Identidade molecular dos fitoplasmas associados aos enfezamentos do tomateiro e da berinjela com base na análise do gene 16S rDNA

Doenças de hortaliças de ocorrência no território brasileiro e em outras áreas do mundo têm sido associadas a diversos fitoplasmas. Na região de Piracicaba-SP e Bragança Paulista-SP, em plantas de tomate e berinjela foram observados sintomas típicos de enfezamento caracterizados por porte reduzido, clorose foliar, superbrotamento de ramos, desenvolvimento anormal do cálice, encurtamento de entre-nós, redução no tamanho de folhas, flores e frutos. Através de duplo PCR, utilizando os iniciadores R16 mF1/mR2 e R16 F2n/R2, fragmentos de DNA de 1,2 kb foram amplificados de amostras sintomáticas, demonstrando a presença de fitoplasma nos tecidos das plantas. O uso de iniciadores específicos demonstrou que estes fitoplasmas eram afiliados ao grupo 16SrIII. Análises de RFLP, usando as enzimas de restrição AluI, HpaII, KpnI, MboI, MseI e RsaI confirmaram que os fitoplasmas detectados eram representantes do grupo 16SrIII. Os fragmentos de DNA amplificados foram clonados em Escherichia coli, sequenciados e comparados, por homologia de seqüência, entre si e com outros fitoplasmas do grupo 16SrIII. Um índice de similaridade de seqüência acima de 95% foi encontrado quando seqüências dos fitoplasmas detectados em tomate e berinjela foram comparadas com aquelas de outros representantes do grupo 16SrIII. Um índice de 98-99% foi obtido quando seqüências dos fitoplasmas encontrados em tomate e berinjela foram comparadas entre si. Estes resultados evidenciaram que o enfezamento do tomateiro e da berinjela podem estar associados a um mesmo fitoplasma, com base na análise de seqüências do gene do 16S rDNA.

Estradiol decreases iodide uptake by rat thyroid follicular FRTL-5 cells

Estradiol has well-known indirect effects on the thyroid. A direct effect of estradiol on thyroid follicular cells, increasing cell growth and reducing the expression of the sodium-iodide symporter gene, has been recently reported. The aim of the present investigation was to study the effect of estradiol on iodide uptake by thyroid follicular cells, using FRTL-5 cells as a model. Estradiol decreased basal iodide uptake by FRTL-5 cells from control levels of 2.490 ± 0.370 to 2.085 ± 0.364 pmol I-/µg DNA at 1 ng/ml (P<0.02), to 1.970 ± 0.302 pmol I-/µg DNA at 10 ng/ml (P<0.003), and to 2.038 ± 0.389 pmol I-/µg DNA at 100 ng/ml (P<0.02). In addition, 4 ng/ml estradiol decreased iodide uptake induced by 0.02 mIU/ml thyrotropin from 8.678 ± 0.408 to 7.312 ± 0.506 pmol I-/µg DNA (P<0.02). A decrease in iodide uptake by thyroid cells caused by estradiol has not been described previously and may have a role in goiter pathogenesis.

Genetic polymorphism of alcohol-metabolizing enzyme and alcohol dependence in Polish men

Alcohol dependence poses a serious medical and sociological problem. It is influenced by multiple environmental and genetic factors, which may determine differences in alcohol metabolism. Genetic polymorphism of the enzymes involved in alcohol metabolism is highly ethnically and race dependent. The purpose of this study was to investigate the differences, if present, in the allele and genotype frequency of alcohol dehydrogenase 1B (ADH1B), ADH1C and the microsomal ethanol-oxidizing system (MEOS/CYP2E1) between alcohol-dependent individuals and controls and also to determine if these genotypes cause a difference in the age at which the patients become alcohol dependent. The allele and genotype frequencies of ADH1B, ADH1C, and CYP2E1 were determined in 204 alcohol dependent men and 172 healthy volunteers who do not drink alcohol (control group). Genotyping was performed by PCR-RFLP methods on white cell DNA. ADH1B*1 (99.3%) and ADH1C*1 (62.5%) alleles and ADH1B*1/*1 (N = 201) and ADH1C*1/*1 (N = 85) genotypes were statistically more frequent among alcohol-dependent subjects than among controls (99.3 and 62.5%, N = 201 and 85 vs 94.5 and 40.7%, N = 153 and 32, respectively). Differences in the CYP2E1 allele and genotype distribution between groups were not significant. The persons with ADH1C*1/*1 and CYP2E1*c1/*c2 genotypes became alcohol dependent at a considerably younger age than the subjects with ADH1C*1/*2, ADH1C*2/*2 and CYP2E1*c1/*c1 genotypes (28.08, 25.67 years vs 36.0, 45.05, 34.45 years, respectively). In the Polish men examined, ADH1C*1 and ADH1B*1 alleles and ADH1C*1/*1 and ADH1B*1/*1 genotypes favor alcohol dependence. The ADH1B*2 allele may protect from alcohol dependence. However, subjects with ADH1C*1/*1 and CYP2E1*c1/*c2 genotypes become alcohol dependent at a considerably younger age than the subjects with ADH1C*1/*2, ADH1C*2/*2 and CYP2E1*c1/*c1 genotypes.

Stability of XIST repression in relation to genomic imprinting following global genome demethylation in a human cell line

DNA methylation is essential in X chromosome inactivation and genomic imprinting, maintaining repression of XIST in the active X chromosome and monoallelic repression of imprinted genes. Disruption of the DNA methyltransferase genes DNMT1 and DNMT3B in the HCT116 cell line (DKO cells) leads to global DNA hypomethylation and biallelic expression of the imprinted gene IGF2 but does not lead to reactivation of XIST expression, suggesting thatXIST repression is due to a more stable epigenetic mark than imprinting. To test this hypothesis, we induced acute hypomethylation in HCT116 cells by 5-aza-2′-deoxycytidine (5-aza-CdR) treatment (HCT116-5-aza-CdR) and compared that to DKO cells, evaluating DNA methylation by microarray and monitoring the expression of XIST and imprinted genes IGF2, H19, and PEG10. Whereas imprinted genes showed biallelic expression in HCT116-5-aza-CdR and DKO cells, the XIST locus was hypomethylated and weakly expressed only under acute hypomethylation conditions, indicating the importance ofXIST repression in the active X to cell survival. Given that DNMT3A is the only active DNMT in DKO cells, it may be responsible for ensuring the repression of XIST in those cells. Taken together, our data suggest that XIST repression is more tightly controlled than genomic imprinting and, at least in part, is due to DNMT3A.

Effects of 5-aza-2′deoxycytidine on RECK gene expression and tumor invasion in salivary adenoid cystic carcinoma

Reversion-inducing cysteine-rich protein with kazal motifs (RECK), a novel tumor suppressor gene that negatively regulates matrix metalloproteinases (MMPs), is expressed in various normal human tissues but downregulated in several types of human tumors. The molecular mechanism for this downregulation and its biological significance in salivary adenoid cystic carcinoma (SACC) are unclear. In the present study, we investigated the effects of a DNA methyltransferase (DNMT) inhibitor, 5-aza-2′deoxycytidine (5-aza-dC), on the methylation status of the RECK gene and tumor invasion in SACC cell lines. Methylation-specific PCR (MSP), Western blot analysis, and quantitative real-time PCR were used to investigate the methylation status of the RECK gene and expression of RECK mRNA and protein in SACC cell lines. The invasive ability of SACC cells was examined by the Transwell migration assay. Promoter methylation was only found in the ACC-M cell line. Treatment of ACC-M cells with 5-aza-dC partially reversed the hypermethylation status of the RECK gene and significantly enhanced the expression of mRNA and protein, and 5-aza-dC significantly suppressed ACC-M cell invasive ability. Our findings showed that 5-aza-dC inhibited cancer cell invasion through the reversal of RECKgene hypermethylation, which might be a promising chemotherapy approach in SACC treatment.

Strukturelle und funktionelle Charakterisierung des Dnmt2-Homologs DnmA von Dictyostelium discoideum

In dieser Arbeit wurde die DNA Methyltransferase 2 aus Dictyostelium discoideum strukturell und funktionell untersucht. Sie vermittelt die Methylierung des Cytosin an Position 38 nahe des Anticodons der tRNAAsp (Goll et al., 2006; Müller et al., 2013). Jedoch ist die biologische Funktion dieser Methylierung bis heute nicht hinreichend geklärt. In der Vergangenheit konnten erhebliche Unterschiede in der in vivo- und in vitro-Methylierungsaktivität von DnmA, dem Dnmt2-Homolog aus D. discoideum, beobachtet werden. So wurde bis jetzt ausschließlich tRNAAsp als in vivo-Substrat des Proteins identifiziert. In vitro methyliert rekombinant gewonnenes DnmA aus E. coli allerdings auch Transkripte der tRNAGlu und tRNAGly (Müller et al., 2013). Aus diesem Grund sollten in dieser Arbeit posttranslationaler Proteinmodifikationen von DnmA identifiziert werden. Diese können an dem Protein aus D. discoideum, jedoch nicht oder verändert an dem Protein aus E. coli auftreten und deshalb zu einer abweichenden Methylierungsaktivität von DnmA führen. Es konnte gezeigt werden, dass DnmA aus D. discoideum isoliert, zahlreiche Proteinmodifikationen aufweist, wobei elf Methylierungen, drei Phosphorylierungen und drei Acetylierungen identifiziert werden konnten. Die als methyliert identifizierten Aminosäuren K205, K236, K276 und R341 und die phosphorylierte Aminosäure T239 wurden detaillierter untersucht. Dazu wurden sie jeweils zu Alanin mutiert. Keine der Aminosäureaustausch-mutationen führte zu einem erheblichen Strukturverlust des Proteins und alle Proteine zeigten in vitro-Methylierungsaktivität mit tRNAAsp, tRNAGlu und tRNAGly. Die Mutations-proteine DnmAK276A und R341A wurden überdies in vivo untersucht und zeigten eine verringerte Methylierungsaktivität. Diese Ergebnisse liefern erste Hinweise darauf, dass posttranslationale Proteinmodifikationen die Aktivität von DnmA in vivo beeinflussen könnten. Außerdem konnte gezeigt werden, dass auch DnmA, welches in D. discoideum überexprimiert und daraus gereinigt wurde, in vitro-Methylierungsaktivität mit tRNAGly besitzt. Da tRNAGly kein Substrat für DnmA in vivo darstellt (Müller et al., 2013), konnte dadurch nachgewiesen werden, dass das Protein, auch wenn es in D. discoideum exprimiert wird, in vivo und in vitro abweichende Substratspezifität aufweist. Weiterhin wurde versucht, Protein-Interaktionspartner von DnmA zu identifizieren. Mittels Immunpräzipitation und anschließender massenspektrometrischer Analyse konnten eine Vielzahl von Kandidaten identifiziert werden. Erste Versuche, die Ergebnisse zu verifizieren, zeigten allerdings keine Bestätigung der direkten Interaktion der Proteine CulB, CulE und Nola1 mit DnmA. Wie in vorherigen Untersuchungen (Dissertation Vladimir Maksimov, 2010; Dissertation Sara Müller, 2011), konnten auch im Rahmen dieser Arbeit keine direkt mit DnmA assoziierten Proteine in D. discoideum identifiziert werden. Im dritten Projekt der vorliegenden Arbeit wurde ein Zusammenhang zwischen der DnmA-vermittelten tRNA-Methylierung am C38 und einer weiteren tRNA-Modifikation, Queuosin an Position 34, gezeigt. Die Methylierung der tRNAAsp durch DnmA war signifikant erhöht, wenn das Nährmedium von D. discoideum mit Queuin supplementiert wurde. Allerdings ist Queuosin für die DnmA-vermittelte tRNA-Methylierung nicht unabdingbar. In vivo konnte nach Überexpression von DnmA ebenfalls eine Queuosin-unabhängige tRNAAsp-Methylierung detektiert werden. Weiterhin wurde gezeigt, dass Queuosin-enthaltende tRNAs kein generelles Substrat für DnmA darstellen. Nach Gabe von Queuin wiesen die anderen Queuosin-enthaltenden tRNAs tRNAAsn, tRNAHis und tRNATyr keine Methylierung putativer DnmA-targets auf. Auch an tRNAGlu und tRNAGly konnte unter diesen Bedingungen keine in vivo-Methylierung des C38 bzw. C37 gezeigt werden. Weiterhin wurden erste Untersuchungen zur Bestimmung der Funktion der DnmA-vermittelten Methylierung in Zusammenhang mit der Queuosin-Modifikation durchgeführt. Bereits 1985 wurde beschrieben, dass Queuin im Nährmedium die tRNA-Menge von tRNAAsp und tRNATyr in Wildtyp Dictyostelium-Zellen um das Zweifache erhöht (Ott and Kersten, 1985). Hier konnten diese Ergebnisse bestätigt und außerdem gezeigt werden, dass dieser Effekt in einem dnmA- -Stamm nicht auftritt. Interessanterweise stellte tRNATyr jedoch kein Methylierungssubstrat für DnmA dar. Dennoch konnte in einem dnmA- -Stamm ebenfalls keine erhöhte Menge dieser tRNA beobachtet werden, obwohl die Zellen mit Queuin kultiviert wurden. In wieweit ein indirekter Effekt, welcher nicht die DnmA-vermittelte Methylierung darstellt, weitere tRNA-Modifikationen oder andere Proteine an diesem Regulationsmechanismus beteiligt sind, muss in zukünftigen Analysen geklärt werden.

Les sHsps en surera: capacitat protectora enfront l'estrés i variabilitat genètica

Els organismes responen a la temperatura i a molts altres estressos sintetitzant un grup de proteïnes anomenat proteïnes de xoc de calor (HSPs). En plantes les sHsps, d'entre 15 i 30 kDa formen el grup més abundant i divers, classificat en funció de la seva localització subcel.lular i homologia en: mitocondrials, cloroplàstiques, de reticle endoplasmàtic i citoplàsmiques de classe I i II. Les sHsps-CI s'ha descrit que s'indueixen per estrès tèrmic, hídric i oxidatiu (peròxid d'hidrògen, llum UV, ozó) i en resposta a algunes hormones. També s'expressen durant el desenvolupament, per exemple durant l'embriogènesi, on es creu que podrien tenir un paper protector de l'embrió enfront la dessecació. Tot i que hi ha abundants treballs que correlacionen la resistència a l'estrès i l'acumulació de sHsps-CI, els mecanismes moleculars d'aquesta activitat són poc conguts. Tot i això, per diverses sHsps-CI ha estat descrita una activitat xaperona in vitro i, més recentment, que la seva sobreexpressió augmenta la viabilitat de cèl.lules d'E.coli en condicions d'estrès tèrmic. L'estudi de l'acumulació de sHsps-CI en surera (Quercus suber) mitjançant immunodetecció en electroforesi bidimensional mostra uns patrons d'acumulació complexos i formats per dos grups d'espècies proteiques principals, a l'entorn dels 10 i 17 kDa respectivament, que mostren una inducció diferencial en funció del teixit i l'estrès. Mentre que les espècies proteiques de 17 kDa s'indueixen per temperatura però no per estrès oxidatiu, les de ca. 10 kDa ho fan per estrès oxidatiu i no per temperatura. Ambdós grups d'espècies proteiques s'acumulen conjuntament en fel.lema. Assajos de PCR i RT-PCR han permès clonar parcialment tres noves sHsps-CI en surera: Qshsp10-CI, QshspC-CI i QshspD-CI. Aquest fet confirma la multigeneïcitat de les sHsps-CI en surera que apuntava el patró bidimensional. Dels nous clons obtinguts destaca especialment Qshsp10-CI, un gen que presenta un codó stop enmig del domini 1537;-cristal.lí que fa que a la proteïna que se'n dedueix li manqui un 55% del domini 1537;-cristal.lí i tota l'extensió C-terminal. Es tractaria de la sHsp més petita i més truncada descrita fins al moment. L'anàlisi de l'expressió de Qshsp10-CI mitjançant RT-PCR mostra expressió en plantes tractades amb H2O2 però no en les que han estat sotmeses a un xoc de calor. Aprofitant l'oportunitat que oferia aquesta sHsp-CI de ser utilitzada com a model per l'estudi de la importància del domini 1537;-cristal.lí i l'extensió C-terminal en l'activitat protectora enfront l'estrès, es va voler determinar la capacitat que tenia d'augmentar la viabilitat de cèl.lules d'E. coli en condicions d'estrès tèrmic i oxidatiu. Els resultats mostren que la proteïna recombinant QsHsp10-CI, tot i la important truncació que té, és capaç de protegir cèl.lules d'E. coli en condicions d'estrès tèrmic i, remarcablement, en condicions d'estrès oxidatiu. Tots aquests resultats indiquen que les espècies proteiques de ca. 10 kDa podrien correspondre a Qshsp10-CI i tenir un paper en les cèl.lules del fel.lema en la protecció enfront l'estrès oxidatiu. L'estrès oxidatiu provoca lesions al DNA que poden produir errors en la replicació, transcripció o traducció i generar proteïnes aberrants. Donades les condicions d'estrès oxidatiu a les quals es troben sotmeses les cèl.lules del fel.lema, s'ha volgut estudiar la variabilitat dels seus àcids nucleics. La determinació de la taxa de mutació de la regió codificant del gen Qshsp17.4-CI en mRNA i DNA de fel.lema i àpex radicular, un teixit jove i en creixement actiu va mostrar unes taxes sorprenentment elevades en l'mRNA (1/1784 pb) i el DNA genòmic (1/1520 pb) del fel.lema. Aquestes taxes són les més altes descrites en un genoma nuclear eucariota i són similars a les dels virus d'RNA d'evolució ràpida com el virus de l'Hepatitis C. Amb aquestes taxes de mutació, un terç dels mRNAs del fel.lema de la surera contindrien missatges aberrants i la supervivència de les cel.lules es veuria compromesa. Això implica que el fel.lema hauria de ser considerat com un mosaic de cèl.lules genèticament heterogènies i, per tant, una sola seqüència no defineix en tota la seva amplitud un gen en aquest teixit. No es va detectar cap mutació en àpex de rel. Amb l'objectiu d'aprofundir en el coneixement de les mutacions que es donen en aquests dos teixits i per tal de poder fer una anàlisi qualitativa més completa que permetés especular sobre el seu origen, es va aplicar un mètode de selecció de seqüències mutants en base a la utilització d'enzims de restricció. Les mutacions detectades en fel.lema es corresponen amb les relacionades, en altres sistemes no nuclears (plasmidis, fags i DNA bacterià), amb l'estrès oxidatiu. En conseqüència, l'estrès oxidatiu al qual estan sotmeses les cèl.lules del fel.lema podria ser el causant de l'elevada taxa de mutació detectada. D'acord amb això, el tipus majoritari de productes d'oxidació de les bases del DNA que s'acumulen en brots de plàntules de surera en resposta al peròxid d'hidrògen produeixen el mateix tipus de mutacions detectades en l'mRNA del fel.lema de la surera. La major sensibilitat d'aquest nou mètode ha permès, a més, detectar mutacions en molècules d'mRNA de rel, un teixit en el qual no s'havia trobat cap mutació utilitzant el mètode de clonatge i seqüenciació directa. Tot i això, el tipus de mutacions predominants no estan relacionades amb l'estrès oxidatiu sinó amb erros en la reparació dels àcids nucleics.

Mutagênese induzida por flavonóides presentes do decocto das cascas da aroeira (Schinus terebinthifolius, Raddi)

The decoction of Brazilian pepper tree barks (Schinus terebinthifolius, Raddi), is used in medicine as wound healing and antiinflamatory. Once extracts from this plant are used for acceleration of scar s process, it is important to study their mutagenic and genotoxic potential. In previous works in our laboratory, it was observed mutagenicity caused by the decoction when in high concentrations. Among the chemical compounds of this plant that could be able to induce mutation, the flavonoids were the only group that was referred to have either an oxidant or antioxidant potential. The flavonoids were isolated, purified and quantified by adsorptive column chromatography under silica gel, bacterial and in vitro genotoxic tests were realized to determine if the flavonoids were the responsible agents for this mutagenicity found. The tests realized with plasmidial DNA were indicative that the flavonoids are probably genotoxic, due to the presence of correlation between increase of the flavonoid concentration and in plasmidial DNA double strand breakage visualized in agarose gel, as well as they were capable to generated abasic sites shown by the in vitro treatment with exonuclease III. The same tests with plasmidial DNA in the presence of copper [10 µM] and of a Tris-HCl pH 7.5 [10 µM] buffer were realized with the isolated flavonoids to determine if there would be or not participation of reactive oxygen species (ROS). The transformation of plasmidial DNA in different bacterial strains proficient and deficient in DNA repair enzymes in the presence or not of a Tris-HCl buffer, suggests that the enzymes that repair oxidative lesions are necessary to repair the lesions generated by the flavonoids and that ROS are generated and are necessary to promote the lesions. Bacterial tests with Escherichia coli strains of the CC collection (deficient or not for DNA repair enzymes), showed that the flavonoids are able to increase the frequency of mutations, mainly in strains mutated in repair enzymes (MutM, MutY-glicosylases and double mutant), suggesting that these agents are responsible for the enhancement in the mutation rate. In order to determine the mutation spectrum caused by the flavonoids of the Brazilian pepper tree stem bark, plasmidial DNA previously treated with the flavonoids were transformed in bacterial strains deficient and proficient in the DNA repair enzymes, followed by a blue-white selection with X-gal, DNA amplification by PCR and sequencing the positive mutant clones. Analysis of the mutants obtained from strains CC104, CC104mutM, CC104mutY, CC104mutMmutY, BW9101, BW9109 indicated a predominance of some mutations like G:C to C:G that can be correlated with the origin of 8-oxoG, due to oxidative lesions caused by the flavonoids. So it can concluded that the flavonoid isolated or in fractions enriched on them are genotoxic and mutagenic, and their mutations are predominantly oxidative, mediated by ROS, and the lesions are recognized by the BER system. In this way it is proposed that the flavonoids can act in two different ways to generate the DNA lesion: 1. in a Fenton-like reaction, when the flavonoid are in the presence of metal ions and that together with the water generate ROS that promotes the DNA lesions; 2. in another way the lesions can be generated by the formation of ROS due to the internal chemical structure of the flavonoid molecule due to the quantity and location of hydroxyl groups, and so producing the DNA lesions, those lesions can be directly (suggested by the in vitro experiments) or indirectly done (supported by the experiments using the CC bacterial strains)

Contribuições a elucidação da estrutura, origem e evolução de neo-sistemas cromossômicos de determinação sexual em gafanhotos utilizando como modelo espécies dos gêneros Chlorus, Dichromatos e Eurotettix (Melanoplinae; Acrididae)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Trypanosoma cruzi Gene Expression in Response to Gamma Radiation

Trypanosoma cruzi is an organism highly resistant to ionizing radiation. Following a dose of 500 Gy of gamma radiation, the fragmented genomic DNA is gradually reconstructed and the pattern of chromosomal bands is restored in less than 48 hours. Cell growth arrests after irradiation but, while DNA is completely fragmented, RNA maintains its integrity. In this work we compared the transcriptional profiles of irradiated and non-irradiated epimastigotes at different time points after irradiation using microarray. In total, 273 genes were differentially expressed; from these, 160 were up-regulated and 113 down-regulated. We found that genes with predicted functions are the most prevalent in the down-regulated gene category. Translation and protein metabolic processes, as well as generation of precursor of metabolites and energy pathways were affected. In contrast, the up-regulated category was mainly composed of obsolete sequences (which included some genes of the kinetoplast DNA), genes coding for hypothetical proteins, and Retrotransposon Hot Spot genes. Finally, the tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1, a gene involved in double-strand DNA break repair process, was up-regulated. Our study demonstrated the peculiar response to ionizing radiation, raising questions about how this organism changes its gene expression to manage such a harmful stress.

Untersuchungen zur Regulation der Basenfehlpaarungsreparatur und zur Zytostatikaresistenz in Säugerzellen

In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, daß eine Behandlung von Säugerzellen mit O6-Methylguanin generierenden Substanzen zu einer Zunahme der GT-Bindungsaktivität und zu einer Translokation der MMR-Proteine MSH2, MSH6 und PMS2 aus dem Cytoplasma in den Zellkern führt. Versuche mit MSH6-defizienten DLD1-Zellen und Coimmunpräzipitationsversuche zeigten, daß der MutSalpha-Komplex (MSH2+MSH6) bereits im Cytoplasma gebildet wird und daß die Translokation von MSH2 nur im Komplex mit MSH6 erfolgt. Durch die Untersuchung von Zellinien mit unterschiedlichem MGMT-Status konnte gezeigt werden, daß der DNA-Alkylierungsschaden O6-Methylguanin (O6-MeG) in Form des O6-MeGC oder O6-MeGT-Basenpaars das initiale Signal für die nukleäre Translokation von MutSalpha darstellt. Untersuchungen zur post-translationalen Modifikation der MMR-Proteine zeigten, daß MSH2 und MSH6 sowohl in vivo als auch in vitro durch die Proteinkinase C (PKC) und die Casein Kinase II (CKII) phosphoryliert werden. Es konnte gezeigt werden, daß die Phosphorylierung von MutSalpha die Effektivität der Bindung an Basenfehlpaarungen beeinflußt, da unphosphoryliertes MutSalpha in vitro nicht effektiv an GT-Fehlpaarungen binden kann. Bei der Untersuchung der Resistenzentwicklung von Melanomzellen gegenüber Zytostatika konnte gezeigt werden daß die Resistenz gegenüber Fotemustin auf einer Erhöhung der Menge des Reparaturproteins O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase (MGMT) beruht. Die Reaktivierung des MGMT-Gens beruht seinerseits auf einer CpG-Hypermethylierung im kodierenden Bereichs des Gens.

Synthese, Radioiodierung und Evaluierung von neuen MGMT-Inhibitoren und ihren Glucose-Konjugaten

Eine häufige Art der Chemotherapie ist die Behandlung von Tumoren mit alkylierenden oder chloralkylierenden Zytostatika, die eine Alkylierung von Guanin in der DNA verursachen. Daraus resultieren eine Blockierung der DNA-Synthese und ein Rückgang im Tumorwachstum. Das Enzym O6-Methylguanin-DNA-methyltransferase (MGMT) ist in der Lage, solche Schäden zu reparieren. Da MGMT auch in verschiedenen Tumorarten exprimiert wird, eine Tatsache, die therapeutische Effekte verringern könnte, wird zur Zeit die Gabe von Inhibitoren der MGMT, wie O6-Benzylguanin, vor der eigentlichen Chemotherapie untersucht. Um möglicher Weise die Selektivität dieser Verbindungen für Tumor- vs. gesundem Gewebe und auch die in vivo-Eigenschaften zu verbessern, wurden glycosylierte Inhibitoren vorgeschlagen. Für eine Entwicklung neuer MGMT-Inhibitoren wäre es hilfreich, die in vivo Bioverteilung in Tier und Mensch durch eine Markierung mit geeigneten Isotopen verfolgen zu können. Im Moment existiert keine Möglichkeit, den MGMT-Status eines Tumors nicht-invasiv zu visualisieren. Diese Information kann sehr wichtig für die Planung einer Chemotherapie mit alkylierenden oder chloralkylierenden Zytostatika sein. Mit Methoden wie der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) oder der Einzel-Photonen-Emissions-Tomographie (SPECT) ist eine nicht-invasive Quantifizierung von biochemischen Prozessen prinzipiell möglich. Hierfür wurden verschiedenen MGMT-Inhibitoren bereits mit Isotopen wie Fluor-18, Kohlenstoff-11 un Iod-131 markiert, aber sie waren aus unterschiedlichen Gründen nicht geeignet. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von neuen O6-derivatisierten Guaninen, die über einen C8-Spacer an der N9-Position des Guanins mit einer Glucose-Einheit konjugiert werden sollten, geeigneten Markierungsvorläufern und Radioiodierungs-Methoden. Durch Wahl eines geeigneten Radioiodisotops für die Markierung des Restes an der O6-Position des Guanins kann die ex vivo-Bioverteilung dieser Verbindungen in tumortragenden Nacktmäusen (Iod-131) und die Untersuchung der in vivo-Verteilung (Iod-123) durchgeführt werden. Daher wurden O6-(5-Iodothenyl)- (ITG) und O6-(3-Iodbenzyl)guanin-Derivate (IBG) sowie ihre Glucose-Konjugate ITGG und IBGG synthetisiert. Von diesen inaktiven Standard-Verbindungen wurden die IC50-Werte zur MGMT bestimmt. Da sie alle im nM-Bereich lagen, schienen die Verbindungen für weitere Untersuchungen geeignet zu sein. Die Radiomarkierung der Inhibitoren mit Iod-131 bzw. Iod-123 wurde durch Umsetzung der Trialkyl-stannylierten Markierungsvorläufer mit der Chloramin T-Methode in mittleren (Iod-123) bis hohen (Iod-131) radiochemischen Ausbeuten und mit hohen radiochemischen Reinheiten durchgeführt. Mit den 131I-iodierten Verbindungen wurde die spezifische Bindung zur MGMT nachgewiesen, eine Eigenschaft, die essentiell für eine weitere Verwendung dieser Derivate ist. Sie wurden auch zur Bestimmung der ex vivo-Tumor- und Organverteilung in tumortragenden Nacktmäusen (MEX(+), MEX(-), Glioblastom) verwendet. In allen Fällen war die Tumoraufnahme der nicht-konjugierten Guanin-Derivate höher als die der entsprechenden Glucose-Konjugate. Das Tumor-Blut-Verhältnis, das sehr wichtig für einen potentiellen Einsatz der Verbindungen als Tracer des MGMT-Status eines Tumors ist, variierte abhängig von der Kinetik. Zu allen Zeitpunkten war die in vivo-Deiodierung der Glucose-Konjugate deutlich geringer als die von ITG oder IBG. Unter Verwendung von [131I]IBG und [131I]IBGG wurde die Biodistribution nach Inhibition der Natrium-abhängigen Glucose-Transporter, die zumindests teilweise für die Aufnahme der MGMT-Inhibitoren in Zellen verantwortlich sind, durch Phloretin untersucht. Einen Unterschied in der Tumoraufnahme zwischen den mit Phloretin behandelten und den unbehandelten Mäusen konnte nicht beobachtet werden, wahrscheinlich weil die Akkumulation im Tumor generell niedrig war. Mit den 123I-iodierten Verbindungen [123I]IBG und [123I]IBGG wurden in vivo-Scans an tumortragenden Nacktmäusen (MEX(+), MEX(-)) mit einer Kleintier-SPECT-Kamera durchgeführt. In beiden Fällen wurde eine geringe Akkumulation in den Tumoren im Vergleich zu anderen Organen beobachtet, was die ex vivo-Biodistributionsdaten bestätigte.

Molecular and serological diagnosis of Bartonella infection in 61 dogs from the United States

Molecular diagnosis of canine bartonellosis can be extremely challenging and often requires the use of an enrichment culture approach followed by PCR amplification of bacterial DNA. HYPOTHESES: (1) The use of enrichment culture with PCR will increase molecular detection of bacteremia and will expand the diversity of Bartonella species detected. (2) Serological testing for Bartonella henselae and Bartonella vinsonii subsp. berkhoffii does not correlate with documentation of bacteremia. ANIMALS: Between 2003 and 2009, 924 samples from 663 dogs were submitted to the North Carolina State University, College of Veterinary Medicine, Vector Borne Diseases Diagnostic Laboratory for diagnostic testing with the Bartonella α-Proteobacteria growth medium (BAPGM) platform. Test results and medical records of those dogs were retrospectively reviewed. METHODS: PCR amplification of Bartonella sp. DNA after extraction from patient samples was compared with PCR after BAPGM enrichment culture. Indirect immunofluorescent antibody assays, used to detect B. henselae and B. vinsonii subsp. berkhoffii antibodies, were compared with PCR. RESULTS: Sixty-one of 663 dogs were culture positive or had Bartonella DNA detected by PCR, including B. henselae (30/61), B. vinsonii subsp. berkhoffii (17/61), Bartonella koehlerae (7/61), Bartonella volans-like (2/61), and Bartonella bovis (2/61). Coinfection with more than 1 Bartonella sp. was documented in 9/61 dogs. BAPGM culture was required for PCR detection in 32/61 cases. Only 7/19 and 4/10 infected dogs tested by IFA were B. henselae and B. vinsonii subsp. berkhoffii seroreactive, respectively. CONCLUSIONS AND CLINICAL IMPORTANCE: Dogs were most often infected with B. henselae or B. vinsonii subsp. berkhoffii based on PCR and enrichment culture, coinfection was documented, and various Bartonella species were identified. Most infected dogs did not have detectable Bartonella antibodies.

NonViral Gene Delivery of Growth and Differentiation Factor 6 (GDF6) to whole bovine Intervertebral Disc

Question: Low back pain is an increasing global health problem, which is associated with intervertebral disc (IVD) damage and de- generation. Major changes occur in the nucleus pulposus (NP), with the degradation of the extracellular matrix (ECM) [1]. Further studies showed that growth factors from the transforming growth factor (TGF) and bone morphogenic proteins (BMP) family may induce chondrogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSC) [2]. Focusing on non-viral gene therapies and their possible translation into the clinics, we investigated if GDF6 (syn. BMP13 or CDMP2) can induce regeneration of degraded NP. We hypothesized that IVD transfected with plasmid over-expressing GDF6 also up-regulates other NP- and chondrogenic cell markers and enhances ECM deposition. Methods: Bovine IVD cells were isolated by pronase/collagenase II overnight digestion. After monolayer expansion up to passage 3, cells were transfected with the plasmid pGDF6 (RG211366, Origene, SF) or with green fluorescence protein (GFP) control using the NeonÒ transfection system (Invitrogen, Basel), both equipped with a Cy- tomegalovirus (CMV) promotor to induce over-expression. We tested a range of yet unpublished parameters for each of the primary disc cells to optimize efficiency. To test a non-viral gene therapy applied directly to 3D whole organ culture, bovine IVDs were harvested from fresh tails obtained from the abattoir within 5 h post-mortem [3]. Discs were then pre-incubated for 24 h in high glucose Dulbecco’s Modified Eagle Medium and 5 % fetal calf serum. Each disc was transfected by injection of 5 lg of plasmid GDF6 (Origene, RG211366) into the center by 25G needle and using Hamilton sy- ringe. Electroporation was performed using 2-needle array electrode or tweezertrodes; 8 pulses at 200mv/cm with an interval of 10 ms were applied using ECM830 Square Wave Electroporation System (Harvard Apparatus, MA) (Fig. 1). After transfection discs were cultured for 72 h to allow expression of GFP or GDF6. Discs were then fixed, cryosectioned and analysed by immunofluorescence against GDF6. Results: We successfully transfected bovine NP and AF cells in monolayer culture with the two plasmids using a 1,400 V, 20 ms and 2 pulses with a *25 % efficiency using 0.15 M cells and 3 lg DNA (Fig. 1). Organ IVD culture transfection revealed GFP6 positive staining in the centre of the disc using 2-needle array electrode. Results from tweezertrodes did not show any GFP posi- tive cells. Conclusions: We identified novel parameters to successfully transfect primary bovine IVD cells. For transfection of whole IVD explants electroporation parameters need to be further optimized. Acknowledgments: This study was supported by the Lindenhof Foundation ‘‘Forschung und Lehre’’ (Project no. 13-02-F). References 1. Roughly PJ (2004) Spine (Phila) 29:2691–2699 2. 3. Clarke LE, McConell JC, Sherratt MJ, Derby B, Richardson SM, Hoyland JA (2014) Arthritis Res Ther 16:R67 Chan SC, Gantenbein-Ritter B (2012) J Vis Exp 60(60):e3490

Cycling Dof Factors: Molecular and functional characterization of Arabidopsis thaliana AtCDF3 and tomato (Solanum lycopersicum L.) SlCDF3 in response to abiotic stress

El tomate (Solanum lycopersicum L.) es considerado uno de los cultivos hortícolas de mayor importancia económica en el territorio Español. Sin embargo, su producción está seriamente afectada por condiciones ambientales adversas como, salinidad, sequía y temperaturas extremas. Para resolver los problemas que se presentan en condiciones de estrés, se han empleado una serie de técnicas culturales que disminuyen sus efectos negativos, siendo de gran interés el desarrollo de variedades tolerantes. En este sentido la obtención y análisis de plantas transgénicas, ha supuesto un avance tecnológico, que ha facilitado el estudio y la evaluación de genes seleccionados en relación con la tolerancia al estrés. Estudios recientes han mostrado que el uso de genes reguladores como factores de transcripción (FTs) es una gran herramienta para obtener nuevas variedades de tomate con mayor tolerancia a estreses abióticos. Las proteínas DOF (DNA binding with One Finger) son una familia de FTs específica de plantas (Yangisawa, 2002), que están involucrados en procesos fisiológicos exclusivos de plantas como: asimilación del nitrógeno y fijación del carbono fotosintético, germinación de semilla, metabolismo secundario y respuesta al fotoperiodo pero su preciso rol en la tolerancia a estrés abiótico se desconoce en gran parte. El trabajo descrito en esta tesis tiene como objetivo estudiar genes reguladores tipo DOF para incrementar la tolerancia a estrés abiotico tanto en especies modelo como en tomate. En el primer capítulo de esta tesis se muestra la caracterización funcional del gen CDF3 de Arabidopsis, así como su papel en la respuesta a estrés abiótico y otros procesos del desarrollo. La expresión del gen AtCDF3 es altamente inducido por sequía, temperaturas extremas, salinidad y tratamientos con ácido abscísico (ABA). La línea de inserción T-DNA cdf3-1 es más sensible al estrés por sequía y bajas temperaturas, mientras que líneas transgénicas de Arabidopsis 35S::AtCDF3 aumentan la tolerancia al estrés por sequía, osmótico y bajas temperaturas en comparación con plantas wild-type (WT). Además, estas plantas presentan un incremento en la tasa fotosintética y apertura estomática. El gen AtCDF3 se localiza en el núcleo y que muestran una unión específica al ADN con diferente afinidad a secuencias diana y presentan diversas capacidades de activación transcripcional en ensayos de protoplastos de Arabidopsis. El dominio C-terminal de AtCDF3 es esencial para esta localización y su capacidad activación, la delección de este dominio reduce la tolerancia a sequía en plantas transgénicas 35S::AtCDF3. Análisis por microarray revelan que el AtCDF3 regula un set de genes involucrados en el metabolismo del carbono y nitrógeno. Nuestros resultados demuestran que el gen AtCDF3 juega un doble papel en la regulación de la respuesta a estrés por sequía y bajas temperaturas y en el control del tiempo de floración. En el segundo capítulo de este trabajo se lleva a cabo la identificación de 34 genes Dof en tomate que se pueden clasificar en base a homología de secuencia en cuatro grupos A-D, similares a los descritos en Arabidopsis. Dentro del grupo D se han identificado cinco genes DOF que presentan características similares a los Cycling Dof Factors (CDFs) de Arabidopsis. Estos genes son considerados ortólogos de Arabidopsis CDF1-5, y han sido nombrados como Solanum lycopersicum CDFs o SlCDFs. Los SlCDF1-5 son proteínas nucleares que muestran una unión específica al ADN con diferente afinidad a secuencias diana y presentan diversas capacidades de activación transcripcional in vivo. Análisis de expresión de los genes SlCDF1-5 muestran diferentes patrones de expresión durante el día y son inducidos de forma diferente en respuesta a estrés osmótico, salino, y de altas y bajas temperaturas. Plantas de Arabidopsis que sobre-expresan SlCDF1 y SlCDF3 muestran un incremento de la tolerancia a la sequía y salinidad. Además, de la expresión de varios genes de respuesta estrés como AtCOR15, AtRD29A y AtERD10, son expresados de forma diferente en estas líneas. La sobre-expresión de SlCDF3 en Arabidopsis promueve un retardo en el tiempo de floración a través de la modulación de la expresión de genes que controlan la floración como CONSTANS (CO) y FLOWERING LOCUS T (FT). En general, nuestros datos demuestran que los SlCDFs están asociados a funciones aun no descritas, relacionadas con la tolerancia a estrés abiótico y el control del tiempo de floración a través de la regulación de genes específicos y a un aumento de metabolitos particulares. ABSTRACT Tomato (Solanum lycopersicum L.) is one of the horticultural crops of major economic importance in the Spanish territory. However, its production is being affected by adverse environmental conditions such as salinity, drought and extreme temperatures. To resolve the problems triggered by stress conditions, a number of agricultural techniques that reduce the negative effects of stress are being frequently applied. However, the development of stress tolerant varieties is of a great interest. In this direction, the technological progress in obtaining and analysis of transgenic plants facilitated the study and evaluation of selected genes in relation to stress tolerance. Recent studies have shown that a use of regulatory genes such as transcription factors (TFs) is a great tool to obtain new tomato varieties with greater tolerance to abiotic stresses. The DOF (DNA binding with One Finger) proteins form a family of plant-specific TFs (Yangisawa, 2002) that are involved in the regulation of particular plant processes such as nitrogen assimilation, photosynthetic carbon fixation, seed germination, secondary metabolism and flowering time bur their precise roles in abiotic stress tolerance are largely unknown. The work described in this thesis aims at the study of the DOF type regulatory genes to increase tolerance to abiotic stress in both model species and the tomato. In the first chapter of this thesis, we present molecular characterization of the Arabidopsis CDF3 gene as well as its role in the response to abiotic stress and in other developmental processes. AtCDF3 is highly induced by drought, extreme temperatures, salt and abscisic acid (ABA) treatments. The cdf3-1 T-DNA insertion mutant was more sensitive to drought and low temperature stresses, whereas the AtCDF3 overexpression enhanced the tolerance of transgenic plants to drought, cold and osmotic stress comparing to the wild-type (WT) plants. In addition, these plants exhibit increased photosynthesis rates and stomatal aperture. AtCDF3 is localized in the nuclear region, displays specific binding to the canonical DNA target sequences and has a transcriptional activation activity in Arabidopsis protoplast assays. In addition, the C-terminal domain of AtCDF3 is essential for its localization and activation capabilities and the deletion of this domain significantly reduces the tolerance to drought in transgenic 35S::AtCDF3 overexpressing plants. Microarray analysis revealed that AtCDF3 regulated a set of genes involved in nitrogen and carbon metabolism. Our results demonstrate that AtCDF3 plays dual roles in regulating plant responses to drought and low temperature stress and in control of flowering time in vegetative tissues. In the second chapter this work, we carried out to identification of 34 tomato DOF genes that were classified by sequence similarity into four groups A-D, similar to the situation in Arabidopsis. In the D group we have identified five DOF genes that show similar characteristics to the Cycling Dof Factors (CDFs) of Arabidopsis. These genes were considered orthologous to the Arabidopsis CDF1 - 5 and were named Solanum lycopersicum CDFs or SlCDFs. SlCDF1-5 are nuclear proteins that display specific binding to canonical DNA target sequences and have transcriptional activation capacities in vivo. Expression analysis of SlCDF1-5 genes showed distinct diurnal expression patterns and were differentially induced in response to osmotic, salt and low and high temperature stresses. Arabidopsis plants overexpressing SlCDF1 and SlCDF3 showed increased drought and salt tolerance. In addition, various stress-responsive genes, such as AtCOR15, AtRD29A and AtERD10, were expressed differently in these lines. The overexpression of SlCDF3 in Arabidopsis also results in the late flowering phenotype through the modulation of the expression of flowering control genes such CONSTANS (CO) and FLOWERING LOCUS T (FT). Overall, our data connet SlCDFs to undescribed functions related to abiotic stress tolerance and flowering time through the regulation of specific target genes and an increase in particular metabolites.