasita em culturas in vitro de Plasmodium usando GV normais e deficientes; e analisar o perfil proteómico de GV infectados e não infectados, normais e com deficiência (em PK e G6PD), bem como de parasitas isolados de GV tanto deficientes como normais. Em Cabo Verde (área epidémica), não foram identificadas marcas de selecção pela malária, através da análise dos vários polimorfismos. No entanto, quando a análise foi realizada em dois países endémicos (Angola e Moçambique), foram detectadas várias marcas de selecção: a genotipagem de microssatélites (STRs) e polimorfismos de base única (SNPs) localizados na vizinhança do gene PKLR revelou uma diferenciação consideravelmente maior entre as populações Africana e Europeia (Portuguesa), do que a diferenciação determinada aquando da utilização de marcadores genéticos neutros. Além disso, uma região genómica de maior amplitude apresentou um Desequilíbrio de Ligação (LD) significativo no grupo de malária não grave (e não no grupo de malária grave), sugerindo que a malária poderá estar a exercer pressão selectiva sobre a região do genoma humano que envolve o gene PKLR. No estudo que incidiu na determinação da prevalência da deficiência de PK no continente Africano (realizado em Moçambique), esta revelou-se elevada - 4,1% - sendo o valor mais elevado descrito até ao momento a nível mundial para esta enzimopatia. Na pesquisa de mutações que pudessem estar na causa deste fenótipo (baixa actividade de PK), foi identificada uma mutação não sinónima 829G>A (277Glu>Lys), significativamente associada à baixa actividade enzimática. Esta mutação foi também identificada em Angola, São Tomé e Príncipe e Guiné Equatorial, onde a frequência de portadores heterozigóticos foi entre 2,6 e 6,7% (valores que se encontram entre os mais elevados descritos globalmente para mutações associadas à deficiência em PK). Não foi possível concluir acerca da associação entre a deficiência de PK e o grau de severidade da malária e da associação entre o alelo 829A e a mesma, devido ao baixo número de amostras. Os resultados dos ensaios de invasão/maturação do parasita sugeriram que, nos GV com deficiência de PK ou G6PD, a invasão (onde está envolvida a membrana do GV hospedeiro e o complexo apical do parasita) é mais relevante para a eventual protecção contra a malária do que a maturação. Os resultados da análise proteómica revelaram respostas diferentes por parte do parasita nas duas condições de crescimento (GV com deficiência de PK e GV com deficiência de G6PD). Esta resposta parece ser proporcional à gravidade da deficiência enzimática. Nos parasitas que cresceram em GV deficientes em G6PD (provenientes de um indivíduo assintomático), a principal alteração observada (relativamente às condições normais) foi o aumento do número de proteínas de choque térmico e chaperones, mostrando que os parasitas responderam às condições de stress oxidativo, aumentando a expressão de moléculas de protecção. Nos parasitas que cresceram em condições de deficit de PK (GV de indivíduo com crises hemolíticas regulares, dependente de transfusões sanguíneas), houve alteração da expressão de um maior número de proteínas (relativamente ao observado em condições normais), em que a maioria apresentou uma repressão da expressão. Os processos biológicos mais representados nesta resposta do parasita foram a digestão da hemoglobina e a troca de proteínas entre hospedeiro e parasita/remodelação da superfície do GV. Além disso, uma elevada percentagem destas proteínas com expressão alterada está relacionada com as fendas de Maurer, que desempenham um papel importante na patologia da infecção malárica. É colocada a hipótese de que a protecção contra a malária em GV deficientes em PK está relacionada com o processo de remodelação da membrana dos GV pelo parasita, o que pode condicionar a invasão por novos parasitas e a própria virulência da malária. Os resultados da análise do proteoma dos GV contribuirão para confirmar esta hipótese.

Fermentation of fruit juices by the osmotolerant yeast Candida magnoliae

This study focuses on the assessment of the fermentation conditions required to modulate the metabolic flux in the osmotolerant yeast Candida magnoliae and evaluate its potential to produce low-alcoholic and low-caloric fermented beverages. For that purpose, two strains, PYCC 2903 and PYCC 3191, were used and fermentation conditions as oxygenation, sugar concentration and the ratio of glucose to fructose were studied using synthetic culture media. Candida magnoliae PYCC 2903 was subsequently used to ferment real industrial fructose-rich substrates such as fruit juices. Sugar consumption profiles for C.magnoliae PYCC 2903 incubated aerobically in the presence of high fructose and glucose concentrations (15%, 10% and 5%) showed a selective utilization of fructose, denoting a preference for this sugar over glucose. The lower ratio between ethanol and sugar alcohols yield was obtained for both strains incubated under oxygen limitation simulating industrial fructose-rich substrates, confirming the ability of this yeast to direct fermentation towards alternative products. Enzymatic assays for hexokinase activity in terms of capacity and affinity for glucose and fructose were performed, aiming to elucidate its contribution to the fructophilic behaviour of this yeast. Enzymatic assays for both strains showed that the Vmax is two to threefold higher for fructose than for glucose but Km is also 10-20-fold higher for this sugar than for glucose. Hence, hexokinase kinetic properties do not explain fructophily in C.magnoliae. This indicates that fructose transport is probably determining in this respect, as observed for other fructophilic yeasts. Fruit juice fermentations with C.magnoliae PYCC 2903 revealed a potential for the production of beverages with interesting sensorial properties. Pear and peach fermentations exhibited the best results with the lowest ratio between ethanol and sugar alcohols yield and the most pleasant organoleptic features.

Evaluating the potential of yeast strains to produce added value products for the food and/or pharmaceutical industries

This study focus in the valorization of the apple pomace with the main goal of obtaining added value products. For that, hot compressed water technology was used for the extraction of phenolic compounds and hydrolysis of polysaccharides presents in the lignocellulosic structure of apple pomace to obtain simple sugars. The sugars have been utilized as alternative carbon source for growth, lipid accumulation and carotenoids production by five different yeast Yarrowia lipolytica, Rhodotorula mucilaginosa, Rhodotorula glutinis, Rhodosporidium babjevae and Rhodosporidium toruloides. Hydrolysis experiments were carried out with constant pressure of 100 bar, flow rate of 2mL/min and temperatures between 50°C and 250°C. The amount of total sugars present in apple pomace hydrolysates showed maximum values for the hydrolysis temperatures of 110°C and 190°C. In fact, these temperatures revealed the best results regarding the monosaccharides quantities. The amount of 5-HMF and furfural in each hydrolysate varied through the different temperatures. Maximum values for 5-HMF were obtained with 170°C, while furfural showed to be maximum at 210°C. Extraction of phenolic compounds were performed in simultaneously with hydrolysis reactions. Total phenolic compounds (TPC) increased along the temperature, however with small variations between 170°C and 250°C. Hydrolysates were then used as alternative carbon source to yeast growth. R. mucilaginosa shows the highest optical density, with the hydrolysate obtained at 130°C. Carotenoids produced by these yeast scored a total of 7.02μg carotenoids/g cell dry weight, while for the control assay, the same yeast scored 9.31μg caratonoides/g cell dry weight. β-carotene was quantified by HPLC, were 33% of the carotenoid production by R. mucilaginosa with hydrolysate as carbon source, corresponded to β-caroteno.

In vitro antifungal activities of leaf extracts of Lippia alba (Verbenaceae) against clinically important yeast species

Introduction There are few studies reporting the antifungal activities of Lippia alba extracts. Methods A broth microdilution assay was used to evaluate the antifungal effects of Lippia alba extracts against seven yeast species of Candida and Cryptococcus. The butanol fraction was investigated by gas chromatography-mass spectrometry. Results The butanol fraction showed the highest activity against Candida glabrata. The fraction also acted synergistically with itraconazole and fluconazole against C. glabrata. The dominant compounds in the butanol fraction were 2,2,5-trimethyl-3,4-hexanedione, 3,5-dimethyl-4-octanone and hexadecane. Conclusions The butanol fraction may be a good candidate in the search for new drugs from natural products with antifungal activity.

Contribution to drug discovery and development for tauopathies using yeast as a model

This work aimed to contribute to drug discovery and development (DDD) for tauopathies, while expanding our knowledge on this group of neurodegenerative disorders, including Alzheimer’s disease (AD). Using yeast, a recognized model for neurodegeneration studies, useful models were produced for the study of tau interaction with beta-amyloid (Aβ), both AD hallmark proteins. The characterization of these models suggests that these proteins co-localize and that Aβ1-42, which is toxic to yeast, is involved in tau40 phosphorylation (Ser396/404) via the GSK-3β yeast orthologue, whereas tau seems to facilitate Aβ1-42 oligomerization. The mapping of tau’s interactome in yeast, achieved with a tau toxicity enhancer screen using the yeast deletion collection, provided a novel framework, composed of 31 genes, to identify new mechanisms associated with tau pathology, as well as to identify new drug targets or biomarkers. This genomic screen also allowed to select the yeast strain mir1Δ-tau40 for development of a new GPSD2TM drug discovery screening system. A library of unique 138 marine bacteria extracts, obtained from the Mid-Atlantic Ridge hydrothermal vents, was screened with mir1Δ-tau40. Three extracts were identified as suppressors of tau toxicity and constitute good starting points for DDD programs. mir1Δ strain was sensitive to tau toxicity, relating tau pathology with mitochondrial function. SLC25A3, the human homologue of MIR1, codes for the mitochondrial phosphate carrier protein (PiC). Resorting to iRNA, SLC25A3 expression was silenced in human neuroglioma cells, as a first step towards the engineering of a neural model for replicating the results obtained in yeast. This model is essential to understand the mechanisms of tau toxicity at the mitochondrial level and to validate PiC as a relevant drug target. The set of DDD tools here presented will foster the development of innovative and efficacious therapies, urgently needed to cope with tau-related disorders of high human and social-economic impact.

Engineering of fatty acid production and secretion in Saccharomyces cerevisiae

Tese de Doutoramento em Ciências - Especialidade em Biologia