Myocardial signaling defects and impaired cardiac function of a human beta 2-adrenergic receptor polymorphism expressed in transgenic mice.

A threonine to isoleucine polymorphism at amino acid 164 in the fourth transmembrane spanning domain of the beta 2-adrenergic receptor (beta 2AR) is known to occur in the human population. The functional consequences of this polymorphism to catecholamine signaling in relevant cells or to end-organ responsiveness, however, are not known. To explore potential differences between the two receptors, site-directed mutagenesis was carried out to mimic the polymorphism. Transgenic FVB/N mice were then created overexpressing wild-type (wt) beta 2AR or the mutant Ile-164 receptor in a targeted manner in the heart using a murine alpha myosin heavy chain promoter. The functional properties of the two receptors were then assessed at the level of in vitro cardiac myocyte signaling and in vivo cardiac responses in intact animals. The expression levels of these receptors in the two lines chosen for study were approximately 1200 fmol/mg protein in cardiac membranes, which represents a approximately 45-fold increase in expression over endogenous beta AR. Myocyte membrane adenylyl cyclase activity in the basal state was significantly lower in the Ile-164 mice (19.5 +/- 2.7 pmol/min/mg) compared with wt beta 2AR mice (35.0 +/- 4.1 pmol/min/mg), as was the maximal isoproterenol-stimulated activity (49.8 +/- 7.8 versus 77.1 +/ 7.3 pmol/min/mg). In intact animals, resting heart rate (441 +/- 21 versus 534 +/- 17 bpm) and dP/dtmax (10,923 +/- 730 versus 15,308 +/- 471 mmHg/sec) were less in the Ile-164 mice as compared with wt beta 2AR mice. Similarly, the physiologic responses to infused isoproterenol were notably less in the mutant expressing mice. Indeed, these values, as well as other contractile parameters, were indistinguishable between Ile-164 mice and nontransgenic littermates. Taken together, these results demonstrate that the Ile-164 polymorphism is substantially dysfunctional in a relevant target tissue, as indicated by depressed receptor coupling to adenylyl cyclase in myocardial membranes and impaired receptor mediated cardiac function in vivo. Under normal homeostatic conditions or in circumstances where sympathetic responses are compromised due to diseased states, such as heart failure, this impairment may have important pathophysiologic consequences.

Cloning and characterization of cDNAs for matrix metalloproteinases of regenerating newt limbs.

Matrix metalloproteinases (MMPs) of regenerating urodele limbs have been suggested to play crucial roles in the process of the dedifferentiation of cells in the damaged tissues and the ensuing blastema formation because the activation of MMPs is an early and conspicuous event occurring in the amputated limb. MMP cDNAs were cloned as products of the reverse transcription-PCR from cDNA libraries of newt limbs, and their structures were characterized. Three cDNAs encoding newt MMPs (2D-1, 2D-19, and 2D-24) have been cloned from second day postamputation regenerating limbs, and a cDNA (EB-1) was cloned from early bud-stage regenerating limbs. These cDNAs included the full-length coding regions. The deduced amino acid sequences of 2D-1, 2D-19, 2D-24, and EB-1 had a homology with mammalian MMP9, MMP3/10, MMP3/10, and MMP13, respectively. The basic motif of these newt MMP genes was similar to mammalian counterparts and contained regions encoding a putative signal sequence, a propeptide, an active site with three zinc-binding histidine residues, a calcium-binding domain, a hemopexin region, and three key cysteine residues. However, some unique molecular evolutionary features were also found in the newt MMPs. cDNAs of 2D-19 and 2D-24 contained a specific insertion and deletion, respectively. The insertion of 2D-19 is threonine-rich, similar to the threonine cluster found in the collagenase-like sea urchin hatching enzyme. Northern blot analysis showed that the expression levels of the newt MMPs were dramatically increased after amputation, suggesting that they play an important role(s) in tissue remodeling of the regenerating limb.

Characterization of the wild-type form of 4a-carbinolamine dehydratase and two naturally occurring mutants associated with hyperphenylalaninemia.

The characterization of 4a-carbinolamine dehydratase with the enzymatically synthesized natural substrate revealed non-Michaelis-Menten kinetics. A Hill coefficient of 1.8 indicates that the dehydratase exists as a multisubunit enzyme that shows cooperativity. A mild form of hyperphenylalaninemia with high 7-biopterin levels has been linked to mutations in the human 4a-carbinolamine dehydratase gene. We have now cloned and expressed two mutant forms of the protein based on a patient's DNA sequences. The kinetic parameters of the mutant C82R reveal a 60% decrease in Vmax but no change in Km (approximately 5 microM), suggesting that the cysteine residue is not involved in substrate binding. Its replacement by arginine possibly causes a conformational change in the active center. Like the wild-type enzyme, this mutant is heat stable and forms a tetramer. The susceptibility to proteolysis of C82R, however, is markedly increased in vitro compared with the wild-type protein. We have also observed a decrease in the expression levels of C82R protein in transfected mammalian cells, which could be due to proteolytic instability. The 18-amino acid-truncated mutant GLu-87--> termination could not be completely purified and characterized due to minute levels of expression and its extremely low solubility as a fusion protein. No dehydratase activity was detected in crude extracts from transformed bacteria or transfected mammalian cells. Considering the decrease in specific activity and stability of the mutants, we conclude that the patient probably has less than 10% residual dehydratase activity, which could be responsible for the mild hyperphenylalaninemia and the high 7-biopterin levels.

Heat shock protein hsp90 regulates dioxin receptor function in vivo.

The dioxin (aryl hydrocarbon) receptor is a ligand-dependent basic helix-loop-helix (bHLH) factor that binds to xenobiotic response elements of target promoters upon heterodimerization with the bHLH partner factor Arnt. Here we have replaced the bHLH motif of the dioxin receptor with a heterologous DNA-binding domain to create fusion proteins that mediate ligand-dependent transcriptional enhancement in yeast (Saccharomyces cerevisiae). Previously, our experiments indicated that the ligand-free dioxin receptor is stably associated with the 90-kDa heat shock protein, hsp90. To investigate the role of hsp90 in dioxin signaling we have studied receptor function in a yeast strain where hsp90 expression can be down-regulated to about 5% relative to wild-type levels. At low levels of hsp90, ligand-dependent activation of the chimeric dioxin receptor construct was almost completely inhibited, whereas the activity of a similar chimeric construct containing the structurally related Arnt factor was not affected. Moreover, a chimeric dioxin receptor construct lacking the central ligand- and hsp90-binding region of the receptor showed constitutive transcriptional activity in yeast that was not impaired upon down-regulation of hsp90 expression levels. Thus, these data suggest that hsp90 is a critical determinant of conditional regulation of dioxin receptor function in vivo via the ligand-binding domain.

Ruolo di Clusterina nella progressione del tumore prostatico

Clusterina (CLU) è una proteina ubiquitaria, presente nella maggior parte dei fluidi corporei e implicata in svariati processi fisiologici. Dalla sua scoperta fino ad oggi, CLU è risultata essere una proteina enigmatica, la cui funzione non è ancora stata compresa appieno. Il gene codifica per 3 varianti trascrizionali identificate nel database NCBI con i codici: NM_001831 (CLU 1 in questo lavoro di tesi), NR_038335 (CLU 2 in questo lavoro di tesi) e NR_045494 (CLU 3 in questo lavoro di tesi). Tutte le varianti sono trascritte come pre-mRNA contenenti 9 esoni e 8 introni e si differenziano per l’esone 1, la cui sequenza è unica e caratteristica di ogni variante. Sebbene in NCBI sia annotato che le varianti CLU 2 e CLU 3 non sono codificanti, tramite analisi bioinformatica è stato predetto che da tutti e tre i trascritti possono generarsi proteine di differente lunghezza e localizzazione cellulare. Tra tutte le forme proteiche ipotizzate, l’unica a essere stata isolata e sequenziata è quella tradotta dall’AUG presente sull’esone 2 che dà origine a una proteina di 449 aminoacidi. Il processo di maturazione prevede la formazione di un precursore citoplasmatico (psCLU) che subisce modificazioni post-traduzionali tra cui formazione di ponti disolfuro, glicosilazioni, taglio in due catene denominate β e α prima di essere secreta come eterodimero βα (sCLU) nell’ambiente extracellulare, dove esercita la sua funzione di chaperone ATP-indipendente. Oltre alla forma extracellulare, è possibile osservare una forma intracellulare con localizzazione citosolica la cui funzione non è stata ancora completamente chiarita. Questo lavoro di tesi si è prefissato lo scopo di incrementare le conoscenze in merito ai trascritti CLU 1 e CLU 2 e alla loro regolazione, oltre ad approfondire il ruolo della forma citosolica della proteina in relazione al signaling di NF-kB che svolge un ruolo importante nel processo di sviluppo e metastatizzazione del tumore. Nella prima parte, uno screening di differenti linee cellulari, quali cellule epiteliali di prostata e di mammella, sia normali sia tumorali, fibroblasti di origine polmonare e linfociti di tumore non-Hodgkin, ha permesso di caratterizzare i trascritti CLU 1 e CLU 2. Dall’analisi è emerso che la sequenza di CLU 1 è più corta al 5’ rispetto a quella depositata in NCBI con l’identificativo NM_001831 e il primo AUG disponibile per l’inizio della traduzione è localizzato sull’esone 2. È stato dimostrato che CLU 2, al contrario di quanto riportato in NCBI, è tradotto in proteina a partire dall’AUG presente sull’esone 2, allo stesso modo in cui viene tradotto CLU 1. Inoltre, è stato osservato che i livelli d’espressione dei trascritti variano notevolmente tra le diverse linee cellulari e nelle cellule epiteliali CLU 2 è espressa sempre a bassi livelli. In queste cellule, l’espressione di CLU 2 è silenziata per via epigenetica e la somministrazione di farmaci capaci di rendere la cromatina più accessibile, quali tricostatina A e 5-aza-2’-deossicitidina, è in grado di incrementarne l’espressione. Nella seconda parte, un’analisi bioinformatica seguita da saggi di attività in vitro in cellule epiteliali prostatiche trattate con farmaci epigenetici, hanno permesso di identificare, per la prima volta in uomo, una seconda regione regolatrice denominata P2, capace di controllare l’espressione di CLU 2. Rispetto a P1, il classico promotore di CLU già ampiamente studiato da altri gruppi di ricerca, P2 è un promotore debole, privo di TATA box, che nelle cellule epiteliali prostatiche è silente in condizioni basali e la cui attività incrementa in seguito alla somministrazione di farmaci epigenetici capaci di alterare le modificazioni post-traduzionali delle code istoniche nell’intorno di P2. Ne consegue un rilassamento della cromatina e un successivo aumento di trascrizione di CLU 2. La presenza di un’isola CpG differentemente metilata nell’intorno di P1 spiegherebbe, almeno in parte, i differenti livelli di espressione di CLU che si osservano tra le diverse linee cellulari. Nella terza parte, l’analisi del pathway di NF-kB in un modello sperimentale di tumore prostatico in cui CLU è stata silenziata o sovraespressa, ha permesso di capire come la forma citosolica di CLU abbia un ruolo inibitorio nei confronti dell’attività del fattore trascrizionale NF-kB. CLU inibisce la fosforilazione e l’attivazione di p65, il membro più rappresentativo della famiglia NF-kB, con conseguente riduzione della trascrizione di alcuni geni da esso regolati e coinvolti nel rimodellamento della matrice extracellulare, quali l’urochinasi attivatrice del plasminogeno, la catepsina B e la metallo proteinasi 9. È stato dimostrato che tale inibizione non è dovuta a un’interazione fisica diretta tra CLU e p65, per cui si suppone che CLU interagisca con uno dei componenti più a monte della via di segnalazione responsabile della fosforilazione ed attivazione di p65.

Role of heme regulated eIF2α kinase in pancreatic beta cell function and viability

The eukaryotic translation initiation factor 2 alpha (eIF2α) is part of the initiation complex that drives the initiator amino acid methionine to the ribosome, a crucial step in protein translation. In stress conditions such as virus infection, endoplasmic reticulum (ER) stress, amino acid or heme deficiency eIF2α can be phosphorylated and thereby inhibit global protein synthesis. This adaptive mechanism prevents protein accumulation and consequent cytotoxic effects. Heme-regulated eIF2α kinase (HRI) is a member of the eIF2α kinase family that regulates protein translation in heme deficiency conditions. Although present in all tissues, HRI is predominantly expressed in erythroid cells where it remains inactive in the presence of normal heme concentrations. In response to heme deficiency, HRI is activated and phosphorylates eIF2α decreasing globin synthesis. This mechanism is important to prevent accumulation of heme-free globin chains which cause ER stress and apoptosis. RNA sequencing data from our group showed that in human islets and in primary rat beta cells HRI is the most expressed eIF2α kinase compared to the other family members. Despite its high expression levels, little is known about HRI function in beta cells. The aim of this project is to identify the role of HRI in pancreatic beta cells. This was investigated taking a loss-of-function approach. HRI knock down (KD) by RNA interference induced beta cell apoptosis in basal condition. HRI KD potentiated the apoptotic effects of palmitate or proinflammatory cytokines, two in vitro models for type 2 and type 1 diabetes, respectively. Increased cytokine-induced apoptosis was also observed in HRI-deficient primary rat beta cells. Unexpectedly, we observed a mild increase in eIF2α phosphorylation in HRI-deficient cells. The levels of mRNA or protein expression of C/EBP homologous protein (CHOP) and activating transcription factor 4 (ATF4) were not modified. HRI KD cells have decreased spliced X-box binding protein 1 (XBP1s), an important branch of the ER stress response. However, overexpression of XBP1s by adenovirus in HRI KD cells did not protect from HRI siRNA-induced apoptosis. HRI deficiency decreased phosphorylation of Akt and its downstream targets glycogen synthase kinase 3 (GSK3), forkhead box protein O1 (FOXO1) and Bcl-2-associated death promoter (BAD). Overexpression of a constitutively active form of Akt by adenovirus in HRI-deficient beta cells partially decreased HRI KD-mediated apoptosis. Interestingly, BAD silencing protected from apoptosis caused by HRI deficiency. HRI silencing in beta cells also induced JNK activation. These results suggest an important role of HRI in beta cell survival through modulation of the Akt/BAD pathway. Thus, HRI may be an interesting target to modulate beta cell fate in diabetic conditions.

Estudos sobre a organização genômica, evolução e expressão de microRNAs

Os microRNAs (miRNAs) são pequenos RNAs não codificadores de proteínas presentes na maioria dos eucariotos. Esses RNAs regulam a expressão gênica em nível pós-transcricional através do silenciamento de mRNAs-alvo que possuem sítios complementares às suas sequências, atuando em praticamente todos os processos celulares. Embora a estrutura e função dos miRNAs estejam bem caracterizadas, aspectos relacionados à sua organização genômica, evolução e atuação em doenças são tópicos que apresentam enormes lacunas. Nesta tese, utilizamos abordagens computacionais para investigar estes temas em três trabalhos. No primeiro, processamos e integramos um vasto volume de dados publicamente disponíveis referentes aos miRNAs e genes codificadores de proteínas para cinco espécies de vertebrados. Com isso, construimos uma ferramenta web que permite a fácil inspeção da organização genômica dos miRNAs em regiões inter e intragênicas, o acesso a dados de expressão de miRNAs e de genes codificadores de proteínas (classificados em genes hospedeiros e não hospedeiros de miRNAs), além de outras informações pertinentes. Verificamos que a ferramenta tem sido amplamente utilizada pela comunidade científica e acreditamos que ela possa facilitar a geração de hipóteses associadas à regulação dos miRNAs, principalmente quando estão inseridos em genes hospedeiros. No segundo estudo, buscamos compreender como o contexto genômico e a origem evolutiva dos genes hospedeiros influenciam a expressão e evolução dos miRNAs humanos. Nossos achados mostraram que os miRNAs intragênicos surgem preferencialmente em genes antigos (origem anterior à divergência de vertebrados). Observamos que os miRNAs inseridos em genes antigos têm maior abrangência de expressão do que os inseridos em genes novos. Surpreendentemente, miRNAs jovens localizados em genes antigos são expressos em um maior número de tecidos do que os intergênicos de mesma idade, sugerindo uma vantagem adaptativa inicial que pode estar relacionada com o controle da expressão dos genes hospedeiros, e como consequência, expondo-os a contextos celulares e conjuntos de alvos diversos. Na evolução a longo prazo, vimos que genes antigos conferem maior restrição nos padrões de expressão (menor divergência de expressão) para miRNAs intragênicos, quando comparados aos intergênicos. Também mostramos possíveis associações funcionais relacionadas ao contexto genômico, tais como o enriquecimento da expressão de miRNAs intergênicos em testículo e dos intragênicos em tecidos neurais. Propomos que o contexto genômico e a idade dos genes hospedeiros são fatores-chave para a evolução e expressão dos miRNAs. Por fim, buscamos estabelecer associações entre a expressão diferencial de miRNAs e a quimioresistência em câncer colorretal utilizando linhagens celulares sensíveis e resistentes às drogas 5-Fluoruracil e Oxaliplatina. Dentre os miRNAs identificados, o miR-342 apresentou níveis elevados de expressão nas linhagens sensíveis à Oxaliplatina. Com base na análise dos alvos preditos, detectamos uma significativa associação de miR-342 com a apoptose. A superexpressão de miR-342 na linhagem resistente SW620 evidenciou alterações na expressão de genes da via apoptótica, notavelmente a diminuição da expressão do fator de crescimento PDGFB, um alvo predito possivelmente sujeito à regulação direta pelo miR-342.

Expressão de metaloproteinases de matriz (MMPS) e de seus inibidores (TIMPS e RECK) em modelo de progressão tumoral de Câncer de mama e sua correlação com dados clínicos-patológicos

O câncer de mama é o tipo de câncer mais comumente detectado em mulheres de todo o mundo. Na maioria das pacientes, a causa de morte se deve, principalmente, à doença metastática que pode se desenvolver a partir do tumor primário. O processo metastático envolve uma complexa cascata de eventos, incluindo a quebra organizada dos componentes da matriz extracelular por metaloproteinases de matriz (MMPs). A atividade das MMPs é precisamente regulada por inibidores específicos, os inibidores teciduais das MMPs (TIMPs). Dado seu papel na progressão tumoral, níveis elevados de MMPs têm sido associados com prognóstico desfavorável para pacientes com câncer. Por outro lado, sendo os TIMPs proteínas multifuncionais, níveis elevados de TlMP-1 e de TIMP-2 correlacionam com agressividade do tumor e prognóstico ruim em diferentes tipos de câncer, incluindo o câncer de mama. O gene supressor de metástase RECK codifica uma glicoproteína de membrana capaz de inibir a invasão e a metástase tumoral através da regulação negativa da atividade de MMPs envolvidas em carcinogênese: MMP-2, MMP-9 e MMP-14 (MT1-MMP). A fim de analisar o papel das MMPs e de seus inibidores (TIMPs e RECK) na progressão tumoral do câncer de mama, o perfil de expressão destes genes foi detectado, através de ensaios de Real-Time PCR, em um painel de cinco linhagens celulares de carcinoma de mama humano com diferentes potenciais invasivos e metastáticos e em 72 amostras teciduais de tumores primários de mama e 30 amostras teciduais de borda normal adjacente ao tumor. O perfil de expressão protéica de RECK foi avaliado em 236 amostras de tumores primários de mama através de ensaios de Tissue Microarray. Além disso, a atividade proteolítica das MMPs foi detectada em ensaios de Zimografia. Os resultados obtidos indicam que a progressão do câncer de mama humano está relacionada com um aumento dos níveis de expressão das MMPs e de seus inibidores específicos. O aumento dos níveis de expressão dos TIMPs parece estar relacionado ao seu papel como proteína multifuncional que pode estar funcionando de maneira a promover, mais do que suprimir, a progressão tumoral. Níveis elevados da expressão protéica de RECK estão associados com pior prognóstico. No entanto, para pacientes em estádios clínicos avançados, altos níveis de expressão de RECK podem estar correlacionados com melhor prognóstico, dependendo do balanço MMP/inibidor. Os níveis de expressão das MMPs apresentaram correlação positiva em relação aos níveis de expressão de seus inibidores específicos, sugerindo a existência de fatores e vias de sinalização comuns envolvidas na regulação coordenada destes genes. Além disso, a síntese do inibidor pode estar relacionada a uma resposta celular ao aumento da expressão e atividade de proteases. O balanço transcricional enzima/inibidor favorece a enzima nas amostras tumorais e, de modo contrário, o inibidor específico nas amostras de borda normal, sugerindo o balanço como o principal fator na determinação da degradação da MEC em processos invasivos e metastáticos. Os resultados obtidos podem contribuir para um melhor entendimento da complexidade dos mecanismos envolvidos na metástase do câncer de mama.

Estudos de proteômica, estruturais e funcionais de proteínas envolvidas na degradação da biomassa lignocelulósica: expansinas microbianas e hidrolases de glicosídeos termofílicas

O Brasil possui uma posição privilegiada quando se refere à produção de etanol. Por questões históricas e geográficas o país é responsável por mais de 30 % da produção mundial de etanol, com uma produção nacional de mais de 28 bilhões de litros em 2014. Para maximizar o rendimento desse processo, está em desenvolvimento a tecnologia associada ao etanol de segunda geração ou etanol lignocelulósico. Os principais desafios desta tecnologia são: melhorar a eficiência de conversão do substrato em produto e a produção em grande escala utilizando substratos de baixo custo. Com o objetivo de melhorar a eficiência do processo de conversão foram estudadas proteínas auxiliares (expansinas) que, em conjunto com celulases, melhoram a despolimerização de biomassa lignocelulósica em açúcares fermentescíveis. Além disso, realizou-se também a caracterização de enzimas ativas de carboidratos (CAZymes) de origem termofílica do organismo Thermogemmatispora sp. T81, devido a capacidade que estas proteínas apresentam de manter a atividade e conformação estrutural em altas temperaturas por um prolongado período de tempo. A partir de análises utilizando bioinformática, os genes que codificam para expansinas de Xanthomonas campestris, Bacillus licheniformis e Trichoderma reesei foram clonados e expressos em E. coli, e seus produtos gênicos (as expansinas) tiveram seus índices de sinergismo (devido atuação conjunta com coquetéis comerciais) e atividade catalítica determinados. Adicionalmente, dispondo de alinhamentos estruturais, foi proposto um mecanismo hidrolítico para elas. Em relação à bactéria Thermogemmatispora sp. T81, foram realizadas análises genômicas e proteômicas, a fim de selecionar enzimas superexpressas em meio celulósico. Seus genes foram clonados heterologamente em E. coli e o produto de expressão caracterizado bioquimicamente (cromatografia, ensaios de atividade e perfil de hidrólise) e estruturalmente (SAXS e dicroísmo circular). Os índices de sinergismo determinados foram de 2,47; 1,96 e 2,44 para as expansinas de Xanthomonas campestris, Bacillus licheniformis e Trichoderma reesei, respectivamente. A partir dos alinhamentos estruturais foi proposto a díade Asp/Glu como sitio catalítico em expansinas. As análises de proteômica possibilitaram a seleção de quatro alvos de clonagem, por apresentarem alto índice de expressão quando a bactéria foi cultivada em meio celulósico. Estas proteínas foram caracterizadas quanto a atividade e apresentaram um perfil comum: temperatura ótima de ação (de 70 a 75 °C), pH ótimo de 5, e hidrolisam preferencialmente substratos hemicelulósicos (xilano). A porcentagem de estruturais secundárias das proteínas em estudo foram confirmadas com predições teóricas ao se utilizar a técnica de dicroísmo circular. Desta maneira, os objetivos iniciais propostos neste projeto foram concluídos com a determinação do grau de sinergismo das proteínas expansinas em estudo e a proposição de um mecanismo de hidrólise para as mesmas, considerando que tais proteínas por mais de 20 anos tiveram sua atividade definida exclusivamente como acessória. Além disso, este estudo contribui com a identificação e seleção de genes para CAZymes termofilícas com aplicação biotecnológica devido às propriedades termoestáveis apresentadas.

Alterations in energy metabolism, neuroprotection and visual signal transduction in the retina of parkinsonian, MPTP-treated monkeys

Parkinson disease is mainly characterized by the degeneration of dopaminergic neurons in the central nervous system, including the retina. Different interrelated molecular mechanisms underlying Parkinson disease-associated neuronal death have been put forward in the brain, including oxidative stress and mitochondrial dysfunction. Systemic injection of the proneurotoxin 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) to monkeys elicits the appearance of a parkinsonian syndrome, including morphological and functional impairments in the retina. However, the intracellular events leading to derangement of dopaminergic and other retinal neurons in MPTP-treated animal models have not been so far investigated. Here we have used a comparative proteomics approach to identify proteins differentially expressed in the retina of MPTP-treated monkeys. Proteins were solubilized from the neural retinas of control and MPTP-treated animals, labelled separately with two different cyanine fluorophores and run pairwise on 2D DIGE gels. Out of >700 protein spots resolved and quantified, 36 were found to exhibit statistically significant differences in their expression levels, of at least ±1.4-fold, in the parkinsonian monkey retina compared with controls. Most of these spots were excised from preparative 2D gels, trypsinized and subjected to MALDI-TOF MS and LC-MS/MS analyses. Data obtained were used for protein sequence database interrogation, and 15 different proteins were successfully identified, of which 13 were underexpressed and 2 overexpressed. These proteins were involved in key cellular functional pathways such as glycolysis and mitochondrial electron transport, neuronal protection against stress and survival, and phototransduction processes. These functional categories underscore that alterations in energy metabolism, neuroprotective mechanisms and signal transduction are involved in MPTPinduced neuronal degeneration in the retina, in similarity to mechanisms thought to underlie neuronal death in the Parkinson’s diseased brain and neurodegenerative diseases of the retina proper.

Control of neuronal signalling pathways by CYP46A1, an enzime involved in brain cholesterol homeostasis

Tese de doutoramento, Farmácia (Biologia Celular e Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2016

Role of the cotransporter KCC2 in cortical excitatory synapse development and febrile seizure susceptibility

Le co-transporteur KCC2 spécifique au potassium et chlore a pour rôle principal de réduire la concentration intracellulaire de chlore, entraînant l’hyperpolarisation des courants GABAergic l’autorisant ainsi à devenir inhibiteur dans le cerveau mature. De plus, il est aussi impliqué dans le développement des synapses excitatrices, nommées aussi les épines dendritiques. Le but de notre projet est d’étudier l’effet des modifications concernant l'expression et la fonction de KCC2 dans le cortex du cerveau en développement dans un contexte de convulsions précoces. Les convulsions fébriles affectent environ 5% des enfants, et ce dès la première année de vie. Les enfants atteints de convulsions fébriles prolongées et atypiques sont plus susceptibles à développer l’épilepsie. De plus, la présence d’une malformation cérébrale prédispose au développement de convulsions fébriles atypiques, et d’épilepsie du lobe temporal. Ceci suggère que ces pathologies néonatales peuvent altérer le développement des circuits neuronaux irréversiblement. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne sont pas encore compris. Nous avons pour but de comprendre l'impact des altérations de KCC2 sur la survenue des convulsions et dans la formation des épines dendritiques. Nous avons étudié KCC2 dans un modèle animal de convulsions précédemment validé, qui combine une lésion corticale à P1 (premier jour de vie postnatale), suivie d'une convulsion induite par hyperthermie à P10 (nommés rats LHS). À la suite de ces insultes, 86% des rats mâles LHS développent l’épilepsie à l’âge adulte, au même titre que des troubles d’apprentissage. À P20, ces animaux presentent une augmentation de l'expression de KCC2 associée à une hyperpolarisation du potentiel de réversion de GABA. De plus, nous avons observé des réductions dans la taille des épines dendritiques et l'amplitude des courants post-synaptiques excitateurs miniatures, ainsi qu’un déficit de mémoire spatial, et ce avant le développement des convulsions spontanées. Dans le but de rétablir les déficits observés chez les rats LHS, nous avons alors réalisé un knock-down de KCC2 par shARN spécifique par électroporation in utero. Nos résultats ont montré une diminution de la susceptibilité aux convulsions due à la lésion corticale, ainsi qu'une restauration de la taille des épines. Ainsi, l’augmentation de KCC2 à la suite d'une convulsion précoce, augmente la susceptibilité aux convulsions modifiant la morphologie des épines dendritiques, probable facteur contribuant à l’atrophie de l’hippocampe et l’occurrence des déficits cognitifs. Le deuxième objectif a été d'inspecter l’effet de la surexpression précoce de KCC2 dans le développement des épines dendritiques de l’hippocampe. Nous avons ainsi surexprimé KCC2 aussi bien in vitro dans des cultures organotypiques d’hippocampe, qu' in vivo par électroporation in utero. À l'inverse des résultats publiés dans le cortex, nous avons observé une diminution de la densité d’épines dendritiques et une augmentation de la taille des épines. Afin de confirmer la spécificité du rôle de KCC2 face à la région néocorticale étudiée, nous avons surexprimé KCC2 dans le cortex par électroporation in utero. Cette manipulation a eu pour conséquences d’augmenter la densité et la longueur des épines synaptiques de l’arbre dendritique des cellules glutamatergiques. En conséquent, ces résultats ont démontré pour la première fois, que les modifications de l’expression de KCC2 sont spécifiques à la région affectée. Ceci souligne les obstacles auxquels nous faisons face dans le développement de thérapie adéquat pour l’épilepsie ayant pour but de moduler l’expression de KCC2 de façon spécifique.

Biomarqueurs pronostiques dans le cancer de la prostate : mieux prédire pour mieux traiter

Le cancer de la prostate (CP) est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué en Amérique du Nord et est au troisième rang en termes de létalité chez les hommes. Suite aux traitements de première ligne, 20 à 30% des patients diagnostiqués avec un cancer localisé auront une récidive biochimique de la maladie. La déplétion androgénique mène fréquemment au développement du stade de résistance à la castration (RC). Ce dernier est associé avec une augmentation de la morbidité (métastases osseuses) et de la mortalité avec une survie moyenne inférieure à deux ans. L’évolution du CP est très hétérogène dans la population et il n’existe actuellement aucun biomarqueur pronostique permettant d’identifier les patients à risque de récurrence biochimique, de métastases osseuses et de développement d’une résistance à la castration. De nombreuses études ont démontré que les cytokines inflammatoires IL-6 et IL-8 jouent un rôle dans la pathogénèse du CP, notamment dans le développement de la résistance à la castration. Par ailleurs, les niveaux sériques élevés de ces cytokines ont été associés à un mauvais pronostic. Précédemment, notre laboratoire a démontré in vitro que la protéine IKKε entraîne une augmentation de la sécrétion de ces cytokines dans les cellules du CP et qu’elle est exprimée davantage dans les tissus de cancers plus avancés. Le premier objectif du présent mémoire fut d’évaluer dans des tissus humains la corrélation d’IKKε, IL-6 et IL-8 avec des paramètres cliniques. Nos résultats soulignent le potentiel d’IKKε comme biomarqueur tissulaire pronostique de récurrence biochimique et de métastases osseuses. Nous n’avons trouvé aucune association entre IL-6/IL-8 et les paramètres cliniques inclus dans l’étude. Le second objectif de ce projet fut d’évaluer la coexpression de ces trois molécules dans l’épithélium du CP. Nos résultats confirment les observations in vitro en mettant en évidence une forte association entre l’expression d’IKKε, IL-6 et IL-8. Le troisième objectif fut d’évaluer la relation entre les niveaux sériques et tissulaires d’IL-6 et d’IL-8. Aucune relation significative n’a été établie, suggérant que les cytokines sériques ne sont pas uniquement d’origine prostatique. En conclusion, mon projet de maîtrise aura permis de préciser le potentiel d’IKKε comme biomarqueur tissulaire pronostique et de valider pour la première fois dans des tissus humains sa co-expression avec les cytokines IL-6 et IL-8, dont le rôle dans la pathogénèse de la maladie est bien établi. Une étude plus exhaustive des voies de signalisation d’IKKε reste d’intérêt pour élucider notamment les mécanismes par lesquels IKKε stimule la production de cytokines et par quels moyens cette protéine pourrait être impliquée dans le développement d’un état résistant à la castration.

A new eosinophilic esophagitis (EoE)-like disease without tissue eosinophilia found in EoE Families

BACKGROUND Eosinophilic esophagitis (EoE) is a rapidly emerging, chronic inflammatory, genetically impacted disease of the esophagus, defined clinically by symptoms of esophageal dysfunction and, pathologically, by an eosinophil-predominant tissue infiltration. However, in four EoE-families, we have identified patients presenting with EoE-typical and corticosteroid-responsive symptoms, but without tissue eosinophilia. It was the aim of this study to clinically and immunologically characterize these patients with EoE-like disease. METHODS Five patients suffering from an EoE-like disease were evaluated with endoscopic, histologic, functional and quantitative immunohistologic examinations, and mRNA expression determination. RESULTS The frequency of first generation offspring of EoE-like disease patients affected by EoE or EoE-like disease was 40%. Immunofluorescence analysis confirmed an almost complete absence of eosinophils in the esophageal tissues of patients with EoE-like disease, but revealed a considerable T cell infiltration, comparable to EoE. In contrast to EoE, eotaxin-3 mRNA and protein were markedly reduced in EoE-like disease (P < 0.05). The mRNA expression levels of three selected EoE genes (eotaxin-3, MUC4 and CDH26) allowed to discriminate between EoE-like disease, EoE and normal epithelium. CONCLUSIONS Patients suffering from "EoE without eosinophilia" do not fulfill formally the diagnostic criteria for EoE. However, their clinical manifestation, immunohistology and gene-expression pattern, plus the fact that they bequeath EoE to their offspring, suggest a uniform underlying pathogenesis. Conventional EoE, with its prominent eosinophilia, therefore appears to be only one phenotype of a broader "inflammatory dysphagia syndrome" spectrum. In this light, the role of the eosinophils, the definition of EoE, and its diagnostic criteria must likely be reconsidered. This article is protected by copyright. All rights reserved.

A quantitative reverse-transcriptase PCR assay for the assessment of drug activities against intracellular Theileria annulata schizonts.

Intracellular schizonts of the apicomplexans Theileria annulata and Theileria parva immortalize bovine leucocytes thereby causing fatal immunoproliferative diseases. Buparvaquone, a hydroxynaphthoquinone related to parvaquone, is the only drug available against Theileria. The drug is only effective at the onset of infection and emerging resistance underlines the need for identifying alternative compounds. Current drug assays employ monitoring of proliferation of infected cells, with apoptosis of the infected host cell as a read-out, but it is often unclear whether active compounds directly impair the viability of the parasite or primarily induce host cell death. We here report on the development of a quantitative reverse transcriptase real time PCR method based on two Theileria genes, tasp and tap104, which are both expressed in schizonts. Upon in vitro treatment of T. annulata infected bovine monocytes with buparvaquone, TaSP and Tap104 mRNA expression levels significantly decreased in relation to host cell actin already within 4 h of drug exposure, while significant differences in host cell proliferation were detectable only after 48-72 h. TEM revealed marked alterations of the schizont ultrastructure already after 2 h of buparvaquone treatment, while the host cell remained unaffected. Expression of TaSP and Tap104 proteins showed a marked decrease only after 24 h. Therefore, the analysis of expression levels of mRNA coding for TaSP and Tap104 allows to directly measuring impairment of parasite viability. We subsequently applied this method using a series of compounds affecting different targets in other apicomplexan parasites, and show that monitoring of TaSP- and Tap104 mRNA levels constitutes a suitable tool for anti-theilerial drug development.