A Detailed Analysis of Transcriptional Regulators Affecting the Saccharomyces cerevisiae Heat-shock Gene SSA1

The yeast Saccharomyces cerevisiae contains a family of hsp70 related genes. One member of this family, SSA1, encodes a 70kD heat-shock protein which in addition to its heat inducible expression has a significant basal level of expression. The first 500 bp upstream of the SSA1 start point of transcription was examined by DNAse I protection analysis. The results reveal the presence of at least 14 factor binding sites throughout the upstream promoter region. The function of these binding sites has been examined using a series of 5' promoter deletions fused to the recorder gene lacZ in a centromere-containing yeast shuttle vector. The following sites have been identified in the promoter and their activity in yeast determined individually with a centromere-based recorder plasmid containing a truncated CYC1 /lacZ fusion: a heat-shock element or HSE which is sufficient to convey heat-shock response on the recorder plasmid; a homology to the SV40 'core' sequence which can repress the GCN4 recognition element (GCRE) and the yAP1 recognition element (ARE), and has been designated a upstream repression element or URE; a 'G'-rich region named G-box which can also convey heatshock response on the recorder plasmid; and a purine-pyrimidine alternating sequence name GT-box which is an activator of transcription. A series of fusion constructs were made to identify a putative silencer-like element upstream of SSA1. This element is position dependent and has been localized to a region containing both an ABF1 binding site and a RAP1 binding site. Five site-specific DNA-binding factors are identified and their purification is presented: the heat-shock transcription factor or HSTF, which recognizes the HSE; the G-box binding factor or GBF; the URE recognition factor or URF; the GT-box binding factor; and the GC-box binding factor or yeast Sp1.

Relação entre a doença de Parkinson e o gene LRRK2: um estudo na população brasileira

A doença de Parkinson (DP) é a segunda doença neurodegenerativa mais frequente depois da Doença de Alzheimer, afetando aproximadamente 1% da população com idade superior a 65 anos. Clinicamente, esta doença caracteriza-se pela presença de tremor em repouso, bradicinesia, rigidez muscular e instabilidade postural, os quais podem ser controlados com a administração do levodopa. As características patológicas da DP incluem a despigmentação da substância nigra devido à perda dos neurônios dopaminérgicos e a presença de inclusões proteicas denominadas corpos de Lewy nos neurônios sobreviventes. As vias moleculares envolvidas com esta patologia ainda são obscuras, porém a DP é uma doença complexa, resultante da interação entre fatores ambientais e causas genéticas. Mutações no gene leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2; OMIM 609007) constituem a forma mais comum de DP. Este gene codifica uma proteína, membro da família de proteínas ROCO, que possui, entre outros domínios, dois domínios funcionais GTPase (ROC) e quinase (MAPKKK). Neste estudo, os principais domínios do gene LRRK2 foram analisados em 204 pacientes brasileiros com DP por meio de sequenciamento dos produtos da PCR. Através da análise de 14 exons correspondentes aos domínios ROC, COR e MAPKKK foram identificadas 31 variantes. As alterações novas, p.C1770R e p.C2139S, possuem um potencial papel na etiologia da DP. Três alterações exônicas (p.R1398R, p.T1410M e p.Y2189C) e nove intrônicas (c.4317+16C>T, c.5317+59A>C, c.5509+20A>C, c.5509+52T>C, c.5509+122A>G, c.5657-46C>T, c.6382-36G>A, c.6382-37C>T e c.6576+44T>C) são potencialmente não patogênicas. Ao todo, dezessete variantes exônicas e intrônicas constituem polimorfismos já relatados na literatura (p.R1398H, p.K1423K, p.R1514Q, p.P1542S, c.4828-31T>C, p.G1624G, p.K1637K, p.M1646T, p.S1647T, c.5015+32A>G, c.5170+23T>A, c.5317+32C>T, p.G1819G, c.5948+48C>T, p.N2081D, p.E2108E e c.6381+30A>G). A frequência total de alterações potencialmente patogênicas ou patogênicas detectadas em nossa amostra foi de 3,4% (incluindo a mutação p.G2019S, anteriormente descrita em 2 artigos publicados por nosso grupo: Pimentel et al., 2008; Abdalla-Carvalho et al., 2010), sendo a frequência de mutações nos casos familiares (11,1%) cerca de seis vezes maior do que a encontrada nos casos isolados da DP (1,8%). Os resultados alcançados neste estudo revelam que mutações no gene LRRK2 desempenham um papel significativo como fator genético para o desenvolvimento da DP em pacientes brasileiros.

Isolation of the murine interleukin 2 gene and characterization of its regulatory architecture

Interleukin 2 (IL2) is the primary growth hormone used by mature T cells and this lymphokine plays an important role in the magnification of cell-mediated immune responses. Under normal circumstances its expression is limited to antigen-activated type 1 helper T cells (T_H1) and the ability to transcribe this gene is often regarded as evidence for commitment to this developmental lineage. There is, however, abundant evidence than many non-T_H1 T cells, under appropriate conditions, possess the ability to express this gene. Of paramount interest in the study of T-cell development is the mechanisms by which differentiating thymocytes are endowed with particular combinations of cell surface proteins and response repertoires. For example, why do most helper T cells express the CD4 differentiation antigen?

As a first step in understanding these developmental processes the gene encoding IL2 was isolated from a mouse genomic library by probing with a conspecific IL2 cDNA. The sequence of the 5' flanking region from + 1 to -2800 was determined and compared to the previously reported human sequence. Extensive identity exists between +1 and -580 (86%) and sites previously shown to be crucial for the proper expression of the human gene are well conserved in both sequence location in the mouse counterpart.

Transient expression assays were used to evaluate the contribution of various genomic sequences to high-level gene expression mediated by a cloned IL2 promoter fragment. Differing lengths of 5' flanking DNA, all terminating in the 5' untranslated region, were linked to a reporter gene, bacterial chloramphenicol acetyltransferase (CAT) and enzyme activity was measured after introduction into IL2-producing cell lines. No CAT was ever detected without stimulation of the recipient cells. A cloned promoter fragment containing only 321 bp of upstream DNA was expressed well in both Jurkat and EL4.El cells. Addition of intragenic or downstream DNA to these 5' IL2-CAT constructs showed that no obvious regulatory regions resided there. However, increasing the extent of 5' DNA from -321 to -2800 revealed several positive and negative regulatory elements. One negative region that was well characterized resided between -750 and -1000 and consisted almost exclusively of alternating purine and pyrimidines. There is no sequence resembling this in the human gene now, but there is evidence that there may have once been.

No region, when deleted, could relax either the stringent induction-dependence on cell-type specificity displayed by this promoter. Reagents that modulated endogenous IL2 expression, such as cAMP, cyclosporin A, and IL1, affected expression of the 5' IL2-CAT constructs also. For a given reagent, expression from all expressible constructs was suppressed or enhanced to the same extent. This suggests that these modulators affect IL2 expression through perturbation of a central inductive signal rather than by summation of the effects of discrete, independently regulated, negative and positive transcription factors.

Expanding the Toolkit for Synthetic Biology: Frameworks for Native-like Non-natural Gene Circuits

Synthetic biology combines biological parts from different sources in order to engineer non-native, functional systems. While there is a lot of potential for synthetic biology to revolutionize processes, such as the production of pharmaceuticals, engineering synthetic systems has been challenging. It is oftentimes necessary to explore a large design space to balance the levels of interacting components in the circuit. There are also times where it is desirable to incorporate enzymes that have non-biological functions into a synthetic circuit. Tuning the levels of different components, however, is often restricted to a fixed operating point, and this makes synthetic systems sensitive to changes in the environment. Natural systems are able to respond dynamically to a changing environment by obtaining information relevant to the function of the circuit. This work addresses these problems by establishing frameworks and mechanisms that allow synthetic circuits to communicate with the environment, maintain fixed ratios between components, and potentially add new parts that are outside the realm of current biological function. These frameworks provide a way for synthetic circuits to behave more like natural circuits by enabling a dynamic response, and provide a systematic and rational way to search design space to an experimentally tractable size where likely solutions exist. We hope that the contributions described below will aid in allowing synthetic biology to realize its potential.

Análise de polimorfismos e de expressão do gene p16INK4a em neoplasias cervicais

O câncer de colo do útero é o segundo carcinoma mais frequente em mulheres no mundo e um dos cânceres femininos mais incidentes no Brasil. Em lesões pré-malignas e malignas do colo uterino, a proteína p16INK4a, que participa do controle do ciclo celular, apresenta um aumento considerável de sua expressão, devido possivelmente à presença de oncoproteínas do papilomavírus humano (HPV). Dois polimorfismos no gene p16INK4a, p16 500C>G e p16 540C>T, estão localizados na região 3 não traduzida (3UTR), que está envolvida na regulação pós-transcricional da expressão gênica. O objetivo deste estudo foi avaliar possíveis associações entre os polimorfismos p16 500C>G e p16 540C>T e o desenvolvimento de neoplasias cervicais e/ou a severidade das lesões, considerando os níveis de expressão da proteína p16INK4a nas lesões cervicais e certos fatores de risco clássicos para o câncer cervical, incluindo a infecção pelo HPV. Para isso, foram selecionadas 567 mulheres residentes no Rio de Janeiro, 319 com citologia cervical alterada (grupo de casos) e 248 sem história prévia de alteração citológica do colo uterino (grupo de comparação). Amostras de sangue periférico de todas as participantes foram utilizadas na análise molecular dos polimorfismos p16 500C>G e p16 540C>T através da técnica de PCR-RFLP (reação em cadeia da polimerase - polimorfismo de comprimento de fragmento de restrição), usando as enzimas de restrição MspI e HaeIII, respectivamente. A expressão da proteína p16INK4a em 137 biópsias de mulheres pertencentes ao grupo de casos foi avaliada por imunohistoquímica. A detecção de DNA do HPV em células cervicais foi feita em todas as amostras do grupo de comparação e em 194 amostras do grupo de casos pela técnica de PCR, usando dois pares de oligonucleotídeos, MY09/MY11 e GP05+/GP06+. Os dois grupos de estudo se encontram em equilíbrio de Hardy-Weinberg. As distribuições genotípicas para p16 500C>G e p16 540C>T e as distribuições de combinações haplotípicas nos dois grupos não apresentaram diferenças significativas. A análise do subgrupo HSIL+câncer (casos com lesão intraepitelial de alto grau ou carcinoma invasivo) em comparação com o subgrupo LSIL (casos com lesão intraepitelial de baixo grau) revelou diferença significativa entre as distribuições das combinações haplotípicas (p = 0,036) e diferenças marginais entre as distribuições genotípicas para p16 500C>G (p = 0,071) e p16 540C>T (p = 0,051). O alelo p16 540G, em heterozigose ou homozigose (OR = 1,91, IC 95% = 1,08-3,37), e a combinação haplotípica p16 500C-540C 500G-540C (OR = 2,34, IC 95% = 1,202-4,555) mostraram-se associados com a severidade da lesões cervicais. Já o genótipo p16 540T/T (OR = 0,25, IC 95% = 0,08-0,79), e a combinação haplotípica p16 500C-540T 500C-540T (OR = 0,27, IC 95% = 0,088-0,827) exibiram papel protetor contra o desenvolvimento de lesões mais severas. As análises de interação entre os polimorfismos de p16INK4a e a expressão de p16 ou a infecção pelo HPV foram comprometidas pelo número reduzido de amostras analisadas. Não se observou qualquer interação entre os polimorfismos estudados e os fatores de risco clássicos para o câncer de colo uterino. Nossos resultados apontam para a importância dos polimorfismos do gene p16INK4a como marcadores de severidade da neoplasia cervical.

Caracterização de alterações epigenéticas no gene JARID1C e desequilíbrios genéticos como causas do retardo mental ligado ao x de etiologia idiopática

O retardo mental (RM) é caracterizado por um funcionamento intelectual significantemente abaixo da média (QI<70). A prevalência de RM varia entre estudos epidemiológicos, sendo estimada em 2-3% da população mundial, constituindo assim, um dos mais importantes problemas de saúde pública. Há um consenso geral de que o RM é mais comum no sexo masculino, um achado atribuído às numerosas mutações nos genes encontrados no cromossomo X, levando ao retardo mental ligado ao X (RMLX). Dentre os genes presentes no cromossomo X, o Jumonji AT-rich interactive domain IC (JARID1C) foi recentemente identificado como um potencial candidato etiológico do RM, quando mutado. O JARID1C codifica uma proteína que atua como uma desmetilase da lisina 4 da histona H3 (H3K4), imprescindível para a regulação epigenética. Tão recente como a identificação do gene JARID1C, é a descoberta de que mudanças no número de cópias de sequências de DNA, caracterizadas por microdeleções e microduplicações, poderiam ser consideradas como razões funcionalmente importantes de RMLX. Atualmente, cerca de 5-10% dos casos de RM em homens são reconhecidos por ocorrerem devido a estas variações do número de cópias no cromossomo X. Neste estudo, investigamos mutações no gene JARID1C, através do rastreamento dos éxons 9, 11, 12, 13, 15 e 16, em 121 homens de famílias com RM provavelmente ligado ao X. Paralelamente, realizamos a análise da variação do número de cópias em 16 genes localizados no cromossomo X através da técnica de MLPA no mesmo grupo de pacientes. Esta metodologia consiste em uma amplificação múltipla que detecta variações no número de cópias de até 50 sequências diferentes de DNA genômico, sendo capaz de distinguir sequências que diferem em apenas um nucleotídeo. O DNA genômico foi extraído a partir de sangue periférico e as amostras foram amplificadas pela técnica de PCR, seguida da análise por sequenciamento direto. Foram identificadas três variantes na sequência do gene JARID1C entre os pacientes analisados: a variante intrônica 2243+11 G>T, que esteve presente em 67% dos pacientes, a variante silenciosa c.1794C>G e a mutação inédita nonsense c.2172C>A, ambas presentes em 0,82% dos indivíduos investigados. A análise através do MLPA revelou uma duplicação em um dos pacientes envolvendo as sondas referentes ao gene GDI1 e ao gene HUWE1. Este trabalho expande o estudo de mutações no gene JARID1C para a população brasileira ereforça a importância da triagem de mutações neste gene em homens portadores de RM familiar de origem idiopática, assim como, é primeiro relato científico relativo à investigação de variações no número de cópias de genes localizados no cromossomo X em homens brasileiros com RM, através da técnica de MLPA.

A Comparison of the SNP Variation in the Calcification PMCA Gene of Lottia gigantea between a Santa Barbara Population and a More Acidic Monterey Bay Population

As the atmospheric levels of CO2 rise from human activity, the carbonic acid levels of the ocean increase, causing ocean acidification. This increase in acidity breaks down the calcified bodies that many marine organisms depend upon. Upwelling regions such as Monterey Bay in California have pH levels that are not expected to reach the open ocean for a few decades. This study reviews one of the common intertidal animals of the California coast, the Owl Limpet Lottia gigantea, and its genetic variation of the plasma membrane Ca2+ ATPase (PMCA) in relation to the acidity of its environment. The PMCA protein functions in the calcification process of many organisms. Specifically in limpets, this gene functions to form its protective shell. Single-nucleotide polymorphisms (SNPs) were found among five sections of the gene to determine variation between the acidic environment population in Monterey, California and the non-acidic environment population in Santa Barbara, California. While some variation was determined, the Monterey Bay and Santa Barbara Lottia gigantea populations are not significantly distinct at the PMCA gene. Sections B, C, and D were found to be linked. Only one location in Section B was found to have an amino acid change within an exon. Section A has the strongest connection to the sampling location. Monterey individuals were seen to be more genetically recognizable, while Santa Barbara individuals showed slightly more variation. Understanding the trends of ocean acidification, upwelling region activities, and population genetics will assist in determining how the ocean environment will behave in the future.

The promoter of cell growth- and RNA protection-associated SND1 gene is activated by endoplasmic reticulum stress in human hepatoma cells

Background: Staphyloccocal nuclease domain-containing protein 1 (SND1) is involved in the regulation of gene expression and RNA protection. While numerous studies have established that SND1 protein expression is modulated by cellular stresses associated with tumor growth, hypoxia, inflammation, heat- shock and oxidative conditions, little is known about the factors responsible for SND1 expression. Here, we have approached this question by analyzing the transcriptional response of human SND1 gene to pharmacological endoplasmic reticulum (ER) stress in liver cancer cells. Results: We provide first evidence that SND1 promoter activity is increased in human liver cancer cells upon exposure to thapsigargin or tunicamycin or by ectopic expression of ATF6, a crucial transcription factor in the unfolded protein response triggered by ER stress. Deletion analysis of the 5'-flanking region of SND1 promoter identified maximal activation in fragment (-934, +221), which contains most of the predicted ER stress response elements in proximal promoter. Quantitative real- time PCR revealed a near 3 fold increase in SND1 mRNA expression by either of the stress- inducers; whereas SND1 protein was maximally upregulated (3.4-fold) in cells exposed to tunicamycin, a protein glycosylation inhibitor. Conclusion: Promoter activity of the cell growth- and RNA-protection associated SND1 gene is up-regulated by ER stress in human hepatoma cells.