Síntese de ésteres derivados do ácido oléico empregando lipases produzidas por Yarrowia lipolytica

Biodiesel é um biocombustível que consiste na mistura de ésteres monoalquílicos de ácidos graxos de cadeia longa. O processo usual de produção deste combustível é a transesterificação de óleos vegetais com álcoois de cadeia curta. Nesse processo, a matéria prima deve conter baixo conteúdo de ácido graxos livres ( ≤ 1%) e água (≤ 0,5%). Como alternativa ao processo de transesterificação, destaca-se o emprego de matérias-primas de baixo custo, com elevado teor de ácidos graxos livres, para a síntese de ésteres alquílicos através de reações de esterificação. As reações de produção do biodiesel podem ser catalisadas por via química (ácida e básica) ou enzimática. Na catálise enzimática, os biocatalisadores empregados são as lipases, que catalisam a hidrólise e síntese de ésteres e podem ser obtidas a partir de microrganismos, plantas ou tecido animal, sendo as de origem microbiana as mais utilizadas. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o potencial da lipase de Yarrowia lipolytica, uma levedura não convencional, na síntese de ésteres do ácido oleico visando à obtenção de ésteres alquílicos (biodiesel). Foram estudados os efeitos da temperatura (25, 30, 35, 40, 50 e 60oC), do teor enzimático (5, 10, 20, 30 e 40% v/v) e do tipo de álcool (metanol, etanol, n-propanol e n-butanol ) nas reações de esterificação do ácido oleico empregando o extrato enzimático líquido produzido por Yarrowia lipolytica. Os resultados obtidos mostraram que as reações conduzidas a 30oC e com 10% v/v do extrato enzimático apresentaram maior taxa inicial de reação. Também foi avaliada a utilização do extrato enzimático liofilizado (5% m/v) e do PES (produto enzimático sólido) (5% m/v) de Yarrowia lipolytica na reação de esterificação do ácido oleico com n-butanol a 30oC. O maior consumo de ácido oleico ocorreu na reação conduzida com o PES. O efeito da temperatura (25, 30, 35, 40 e 50oC) na síntese de oleato de butila foi, então, investigado nas reações empregando PES como biocatalisador e a maior conversão de ácido oleico foi verificada na temperatura de 40oC

Construção e operação de wetland como polimento de lixiviado de aterro de resíduos sólidos urbanos.

O presente trabalho tem o objetivo de avaliar a metodologia de construção, de plantio, de manutenção, de operação e a eficiência de um sistema de tratamento por wetland construído como etapa de polimento da Estação de Tratamento de Lixiviado (ETC) de Aterro já encerrado de Resíduos Sólidos Urbanos na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Parte do efluente tratado por lodos ativados na ETC foi direcionado e tratado no wetland construído. Foi escolhido o projeto de Fluxo Horizontal Subsuperficial e a vegetação selecionada foi a taboa (Typha latifolia) que é nativa da área do aterro. Em média, foram feitas três amostragens mensais do afluente e do efluente do wetland, de maio a outubro de 2013. A eficiência do sistema foi avaliada por meio de parâmetros físico-químicos e de parâmetros coletivos específicos. A eficiência de remoção de Demanda Química de Oxigênio (DQO) foi de 60%, nitrogênio amoniacal de 67%, nitrito de 72% e nitrato de 57%. Outro parâmetro avaliado foi a toxicidade aguda, foram utilizados os organismos teste Danio rerio (peixe), a Daphnia similis (microcrustáceo) e a Aliivibrio fischeri (bactéria luminescente). Durante o período foram coletados diariamente as vazões de entrada e saída, a condutividade elétrica e o índice pluviométrico. Os resultados mostraram que o uso de wetland como etapa de polimento pode ser uma alternativa para o tratamento de lixiviado.

Gestão do conhecimento na EaD corporativa: tensões e possibilidades da transferência do conhecimento tácito nas comunidades e redes sociais

A partir da metade do século 20 o recurso meramente material deixou de ser considerado como a maior fonte de riqueza de uma instituição ou sociedade para ceder lugar à superestimação do ativo intelectual. Essa alternância de paradigma provocou no seio corporativo a preocupação de desenvolver estratégias e ferramentas gerenciais que fossem capazes de propiciar um meio oportuno para a geração e socialização do conhecimento organizacional. Na sociedade da nova economia, ancorada na valorização dos recursos intangíveis, o gerenciamento do conhecimento tácito, altamente pessoal e subjetivo, é concebido como importante tática para prover vantagem competitiva à empresa, inclusive àquelas que prestam serviços educacionais, concedendo lhe status de inovação apontada para o futuro. Uma das estratégias sugeridas pela literatura especializada reside na criação de redes de relacionamentos sociais que visem ampliar e potencializar a interação entre os partícipes no processo de compartilhamento de conhecimentos e troca de experiências para a apreensão da aprendizagem social colaborativa. Portanto, buscou-se examinar, nesta pesquisa, por intermédio de um estudo de caso particular, se uma importante e renomada instituição de ensino superior (IES) atuante no segmento de educação a distância online cumpre os fatores idiossincráticos e organizacionais relevantes para a transferência do conhecimento tácito, bem como se propicia aos docentes inseridos na comunidade virtual de professores (CVP) uma ambientação favorável para tal. O presente estudo sustenta-se em farto e consistente aparato bibliográfico sobre (i) conhecimento; (ii) gestão do conhecimento e (iii) redes, comunidades virtuais e novo social learning e objetiva confrontar as inflexões teóricas apresentadas com as análises realizadas quantitativa e qualitativamente dos dados coletados da unidade de amostra selecionada, na tentativa de prover elucidações capazes de satisfazer as hipóteses formuladas na pesquisa.

Produção in vitro, análise fitoquímica e avaliação da atividade antineoplásica de metabólitos de Hovenia dulcis Thunb. (Rhamnaceae) obtidos por diferentes estratégias biotecnológicas

Hovenia dulcis Thunberg, natural da Ásia Oriental, é cultivada no Brasil onde é conhecida como uva-do-japão. A espécie possui várias indicações na medicina popular e alguns estudos apontam o seu potencial antineoplásico, tripanocida e hepatoprotetor. Metabólitos secundários são substâncias não essenciais para a sobrevivência celular, mas que fornecem vantagens adaptativas aos vegetais, sendo atribuído, para algumas delas, atividades biológicas importantes. Substâncias de interesse medicinal têm sido obtidas por técnicas da cultura de tecidos vegetais, como a calogênese e a cultura de células em suspensão, que permitem a síntese de matéria-prima de forma contínua e homogênea, independentemente de fatores ambientais e sazonais. O presente estudo objetivou o estabelecimento de culturas in vitro de H. dulcis, visando à produção de metabólitos de interesse, com vistas à avaliação do seu potencial antineoplásico sobre células K562. Foram testados protocolos para o estabelecimento de diferentes sistemas, como culturas de calos, de células em suspensão (CCS) e compact callus clusters (CCC) e ainda a avaliação do uso de elicitores na otimização de metabólitos produzidos in vitro. Foi verificado que a adição dos fitorreguladores KIN e TDZ, substituindo o BAP, não foi capaz de induzir a formação de calos friáveis, bem como a manutenção das culturas em ausência de luz. O uso do nitrato de prata promoveu a friabilidade de calos em todas as concentrações testadas, considerando-se 2,0 mg.L-1 a melhor concentração. Foram alcançadas taxas de 100% de formação de CCS tanto na presença, quanto em ausência de AgNO3. O maior acúmulo de biomassa foi verificado na concentração mais baixa de PIC (0,625 mg.L-1). A análise dos espectros de RMN indicou a presença de (+)-dihidromiricetina, (+)-galocatequina, hovenitina II, hovenosideo G, hodulosideo III, hodulosideo IV, hodulosideo I e hovenidulciosideo B1 nas culturas de calos friáveis. No estabelecimento de culturas CCC, observou-se a formação de calos compactos verdes em todas as concentrações de ANA testadas. O aumento da velocidade de rotação para 135 rpm aumentou a dispersão das células com consequente formação dos agregados celulares desejados. A seleção de linhagens celulares demonstrou ser um método eficiente na uniformização do tamanho desses agregados e tal uniformidade se manteve estável por mais de cinco subcultivos em 100% das culturas. Uma fração rica em saponinas foi obtida a partir dos agregados celulares, correspondendo a 1,46% da massa seca. A análise por RMN sugeriu a presença das saponinas Hovenosideo G e dos hovenidulciosideos A2 e B2. O uso de elicitores em cultura de calos mostrou-se adequado à produção de metabólitos secundários, sem alterações morfológicas nos mesmos. A elicitação alterou o perfil cromatográfico analisado por HPLC. Na elicitação com 5,0 mg.L-1 de extrato de levedura foi verificado um aumento de quase três vezes (12,280 3,396 equivalentes de quercetina/mg de extrato) na síntese de flavonoides. Finalmente, os estudos de ação antitumoral in vitro demonstraram citotoxicidade dos extratos de calos não elicitados de H. dulcis sobre linhagem de leucemia mieloide crônica (IC50 de 74,05 μg.mL-1.) e inibição do crescimento de tais células (K562), sugerindo o potencial antineoplásico para um produto biotecnológio (calo) desta espécie.

Contribuição de bactérias diazotrópicas na cultura da bananeira: perspectivas de utilização na produção integrada.

Esta pesquisa objetivou avaliar a ocorrência de bactérias diazotróficas na cultura da bananeira no Estado do Ceará (Brasil), selecionar bactérias diazotróficas endofíticas em associação com mudas da cultivar Grande Naine, avaliar produção de bananas nas cultivares Grande Naine (subgrupo Cavendish), Ambrosia, Buccaner e Calypso (subgrupo Gros Michel) em resposta à inoculação de bactéria selecionada em mudas e verificar o potencial de bactéria diazotrófica na proteção de plantas da cultivar Maçã contra o fungo Fusarium oxysporum f. sp. cubense, causador da fusariose na bananeira. As bananeiras das cultivares Pacovan e Prata (subgrupo Prata) e Couruda (subgrupo Figo) plantadas no Ceará estavam associadas de bactérias diazotróficas relacionadas aos gêneros Burkholderia e Herbaspirillum. Em experimento com mudas micropropagadas da cultivar Grande Naine constatou-se que bactérias endofíticas do tipo Burkholderia variam em eficiência na promoção do crescimento das plantas. A inoculação do isolado de bactéria relacionada a B. cepacia AB202 em mudas resultou no aumento de produtividade das cultivares dos subgrupos Cavendish (2.900kg ha- 1) e Gros Michel (1.400kg ha-1). Na cultivar Maçã, a tecnologia permitiu reduzir a incidência de fusariose em 7,4% (113 plantas por ha). Estes resultados confirmam a influência de bactérias diazotróficas na cultura da bananeira, sugerindo a possibilidade do uso desta tecnologia por viveiristas e produtores de banana em busca da produção integrada de frutas.

Dekkera e Brettanomyces: leveduras não competitivas que deterioram vinhos.

2003

BR - 5110 - Solimões: o milho de várzea do Amazonas.

BR - 5110 - Solimoes, variedade selecionada e adaptada para as condicoes de varzea no Amazonas. Sao descritas, alem das caracteristicas agronomicas da variedade, as recomendacoes tecnicas para o seu plantio em area de varzea no Amazonas.

Prata Ken: cultivar de bananeira resistente à sigatoka-negra, para o Estado do Amazonas.

Com base em avaliações realizadas durante dois ciclos produtivos em Manaus, onde a sigatoka-negra está presente, foi selecionada a cultivar Prata Ken para recomendação aos produtores amazonenses. Características e recomendações da cultivar. Espaçamento e densidade populacional. Adubação. Adubação de cobertura/planta.

Severidade da antracnose e perda de materia fresca do maracuja-doce em dois ambientes de armazenamento.

Frutos do maracuja-doce de dez procedencias foram avaliados quanto a severidade da antracnose (Colletotrichum gloeosporioides Penz.) e quanto a perda de materia fresca em dois ambientes de armazenamento: camara fria ( 5 ºC e UR de 90%) e em ambiente de sala ( 23 +-1 ºC e UR de 65+- 5%). Plantas provenientes de frutos colhidos em estado nativo ou adquiridos nos mercados da Central de Abastecimento de São Paulo - CEAGESP, procedencias A, B, e C; Vicosa-MG, procedencia D; Tome-Acu-PA, procedencia E, Itacoatiara-AM, procedencia F, Ouro Preto d'Oeste-RO, procedencia G; Domingos Martins-ES, procedencia H; Pontes e Lacerda-MT, procedencia I; e Rondonopolis-MT, procedencia J foram estabelecidas no Distrito Federal. Apos as primeiras colheitas, a melhor planta de cada procedencia, selecionada pela maior taxa de vingamento, coloracao de casca, tamanho do fruto e menor espessura da casca, foi multiplicada por estaquia. Frutos de tres plantas de cada procedencia, obtidos por polinizacao natural, forma colhidos de vez e mantidos em caixas-padrao de papelao. As avalacoes forma efetuadas no dia da colheita (tempo zero), aos 3, 6, 9 e 12 dias apos, determinado-se o percentual de perda de materia fresca e a severidade da antracnose ( % da superficie do fruto ocupada por lesoes) e incidencia (% de frutos atacados) de outras doencas, aos 12 dias de armazenamento. As procedencias com menores indices de antracnose foram a I e a G, seguidas pela D e J. Os frutos armazenados em camaras fria foram menos afetados pela doenca. As procedencias G e A foram as que, ao final dos doze dias de armazenamento, perderam menos materia fresca sendo as perdas respectivamente de 16,68% e 17,86% em ambiente de sala e de 7,71% e 6,61% em camara fria. Considerando-se a media de todas as procedencias aos 12 dias de armazenamento, a menor perda de materia fresca ( 9, 78%) ocorre em camara fria, contra 22, 06% em ambiente de sala. As procedencias A, E, F, G e J perde menos materia fresca em ambiente natural que as demais.

Avaliação do Impacto de um Programa de Intervenção com Famílias Multiproblemáticas

Dissertação apresentada à Universidade Fernando Pessoa, como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Mestre em Psicologia Jurídica

Molecular study of cell degeneration and evolution induced by mRNA mistranslation

As proteínas existentes nas células são produzidas pelo mecanismo de tradução do mRNA, no qual a informação genética contida nos genes é descodificada em cadeias polipeptídicas. O código genético, que define as regras de descodificação do genoma, minimiza os erros de tradução do mRNA, garantindo a síntese de proteínas com elevada fidelidade. Esta é essencial para a estabilidade do proteoma e para a manutenção e funcionamento dos processos celulares. Em condições fisiológicas normais, os erros da tradução do mRNA ocorrem com frequências que variam de 10-3 a 10-5 erros por codão descodificado. Situações que aumentam este erro basal geralmente estão associadas ao envelhecimento, stresse e a doenças; no entanto, em certos organismos o código genético é traduzido naturalmente com elevado erro, indicando que a síntese de proteínas aberrantes pode de algum modo ser vantajosa. A fim de estudar a resposta celular aos erros de tradução do mRNA, construímos leveduras que incorporam serina no proteoma em resposta a um codão de leucina, usando a expressão constitutiva de um tRNASer mutante. Este fenómeno genético artificial provocou uma forte diminuição da esporulação, da viabilidade e da eficiência de mating, afectando imensamente a reprodução sexual da levedura. Observou-se também uma grande heterogeneidade no tamanho e na forma das células e elevada instabilidade genómica, com o aparecimento de populações poliplóides e aneuplóides. No sentido de clarificar as bases celulares e moleculares daqueles fenótipos e compreender melhor a biologia do erro de tradução do mRNA, construímos também células de levedura que inserem serina em resposta a um codão de leucina de modo indutível e controlado. Utilizaram-se perfis de mRNA total e de mRNA associado a polissomas para elucidar a resposta celular ao erro de tradução do mRNA. Observou-se a indução de genes envolvidos na resposta ao stresse geral, stresse oxidativo e na unfolded protein response (UPR). Um aumento significativo de espécies reactivas de oxigénio (ROS) e um forte impacto negativo na capacidade das células pós-mitóticas re-iniciarem o crescimento foram também observados. Este fenótipo de perda de viabilidade celular foi resgatado por scavangers de ROS, indicando que o stresse oxidativo é a principal causa de morte celular causada pelos erros de tradução. Este estudo levanta a hipótese de que o stresse oxidativo e a acumulação de ROS, ao invés do colapso súbito do proteoma, são as principais causas da degeneração celular e das doenças humanas associadas aos erros de tradução do genoma. ABSTRACT: Proteins are synthesized through the mechanism of translation, which uses the genetic code to transform the nucleic acids based information of the genome into the amino acids based information of the proteome. The genetic code evolved in such a manner that translational errors are kept to a minimum and even when they occur their impact is minimized by similar chemical properties of the amino acids. Protein synthesis fidelity is essential for proteome stability and for functional maintenance of cellular processes. Indeed, under normal physiological conditions, mistranslation occurs at frequencies that range from 10-3 to 10-5 errors per codon decoded. Situations where this basal error frequency increases are usually associated to aging and disease. However, there are some organisms where genetic code errors occur naturally at high level, suggesting that mRNA mistranslation can somehow be beneficial. In order to study the cellular response to mRNA mistranslation, we have engineered single codon mistranslation in yeast cells, using constitutive expression of mutant tRNASer genes. These mistranslating strains inserted serines at leucine-CUG sites on a proteome wide scale due to competition between the wild type tRNALeu with the mutant tRNASer. Such mistranslation event decreased yeast sporulation, viability and mating efficiencies sharply and affected sexual reproduction strongly. High heterogeneity in cell size and shape and high instability in the genome were also observed, with the appearance of some polyploid or aneuploid cell populations. To further study the cellular and molecular basis of those phenotypes and the biology of mRNA mistranslation, we have also engineered inducible mRNA misreading in yeast and used total mRNA and polysome associated mRNA profiling to determine whether codon misreading affects gene expression. Induced mistranslation up-regulated genes involved in the general stress response, oxidative stress and in the unfolded protein response (UPR). A significant increase in reactive oxygen species (ROS) and a strong negative impact on the capacity of post-mitotic cells to re-initiate growth in fresh media were also observed. This cell viability phenotype was rescued by scavengers of ROS, indicating that oxidative stress is the main cause of cell death caused by mRNA mistranslation. This study provides strong support for the hypothesis that oxidative stress and ROS accumulation, rather than sudden proteome collapse or major proteome disruption, are the main cause of the cellular degeneration observed in human diseases associated mRNA mistranslation.

Protein phosphatases acting on the replication checkpoint

A génese de um cancro está dependente da acumulação de mutações genéticas que dão origem a instabilidade genómica, que por sua vez resulta na proliferação descontrolada. Para prevenir a acumulação destas mutações, as células têm mecanismos de controlo (checkpoints) que suspendem o ciclo celular e accionam as vias de reparação do ADN. Estes eventos são muitas vezes regulados por dinâmicas de (des)fosforilação de proteínas. As proteínas fosfatases (PPs), enzimas responsáveis pela remoção do grupo fosfato de resíduos fosforilados, desempenham funções cruciais na regulação de muitos mecanismos celulares. Enquanto que no início do projecto as cinases envolvidas no checkpoint da replicação estavam bem estabelecidas, as PPs envolvidas não eram conhecidas. A Chk1, um componente da maquinaria do checkpoint da replicação, é exemplo dessa regulação por (des)fosforilação, como sejam nos resíduos Ser317 e Ser345. Assim, como primeira abordagem para determinar quais os grupos de PPs envolvidos na regulação do checkpoint da replicação, decidimos investigar o seu papel na regulação da fosforilação da Chk1. A primeira conclusão é que a desfosforilação da Chk1 ao longo do tempo, tanto in vivo como in vitro, ocorre com uma dinâmica bi-fásica. Em segundo, a abordagem in vitro sugere que as famílias PP1, PP2A e PP2C estão envolvidas na desfosforilação da Chk1. Uma vez que a família PP2A foi a que mostrou a maior acção nesta reacção, decidimos investigar outros membros da família in vivo, primeiro com uma abordagem geral (tratando com OA ou sobreexpressando a PME-1), e depois com o knockdown específico da PP4 e PP6 (através de siRNA). Os resultados mostram que a inibição das PPs afectam tanto a desfosforilação como o estado de activação da Chk1 em resposta a tratamento com Hidroxiureia (HU). Todas as PPs testadas in vivo pareceram ser capazes de regular, a níveis diferentes, tanto a fosforilação como a desfosforilação da Chk1. A função das PPs foi também investigada ao nível: da regulação do disparo das origens de replicação, e da recuperação da suspensão da replicação, induzida pela HU. No último caso, os dados indicam que na situação simultânea de knockdown da PP4 com tratamento de HU, há um atraso do ciclo celular na resolução da transição de G2/M. No ensaio de replicação por pulse-chase, os resultamos mostram que tanto o tratamento com OA, como a sobre-expressão de I-2 ou PME-1, atrasam a cronologia do disparo programado das origens de replicação. No entanto, nenhum dos tratamentos efectuados parece desregular o início do checkpoint da replicação. Um rastreio de 2-híbrido de levedura com uma biblioteca de cDNA de testículo humano foi realizado, usando a Chk1 como isco, no sentido de descobrir novos interactores e definir novas possíveis funções para a Chk1 no contexto da meiose. Com base nos resultados do rastreio, duas novas funções são sugeridas: a interacção com a GAGE12 sugere uma função na recombinação genómica/vigilância do genoma durante a meiose, e as interacções com a EEF1α1 e a RPS5 sugerem uma função na regulação da síntese proteíca. Estas experiências fornecem um visão geral para a compreensão da diversidade de funções das proteínas fosfatases envolvidas no checkpoint da replicação, bem como, abre novos caminhos para o desenvolvimento de novas drogas para o tratamento do cancro.

Uma história do design do cartaz português do século XVII ao século XX

Constatada que foi uma lacuna na área da história do design gráfico português, a necessidade deste estudo surgiu naturalmente no sentido, se não de a colmatar pelo menos de a diminuir. Consequentemente, realizou-se a investigação desde o séc. XVII ao séc. XX. O trabalho baseou-se primeiramente na pesquisa de material, quer na Biblioteca Nacional de Portugal, quer na colecção de Madeira Luís em arquivo na Universidade de Aveiro. Foram ainda realizadas entrevistas a designers no sentido de obter um conhecimento maior sobre a prática de projecto, nomeadamente do projecto do cartaz. Foi selecionada uma amostra que se considerou representativa e criou-se uma base de dados no sentido de sistematizar os conteúdos que interessavam ser estudados. Essa amostra foi posteriormente objecto de uma selecção por parte de dez especialistas convidados. Paralelamente, analisaram-se os cartazes dessa selecção do ponto de vista do design utilizando como metodologia a aplicação do modelo triangular (autoria, tecnologia, programa) de Francisco Providência. Concluiu-se que a história do design do cartaz português é resultado de um conjunto de interacções que se prendem com os acontecimentos políticos, económicos, culturais que se devem mesclar com a prática projectual realçando a importância e a intervenção da autoria nesse processo. Importou revelar uma visão interna da disciplina narrada pela autoria. Considerando as hipóteses de investigação e a abordagem metodológica utilizada, foi possível obter uma perspectiva centrada no design sobre a história do design do cartaz português.

Molecular reconstruction of a genetic code alteration

The genetic code establishes the rules that govern gene translation into proteins. It was established more than 3.5 billion years ago and it is one of the most conserved features of life. Despite this, several alterations to the standard genetic code have been discovered in both prokaryotes and eukaryotes, namely in the fungal CTG clade where a unique seryl transfer RNA (tRNACAG Ser) decodes leucine CUG codons as serine. This tRNACAG Ser appeared 272±25 million years ago through insertion of an adenosine in the middle position of the anticodon of a tRNACGA Ser gene, which changed its anticodon from 5´-CGA-3´ to 5´-CAG-3´. This most dramatic genetic event restructured the proteome of the CTG clade species, but it is not yet clear how and why such deleterious genetic event was selected and became fixed in those fungal genomes. In this study we have attempted to shed new light on the evolution of this fungal genetic code alteration by reconstructing its evolutionary pathway in vivo in the yeast Saccharomyces cerevisiae. For this, we have expressed wild type and mutant versions of the C. albicans tRNACGA Ser gene into S. cerevisiae and evaluated the impact of the mutant tRNACGA Ser on fitness, tRNA stability, translation efficiency and aminoacylation kinetics. Our data demonstrate that these mutants are expressed and misincorporate Ser at CUGs, but their expression is repressed through an unknown molecular mechanism. We further demonstrate, using in vivo forced evolution methodologies, that the tRNACAG Ser can be easily inactivated through natural mutations that prevent its recognition by the seryl-tRNA synthetase. The overall data show that repression of expression of the mistranslating tRNACAG Ser played a critical role on the evolution of CUG reassignment from Leu to Ser. In order to better understand the evolution of natural genetic code alterations, we have also engineered partial reassignment of various codons in yeast. The data confirmed that genetic code ambiguity affects fitness, induces protein aggregation, interferes with the cell cycle and results in nuclear and morphologic alterations, genome instability and gene expression deregulation. Interestingly, it also generates phenotypic variability and phenotypes that confer growth advantages in certain environmental conditions. This study provides strong evidence for direct and critical roles of the environment on the evolution of genetic code alterations.

Cellular responses to genome mistranslation

Low level protein synthesis errors can have profound effects on normal cell physiology and disease development, namely neurodegeneration, cancer and aging. The biology of errors introduced into proteins during mRNA translation, herein referred as mistranslation, is not yet fully understood. In order to shed new light into this biological phenomenon, we have engineered constitutive codon misreading in S. cerevisiae, using a mutant tRNA that misreads leucine CUG codons as serine, representing a 240 fold increase in mRNA translational error relative to typical physiological error (0.0001%). Our studies show that mistranslation induces autophagic activity, increases accumulation of insoluble proteins, production of reactive oxygen species, and morphological disruption of the mitochondrial network. Mistranslation also up-regulates the expression of the longevity gene PNC1, which is a regulator of Sir2p deacetylase activity. We show here that both PNC1 and SIR2 are involved in the regulation of autophagy induced by mistranslation, but not by starvation-induced autophagy. Mistranslation leads to P-body but not stress-granule assembly, down-regulates the expression of ribosomal protein genes and increases slightly the selective degradation of ribosomes (ribophagy). The study also indicates that yeast cells are much more resistant to mistranslation than expected and highlights the importance of autophagy in the cellular response to mistranslation. Morpho-functional alterations of the mitochondrial network are the most visible phenotype of mistranslation. Since most of the basic cellular processes are conserved between yeast and humans, this study reinforces the importance of yeast as a model system to study mistranslation and suggests that oxidative stress and accumulation of misfolded proteins arising from aberrant protein synthesis are important causes of the cellular degeneration observed in human diseases associated to mRNA mistranslation.