O papilomavirus humano (HPV) é o agente etiológico da infecção sexualmente transmissível mais comum na população mundial. A prevalência da infecção por HPV é estimada em 660 milhões de pessoas e mais de 50% das mulheres serão acometidas pela infecção ao menos uma vez na vida. O HPV é responsável por virtualmente todos os casos de câncer de colo de útero (99%), além de causar muitos outros tipos de câncer de mucosa. O câncer cervical afeta aproximadamente 1.4 milhões de mulheres e 500 mil novos casos surgem anualmente, resultando em 250 mil mortes por ano. Os maiores índices de incidência são observados na América Latina e na África. Duas vacinas contra o HPV são comercializadas desde 2006 por empresas estrangeiras. Entretanto, o custo mínimo da vacinação é superior a 600 reais. Este preço torna sua incorporação pelo sistema de saúde um processo economicamente inviável. Dessa forma, devem ser buscadas alternativas para a produção de uma vacina eficaz, de qualidade e de baixo custo no Brasil. A proteína L1, principal proteína do capsídeo do HPV, tem a propriedade de se auto agregar em partículas semelhantes às virais (VLPs), que são o principal componente das vacinas atuais e possuem muita semelhança com os vírions nativos, introduzindo inclusive, uma imunização predominantemente tipo-específica. Este projeto se propôs a construir e avaliar vetores de expressão visando à produção em larga escala da proteína L1 do HPV 16, o tipo de HPV de maior risco e incidência na população mundial. Foram construídos cinco plasmídeos para Pichia pastoris, uma das principais plataformas industriais de expressão. Eles se diferenciam pelos marcadores de seleção e pelas sequências de manutenção do vetor, mas têm exatamente o mesmo objetivo: gerar sistemas que possuam múltiplas cópias do gene da L1 e que não necessitem da utilização de antibióticos. Essa estratégia foi escolhida porque a produtividade de muitas das proteínas heterólogas tem grande dependência da dosagem gênica e porque o uso de antibióticos encarece muito o custo da produção. Na primeira etapa do projeto foi avaliado um sistema de expressão epissomal auxotrófico, mas ele não se manteve estável ao longo de 60 gerações. Na segunda parte, dois vetores de integração ao sítio do DNA ribossomal foram testados. O sistema mais estável e produtivo foi caracterizado quanto ao número de cópias integradas ao genoma da P. pastoris e ao nível de expressão. O sistema é capaz de produzir clones com mais de 30 cópias do gene da L1 e dois clones expressaram cerca de 20 a 30 miligramas/litro de L1. Adicionalmente outros dois vetores integrativos que utilizam sequências teloméricas para integração foram construídos. Ainda são necessários estudos conjuntos de fermentação em larga escala e purificação da proteína para verificar a viabilidade do sistema / The human papillomavirus (HPV) is the etiologic agent of the sexually transmitted infection most common worldwide. The prevalence of HPV infection is estimated at 660 million people and over 50% of women will be affected by the infection at least once in their lifetime. HPV is responsible for virtually all cervical cancers cases (99%), and causes many other types of mucosal cancer. Cervical cancer affects approximately 1.4 million women, and 500.000 new cases occur annually, resulting in 250.000 deaths per year. The highest incidence rates are seen in Latin America and Africa. Two HPV vaccines are marketed since 2006 by foreign companies. However, the minimum cost of vaccination is higher than 360 dollar. This price makes its incorporation by the Brazilian Health System economically unfeasible. Thus, alternatives must be found to produce an effective vaccine, with low cost and high-quality in Brazil. The L1 protein, the major capsid protein of HPV, has the ability to self aggregate into virus-like particles (VLPs) which are the main component of current vaccines. The VLPs are very similar to the native virions and can introduce an immunization predominantly type-specific. This project aimed to construct and evaluate expression vectors to produce, at large scale, the L1 protein of HPV 16, which is the HPV type at greater risk and incidence in the world. Five plasmids were constructed for Pichia pastoris, one of the major industrial expression platforms. They differ in the selection markers and the vector maintenance sequences, but they have exactly the same goal: to create systems with multiple copies of the L1 gene and that don\'t require the use of antibiotics. This strategy was chosen because the productivity of many heterologous proteins have heavy dependence on gene dosage and because the use of antibiotics is extremely expensive for its production. In the first stage of the project, it was rated an episomal auxotrophic expression system, but it was unstable after a period of 60 generations. In the second part, two vectors for integration in the ribosomal DNA locus were tested. The most stable and productive system was featured on the number of copies integrated into the P. pastoris genome and on the expression level. It was proved that the system is able to produce clones with more than 30 copies of the L1 gene and two clones expressed approximately 20-30 milligrams/liter of L1. Additionally, two other integrative vectors for integration in telomeric sequences were constructed for future testing. More studies on large-scale fermentation and protein purification will be necessary to determine the feasibility of the system.

O papilomavirus humano (HPV) é o agente etiológico da infecção sexualmente transmissível mais comum na população mundial. A prevalência da infecção por HPV é estimada em 660 milhões de pessoas e mais de 50% das mulheres serão acometidas pela infecção ao menos uma vez na vida. O HPV é responsável por virtualmente todos os casos de câncer de colo de útero (99%), além de causar muitos outros tipos de câncer de mucosa. O câncer cervical afeta aproximadamente 1.4 milhões de mulheres e 500 mil novos casos surgem anualmente, resultando em 250 mil mortes por ano. Os maiores índices de incidência são observados na América Latina e na África. Duas vacinas contra o HPV são comercializadas desde 2006 por empresas estrangeiras. Entretanto, o custo mínimo da vacinação é superior a 600 reais. Este preço torna sua incorporação pelo sistema de saúde um processo economicamente inviável. Dessa forma, devem ser buscadas alternativas para a produção de uma vacina eficaz, de qualidade e de baixo custo no Brasil. A proteína L1, principal proteína do capsídeo do HPV, tem a propriedade de se auto agregar em partículas semelhantes às virais (VLPs), que são o principal componente das vacinas atuais e possuem muita semelhança com os vírions nativos, introduzindo inclusive, uma imunização predominantemente tipo-específica. Este projeto se propôs a construir e avaliar vetores de expressão visando à produção em larga escala da proteína L1 do HPV 16, o tipo de HPV de maior risco e incidência na população mundial. Foram construídos cinco plasmídeos para Pichia pastoris, uma das principais plataformas industriais de expressão. Eles se diferenciam pelos marcadores de seleção e pelas sequências de manutenção do vetor, mas têm exatamente o mesmo objetivo: gerar sistemas que possuam múltiplas cópias do gene da L1 e que não necessitem da utilização de antibióticos. Essa estratégia foi escolhida porque a produtividade de muitas das proteínas heterólogas tem grande dependência da dosagem gênica e porque o uso de antibióticos encarece muito o custo da produção. Na primeira etapa do projeto foi avaliado um sistema de expressão epissomal auxotrófico, mas ele não se manteve estável ao longo de 60 gerações. Na segunda parte, dois vetores de integração ao sítio do DNA ribossomal foram testados. O sistema mais estável e produtivo foi caracterizado quanto ao número de cópias integradas ao genoma da P. pastoris e ao nível de expressão. O sistema é capaz de produzir clones com mais de 30 cópias do gene da L1 e dois clones expressaram cerca de 20 a 30 miligramas/litro de L1. Adicionalmente outros dois vetores integrativos que utilizam sequências teloméricas para integração foram construídos. Ainda são necessários estudos conjuntos de fermentação em larga escala e purificação da proteína para verificar a viabilidade do sistema / The human papillomavirus (HPV) is the etiologic agent of the sexually transmitted infection most common worldwide. The prevalence of HPV infection is estimated at 660 million people and over 50% of women will be affected by the infection at least once in their lifetime. HPV is responsible for virtually all cervical cancers cases (99%), and causes many other types of mucosal cancer. Cervical cancer affects approximately 1.4 million women, and 500.000 new cases occur annually, resulting in 250.000 deaths per year. The highest incidence rates are seen in Latin America and Africa. Two HPV vaccines are marketed since 2006 by foreign companies. However, the minimum cost of vaccination is higher than 360 dollar. This price makes its incorporation by the Brazilian Health System economically unfeasible. Thus, alternatives must be found to produce an effective vaccine, with low cost and high-quality in Brazil. The L1 protein, the major capsid protein of HPV, has the ability to self aggregate into virus-like particles (VLPs) which are the main component of current vaccines. The VLPs are very similar to the native virions and can introduce an immunization predominantly type-specific. This project aimed to construct and evaluate expression vectors to produce, at large scale, the L1 protein of HPV 16, which is the HPV type at greater risk and incidence in the world. Five plasmids were constructed for Pichia pastoris, one of the major industrial expression platforms. They differ in the selection markers and the vector maintenance sequences, but they have exactly the same goal: to create systems with multiple copies of the L1 gene and that don\'t require the use of antibiotics. This strategy was chosen because the productivity of many heterologous proteins have heavy dependence on gene dosage and because the use of antibiotics is extremely expensive for its production. In the first stage of the project, it was rated an episomal auxotrophic expression system, but it was unstable after a period of 60 generations. In the second part, two vectors for integration in the ribosomal DNA locus were tested. The most stable and productive system was featured on the number of copies integrated into the P. pastoris genome and on the expression level. It was proved that the system is able to produce clones with more than 30 copies of the L1 gene and two clones expressed approximately 20-30 milligrams/liter of L1. Additionally, two other integrative vectors for integration in telomeric sequences were constructed for future testing. More studies on large-scale fermentation and protein purification will be necessary to determine the feasibility of the system.

Papilomavírus humanos (HPVs) são vírus de DNA que infectam células epiteliais, podendo ser responsáveis pelo aparecimento de lesões benignas e malignas. Dentre os mais de 120 tipos identificados, o HPV -16 constitui o principal agente etiológico do câncer cervical, que é uma das maiores causas de morte por câncer em mulheres no mundo. Sendo assim, infecções associadas ao HPV devem ser prevenidas por vacinas indutoras de resposta imune vírus-específicas. A proteína L1 do capsídio viral é capaz de arranjar-se em partículas morfologicamente e antigenicamente semelhantes ao vírus, denominadas \"virus-like particles\" (VLPs), que induzem altos títulos de anticorpos neutralizantes. Neste trabalho, foram clonados os genes L1 selvagem e otimizado de HPV -16 em vetores de expressão de leveduras metilotróficas como Hansenula polymorpha e Pichia pastoris. Foi observada uma expressão consistente da proteína recombinante apenas em P. pastoris, com o gene L1 otimizado. Foram realizadas diversas tentativas de purificação da proteína heteróloga, empregando técnicas de cromatografia e ultracentrifugação em gradiente descontínuo de sacarose. A correta montagem das VLPs foi confirmada por microscopia eletrônica. Problemas de agregação, heterogeneidade e adsorção a superfícies apresentados pela proteína L1 foram resolvidos após utilização de surfactante não-iônico e de um procedimento de desmontagem e remontagem das partículas, gerando preparações mais homogêneas. Ensaios de hemaglutinação e inibição da hemaglutinação comprovaram a apresentação de epítopos conformacionais na superfície das VLPs. Este trabalho demonstrou pela primeira vez a expressão da proteína L1 de HPV -16 em P. pastoris, visando ao desenvolvimento de uma vacina profilática de baixo custo para o sistema público de saúde. / Human papillomaviruses (HPVs) are DNA viruses that infect epithelial cells and can cause both benign and malignant lesions. From over 120 types catalogued so far, HPV-16 is the main etiologic agent of cervical cancer, which is the one of the most common causes of cancer deaths among women worldwide. Thus, HPV -associated infections might be prevented by vaccine inducing virus-specific immune responses. The L1 major capsid protein can self assemble into virus-like particles (VLPs), which are morphologically and antigenically indistinguishable from native viruses and induce high titers of neutralizing antibodies. In this work, we have cloned wild-type and codon-optimized L1 genes from HPV-16 in expression vectors of the methylotrophic yeasts Hansenula polymorpha and Pichia pastoris. Consistent L1 expression was only observed in P. pastoris transformed with the construction containing the codon-optimized gene. Many attempts to purify the heterologous protein were made, including chromatography and ultracentrifugation in sucrose density gradients. The correct assembly of VLPs was confirmed by electron microscopy. Some problems presented by recombinant L1 like aggregation, surface adsorption and heterogeneity were solved by using non-ionic surfactants and a procedure of disassembly and reassembly of the particles. Hemagglutination and hemagglutination inhibition assays corroborated the display of surface conformational epitopes by VLPs. This work showed for the first time the expression of the HPV-16 L1 protein in P. pastoris, aiming the development of a prophylactic vaccine free of charge for the public health system in Brazil.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Introduction: HPV infection is the most common sexually transmitted disease in humans, which can cause benign diseases (warty lesion) or malignant as the anogenital cancer, oral cancer and, with the highest incidence, cervical cancer. Overall, the main HPV detection method is based on cytological evaluation of Papanicolaou; however, false-negative results and unsatisfactory sampling complicate the disease diagnosis and prevention. In this context, the investigation of new diagnosis platforms and prophylaxys has great interest. Objectives: The aim of this study was to conduct an epidemiological study of HPV infection in the women population of southeastern Brazil and then propose new diagnostic and vaccine approaches. Methodology: Genital samples of 5,223 women were evaluated by a new molecular tool based on PCR (Nested Multiplex PCR - NMPCR), using a cocktail of primers for simultaneous detection of 38 different HPV types, in single tube. Another molecular approach was proposed by Phage Display technique to select the IgA binding peptides from cervical samples of patients with HPV infection. In silico (Linear and 3D bioinformatics) and in vitro (ELISA, Slot blot and Bioelectrode) analysis were performed to validate the selected phages and synthetic peptides in cervical (n=91) and salivary specimens (n=66). The sensitivity and specificity parameters of HPV diagnosis were determined by ROC curve. To test the vaccine potential of synthetic peptides, in silico (3D bioinformatic), in vivo (female BALB/c mice immunization) or in vitro analyzes (MTT, ELISA, splenocytes culture, CBA and Neutralization assay) were carried out. Results: Among the 5,223 women evaluated, there was a prevalence of 58.9% of HPV infection, especially the types 53, 52 and 06, showing the relevance to propose new alternatives for HPV detection and prevention. In molecular approach of Phage Display, thirty-two distinct phage clones were selected against IgA from positive HPV cervical samples. Phage C.B1 showed higher reactivity against HPV samples compared to the negative control group by ELISA. This peptide is a putative epitope of HPV major capsid protein (L1) and has distinguished efficiently infection from HPV controls in cervical and saliva samples (p <0.0001), with high sensitivity (above 95%) and specificity (above 71%) in both fluids. The C.B1 peptide was also successfully incorporated (p<0.05) onto a graphite bioelectrode for HPV direct diagnosis in saliva. In the vaccine approach, three peptides (PEP1, PEP3 and PEP4) showed no toxicity in murine macrophages. Immunizations showed potent induction of serum IgG antibodies production by PEP3, and increase in IgA titer in the vaginal mucosa under PEP1 and PEP3 stimuli. The evaluation of cellular immune response indicated that the PEP1 and, particularly, the PEP3 chimeric peptide were able to polarize the immune response towards to Th1 profile and sensitize the cells to a pro-inflammatory \"status\", suitable for antiviral activity. The HPV-16 PsVs neutralization assay showed that PEP3 was able to reduce the infection by 49%. Conclusions: Overall, the studies presented here showed a high prevalence of HPV among Brazilian women by viral types still little explored in the literature. We selected mimotopes by Phage Display tool capable of detecting HPV in both saliva samples as in the cervical secretion, providing a low cost, simple and non-invasive diagnostics for population screening. In addition, the mimotopes selected have attractive applicability in vaccine formulations, but further studies are still needed. / Introdução: A infecção por HPV é a doença sexualmente transmissível mais comum em humanos, que pode causar doenças benignas (lesões verrucosas) ou malignas como o câncer anogenital, câncer oral e, com maior incidência, o câncer do colo uterino. Globalmente, o principal método de detecção do HPV baseia-se na avaliação citopatológica de Papanicolaou, entretanto, resultados falsonegativos e obtenção de amostras insatisfatórias dificultam o diagnóstico e a prevenção da doença. Neste contexto, a busca por novas plataformas diagnósticas e profiláticas para o HPV é de grande interesse. Objetivos: O objetivo do presente estudo foi realizar um levantamento epidemiológico da infecção por HPV na populacão feminina da região Sudeste do Brasil e, a partir de então, propor novas abordagens diagnósticas e vacinais. Metodologia: Amostras genitais de 5.223 mulheres foram avaliadas por uma nova ferramenta molecular baseada em PCR (Nested Multiplex PCR - NMPCR), utilizando-se um coquetel de primers para detecção simultânea de 38 diferentes tipos virais de HPV, em um único tubo. Outra abordagem molecular foi proposta através da técnica de Phage Display, a fim de selecionar peptídeos ligantes a anticorpos IgA oriundos de amostras cervicas de pacientes com infecção por HPV. Análises in silico (Bioinformática linear e 3D) e in vitro (ELISA, Slot blot e Bioeletrodo) foram realizadas para a validação dos fagos selecionados e dos peptídeos sintetizados em espécimes cervicais (n=91) e salivares (n=66). Os parâmetros de sensibilidade e especificidade do diagnóstico do HPV foram determinados pela curva ROC. Para testar o potencial vacinal dos peptídeos sintéticos, análises in silico (Bioinformática 3D), in vivo (imunização em camundongos fêmeas BALB/c) e in vitro (MTT, ELISA, Cultura de esplenócitos, CBA e Ensaio de Neutralização) foram conduzidas. Resultados: Dentre as 5.223 mulheres avaliadas, houve uma prevalência de 58,9% de infecção por HPV, com predominância dos tipos 53, 52 e 06, evidenciando a relevância de se propor novas alternativas de detecção e profilaxia do HPV. Na abordagem molecular de Phage Display trinta e dois clones de fagos distintos foram selecionados contra a IgA de amostras cervicais positivas para o HPV. O fago C.B1 apresentou maior reatividade contra amostras de HPV em comparação ao grupo controle negativo, por ELISA. Este peptídeo é um epítopo putativo da proteína principal do capsídeo do HPV (L1) e tem discriminado eficientemente amostras HPV de controles, em amostras cervicais e salivares (p<0,0001); com alta sensibilidade (acima de 95%) e especificidade (acima de 71%) em ambos fluidos. O peptídeo C.B1 também foi incorporado com sucesso (p<0,05) em um bioeletrodo de grafite para o diagnóstico do HPV direto na saliva. Na abordagem vacinal, três peptídeos (PEP1, PEP3 e PEP4) não apresentaram toxicidade em macrófagos murinos. As imunizações revelaram potente indução na produção de anticorpos séricos IgG pelo PEP3, e aumento nos títulos de IgA na mucosa vaginal sob estímulo dos PEP1 e PEP3. A avaliação da resposta imune celular indicou que o PEP1 e, sobretudo o peptídeo quimérico PEP3, foram capazes de polarizar a resposta imune para o perfil Th1 e sensibilizar as células a um status pró-inflamatório, propício para atuação antiviral. O ensaio de neutralização de PsVs do HPV-16 mostrou que o PEP3 foi capaz de reduzir a infecção em 49%. Conclusões: De maneira geral, os estudos aqui apresentados evidenciaram uma alta prevalência de HPV em mulheres brasileiras por tipos virais ainda pouco explorados na literatura mundial. Nós selecionamos mimotopos pela ferramenta de Phage Display capazes de detectar o HPV tanto em amostras de saliva quanto em secreção cervical, possibilitando um diagnóstico simples, de baixo custo, e não invasivo para rastreios populacionais. Além disso, os mimotopos aqui selecionados possuem atraente aplicabilidade em formulações vacinais, porém estudos adicionais ainda são necessários. / Doutor em Genética e Bioquímica

Submitted by Caroline Falcao (caroline.rfalcao@ufpe.br) on 2017-04-04T18:15:33Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) 2010-Dissertação-MarceloCordeiro.pdf: 2495604 bytes, checksum: 2d51566d7f95818c5bd7b1860032afdc (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-04T18:15:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) 2010-Dissertação-MarceloCordeiro.pdf: 2495604 bytes, checksum: 2d51566d7f95818c5bd7b1860032afdc (MD5) Previous issue date: 2010-09-27 / Os papilomavírus são um grupo de pequenos vírus DNA dupla fita caracterizado por induzir a formação de lesões que, normalmente, são benignas e podem regredir naturalmente, mas também apresentam opotencial para se tornarem tumores malignos. O papilomavírus humano (HPV) está fortemente relacionado às doenças sexualmente transmissíveis (DST) e é uma das principais causas de câncer cervical. O papilomavírus bovino (BPV), por sua vez, representa um grave problema econômico em termos de pecuária. Em bovinos, são mais comuns as papilomatosescutânease mucosas nas regiões genital e orofaríngea. Existem bem caracterizados seis tipos diferentes de BPV (BPV 1 ao 6) e, recentemente, quatro novos tipos (BPVs 7 ao 10) foram seqüenciados. No Nordeste, especialmente no estado de Pernambuco (Zona da Mata), a incidência da papilomatose bovina é muito alta, causando grandes perdas econômicas para os criadores. Não há tratamento com eficácia comprovada. Proteção contra a infecção é conferida por anticorpos neutralizantes dirigidos contra osepítopos conformacionais de proteínas estruturais L1. Esses anticorpos podem ser eficientemente induzidos pela imunização com virus-like particles(VLP) que se formam espontaneamente, após a expressão de L1 em sistemas heterólogos. Nos últimos anos, a levedura metilotrófica Pichia pastoris emergiu como um sistema eficaz e barato para produzir altos níveis deproteínarecombinante. O foco deste trabalho foi construir e avaliar dois plasmídeos (pPICZAαL1B2 e pPICZAL1B2), como vetores para expressão do geneL1BPV-2 em células de P. pastoris. Um deles (pPICZAαL1B2) insere na proteína recombinante um sinal de secreção (α-mating). Assim, esperou-se comparar a eficiência da expressão heteróloga através das viasintra e extracelulares. O gene L1 foi amplificado por PCR do genoma completo BPV-2, foi clonado em vetor pGEM-T(Promega ®) e, posteriormente, foi subclonado nos vetores de expressão pPICZA e pPICZAα (Invitrogen ®). PCR e análise de restrição indicarama inserção correta do gene L1 em ambos os vetores, bem como o seqüenciamento. Por eletroporação, P. pastoris (cepa de levedura X-33) foi transformada com a construção pPICZAL1B2 ou pPICZAαL1B2, cuja integração no genoma de levedura pode ser identificada por PCR da colônia. As leveduras transformadas foram selecionadas para experimentos de cultura com indução com metanol. A expressão de L1 foi indicada por RT-PCR e análise de proteínas. A proteína recombinante L1foi detectada em células de levedura, que sofreram tratamento com solução de lise (via intracelular) e em meio de cultura submetido a precipitação com acetona (via extracelular). Este estudo fornece um caminho para uma estratégia de vacina com VLP contra papilomaviroses bovina e apresenta um modelo experimental para estudos de papilomatosessimilares, além de mostrar um modelo experimental interessante para futuras aplicações em seres humanos. / Papillomaviruses are a group ofsmall double-stranded DNA viruses characterized by inducingthe formation of lesions that are usually benign and may regress naturally, but also havethe potential to become malignant tumors. The human papillomavirus (HPV) is strongly related to sexually transmitted diseases (STDs) and is a major cause of cervical cancer. The bovine papillomavirus (BPV), in turn, represents a serious economic problem in terms of livestock. In cattle,cutaneous and mucosal papillomatosis at genital and oropharyngeal regionsare the most common. There are six different types of BPV (BPV 1-6) well characterized and, recently, four new types (BPVs 7-10) havebeen sequenced.In theNortheast, especially inthe state of Pernambuco (Zona da Mata), the incidence of bovine papillomatosis isveryhigh,causing great economic losses for breeders. There isno treatment with proven efficacy. Protection against infection is conferred by neutralizing antibodies directed against structural L1proteinconformational epitopes. These antibodies can be efficiently induced by immunization with virus-like particles (VLP) that are formed spontaneously after L1 expression in heterologous systems. In recent years, the methylotrophic yeast Pichia pastorishas emerged as an efficient and inexpensive heterologous system to produce high protein levels. The focus of this paper is to construct andevaluate two plasmids (pPICZAαL1B2 and pPICZAL1B2), as vectors to gene expression of L1BPV-2 in cells of P. pastoris. One of them (pPICZAαL1B2) inserts a secretion signal (α-matting)on recombinant protein. Thus, it had been expected to compare the heterologous expression via intracellular and extracellular pathway efficiency. L1 gene has been amplified by PCR from the complete BPV-2 genome, has been cloned into pGEM-T vector (Promega®) and, subsequently, has been sub cloned into pPICZA and pPICZAαexpression vectors (Invitrogen®). PCR and restriction analysis haveindicated the correct insertion of the L1 gene in both vectors, as well as sequencing. By electroporation, P. pastoris(strain X-33 yeast) has been transformed with pPICZAL1B2 orpPICZAαL1B2 constructions, whose integration into yeast genome could be identified by colony PCR. Transformed yeast has been selected to culture experiments withmethanol induction. L1 expression has been indicated by RT-PCR and protein analysis. L1 recombinant protein has been detected in yeast cells that has undergonelysis solution treatment (intracellular pathway) and from the culture medium acetone precipitation submitted (extracellularpathway). This study provides a way for a VLP-vaccine strategyagainst bovine papillomaviroses and exhibits an experimental model for similar papillomatosis studies, whileshowingan interesting experimental model for future applications in humans.

Submitted by Caroline Falcao (caroline.rfalcao@ufpe.br) on 2017-04-04T18:59:29Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) 2011-Dissertação-JanaineCarvalho.pdf: 1997829 bytes, checksum: 1182cc1385c167fb2f0bfaa773d3a959 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-04T18:59:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) 2011-Dissertação-JanaineCarvalho.pdf: 1997829 bytes, checksum: 1182cc1385c167fb2f0bfaa773d3a959 (MD5) Previous issue date: 2011-10-07 / O câncer cervical é a segunda maior causa de mortes entre mulheres no mundo. Esta neoplasia maligna está relacionada com a presença do Papilomavírus Humano (HPV), sendo o tipo 16 responsável por 60% dos casos. O HPV infecta o tecido epitelial mucoso ou cutâneo e é responsável pelo aparecimento de verrugas ou papilomas benignos que tendem a regredir naturalmente na maioria dos casos, mas que ainda assim causam prejuízos aos indivíduos infectados e aos sistemas públicos de saúde, sendo a papilomatose considerada a doença sexualmente transmissível mais prevalente no mundo, tornando essencial a aplicação de estratégias de combate à esta infecção. Vacinas baseadas em Virus-like particles (VLPs), formadas a partir das proteínas capsidiais L1 e L2 - que induzem a formação de anticorpos neutralizantes - já estão comercialmente disponíveis. Contudo, possuem um preço elevado considerando, principalmente, os países em desenvolvimento. A imunidade humoral é direcionada contra os epítopos conformacionais da proteína L1 que compõe 90% da estrutura capsidial. Para produção das VLPs os genes das proteínas capsidiais são expressos em sistemas heterólogos e o produto resultante é purificado. A escolha de um sistema mais simples e barato para essa expressão é fundamental para a redução do custo das vacinas. Uma alternativa promissora é a levedura Pichia pastoris. Este trabalho propôs a produção extracelular e intracelular da proteína L1 de HPV16, que teve seu gene inserido no vetor pPCIZAα e pPCIZA, respectivamente. As construções pPICZAαL1H16 e pPICZAL1H16 foram integradas no genoma da levedura Pichia pastoris e a transcrição do gene L1 e a expressão da proteína foram confirmadas por RT-PCR e imunodetecção em Dot Blot. A busca de uma melhor expressão da proteína L1 de HPV 16, em células de P. pastoris, é uma etapa essencial na busca do desenvolvimento de uma estratégia vacinal mais economicamente viável baseada em VLPs. / The Cervical cancer is the second leading cause of death among women worldwide. This malignancy is related to the presence of human papillomavirus (HPV) being the type 16 responsible for 60% of the cases. HPV infects cutaneous or mucosal epithelial tissue and is responsible for the appearance of benign papillomas or warts that tend to regress naturally in most cases, but still cause damage to infected individuals and public health systems, with papillomatosis being considered the most prevalent sexually transmitted disease worldwide, making essential to implement strategies to combat this infection. Vaccines based on viruslike particles (VLPs), formed from the capsid proteins L1 and L2 - that induce the formation of neutralizing antibodies - are already commercially available. However, they are expensive considering mainly the developing countries. Humoral immunity is directed against conformational epitopes of the L1 protein which represents 90% of the capsid structure. In order to produce VLPs the capsid protein genes are expressed in heterologous systems and the resulting product is purified. The choice of a simpler and cheaper system for this expression is fundamental to reduce the cost of vaccines. A promising alternative is the Pichia pastoris yeast. This paper proposed the extracellular and intracellular generation of HPV16 L1 protein, which had its gene inserted into the vectors pPCIZAα e pPCIZA, respectively. The pPICZAαL1H16 and pPICZAL1H16 plasmids were integrated into the Pichia pastoris yeast genome and the L1 gene transcription and protein expression were confirmed by RT-PCR and immunodetection in Dot Blot. The search for better expression of HPV 16 L1 protein, in cells of P. pastoris, is an essential step in the quest to develop a more economically viable vaccine strategy based on VLPs.

Papilomavírus humanos (HPVs) são vírus de DNA que infectam células epiteliais, podendo ser responsáveis pelo aparecimento de lesões benignas e malignas. Dentre os mais de 120 tipos identificados, o HPV -16 constitui o principal agente etiológico do câncer cervical, que é uma das maiores causas de morte por câncer em mulheres no mundo. Sendo assim, infecções associadas ao HPV devem ser prevenidas por vacinas indutoras de resposta imune vírus-específicas. A proteína L1 do capsídio viral é capaz de arranjar-se em partículas morfologicamente e antigenicamente semelhantes ao vírus, denominadas \"virus-like particles\" (VLPs), que induzem altos títulos de anticorpos neutralizantes. Neste trabalho, foram clonados os genes L1 selvagem e otimizado de HPV -16 em vetores de expressão de leveduras metilotróficas como Hansenula polymorpha e Pichia pastoris. Foi observada uma expressão consistente da proteína recombinante apenas em P. pastoris, com o gene L1 otimizado. Foram realizadas diversas tentativas de purificação da proteína heteróloga, empregando técnicas de cromatografia e ultracentrifugação em gradiente descontínuo de sacarose. A correta montagem das VLPs foi confirmada por microscopia eletrônica. Problemas de agregação, heterogeneidade e adsorção a superfícies apresentados pela proteína L1 foram resolvidos após utilização de surfactante não-iônico e de um procedimento de desmontagem e remontagem das partículas, gerando preparações mais homogêneas. Ensaios de hemaglutinação e inibição da hemaglutinação comprovaram a apresentação de epítopos conformacionais na superfície das VLPs. Este trabalho demonstrou pela primeira vez a expressão da proteína L1 de HPV -16 em P. pastoris, visando ao desenvolvimento de uma vacina profilática de baixo custo para o sistema público de saúde. / Human papillomaviruses (HPVs) are DNA viruses that infect epithelial cells and can cause both benign and malignant lesions. From over 120 types catalogued so far, HPV-16 is the main etiologic agent of cervical cancer, which is the one of the most common causes of cancer deaths among women worldwide. Thus, HPV -associated infections might be prevented by vaccine inducing virus-specific immune responses. The L1 major capsid protein can self assemble into virus-like particles (VLPs), which are morphologically and antigenically indistinguishable from native viruses and induce high titers of neutralizing antibodies. In this work, we have cloned wild-type and codon-optimized L1 genes from HPV-16 in expression vectors of the methylotrophic yeasts Hansenula polymorpha and Pichia pastoris. Consistent L1 expression was only observed in P. pastoris transformed with the construction containing the codon-optimized gene. Many attempts to purify the heterologous protein were made, including chromatography and ultracentrifugation in sucrose density gradients. The correct assembly of VLPs was confirmed by electron microscopy. Some problems presented by recombinant L1 like aggregation, surface adsorption and heterogeneity were solved by using non-ionic surfactants and a procedure of disassembly and reassembly of the particles. Hemagglutination and hemagglutination inhibition assays corroborated the display of surface conformational epitopes by VLPs. This work showed for the first time the expression of the HPV-16 L1 protein in P. pastoris, aiming the development of a prophylactic vaccine free of charge for the public health system in Brazil.

O Câncer Cervical é um importante problema de saúde pública, causando aproximadamente 270 milhões de mortes anuais. Atualmente, esse câncer é o segundo mais comum em mulheres no mundo, com os maiores índices de incidência ocorrendo nos países em desenvolvimento. O Câncer cervical tem como agente etiológico o Papilomavírus Humano (HPV). O vírus possui DNA circular duplo com genes que codificam oito proteínas, E1, E2, E4, E5, E6, E7 (não estruturais), e L1 e L2 (estruturais) que formam o capsídio viral. A proteína L1 quando produzida em sistema heterólgo de expressão tem a capacidade de auto-arranjo em partículas semelhantes ao vírus chamadas de VLPs (\"Vírus like Particles\"), que são a base das vacinas profiláticas disponíveis, Gardasil® e Cervarix®. Neste trabalho, foram produzidas VLPs da proteína L1 do HPV-16 na levedura metilotrófica Pichia pastoris utilizando dois tipos de vetores de expressão para leveduras, um epissomal e outro integrativo, para os trabalhos de purificação. Inicialmente as amostras obtidas ao final da purificação apresentaram degradação e agregação da proteína L1, além de contaminantes. O protocolo de purificação foi modificado e as amostras obtidas no final do processo de purificação não apresentaram degradação e nem agregação da proteína L1, embora ainda tenha sido detectada a presença de contaminantes e, portanto, as amostras obtidas estavam semi-purificadas. Uma segunda abordagem para o desenvolvimento de uma vacina alternativa foi realizada, na qual foram produzidos candidatos vacinais baseados na proteína L2 do Papilomavírus Humano (L2 do HPV-16, L2 do HPV-18 e L2 Multimérica), e também foram expressas proteínas fusionadas ao domínio ZZ de Staphylococcus aureus, utilizado neste caso como adjuvante. Em geral as proteínas de fusão, ainda que apresentando a fusão em sua forma funcional, geraram uma fraca indução de anticorpos IgG e de anticorpos neutralizantes. Pode-se observar uma produção de anticorpos neutralizantes contra pseudovírus homólogos e heterólogos que dependeu da combinação com os adjuvantes utilizados. Numa tentativa de maximizar a eficiência imunológica dos antígenos utilizados, um novo ensaio de imunização foi realizado com uma formulação conjunta contendo três proteínas (L2 do HPV-16, L2 do HPV-18 e L2 Multimérica), sendo também avaliadas as propriedades de três adjuvantes. A combinação da formulação vacinal com os adjuvantes gerou altos níveis de anticorpos L2-específicos, destacando-se as formulações com o hidróxido de alumínio/MPLA e com a vacina celular Pertussis low. Com a utilização desses adjuvantes, os níveis de anticorpos permaneceram elevados a longo termo. Pode-se observar a imunogenicidade de cada um dos antígenos dependeu de sua formulação com os adjuvantes testados. / Cervical cancer is one of the most important problems of public health, causing nearly 270 million deaths annually. Currently, cervical cancer is the second more common type in women worldwide and the highest incidences occuring in developing countries. Human papillomavirus (HPV) are the ethiologic agents of cervical cancer. HPV have a double-stranded circular DNA genome encoding eight viral proteins, E1, E2, E4, E5, E6, E7 (non-structural), and L1, L2 (structural), the last ones forming the viral capsid. L1 protein expressed in heterologous systems self-assembles into VLPs (\"Virus like Particles\"), the base of prophylactic vaccines available commercially, Gardasil and Cervarix. In this work, we produced VLPs of HPV-16 L1 protein in the methylotrophic yeast Pichia pastoris for purification assays. Initially, samples obtained from purification presented degradation and aggregation of L1 protein and also contaminants. The purification protocol was modified and samples obtained in the new process did not present degradation nor aggregation but the presence of some contaminants could still be detected. Therefore, samples obtained were semi-purified. A second approach to the development of an alternative vaccine was performed with the production of vaccine candidates based on the HPV L2 protein (HPV-16 L2, HPV-18 L2 and Multimeric L2) and we also expressed the same proteins fused to Staphyloccocus aureus ZZ domain, using it as an adjuvant. In general, the fused proteins induced low antibodies titer and low neutralizing antibodies titer when compared to other formulations. Neutralizing antibodies elicited against homologous and heterologous pseudovirus depended on the adjuvant used. In another approach, trying to enhance immunologic antigen efficiencies, an immunization assay was performed with a formulation containing L2 HPV- 16, L2 HPV-18 and Multimeric L2 and the properties of three adjuvants were assessed. The vaccine formulations adjuvanted with alum/MPLA and cellular Pertussis low vaccine induced the highest levels of L2-specific antibodies. In addition, the usage of adjuvants maintained the antibody levels in the long term. The immunogenicity of each antigen depends on the adjuvant combination used.

O Câncer Cervical é um importante problema de saúde pública, causando aproximadamente 270 milhões de mortes anuais. Atualmente, esse câncer é o segundo mais comum em mulheres no mundo, com os maiores índices de incidência ocorrendo nos países em desenvolvimento. O Câncer cervical tem como agente etiológico o Papilomavírus Humano (HPV). O vírus possui DNA circular duplo com genes que codificam oito proteínas, E1, E2, E4, E5, E6, E7 (não estruturais), e L1 e L2 (estruturais) que formam o capsídio viral. A proteína L1 quando produzida em sistema heterólgo de expressão tem a capacidade de auto-arranjo em partículas semelhantes ao vírus chamadas de VLPs (\"Vírus like Particles\"), que são a base das vacinas profiláticas disponíveis, Gardasil® e Cervarix®. Neste trabalho, foram produzidas VLPs da proteína L1 do HPV-16 na levedura metilotrófica Pichia pastoris utilizando dois tipos de vetores de expressão para leveduras, um epissomal e outro integrativo, para os trabalhos de purificação. Inicialmente as amostras obtidas ao final da purificação apresentaram degradação e agregação da proteína L1, além de contaminantes. O protocolo de purificação foi modificado e as amostras obtidas no final do processo de purificação não apresentaram degradação e nem agregação da proteína L1, embora ainda tenha sido detectada a presença de contaminantes e, portanto, as amostras obtidas estavam semi-purificadas. Uma segunda abordagem para o desenvolvimento de uma vacina alternativa foi realizada, na qual foram produzidos candidatos vacinais baseados na proteína L2 do Papilomavírus Humano (L2 do HPV-16, L2 do HPV-18 e L2 Multimérica), e também foram expressas proteínas fusionadas ao domínio ZZ de Staphylococcus aureus, utilizado neste caso como adjuvante. Em geral as proteínas de fusão, ainda que apresentando a fusão em sua forma funcional, geraram uma fraca indução de anticorpos IgG e de anticorpos neutralizantes. Pode-se observar uma produção de anticorpos neutralizantes contra pseudovírus homólogos e heterólogos que dependeu da combinação com os adjuvantes utilizados. Numa tentativa de maximizar a eficiência imunológica dos antígenos utilizados, um novo ensaio de imunização foi realizado com uma formulação conjunta contendo três proteínas (L2 do HPV-16, L2 do HPV-18 e L2 Multimérica), sendo também avaliadas as propriedades de três adjuvantes. A combinação da formulação vacinal com os adjuvantes gerou altos níveis de anticorpos L2-específicos, destacando-se as formulações com o hidróxido de alumínio/MPLA e com a vacina celular Pertussis low. Com a utilização desses adjuvantes, os níveis de anticorpos permaneceram elevados a longo termo. Pode-se observar a imunogenicidade de cada um dos antígenos dependeu de sua formulação com os adjuvantes testados. / Cervical cancer is one of the most important problems of public health, causing nearly 270 million deaths annually. Currently, cervical cancer is the second more common type in women worldwide and the highest incidences occuring in developing countries. Human papillomavirus (HPV) are the ethiologic agents of cervical cancer. HPV have a double-stranded circular DNA genome encoding eight viral proteins, E1, E2, E4, E5, E6, E7 (non-structural), and L1, L2 (structural), the last ones forming the viral capsid. L1 protein expressed in heterologous systems self-assembles into VLPs (\"Virus like Particles\"), the base of prophylactic vaccines available commercially, Gardasil and Cervarix. In this work, we produced VLPs of HPV-16 L1 protein in the methylotrophic yeast Pichia pastoris for purification assays. Initially, samples obtained from purification presented degradation and aggregation of L1 protein and also contaminants. The purification protocol was modified and samples obtained in the new process did not present degradation nor aggregation but the presence of some contaminants could still be detected. Therefore, samples obtained were semi-purified. A second approach to the development of an alternative vaccine was performed with the production of vaccine candidates based on the HPV L2 protein (HPV-16 L2, HPV-18 L2 and Multimeric L2) and we also expressed the same proteins fused to Staphyloccocus aureus ZZ domain, using it as an adjuvant. In general, the fused proteins induced low antibodies titer and low neutralizing antibodies titer when compared to other formulations. Neutralizing antibodies elicited against homologous and heterologous pseudovirus depended on the adjuvant used. In another approach, trying to enhance immunologic antigen efficiencies, an immunization assay was performed with a formulation containing L2 HPV- 16, L2 HPV-18 and Multimeric L2 and the properties of three adjuvants were assessed. The vaccine formulations adjuvanted with alum/MPLA and cellular Pertussis low vaccine induced the highest levels of L2-specific antibodies. In addition, the usage of adjuvants maintained the antibody levels in the long term. The immunogenicity of each antigen depends on the adjuvant combination used.

Orientadores: Marcelo Menossi Teixeira, Rodrigo Franco de Carvalho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T18:01:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Modolo_DiegoGrando_D.pdf: 3351414 bytes, checksum: 2f6c8310f0efbb6e6f3d2e48e34de879 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O Brasil é conhecido por ter o segundo maior efetivo bovino e por ser o maior exportador de carne bovina no mundo. Dentre os problemas que afetam a pecuária nacional está a papilomatose bovina, uma doença infecto contagiosa causada pelo papilomavírus bovino (BPV). Diversas doenças de alto impacto econômico não só na pecuária nacional mas também mundial estão associadas ao BPV, sendo que ainda não existe uma vacina que possa prevenir o alastramento da doença e nem métodos eficázes de tramento. A proteína L1 do capsideo do BPV tipo 1 é uma forte candidata para ser utilizada na formulação vacinal por ser altamente imunogênica e ter a capacidade de formar, sozinha, partículas "virus-like" (VLPs). Devido a incapacidade de se multiplicar papilomavírus "in vitro", a utilização de sistemas de produção de proteínas recombinantes é a melhor estratégia para produção de proteínas virais em larga escala que possam ser utilizadas em formulações vacinais ou em testes de diagnósticos. Neste trabalho desenvolvemos uma plataforma de produção e purificação da proteína recombinante L1 em bactéria. A proteína L1 recombinante foi purificada por cromatografia de troca iônica e foi possível obter frações em alto nível de pureza. Também produzimos plantas transgênicas visando a produção da proteína L1. A transformação genética de plantas foi confirmada por PCR e RT-PCR, mas devido a inespecificidade dos anticorpos comerciais disponíveis e a uma possível baixa expressão do gene L1 em plantas, não foi possível confirmar a expressão da proteína recombinante. A proteína L1 obtida em bactérias poderá ser analisada como vacina e bem como na obtenção de anticorpos mais específicos e na produção de testes de diagnósticos. O conhecimento obtido neste trabalho poderá ser adaptado no desenvolvimento de outras vacinas de importância socio-econômica. / Abstract: Brazil is known as the largest exporter of beef and for having the second largest cattle herd in the world. Several illness that affect the national cattle industry are associated to the bovine papillomatosis, an infectious disease caused by Bovine Papillomavirus (BPV). Althought the economic impacts of these diseases affect the livestock at a global scale, there is no BPV vaccine or effective treatment methods available yet. The L1 capsid protein of BPV type 1 is a good candidate to be used in a vaccine formulation due its high immunogenicity and the ability to form virus-like particles (VLPs). Due to the inability to multiply papillomavirus in vitro, the use of recombinant protein production systems is the best strategy to produce viral proteins in large scale that can be used in vaccine formulations or for diagnosis testing. In this work, we developed a bacteria expression system to produce the recombinant L1 protein. The recombinant L1 protein was purified by ion exchange chromatography and highly purified fractions of L1 were obtained. We also obtained transgenic plants to produce the L1 protein. The genetic transformation of plants was confirmed by PCR and RT-PCR. Due to lack of specificity of commercial antibodies used in this study and a possible low expression of the L1 gene in plants, it was not possible to confirm the accumulation of the recombinant protein. The protein obtained in bacteria can be evaluated as vaccine as well as in the production of more specific antibodies and diagnosis tests. The knowledge obtained in this work can be adapted in the development of vaccines for other important socio-economic diseases / Doutorado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Doutor em Genetica e Biologia Molecular