Chronic contamination assessment integrating biomarkers' responses in transplanted mussels-A seasonal monitoring

This study aimed to provide the first biomonitoring integrating biomarkers and bioaccumulation data in São Paulo coast, Brazil and, for this purpose, a battery of biomarkers of defense mechanisms was analyzed and linked to contaminants' body burden in a weigh-of-evidence approach. The brown mussel Perna perna was selected to be transplanted from a farming area (Caraguatatuba) to four possibly polluted sites: Engenho D'Agua, DTCS (Dutos e Terminais do Centro-Oeste de São Paulo) oil terminal (Sao Sebastiao zone), Palmas Island, and Itaipu (It; Santos Bay zone). After 3 months of exposure in each season, mussels were recollected and the cytochrome P4501A (CYP1A)- and CYP3A-like activities, glutathione-S-transferase and antioxidants enzymes (catalase, glutathione peroxidase, and glutathione reductase) were analyzed in gills. The concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons, linear alkylbenzenes, and nonessential metals (Cr, Cd, Pb, and Hg) in whole tissue were also analyzed and data were linked to biomarkers' responses by multivariate analysis (principal component analysisfactor analysis). A representation of estimated factor scores was performed to confirm the factor descriptions and to characterize the studied stations. Biomarkers exhibited most significant alterations all year long in mussels transplanted to It, located at Santos Bay zone, where bioaccumulation of organic and inorganic compounds was detected. This integrated approach using transplanted mussels showed satisfactory results, pointing out differences between sites, seasons, and critical areas, which could be related to land-based contaminants' sources. The influence of natural factors and other contaminants (e.g., pharmaceuticals) on biomarkers' responses are also discussed. (C) 2010 Wiley Periodicals, Inc. Environ Toxicol, 2012.

Degradación bacteriana de cianuro y compuestos nitrogenados tóxicos

La ruta de asimilación de cianuro en P. pseudoalcaligenes CECT5344 transcurre a través de un nitrilo formado por la reacción química del cianuro con el oxalacetato, siendo este último acumulado como consecuencia de la acción conjunta de una malato:quinona oxidoreductasa (MQO) y la oxidasa terminal resistente a cianuro (CioAB) (Luque-Almagro et al., 2011b). Los nitrilos pueden ser convertidos en amonio por la acción de una nitrilasa o un sistema nitrilo hidratasa/amidasa. Con el objetivo de elucidar la ruta de asimilación de cianuro en P. pseudoalcalígenes CECT5344, se ha analizado el proteoma de este microorganismo en condiciones cianotróficas frente a nitrato como fuente de nitrógeno como control. En este estudio se identificaron proteínas relacionadas con la ruta de asimilación de cianuro en la estirpe CECT5344, que aparecían inducidas por cianuro, como NitB y NitG, cuyos genes se encuentran localizados en la agrupación génica nit1C. Además de NitB y NitG, de función desconocida, la agrupación génica nit1C codifica un regulador transcripcional del tipo Fis dependiente de σ54 (NitA), una nitrilasa (NitC), una proteína que pertenece a la superfamilia S-adenosilmetionina (NitD), un miembro de la superfamilia N-aciltransferasa (NitE), un polipéptido de la familia AIRS/GARS (NitF) y una oxidorreductasa dependiente de NADH (NitH). Un análisis transcripcional mediante RT-PCR determinó que los genes nitBCDEFGH se cotranscriben, mientras que el gen regulador nitA se transcribe de forma divergente. Además, resultados obtenidos por RT-PCR confirman que la expresión de los genes nitBCDEFGH está inducida por cianuro y reprimida por amonio. La relación entre el cianuro y el grupo de genes nit1C queda patente por el fenotipo de los mutantes deficientes nitA, nitB y nitC, incapaces de usar complejos cianuro-metálicos o 2-hidroxinitrilos como única fuente de nitrógeno. Todos estos datos indican que la nitrilasa NitC, junto con la proteína NitB, utilizan de forma específica determinados nitrilos alifáticos como sustrato, entre los que se encuentran el formado durante la asimilación de cianuro (Estepa et al., 2012). Además, entre las proteínas inducidas por cianuro se identificaron una dihidropicolinato sintasa (DapA), una fosfoserina transaminasa (SerC) y una proteína de función desconocida (Orf1), las tres codificadas por genes del operón cio, una cianasa (CynS), la proteína S6 de la subunidad ribosomal 30S (RpsF), una superóxido dismutasa (SodB), la ferritina (Dps), una oxidorreductasa (Fpr) y un factor de elongación P (EF-P). Una vez identificadas, estas proteínas se han analizado funcionalmente y se han localizado en el genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 los genes correspondientes, así como los genes adyacentes. La inducción de estas proteínas en condiciones cianotróficas sugiere que el metabolismo del cianuro incluye, además de la resistencia y asimilación de este tóxico, otros procesos biológicos relacionados con el metabolismo del cianato y de algunos aminoácidos, el estrés oxidativo y la homeostasis de hierro, entre otros. Por otra parte, el conocimiento en profundidad y la interpretación de la secuencia génica de P. pseudoalcaligenes CECT5344, así como el análisis comparativo frente a organismos no cianotrofos ha permitido entender algunos de los mecanismos implicados en la resistencia y asimilación de cianuro, lo que permitiría conducir a la posterior mejora del proceso de biodegradación de cianuro. Además, el estudio del genoma de la estirpe CECT5344 permitirá explorar la capacidad de este organismo para ser utilizado en procesos de biorremediación de residuos cianurados en los que se encuentran metales y otros tóxicos (Luque-Almagro et al., 2013; Wibberg et al., 2014). En este trabajo se muestran y discuten los resultados de la secuenciación del genoma de P. pseudoalcaligenes, así como el estudio del análisis filogenético y evolutivo de la cepa, estableciéndose de esta manera relaciones con otras especies en base a los genomas secuenciados de las mismas, entre las que destaca P. mendocina ymp relacionada con P. pseudoalcaligenes CECT5344. El estudio de las características del genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 ha sido completado con un análisis comparativo frente a los genomas de otras especies de Pseudomonas, encontrándose así semejanzas y diferencias en cuanto a la distribución génica funcional. Por último, se muestra un análisis del genoma de P. pseudoalcaligenes CECT5344 en relación con los genes implicados probablemente en los procesos de asimilación de cianuro y residuos cianurados, tales como los codificantes de nitrilasas y aquellos implicados en la resistencia a cianuro como los constituyentes del operón cio que codifican la oxidasa terminal insensible a cianuro. Finalmente, se discute la presencia de genes implicados posiblemente en otros procesos con una alto potencial biotecnológico, tales como la producción de bioplásticos y la biodegradación de diversos contaminantes.

The transcriptome of metamorphosing flatfish

Background Flatfish metamorphosis denotes the extraordinary transformation of a symmetric pelagic larva into an asymmetric benthic juvenile. Metamorphosis in vertebrates is driven by thyroid hormones (THs), but how they orchestrate the cellular, morphological and functional modifications associated with maturation to juvenile/adult states in flatfish is an enigma. Since THs act via thyroid receptors that are ligand activated transcription factors, we hypothesized that the maturation of tissues during metamorphosis should be preceded by significant modifications in the transcriptome. Targeting the unique metamorphosis of flatfish and taking advantage of the large size of Atlantic halibut (Hippoglossus hippoglossus) larvae, we determined the molecular basis of TH action using RNA sequencing. Results De novo assembly of sequences for larval head, skin and gastrointestinal tract (GI-tract) yielded 90,676, 65,530 and 38,426 contigs, respectively. More than 57 % of the assembled sequences were successfully annotated using a multi-step Blast approach. A unique set of biological processes and candidate genes were identified specifically associated with changes in morphology and function of the head, skin and GI-tract. Transcriptome dynamics during metamorphosis were mapped with SOLiD sequencing of whole larvae and revealed greater than 8,000 differentially expressed (DE) genes significantly (p < 0.05) up- or down-regulated in comparison with the juvenile stage. Candidate transcripts quantified by SOLiD and qPCR analysis were significantly (r = 0.843; p < 0.05) correlated. The majority (98 %) of DE genes during metamorphosis were not TH-responsive. TH-responsive transcripts clustered into 6 groups based on their expression pattern during metamorphosis and the majority of the 145 DE TH-responsive genes were down-regulated. Conclusions A transcriptome resource has been generated for metamorphosing Atlantic halibut and over 8,000 DE transcripts per stage were identified. Unique sets of biological processes and candidate genes were associated with changes in the head, skin and GI-tract during metamorphosis. A small proportion of DE transcripts were TH-responsive, suggesting that they trigger gene networks, signalling cascades and transcription factors, leading to the overt changes in tissue occurring during metamorphosis.

Role of Ccbe1 during cardiac differentiation of mouse ESCs

Tese de Doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

Proscillaridin A effects on histone acetylation and C-MYC degradation in acute lymphoblastic leukemia

La leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) représente environ 25% des cancers pédiatriques diagnostiqués chaque année. Dans 80 % des cas, une rémission complète est observée. Cependant, les patients résistants aux traitements ainsi que les patients en rechute présentent un mauvais pronostique. Les altérations épigénétiques sont des facteurs essentiels dans le développement et la progression de la maladie, ainsi qu’à la résistance aux traitements. Lors d’un criblage de médicaments approuvés par la FDA, nous avons découvert des molécules ayant des caractéristiques anticancéreux et épigénétiques. Pour évaluer l’activité de ces molécules, nous avons procédé à un criblage secondaire sur plusieurs lignées cellulaires leucémiques. Nous avons découvert qu’une de ces molécules, un glucoside cardiotonique appelé la proscillaridine A, avait une activité anticancéreuse spécifique pour des cellules leucémiques. Nous faisons donc l’hypothèse que la proscillaridine A pourrait avoir des effets épigénétiques et anticancéreux dans des modèles précliniques de LLA. Pour tester cette hypothèse, nous avons traité deux lignées cellulaires de LLA Nalm-6 (LLA pre-B) et Molt-4 (T-LLA) in vitro pendant 2 à 96 heures à des doses pertinentes sur le plan clinique. Nous avons alors pu observer une inhibition de croissance qui était dépendante de la dose administrée dans les deux lignées cellulaires, avec des valeurs de 50% d’inhibition de croissance (CI50) de 3.0 nM pour les Nalm-6 et de et 2.3 nM pour les Molt-4. De plus, nos études sur le cycle cellulaire par BrdU démontrent un arrêt en phase G2/M. Nous avons également détecté par immunobuvardage de type western des baisses significatives de l’acétylation de résidus de l’histone 3. Les niveaux d’expression des enzymes responsables de cette acétylation, les histones acétyltransférases CBP, P300 et TIP60 ainsi que de l’oncogène C-MYC étaient également diminuées. Par des analyses de séquençage de l’ARN, nous avons observé une augmentation de l’expression des gènes impliquées dans les processus d’apoptose et de différentiation cellulaire, ainsi qu’une diminution des gènes impliqués dans la prolifération cellulaire comme en particulier les gènes cibles de C-MYC. Ces résultats prometteurs suggèrent le potentiel prometteur de la proscillaridine A comme nouvelle thérapie pour les patients atteints de LLA.

Redox regulation of Ras proteins in Dictyostelium discoideum

Reactive oxygen species are a normal consequence of life in an aerobic environment. However when they deviate from the narrow permissible range in cells, oxidative damage can occur. Dictyostelium discoideum is a model organism ideal for the study of cell signaling events such as those affected by oxidative stress. It was previously shown that Ras signaling in Dictyostelium is affected by genetic inactivation of the antioxidant enzyme Superoxide dismutase C (SodC) and in vitro data suggests that the NKCD motif of Ras is the redox target of superoxide.^ The main objective of this project was to determine the mechanism of superoxide mediated Ras regulation in vivo. To accomplish the main objective, we cloned, and in some cases, mutated different Ras proteins and later determined their activity in wild type and sodC- cells. RasC and RasD showed normal activation in sodC- cells, however RasG and RasS displayed high Ras activity. These last two Ras proteins contain the NKC118D motif inside the nucleotide binding region. A mutation of cysteine 118 to alanine in RasG rendered the protein less active in sodC- than the wild type RasG protein and a mutation alanine118 to cysteine in RasD conferred redox sensitivity to this small GTPase. Additionally, the propensity of RasG to be targeted by superoxide was evident when the environment of wild type cells was manipulated to induce the internal generation of superoxide through changes in the extracellular ion levels mainly magnesium. Lack of magnesium ions increased the intracellular level of superoxide and severely hampered directional cell migration. Chemotaxis of cells expressing RasG was negatively impacted by the absence of magnesium ions; however rasG- cells did not seem to be affected in their ability to perform chemotaxis. The last experiment implies that RasG is an important mediator of cell signaling during oxidative stress, responsible for preventing cells from continuing their developmental program. Our study suggests that the cysteine residue in the NKCD motif is essential for mediating the redox sensitivity of Ras proteins in Dictyostelium and that RasG is an essential mediator of the response to oxidative stress in this organism.^

Understanding ten-eleven translocation-2 in hematological and nervous systems

I proposed the study of two distinct aspects of Ten-Eleven Translocation 2 (TET2) protein for understanding specific functions in different body systems. ^ In Part I, I characterized the molecular mechanisms of Tet2 in the hematological system. As the second member of Ten-Eleven Translocation protein family, TET2 is frequently mutated in leukemic patients. Previous studies have shown that the TET2 mutations frequently occur in 20% myelodysplastic syndrome/myeloproliferative neoplasm (MDS/MPN), 10% T-cell lymphoma leukemia and 2% B-cell lymphoma leukemia. Genetic mouse models also display distinct phenotypes of various types of hematological malignancies. I performed 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-Seq) and RNA sequencing (RNA-Seq) of hematopoietic stem/progenitor cells to determine whether the deletion of Tet2 can affect the abundance of 5hmC at myeloid, T-cell and B-cell specific gene transcription start sites, which ultimately result in various hematological malignancies. Subsequent Exome sequencing (Exome-Seq) showed that disease-specific genes are mutated in different types of tumors, which suggests that TET2 may protect the genome from being mutated. The direct interaction between TET2 and Mutator S Homolog 6 (MSH6) protein suggests TET2 is involved in DNA mismatch repair. Finally, in vivo mismatch repair studies show that the loss of Tet2 causes a mutator phenotype. Taken together, my data indicate that TET2 binds to MSH6 to protect genome integrity. ^ In Part II, I intended to better understand the role of Tet2 in the nervous system. 5-hydroxymethylcytosine regulates epigenetic modification during neurodevelopment and aging. Thus, Tet2 may play a critical role in regulating adult neurogenesis. To examine the physiological significance of Tet2 in the nervous system, I first showed that the deletion of Tet2 reduces the 5hmC levels in neural stem cells. Mice lacking Tet2 show abnormal hippocampal neurogenesis along with 5hmC alternations at different gene promoters and corresponding gene expression downregulation. Through the luciferase reporter assay, two neural factors Neurogenic differentiation 1 (NeuroD1) and Glial fibrillary acidic protein (Gfap) were down-regulated in Tet2 knockout cells. My results suggest that Tet2 regulates neural stem/progenitor cell proliferation and differentiation in adult brain.^

Proscillaridin A effects on histone acetylation and C-MYC degradation in acute lymphoblastic leukemia

La leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) représente environ 25% des cancers pédiatriques diagnostiqués chaque année. Dans 80 % des cas, une rémission complète est observée. Cependant, les patients résistants aux traitements ainsi que les patients en rechute présentent un mauvais pronostique. Les altérations épigénétiques sont des facteurs essentiels dans le développement et la progression de la maladie, ainsi qu’à la résistance aux traitements. Lors d’un criblage de médicaments approuvés par la FDA, nous avons découvert des molécules ayant des caractéristiques anticancéreux et épigénétiques. Pour évaluer l’activité de ces molécules, nous avons procédé à un criblage secondaire sur plusieurs lignées cellulaires leucémiques. Nous avons découvert qu’une de ces molécules, un glucoside cardiotonique appelé la proscillaridine A, avait une activité anticancéreuse spécifique pour des cellules leucémiques. Nous faisons donc l’hypothèse que la proscillaridine A pourrait avoir des effets épigénétiques et anticancéreux dans des modèles précliniques de LLA. Pour tester cette hypothèse, nous avons traité deux lignées cellulaires de LLA Nalm-6 (LLA pre-B) et Molt-4 (T-LLA) in vitro pendant 2 à 96 heures à des doses pertinentes sur le plan clinique. Nous avons alors pu observer une inhibition de croissance qui était dépendante de la dose administrée dans les deux lignées cellulaires, avec des valeurs de 50% d’inhibition de croissance (CI50) de 3.0 nM pour les Nalm-6 et de et 2.3 nM pour les Molt-4. De plus, nos études sur le cycle cellulaire par BrdU démontrent un arrêt en phase G2/M. Nous avons également détecté par immunobuvardage de type western des baisses significatives de l’acétylation de résidus de l’histone 3. Les niveaux d’expression des enzymes responsables de cette acétylation, les histones acétyltransférases CBP, P300 et TIP60 ainsi que de l’oncogène C-MYC étaient également diminuées. Par des analyses de séquençage de l’ARN, nous avons observé une augmentation de l’expression des gènes impliquées dans les processus d’apoptose et de différentiation cellulaire, ainsi qu’une diminution des gènes impliqués dans la prolifération cellulaire comme en particulier les gènes cibles de C-MYC. Ces résultats prometteurs suggèrent le potentiel prometteur de la proscillaridine A comme nouvelle thérapie pour les patients atteints de LLA.

Skin microbiome before development of atopic dermatitis: Early colonization with commensal staphylococci at 2 months is associated with a lower risk of atopic dermatitis at 1 year

Background: Disease flares of established atopic dermatitis (AD) are generally associated with a low-diversity skin microbiota and Staphylococcus aureus dominance. The temporal transition of the skin microbiome between early infancy and the dysbiosis of established AD is unknown. Methods: We randomly selected 50 children from the Cork Babies After SCOPE: Evaluating the Longitudinal Impact Using Neurological and Nutritional Endpoints (BASELINE) longitudinal birth cohort for microbiome sampling at 3 points in the first 6 months of life at 4 skin sites relevant to AD: the antecubital and popliteal fossae, nasal tip, and cheek. We identified 10 infants with AD and compared them with 10 randomly selected control infants with no AD. We performed bacterial 16S ribosomal RNA sequencing and analysis directly from clinical samples. Results: Bacterial community structures and diversity shifted over time, suggesting that age strongly affects the skin microbiome in infants. Unlike established AD, these patients with infantile AD did not have noticeably dysbiotic communities before or with disease and were not colonized by S aureus. In comparing patients and control subjects, infants who had affected skin at month 12 had statistically significant differences in bacterial communities on the antecubital fossa at month 2 compared with infants who were unaffected at month 12. In particular, commensal staphylococci were significantly less abundant in infants affected at month 12, suggesting that this genus might protect against the later development of AD. Conclusions: This study suggests that 12-month-old infants with AD were not colonized with S aureus before having AD. Additional studies are needed to confirm whether colonization with commensal staphylococci modulates skin immunity and attenuates development of AD.

Genomics to elucidate the molecular basis of calcific aortic valve disease

Le rétrécissement valvulaire aortique (RVA) est causé par une calcification et une fibrose progressive de la valve aortique. Le risque de développer la maladie augmente avec l’âge. À cause de l’augmentation de l’espérance de vie, le RVA est devenu un problème de santé publique. Le RVA est fatal en absence de traitement médical. Actuellement, la chirurgie est le seul traitement pour le stade sévère de la maladie, mais près de 50% des individus avec RVA n’y sont pas éligibles, principalement due à la présence de comorbidités. Plusieurs processus biologiques ont été associés à la maladie, mais les voies moléculaires spécifiques et les gènes impliqués dans le développement et la progression du RVA ne sont pas connus. Il est donc urgent de découvrir les gènes de susceptibilité pour le RVA afin d’identifier les personnes à risque ainsi que les biomarqueurs et les cibles thérapeutiques pouvant mener au développement de médicaments pour inverser ou limiter la progression de la maladie. L’objectif de cette thèse de doctorat était d’identifier la base moléculaire du RVA. Des approches modernes en génomique, incluant l’étude de gènes candidats et le criblage génomique par association (GWAS), ont été réalisées à l’aide de collections d’ADN provenant d’un grand nombre de patients bien caractérisés pour le RVA. Des études complémentaires en transciptomique ont comparé le profil d’expression global des gènes entre des valves calcifiées et non-calcifiées à l’aide de biopuces à ADN et de séquençage de l’ARN. Une première étude a identifié des variations dans le gène NOTCH1 et suggère pour la première fois la présence d’un polymorphisme commun dans ce gène conférant une susceptibilité au RVA. La deuxième étude a combiné par méta-analyse deux GWAS de patients provenant de la ville de Québec et Paris (France) aux données transcriptomiques. Cette étude de génomique intégrative a confirmé le rôle de RUNX2 dans le RVA et a permis l’identification d’un nouveau gène de susceptibilité, CACNA1C. Les troisième et quatrième études sur l’expression des gènes ont permis de mieux comprendre les bases moléculaires de la calcification des valves aortiques bicuspides et ainsi d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour le RVA. Les données générées par ce projet sont la base de futures découvertes importantes qui permettront d’améliorer les options de traitement et la qualité de vie des patients atteints du RVA.