Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2016. / Submitted by Marianna Gomes (mariannasouza@bce.unb.br) on 2016-12-08T16:35:33Z No. of bitstreams: 1 2016_AndréGustavoMachadoBertran.pdf: 53030977 bytes, checksum: 8b87d46e5db736462cd27c947d0fa8ec (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-01-31T17:09:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_AndréGustavoMachadoBertran.pdf: 53030977 bytes, checksum: 8b87d46e5db736462cd27c947d0fa8ec (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-31T17:09:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_AndréGustavoMachadoBertran.pdf: 53030977 bytes, checksum: 8b87d46e5db736462cd27c947d0fa8ec (MD5) / As espécies do gênero Tospovirus são importantes patógenos vegetais efontes de prejuízo à produção agrícola mundial. Os tospovírus são membros da famíliaBunyaviridae de vírus de (-)ssRNA com genoma tri-segmentado denominado L, M e S RNAs. Arelação entre o vetor e o vírus é do tipo circulativa-propagativa e sabe-se que a presença deRNAs Defectivos-Interferentes (DI-RNAs) pode interferir negativamente na habilidade de umisolado viral ser transmitido pelo inseto vetor. Nesta tese de doutorado, os capítulos 1 e 2apresentam a descoberta, a caracterização molecular e estrutural, o estudo da dinâmica deacumulação e efeitos biológicos de um novo tipo de RNA defectivo viral: RNAs Diméricos-Imperfeitos (ID-RNAs). OS ID-RNAs são moléculas de RNA viral resultantes de duplicações dosegmento S RNA apresentando deleções, ou na região 3’UTR do primeiro monômero, ou naregião 5’UTR do segundo monômero, mas nunca nas duas regiões UTR simultaneamente. OsID-RNAs foram encontrados até o momento em Polygonum ringspot virus (PolRSV) e TSWVinfectando a planta modelo Nicotiana benthamiana. O acúmulo de ID-RNAs é modificado pelatemperatura de incubação das plantas: a baixas temperaturas (18˚C) há inibição, enquanto aaltas temperaturas (30˚C) há incremento. Interessantemente, os ID-RNAs caracterizados para oisolado p105 de TSWV parecem ter influenciado negativamente o acúmulo das proteínas viraisNSm e N. O capítulo 3 apresenta o resultado de diversas estratégias para o desenvolvimento deum sistema de genética reversa para tospovírus em modelos vegetais in vivo e in vitro e modelosanimais in vitro (células de hamster e mosquito). Dentre as abordagens testadas, a expressãoheteróloga das proteínas N e L de TSWV em células de hamster foi capaz de reconhecer,replicar e transcrever em mRNA o gene-repórter mGFP4 presente em uma construção sintéticade mini-genoma tipo-DI-RNA. Curiosamente, a transfecção do mini-genoma apenas na presençada expressão heteróloga da proteína L também levou a atividade do gene-repórter. Demonstrouseainda que a adição a esse sistema de um plasmídeo dirigindo a transcrição do S RNA deTSWV foi capaz de retardar a expressão do gene-repórter. Adicionalmente, descobriu-se que atransfecção do segmento M de TSWV em orientação viral complementar foi capaz de aumentara atividade detectada para o gene-repórter hRLuc em um sistema de genética reversa paraBunyamwera virus. Foram também realizados ensaios de resgate de infecção de TSWV emcélulas de hamster e mosquito nos quais verificou-se a expressão da proteína NSs para umtratamento composto por um conjunto mínimo de plasmídeos dirigindo a transcrição dos trêssegmentos genômicos virais, sem a expressão heteróloga das proteínas N e L (hamster) e aocorrência de efeitos citopáticos caracterizados por mudanças morfológicas e formação desincícios celulares (mosquito). Os resultados qualitativos apresentados no capítulo 3 constituema primeira demonstração científica em toda a literatura científica de um sistema de genéticareversa funcional para TSWV baseado em atividade de mini-replicon. / The tospoviruses are important plant pathogens that causeconsiderable damage to many crops worldwide. The Tospovirus genus is part of the Bunyaviridaefamily of negative ssRNA viruses with tripartite genomes (L, M and S RNAs). Tospoviruses havea circulative-propagative interaction with their insect vectors. It is known that the presence ofDefective-Interfering RNAs (DI-RNAs) in an inoculum can alter the transmissibility of an isolateand interfere with symptom development attenuating it. This doctorate thesis adds to the list ofknown defective viral RNAs for tospoviruses the Imperfect-Dimer RNAs (ID-RNAs), which aredescribed in length in chapter one and chapter two regarding their molecular characterization,structural properties, the dynamics of their accumulation and their biological effects. ID-RNAs aredimer forms of the S RNA that carry in their junction sites a deletion at either the 3'UTR of the firstmonomer or the 5'UTR of the second monomer and are generated specifically in the infection ofthe plant host Nicotiana benthamiana. ID-RNAs were detected so far for Polygonum ringspotvirus (PolRSV) and TSWV. ID-RNA accumulation is modulated by temperature: low incubationtemperatures (18˚C) inhibit ID-RNA accumulation, whereas high incubation temperatures (30˚C)enhance it. The accumulation of ID-RNAs for TSWV isolate p105 had a negative effect over theprotein expression of the NSm and N viral proteins. Lastly, chapter 3 presents the results ofdiverse approaches that were tested for the development of a reverse genetics system fortospoviruses using in vivo and in vitro plant models and in vitro animal models (hamster andmosquito cell lines). In one of the approaches, the heterologous expression of the N and Lproteins of TSWV was carried out in hamster cells and was able to recognize, replicate andtranscribe the mRNA of the mGFP4 reporter-gene contained in a synthetic DI-RNA-like minigenome.Interestingly, the expression of only the L protein in association to the transfection of themini-genome also led to the reporter-gene activity. It was also shown that the transfection of aplasmid that drives the cytosolic transcription of the genomic S RNA in concert with theheterologous expression of the N and L proteins and the transfection of the reporter-carryingmini-genome had a delaying effect on the reporter-gene expression. Moreover, it is shown thatthe transfection of a plasmid driving the transcription of the M RNA from TSWV in viralcomplementary sense in the context of a Bunyamwera virus mini-replicon system promoted anenhancement of the activity of the reporter-gene hRLuc. Infectivity rescue assays were alsoperformed in both hamster and mosquito cells. Protein NSs expression was faintly detected forthe former in a treatment composed only of transcription plasmids for the L, M and S RNAs invirus complementary sense, without heterologous expression of the L and N proteins. For thelatter, cytopathological effects characterized by alteration of cell morphology and syncytiaformation were observed. Taken together, the qualitative results presented in chapter 3 constitutethe first efficient scientific demonstration of a reverse genetics system for tospovirus andrepresent an important hallmark of research for the genus Tospovirus.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:07:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo788_1.pdf: 6555783 bytes, checksum: 65caeaca8f8ce8753df4239098b98438 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Os vírus dengue (DENV) são responsáveis por um amplo espectro de manifestações clínicas em diversas partes do mundo. Muitos mecanismos moleculares da biologia do DENV, incluindo replicação do genoma e patogênese viral, ainda não foram totalmente compreendidos. Novos avanços na elucidação destes mecanismos vêm sendo facilitados pelo desenvolvimento dos sistemas de genética reversa nas últimas décadas. No presente trabalho, nós descrevemos o desenvolvimento de um sistema de genética reversa para o vírus dengue tipo 3 (DENV3). Usando um sistema de dois plasmídeos, o genoma do DENV3 foi dividido em duas partes por PCR e os fragmentos gerados foram clonados em separado num vetor plasmidial. Um sítio de restrição foi inserido em ambas as construções, permitindo a posterior recuperação do genoma completo por ligação in vitro. Todos os plasmídeos foram construídos pela técnica de recombinação homóloga em levedura e propagados nela para prevenir qualquer instabilidade dos insertos em E. coli. A identidade das construções foi confirmada por sequenciamento, no qual foram identificadas mutações no genoma clonado. Para a recuperação do clone infeccioso in vitro, as duas partes dos genomas foram amplificadas por PCR, digeridas e unidas por ligação in vitro. Dois clones infecciosos foram recuperados e a transcrição in vitro, do produto das ligações, produziram RNAs virais genômicos. Células BHK-21, transfectadas por eletroporação com os RNAs sintetizados, foram avaliadas por ensaio de imunofluorescência, mostrando que estes RNAs são infecciosos. Após sucessivas passagens em cultivo celular, os DENV3 recuperados foram caracterizados in vitro. RT-PCR, a partir de RNA viral, e a análise de fragmentos de restrição confirmaram que ambos os vírus recuperados foram derivados do nosso sistema de dois plasmídeos. No ensaio de placa, os clones apresentaram fenótipos distintos. Após coloração convencional, enquanto o clone ICDENV3 #L43 apresentou placas com morfologia similar ao DENV3 selvagem, o clone ICDENV3 #L42 foi incapaz de formar placas. A análise de sequenciamento, a partir dos produtos de RT-PCR, identificou mutações específicas em cada um dos clones, as quais podem facilitar o crescimento dos vírus recuperados em cultivo celular. Este sistema é uma poderosa ferramenta que nos ajudará a elucidar aspectos moleculares da biologia do DENV, bem como a entender a relação entre mutações específicas e a patogênese do DENV

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-10-24T15:42:17Z No. of bitstreams: 1 2017_KarolinedosAnjos.pdf: 13759442 bytes, checksum: 67f82fbe592b08b0f37f08cd9aafb104 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-10-25T16:20:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_KarolinedosAnjos.pdf: 13759442 bytes, checksum: 67f82fbe592b08b0f37f08cd9aafb104 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-25T16:20:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_KarolinedosAnjos.pdf: 13759442 bytes, checksum: 67f82fbe592b08b0f37f08cd9aafb104 (MD5) Previous issue date: 2017-10-25 / Os calicivírus humanos são os principais causadores de gastroenterites no mundo, atualmente. No entanto, por não possuírem ainda um sistema de replicação viral in vitro, diferentes abordagens são desenvolvidas para que se possa obter maiores informações a cerca da biologia desses vírus. A análise ambiental tem demonstrado que assim como os demais vírus entéricos, as partículas dos calicivírus humanos são resistentes e são passíveis de serem detectados a partir de metodologias como RT-PCR em diferentes amostras. No Capítulo I desta tese utilizou-se a tecnologia de Next Generation Sequencing para a avaliação da população viral encontrada em um esgoto urbano coletado na Estação de Tratamento de Esgoto Norte, Brasília, DF, Brasil, com intuito de se determinar quais possíveis vírus humanos estariam circulando na população do Distrito Federal. Além de vírus humanos, foram encontrados vírus animais, vegetais e de insetos nas amostras analisadas. No entanto apenas os vírus com hit para entéricos causadores de doença humana tiveram seu genoma completo montado. Dentre os achados pelo menos três genótipos de sapovírus foram encontrados, assim como o novo genótipo epidêmico de norovírus GII.17 e, um vírus novo descrito como astrovirus-tipo, o bastrovirus. No Capítulo II seis diferentes genótipos de norovírus pouco detectados foram utilizados para expressar o domínio protuberante (P) do capsídeo, com intuito de se comparar e compreender possíveis mudanças estruturais e nucleotidícas em relação ao genótipo mais prevalente (GII.4). Como resultados as estruturas cristalizadas de domínio P de norovírus GII.21, GII.22 e GII.22 ligada a fucose, que é um açúcar precursor na diferenciação de HBGA (histo-blood group antigens) foram resolvidas. Por fim, no Capítulo III, um clone contendo o cDNA referente ao genoma do sapovírus BR01 foi construído. O uso de microscopia confocal a laser e citometria de fluxo confirmaram a funcionalidade do clone pela positividade de reação entre as células transfectadas e o anticorpo anti-P2 (subdomínio de VP1). Futuros experimentos poderão validar o uso desse clone como ferramenta para genética reversa. / Human caliciviruses are the main cause of gastroenteritis in the world today. However, because they do not have a viral multiplication system in cell culture, different approaches are developed so that more information can be obtained about the biology of these viruses. Environmental analysis has shown that, like other enteric viruses, human calicivirus particles are resistant and can be identified from methodologies such as RTPCR in water or food samples. In Chapter I of this thesis was used the Next Generation Sequencing technology to evaluate the viral population found in an urban sewage collected in the North Waste Water Treatment, Brasilia, DF, Brazil, in order to determine which possible human viruses would be circulating in the population of the Federal District. In addition to human viruses, animal, plant and insect viruses were found in the samples analyzed. However only the hit viruses for enteric-causing human disease had their complete genome assembled. Among the findings, at least three sapovirus genotypes were found, as well as the novel genotype of norovirus GII.17 and, a novel virus described as astrovirus-type, bastrovirus. In Chapter II, six different genotypes of undetected norovirus were used to express the protruding (P) capsid domain, in order to compare and understand possible structural and nucleotid changes in relation to the most prevalent genotype (GII.4). As results the crystallized P domain structures of norovirus GII.21, GII.22 and GII.22 linked to fucose, which is a precursor sugar in the differentiation of HBGA (histo-blood group antigens) were resolved. Finally, in Chapter III, a clone containing the cDNA for the genome of sapovirus BR01 was constructed. The use of laser confocal microscopy and flow cytometry confirmed the functionality of the clone by the reactivity positivity between the transfected cells and the anti-P2 antibody (subdomain of VP1). Future experiments could validate the use of this clone as a tool for reverse genetics.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Bovine viral diarrhea virus (BVDV) is a worldwide pathogen associated with important losses to livestock production. Most of these losses come from reproductive disorders and from the ability of the virus to produce persistent infections following in utero infection of the fetus. A number of reverse genetics methodologies have been used for BVDV in order to better understand the biology of the virus, which allowed the elucidation of a number of biological features including virus replication, host-virus interaction, immune response, and the pathogenesis of fetal infection. The present study describes the construction, characterization and manipulation of an infectious clone out of a non-cytophatic Brazilian BVDV strain IBSP4-ncp. The cDNA recombinant clone was constructed by yeast homologous recombination with a low-copy vector, from three genomic fragments comprising the open reading frame (ORF). The two untranslated regions (5' and 3' UTR) were replaced by the respective UTRs of the reference strain NADL. The constructed vector was transcribed in vitro and the resulting RNA was transfected on MDBK cells to rescue infectious virus. The rescued viruses (IC-pBSC_IBSP4-ncp#2 and #3) were maintained for ten passages in tissue culture and characterized in vitro, showing replication dynamics, focus size and morphology similar to those of the parental IBSP-4. Genomic analysis revealed five point mutations in the gene coding for Npro protein, resulting in amino acid changes. These mutations probably reflect an adaptation of the virus to the heterologous UTRs. The infectious clone IC-pBSC_IBSP4-ncp#2 was further used for the construction of a recombinant virus expressing the Gaussia luciferase (Gluc) reporter gene. The reporter gene was inserted between the Npro and Core genes, being flanked by an upstream linker and a downstream sequence of the Foot and Mouth Disease virus protease (FMDV2Apro) for accurate protein processing. The recombinant vector was in vitro transcribed and the RNA was transfected on MDBK cells. Recombinant infectious viruses were rescued (IC-pBSC_IBSP4-ncpGluc#3 and #4) and characterized in vitro, showing replication dynamics, focus size and morphology similar to those of the parental IBSP-4 clone. The Gluc reporter gene was accurately expressed and processed by the recombinant virus during 15 passages in tissue culture. These studies revealed that the infectious clone constructed herein can be easily manipulated and is able to carry in its genome heterologous genes up to 555 base pairs in length in a stable fashion and without interference with its replication efficiency. Thus, the constructed clone may be very useful for genetic manipulation towards studying different aspects of the BVDV biology and its interactions with the host, and for the development of vaccine strains with attenuated phenotype and/or with antigenic markers. / O vírus da diarreia viral bovina (BVDV) é um patógeno de bovinos distribuído mundialmente, associado com importantes perdas econômicas. As maiores perdas devem-se aos problemas reprodutivos causados pela infecção, e pela capacidade do vírus de causar persistência após infecção fetal no terço inicial da gestação. Para entender melhor a biologia desse vírus, sistemas de genética reversa foram desenvolvidos e tem permitido a elucidação de vários aspectos da replicação viral, interação vírus hospedeiro, resposta imune e patogenia da infecção fetal. O presente estudo relata a construção, caracterização e manipulação de um clone infeccioso, a partir da cepa brasileira não-citopática IBSP4-ncp. O clone de DNA recombinante foi construído pela técnica de recombinação homóloga em levedura, utilizando um vetor de baixo número de cópias, construído a partir de três fragmentos genômicos, que compreendiam a fase aberta de leitura (open reading frame, ORF) do vírus. As duas regiões não traduzidas (5 e 3 UTR) foram substituídas pelas respectivas UTRs da cepa de referência NADL. O vetor construído foi transcrito in vitro e o RNA obtido foi transfectado em células MDBK para recuperação de vírus infecciosos. Os vírus recuperados (CI-pBSC_IBSP4-ncp#2 e #3) foram mantidos por 10 passagens em cultivo celular e caracterizados in vitro, apresentando dinâmica de replicação, tamanho e morfologia de focos similares ao vírus parental IBSP-4. A análise do genoma por sequenciamento revelou cinco mutações pontuais no gene Npro, com trocas de aminoácidos, provavelmente refletindo uma adaptação do vírus às UTRs heterólogas. O clone infeccioso construído CIpBSC_ IBSP4-ncp#2, foi então utilizado para a construção de um vírus recombinante expressando o gene repórter Gaussia luciferase (Gluc). O gene repórter foi inserido entre os genes Npro e Core do vírus. Para o processamento da proteína repórter, uma sequência ligante foi adicionada anteriormente ao gene, e a sequência da protease do vírus da Febre Aftosa (FMDV2Apro) foi inserida após o gene. O vetor recombinante construído foi transcrito in vitro e o RNA obtido foi transfectado em células MDBK. Vírus recombinantes infecciosos foram recuperados (CI-pBSC_IBSP4-ncpGluc#3 e #4) e caracterizados in vitro, apresentando dinâmica de replicação, tamanho e morfologia de focos similares ao vírus obtido do clone infecioso. O gene repórter Gluc foi corretamente expresso e processado pelo vírus recombinante durante 15 passagens em cultivo celular. Com os resultados obtidos nestes estudos, conclui-se que o clone infeccioso construído pode ser facilmente manipulado e é capaz de carrear em seu genoma, e expressar de forma estável, genes heterólogos com até 555 pares de base, que parecem não interferir com sua capacidade replicativa. Dessa forma, o clone obtido pode ser muito útil para manipulação genética visando estudar diferentes aspectos da biologia do BVDV e de suas interações com o hospedeiro, assim como para a produção de cepas vacinais com fenótipo atenuado e/ou com marcadores antigênicos.