Genómica funcional y medicina molecular del siglo XXI

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A genômica funcional no âmbito da produção animal: estado da arte e perspectivas

Os últimos vinte anos caracterizaram-se pela proliferação de tecnologias que tornaram possível decifrar o genoma das espécies, localizar e identificar particularidades na sua seqüência, elucidar as suas funções dentro dos sistemas biológicos e, sobretudo, começar a entender os mecanismos que controlam as interações entre os genótipos e os estímulos ambientais, que são responsáveis pela diversidade fenotípica. Estes estudos sobre as bases moleculares da variabilidade fenotípica abriram uma nova abordagem científica, caracterizada pela multiplicidade das questões envolvidas, que resultou no surgimento de novas áreas de pesquisa, cujos conhecimentos estão sendo aplicados em diversos campos da biologia, inclusive na zootecnia. Tendo em vista o grande impacto que tais conhecimentos estão tendo sobre a compreensão dos fenômenos biológicos, parece ser oportuno fazer uma avaliação das potencialidades de aplicação das abordagens de Genômica Funcional em pesquisas de nutrição e alimentação de ruminantes. Nesse contexto, este artigo está focado na descrição das principais ferramentas genômicas disponíveis e na discussão sobre a viabilidade de se utilizar as informações por elas geradas em benefício da produção animal.

Sequenciamento de DNA de nova geração e suas aplicações na genômica de plantas

As plataformas de sequenciamento de nova geração são uma alternativa poderosa para estudos de genômica estrutural e funcional. Na genômica de plantas, os trabalhos com as novas plataformas têm sido destinados ao sequenciamento de transcritos, ressequenciamento ou sequenciamento de novo de genomas plastidiais. Neste trabalho, são detalhadas as tecnologias das plataformas mais utilizadas atualmente, bem como é revisada a aplicação dessas tecnologias na genômica estrutural e funcional de plantas.

New insights into functional regulation in MS-based drug profiling

We present a novel data analysis strategy which combined with subcellular fractionation and liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) based proteomics provides a simple and effective workflow for global drug profiling. Five subcellular fractions were obtained by differential centrifugation followed by high resolution LC-MS and complete functional regulation analysis. The methodology combines functional regulation and enrichment analysis into a single visual summary. The workflow enables improved insight into perturbations caused by drugs. We provide a statistical argument to demonstrate that even crude subcellular fractions leads to improved functional characterization. We demonstrate this data analysis strategy on data obtained in a MS-based global drug profiling study. However, this strategy can also be performed on other types of large scale biological data.

Expressão gênica induzida por estresses abióticos em nódulos de feijão-caupi

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito isolado ou simultâneo dos estresses hídrico e térmico na expressão gênica em nódulos de feijão-caupi. A bactéria Bradyrhizobium japonicum (estirpe BR 3267) foi inoculada em sementes de feijão-caupi da cultivar IPA 206 e, 35 dias após a germinação, as plantas foram submetidas a diferentes regimes de disponibilidade hídrica e a estresse térmico, em casa de vegetação. Para a identificação dos genes diferencialmente expressos, foi utilizada a técnica de cDNA-AFLP, tendo-se isolado 67 fragmentos derivados de transcritos (FDTs) diferencialmente expressos. Após o sequenciamento dos FDTs e das análises de similaridade, com uso do programa Blastx, foram identificados 14 genes diferencialmente expressos envolvidos em diferentes processos metabólicos. O padrão de expressão de seis genes sob estresse abiótico foi confirmado por RT-qPCR, e observou-se indução de genes pertencentes a diferentes categorias funcionais, como biossíntese de ácido abscísico, sinalização celular, transportador de prolina e biossíntese de lipídeos de membranas. A expressão desses genes indica sua participação em processos relacionados à proteção dos nódulos ao estresse abiótico.

Análise de associação quanto à produtividade e seus caracteres componentes em linhagens e cultivares de arroz de terras altas

O objetivo deste trabalho foi identificar, por meio da análise de mapeamento associativo, os marcadores moleculares relacionados à produtividade do arroz de terras altas e aos seus caracteres componentes. Foram usadas 113 linhagens e cultivares de arroz de terras altas, da Coleção Nuclear de Arroz da Embrapa, com reduzido vínculo genético entre si. Os seguintes caracteres componentes da produtividade foram avaliados: número de panículas por metro, número de grãos por panícula e peso de 100 grãos. Dos 115 marcadores utilizados, 25 (21,7%) associaram-se significativamente a um ou mais caracteres. Entre os 29 SSR ("simple sequence repeats") colocalizados em QTL ("quantitative trait loci") de produtividade de arroz, 12 foram associados aos caracteres avaliados e considerados como candidatos para uso na seleção assistida por marcadores. Os marcadores NP914540, Q6ZGD1 e Q69JE3, associados ao número de grãos por panícula, ainda não foram anotados no arroz e podem constituir o ponto de partida para estudos de genômica funcional. Entre os marcadores derivados de sequências transcritas, NP914526 e NP914533 destacam-se por pertencer a rotas metabólicas relacionadas ao aumento do potencial produtivo de arroz.

Estudos de expressão gênica utilizando-se microarrays: delineamento, análise, e aplicações na pesquisa zootécnica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Participação da ORF XAC3629 na regulação do operon de resistência a cobre copAB em Xanthomonas citri subsp. citri

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

Análise da expressão gênica global de mutantes de Xanthomonas citri subsp. citri

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

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

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

Trabajo de coordinación para la implementación del cuarto curso del Grado en Química

En el curso 2013-14 se implantará el cuarto y último curso del Grado en Química. La experiencia adquirida durante la implementación de los tres primeros cursos ha puesto de manifiesto la conveniencia de realizar un proceso de coordinación entre los profesores de las diferentes asignaturas que garantice la consecución de las competencias previstas en la memoria del título. Por ello, se ha creado en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Alicante una red de investigación en docencia universitaria que ha estado trabajando desde el inicio del presente curso académico en este tema. Dicha red está constituida por el Vicedecano de Ordenación Académica de la Facultad de Ciencias, la Coordinadora Académica de Química y los profesores coordinadores de todas las asignaturas del 4º curso del grado (excepto Prácticas Externas y Trabajo Fin de Grado). En esta comunicación se presentarán los resultados del trabajo de investigación realizado por estos profesores que ha permitido elaborar las guías docentes de las asignaturas, planificar y coordinar las actividades a realizar para que los alumnos adquieran las competencias transversales, realizar un cronograma de actividades de evaluación y otro de prácticas de laboratorio que asegure la distribución homogénea del trabajo del alumno durante el curso académico.

Sub-Cellular Localization and Complex Formation by Aminoacyl-tRNA Synthetases in Cyanobacteria: Evidence for Interaction of Membrane-Anchored ValRS with ATP Synthase

tRNAs are charged with cognate amino acids by aminoacyl-tRNA synthetases (aaRSs) and subsequently delivered to the ribosome to be used as substrates for gene translation. Whether aminoacyl-tRNAs are channeled to the ribosome by transit within translational complexes that avoid their diffusion in the cytoplasm is a matter of intense investigation in organisms of the three domains of life. In the cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120, the valyl-tRNA synthetase (ValRS) is anchored to thylakoid membranes by means of the CAAD domain. We have investigated whether in this organism ValRS could act as a hub for the nucleation of a translational complex by attracting other aaRSs to the membranes. Out of the 20 aaRSs, only ValRS was found to localize in thylakoid membranes whereas the other enzymes occupied the soluble portion of the cytoplasm. To investigate the basis for this asymmetric distribution of aaRSs, a global search for proteins interacting with the 20 aaRSs was conducted. The interaction between ValRS and the FoF1 ATP synthase complex here reported is of utmost interest and suggests a functional link between elements of the gene translation and energy production machineries.

Disclosing effects of tobacco smoke on occupationally exposed workers at Lisbon restaurants

This study represents a global assessment of IAQ in Lisbon smoking entertainment places and health effects on exposed workers. Most importantly, it may contribute to the better understanding of pathogenesis mechanisms due to SHS exposure. In addition it may lead to the discovery of specific biomarkers for occupational SHS-exposure that might precede respiratory diseases on their employees and promote more effective therapies.

Proteomics in the assessment of the therapeutic response of antineoplastic drugs: strategies and practical applications

Uncovering mechanisms of unknown pathological mechanisms and body response to applied medication are the drive forces toward personalized medicine. In this post-genomic era, all eyes are tuned to proteomic field, searching for the answers and explanations by investigating the final physiological functional units – proteins and their proteoforms. Development of cutting-edge mass spectrometric technologies and powerful bioinformatics tools, allowed life-science community mining of disease-specific proteins as biomarkers, which are often hidden by high complexity of the samples and/or small abundance. Nowadays, there are several proteomics-based approaches to study the proteome. This chapter focuses on gold standard proteomics strategies and related issues towards candidate biomarker discovery, which may have diagnostic/prognostic as well as mechanistic utility.

New insights into plant salt acclimation: the roles of vesicle trafficking and reactive oxygen species signalling in mitochondria and the endomembrane system

In this study, we investigated the cellular and molecular mechanisms that regulate salt acclimation. The main objective was to obtain new insights into the molecular mechanisms that control salt acclimation. Therefore, we carried out a multidisciplinary study using proteomic, transcriptomic, subcellular and physiological techniques. We obtained a Nicotiana tabacum BY-2 cell line acclimated to be grown at 258 mM NaCl as a model for this study. The proteomic and transcriptomic data indicate that the molecular response to stress (chaperones, defence proteins, etc.) is highly induced in these salt-acclimated cells. The subcellular results show that salt induces sodium compartmentalization in the cell vacuoles and seems to be mediated by vesicle trafficking in tobacco salt-acclimated cells. Our results demonstrate that abscisic acid (ABA) and proline metabolism are crucial in the cellular signalling of salt acclimation, probably regulating reactive oxygen species (ROS) production in the mitochondria. ROS may act as a retrograde signal, regulating the cell response. The network of endoplasmic reticulum and Golgi apparatus is highly altered in salt-acclimated cells. The molecular and subcellular analysis suggests that the unfolded protein response is induced in salt-acclimated cells. Finally, we propose that this mechanism may mediate cell death in salt-acclimated cells.