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O presente estudo aborda dois temas principais: a) história demográfica das populações nativas do continente americano e b) como a história demográfica e seletiva molda a diversidade e diferenciação dos genes HLA nessas populações. As populações ameríndias apresentam uma história evolutiva peculiar, com padrões demográficos distintos das outras populações do mundo. Estudos anteriores sugerem que elas possuem: a) baixa diversidade genética e alta diversidade inter-populacional em relação às demais populações do planeta; b) um gradiente de diminuição de diversidade no sentido norte-sul do continente americano; c) altos níveis de variabilidade intra-populacional e baixos níveis de variabilidade genética inter-populacional nas populações que vivem na região oeste da América do Sul, em comparação às populações do leste. Contudo, esses achados são baseados em estudos que apresentam uma deficiência amostral para populações ameríndias das terras do baixo rio Amazonas. No presente estudo nós suprimos essa deficiência ao analisar 11 populações das terras baixas do rio Amazonas e 3 populações do centro-sul do Brasil. Constatamos que: a) as populações do leste e oeste da América do Sul são altamente diferenciadas, corroborando estudos anteriores; b) a diferenciação entre as populações do leste da América do Sul é maior que entre as populações do oeste (região andina e noroeste da América do Sul) em acordo com estudos anteriores; c) a maior diferenciação entre as populações do leste da América do Sul é causada por grupos específicos (Arara do Iriri, Araweté, Surui e Ticuna Tarapaca), que apresentam histórias evolutivas peculiares; d) análises excluindo essas populações mostram que para o conjunto restante de populações, o nível de diferenciação das regiões do leste é similar ao encontrado para a diferenciação na região noroeste do continente sul americano; e) o leste da América do Sul é dividido em dois grupos populacionais distintos (oeste da Amazônia e leste da Amazônia/Centro-Sul do leste da América do Sul) e com diferente ancestralidade genética (o oeste da Amazônia com maior componente genético do Noroeste da América do Sul e o leste da Amazônia/Centro-Sul com maior componente Andino), em acordo com o modelo de rotas migratórias proposto por SCHMITZ, 1983 O perfil da variabilidade genética dos genes HLA nas populações nativas da América (com grande número de alelos e alguns com frequência muito distinta de outras regiões do mundo) diferem dos demais genes até então analisados nessas populações. Os genes HLA, localizados na região do MHC, estão envolvidos na resposta imune adaptativa e tem como função apresentar peptídeos na superfície celular. Diversos estudos mostram que os genes HLA estão evoluindo sob regime de seleção balanceadora. No presente estudo investigamos as contribuições da história demográfica e seletiva para moldar a variabilidade genética nas regiões adjacentes aos genes HLA em populações nativo-americanas. Para tanto, comparamos o perfil de 16 microssatélites na região do MHC com 61 microssatélites espalhados pelo genoma (controle demográfico) em 28 populações ameríndias, 1 africana e 1 europeia. Verificamos que: a) os microssatélites da região do MHC apresentam alto nível de desequilíbrio de ligação entre si; b) apresentam maior diferenciação inter-populacional do que os microssatélites espalhados pelo genoma. Este sinal é oposto ao que esperávamos verificar para genes evoluindo sob seleção balanceadora. Estudos anteriores mostram que mesmo populações que são compostas por conjuntos de alelos HLA distintos apresentam baixos níveis de diferenciação. Sugerimos que a seleção poderia estar favorecendo alelo (ou conjunto de alelos) específico em diferentes regiões geográficas, e que como os índices de diferenciação populacional como o FST estimam a variância das frequências alélicas, ele seria \"cego\" para a diferença na composição alélica das populações. Como estudo de caso analisamos o gene HLA-B, que, nas populações nativas da América, apresenta um conjunto composto por alelo endêmico e por alelos que ocorrem em alta frequência no continente americano e em baixa frequência fora dele. Com intuito de verificar se há sinais de seleção nas regiões adjacentes a este gene, analisamos seis microssatélites flanqueadores a ele em 28 populações nativas. Estimamos a heterozigose dos microssatélites associada a um determinado alelo de HLA-B bem como o grau de associação dos alelos de microssatélites com as linhagens e os alelos de HLA-B. As análises mostram que: a) de modo geral, a heterozigose associada aos alelos endêmicos é semelhante à observada em alelos cosmopolitas (com exceção dos alelos HLA-B*3909 e B*3543); b) a diferenciação observada a partir dos microssatélites adjacentes é maior entre as linhagens de HLA-B do que dentro das linhagens; c) haplótipos específicos de microssatélites apresentam forte associação com as linhagens de HLA-B. Esses resultados são surpreendentes visto que as linhagens de HLA-B já existiam antes mesmo da especiação humana. Sugerimos que a baixa heterozigose associada às linhagens pode estar relacionada a dois fatores: a) o gargalo populacional ocorrido durante a entrada do homem moderno no continente americano; b) seleção atuando no favorecimento não apenas os alelos mais também as linhagens de HLA-B. Desta forma concluímos que apesar da intensa história demográfica, as populações ameríndias apresentam sinais da atuação de forças seletivas na região do MHC / The present study addresses two main themes: a) demographic history of the Native American populations and b) how the demographic and selective history shapes the diversity and differentiation of the HLA genes on those populations. The Native American populations present a peculiar evolutive history, with demographic pattern that are distinct from other populations in the world. Previous studies suggest that they have: a) low genetic diversity and high inter-populational diversity compared to the other world populations; b) a diversity decreasing gradient on the north-south direction of the American continent; c) high levels of genetic variability between populations that live in the western South American region, compared with the eastern ones. However, these findings are based on studies that present a sampling deficiency for the Amerindian populations located on the Amazon River lowlands. On the present study we suppress this deficiency by analyzing 11 populations of the Amazon River lowlands and 3 populations of the Brazilian South-Center. We have observed that: a) the populations of the East and West of the South America are highly differentiated, in accordance with previous studies; b) the differentiation among the Eastern South America is greater than among the Western ones (Andean region and Northwestern South America) agreeing with previous studies; c) the larger differentiation among the Eastern South American populations is caused by specific groups (Ache, Arara do Iriri, Araweté, Suruí and Ticuna Tarapaca), which present peculiar evolutive histories; d) analysis that exclude these high differentiation level populations shows that for the remaining group, the differentiation level of the Eastern regions is similar to the differentiation levels found on the Western regions of the South American continent, corroborating the morphological studies; e) the east of the South America is divided in two distinct populational groups (Amazon Southwest and the Amazon East/South Central of South America) and with different genetic ancestry (the Amazon West with greater genetic component form the Northwestern South America and the Amazon East/South Central with greater Andean genetic component), agreeing with the migration routes model proposed by SCHMITZ, 1983. The HLA genes, located on the MHC region, are involved on the adaptative immune response and have the function of presenting peptides on the cellular surface. Various studies show that the HLA genes are evolving under balancing selection. The genetic variability profile of the HLA genes on the Native American populations (with great number of alleles and some with a frequency very distinct from other world regions) differs from the other genes so far analyzed in these population. On the present study we investigate the contributions of the demographic history on shaping the genetic variability of the regions adjacent to the HLA genes on Native-American populations. To accomplish that, we compared the profile of 16 microsatellites of the MHC region with 61 microsatellites spread through the genome (demographic control) in 28 Native American populations, 1 African population (Ovimbundu) and 1 European population (Portuguese). We observed that: a) the microsatellites of the MHC region present a high linkage disequilibrium among themselves, corroborating previous studies; b) present higher inter-populational differentiation than the microsatellites spread through the genome. This signal is opposed to the ones we expected from genes that are evolving under balancing selection. Previous studies show that even populations composed by groups of distinct HLA alleles present low levels of differentiation. We suggest that the selection could be favoring specific allele (or allele group) in different geographic regions, and since the populational differentiation indexes such as FST estimate the variance of the allelic frequencies, it would be \"blind\" to the difference on the allelic composition of the populations. As a case study, e investigate the HLA-B gene, which, in the American native populations, present a group composed by endemic allele and alleles that occur in high frequency on the American continent and in low frequency outside of it. With the intention of verifying if there are signs of selection on the regions adjacent to this gene, we have analyzes 6 microsatellites flanking to the HLA-B in 28 native populations. We estimated the heterozygosis of the microsatellites associated to a determined HLA-B allele as well as the degree of association of the microsatellite alleles with the HLA-B lineage and alleles. The analysis showed that: a) in general, the heterozygosis associated to the endemic alleles is similar to the one observed in cosmopolitan alleles (with exception of the HLA-B∗3909 and B∗3543); b) the differentiation observed from the adjacent microsatellites is greater between the HLA-B lineages than inside the lineages; c) specific microsatellites haplotypes present strong association with the HLA-B lineages. These results are surprising since the HLA-B lineages have existed even before the human speciation. We suggest that the low heterozygosis associated to the lineages could be related to two factors: a) the populational bottleneck occurred during the modern human entrence on the American continent; b)selection acting on the favoring, not only of the alleles, but also on the HLA-B lineages. In conclusion, despite the intense demographic history, the Native American populations present signs of selective forces acting on the MHC region

O objetivo deste trabalho foi buscar genes MHC classe I em bovinos expressos durante o desenvolvimento embrionário e gestação que apresentassem similaridade ao gene Ped murino. Para tanto, embriões de PIV e placentas de fetos produzidos por monta natural ou clonados tiveram seu RNA extraído. A partir do RNA extraído foi realizada a produção de cDNA para tentar o isolamento de fragmentos com similaridade ao gene descrito em murinos. Uma vez isolados, os fragmentos foram purificados ou clonados em plasmídeo. As amostras foram seqüenciadas e as seqüências obtidas foram avaliadas, editadas e comparadas a outras seqüências pelo programa BLAST. A expressão de proteína MHC-Ib foi verificada em embriões (D7) e nas amostras de placenta utilizando anticorpo monoclonal de camundongo anti-Qa-2 marcado com FITC. A seqüência consenso obtida produziu alinhamentos significantes com os genes do complexo Bola que faz parte do MHC classe I bovino. O alinhamento entre a seqüência consenso e as seqüências de Q7 (Ped) e HLA-G publicados anteriormente demonstrou poucas variações de nucleotídeos entre as seqüências. As amplificações de cDNA de embriões que atingiram o quarto ciclo celular em até 48 hpi (R8) e em 48-90 hpi (L8) e de embriões que atingiram o estádio de blastocisto expandido em 7 dias de cultivo (RR) e em 9 dias de cultivo (RL) mostraram que o fragmento cuja seqüência apresenta alta similaridade ao gene Ped, está presente em embriões RR e RL, mas não em embriões no estádio de 8 células. Em placentas, o resultado da PCR mostrou a amplificação de oito fragmentos em diferentes fases da gestação. O sequenciamento dos fragmentos gerou nove seqüências consenso similares ao gene Ped e também a seqüências obtidas a partir de embriões bovinos. O alinhamento das seqüências mostrou a existência de duas isoformas contendo edição alternativa no exon 2 ou no exon 3. O resultado indicou a existência de polimorfismo ou mais de um gene com alta similaridade ao gene Q7 sendo transcritos durante o período gestacional. A expressão de proteína MHC-Ib foi verificada na membrana de células do trofoblasto e da MCI de embriões e na porção materno fetal de placentas, com uma maior expressão na porção fetal. Placentas oriundas de fetos clonados apresentam maior fluorescência comparada àquelas oriundas de monta natural. Este trabalho identificou, em embriões bovinos, um possível gene homólogo ao Ped murino e a expressão de proteína semelhante àquela codificada por este gene e conclui que existem vários transcritos com similaridade ao gene Q7 sendo expressos na região materno-fetal da placenta, durante a gestação em bovinos, assim como nos embriões / The aim of the present work was to identify bovine MHC class I genes similar to the murine Ped gene expressing during embryonic development and pregnancy. Bovine in vitro produced embryos and placentas obtained from natural mating or cloning-derived fetuses had their RNA extracted. cDNA was synthesized to isolate fragments showing similarity with the gene described in mice. Once isolated the fragments were purified or cloned into plasmids. The samples were sequenced and obtained sequences edited and compared to other sequences by means of the BLAST software. The expression of MHC-Ib protein was evaluated in embryos (D7) and in placentas using a FITC conjugated mouse monoclonal antibody anti-Qa-2. The consensus sequence amplified from blastocyst cDNA produced significant alignments with genes of the Bola complex, which is part of the bovine MHC class I. The alignment between the consensus sequence and the previously published Q7 and HLA-G sequences demonstrated little nucleotide variations among the sequences. The cDNA amplifications of embryos at the fourth cellular cicle in 48hpi (F8); 48-90hpi (S8) and embryos that reached blastocyst expanded stage in 7 days (FF); in 9 days (FS) showed that the Ped candidate gene is present in FF and FS but not in 8-cell embryos. In placentas, the PCR resulted in amplification of eight fragments at different pregnancy stages. Sequencing of the fragments generated nine consensus sequences, similar to the Ped gene and also to sequences obtained from bovine embryos. The alignment of the sequences showed the existence of two isoforms containing an alternative splicing on exon 2 or 3. This result indicates the existence of polymorphisms or that more than one gene with high similarity to the Q7 gene are transcribed during pregnancy. Expression of MHC-Ib protein was verified in trophoblast membrane and embryos inner cell mass cells and in the maternal-fetal portion in placentas, with a greater expression in the fetal portion. Cloned fetuses placentas presented grater fluorescence compared to natural mated. Overall this work identified in bovine embryos a possible gene homologous to the murine Ped and the expression of protein similar to that coded by this gene and concluded that there are many transcripts similar to the Q7 gene being expressed in the maternal-fetal region of the placenta during pregnancy in bovine and such as in embryos

O objetivo deste trabalho foi buscar genes MHC classe I em bovinos expressos durante o desenvolvimento embrionário e gestação que apresentassem similaridade ao gene Ped murino. Para tanto, embriões de PIV e placentas de fetos produzidos por monta natural ou clonados tiveram seu RNA extraído. A partir do RNA extraído foi realizada a produção de cDNA para tentar o isolamento de fragmentos com similaridade ao gene descrito em murinos. Uma vez isolados, os fragmentos foram purificados ou clonados em plasmídeo. As amostras foram seqüenciadas e as seqüências obtidas foram avaliadas, editadas e comparadas a outras seqüências pelo programa BLAST. A expressão de proteína MHC-Ib foi verificada em embriões (D7) e nas amostras de placenta utilizando anticorpo monoclonal de camundongo anti-Qa-2 marcado com FITC. A seqüência consenso obtida produziu alinhamentos significantes com os genes do complexo Bola que faz parte do MHC classe I bovino. O alinhamento entre a seqüência consenso e as seqüências de Q7 (Ped) e HLA-G publicados anteriormente demonstrou poucas variações de nucleotídeos entre as seqüências. As amplificações de cDNA de embriões que atingiram o quarto ciclo celular em até 48 hpi (R8) e em 48-90 hpi (L8) e de embriões que atingiram o estádio de blastocisto expandido em 7 dias de cultivo (RR) e em 9 dias de cultivo (RL) mostraram que o fragmento cuja seqüência apresenta alta similaridade ao gene Ped, está presente em embriões RR e RL, mas não em embriões no estádio de 8 células. Em placentas, o resultado da PCR mostrou a amplificação de oito fragmentos em diferentes fases da gestação. O sequenciamento dos fragmentos gerou nove seqüências consenso similares ao gene Ped e também a seqüências obtidas a partir de embriões bovinos. O alinhamento das seqüências mostrou a existência de duas isoformas contendo edição alternativa no exon 2 ou no exon 3. O resultado indicou a existência de polimorfismo ou mais de um gene com alta similaridade ao gene Q7 sendo transcritos durante o período gestacional. A expressão de proteína MHC-Ib foi verificada na membrana de células do trofoblasto e da MCI de embriões e na porção materno fetal de placentas, com uma maior expressão na porção fetal. Placentas oriundas de fetos clonados apresentam maior fluorescência comparada àquelas oriundas de monta natural. Este trabalho identificou, em embriões bovinos, um possível gene homólogo ao Ped murino e a expressão de proteína semelhante àquela codificada por este gene e conclui que existem vários transcritos com similaridade ao gene Q7 sendo expressos na região materno-fetal da placenta, durante a gestação em bovinos, assim como nos embriões / The aim of the present work was to identify bovine MHC class I genes similar to the murine Ped gene expressing during embryonic development and pregnancy. Bovine in vitro produced embryos and placentas obtained from natural mating or cloning-derived fetuses had their RNA extracted. cDNA was synthesized to isolate fragments showing similarity with the gene described in mice. Once isolated the fragments were purified or cloned into plasmids. The samples were sequenced and obtained sequences edited and compared to other sequences by means of the BLAST software. The expression of MHC-Ib protein was evaluated in embryos (D7) and in placentas using a FITC conjugated mouse monoclonal antibody anti-Qa-2. The consensus sequence amplified from blastocyst cDNA produced significant alignments with genes of the Bola complex, which is part of the bovine MHC class I. The alignment between the consensus sequence and the previously published Q7 and HLA-G sequences demonstrated little nucleotide variations among the sequences. The cDNA amplifications of embryos at the fourth cellular cicle in 48hpi (F8); 48-90hpi (S8) and embryos that reached blastocyst expanded stage in 7 days (FF); in 9 days (FS) showed that the Ped candidate gene is present in FF and FS but not in 8-cell embryos. In placentas, the PCR resulted in amplification of eight fragments at different pregnancy stages. Sequencing of the fragments generated nine consensus sequences, similar to the Ped gene and also to sequences obtained from bovine embryos. The alignment of the sequences showed the existence of two isoforms containing an alternative splicing on exon 2 or 3. This result indicates the existence of polymorphisms or that more than one gene with high similarity to the Q7 gene are transcribed during pregnancy. Expression of MHC-Ib protein was verified in trophoblast membrane and embryos inner cell mass cells and in the maternal-fetal portion in placentas, with a greater expression in the fetal portion. Cloned fetuses placentas presented grater fluorescence compared to natural mated. Overall this work identified in bovine embryos a possible gene homologous to the murine Ped and the expression of protein similar to that coded by this gene and concluded that there are many transcripts similar to the Q7 gene being expressed in the maternal-fetal region of the placenta during pregnancy in bovine and such as in embryos

MHC genes encode proteins that are responsible for the recognition of foreign antigens and the triggering of a subsequent, adequate immune response of the organism. Thus they hold a key position in the immune system of vertebrates. It is believed that the extraordinary genetic diversity of MHC genes is shaped by adaptive selectional processes in response to the reoccurring adaptations of parasites and pathogens. A large number of MHC studies were performed in a wide range of wildlife species aiming to understand the role of immune gene diversity in parasite resistance under natural selection conditions. Methodically, most of this work with very few exceptions has focussed only upon the structural, i.e. sequence diversity of regions responsible for antigen binding and presentation. Most of these studies found evidence that MHC gene variation did indeed underlie adaptive processes and that an individual’s allelic diversity explains parasite and pathogen resistance to a large extent. Nevertheless, our understanding of the effective mechanisms is incomplete. A neglected, but potentially highly relevant component concerns the transcriptional differences of MHC alleles. Indeed, differences in the expression levels MHC alleles and their potential functional importance have remained unstudied. The idea that also transcriptional differences might play an important role relies on the fact that lower MHC gene expression is tantamount with reduced induction of CD4+ T helper cells and thus with a reduced immune response. Hence, I studied the expression of MHC genes and of immune regulative cytokines as additional factors to reveal the functional importance of MHC diversity in two free-ranging rodent species (Delomys sublineatus, Apodemus flavicollis) in association with their gastrointestinal helminths under natural selection conditions. I established the method of relative quantification of mRNA on liver and spleen samples of both species in our laboratory. As there was no available information on nucleic sequences of potential reference genes in both species, PCR primer systems that were established in laboratory mice have to be tested and adapted for both non-model organisms. In the due course, sets of stable reference genes for both species were found and thus the preconditions for reliable measurements of mRNA levels established. For D. sublineatus it could be demonstrated that helminth infection elicits aspects of a typical Th2 immune response. Whereas mRNA levels of the cytokine interleukin Il4 increased with infection intensity by strongyle nematodes neither MHC nor cytokine expression played a significant role in D. sublineatus. For A. flavicollis I found a negative association between the parasitic nematode Heligmosomoides polygyrus and hepatic MHC mRNA levels. As a lower MHC expression entails a lower immune response, this could be evidence for an immune evasive strategy of the nematode, as it has been suggested for many micro-parasites. This implies that H. polygyrus is capable to interfere actively with the MHC transcription. Indeed, this parasite species has long been suspected to be immunosuppressive, e.g. by induction of regulatory T-helper cells that respond with a higher interleukin Il10 and tumor necrosis factor Tgfb production. Both cytokines in turn cause an abated MHC expression. By disabling recognition by the MHC molecule H. polygyrus might be able to prevent an activation of the immune system. Indeed, I found a strong tendency in animals carrying the allele Apfl-DRB*23 to have an increased infection intensity with H. polygyrus. Furthermore, I found positive and negative associations between specific MHC alleles and other helminth species, as well as typical signs of positive selection acting on the nucleic sequences of the MHC. The latter was evident by an elevated rate of non-synonymous to synonymous substitutions in the MHC sequences of exon 2 encoding the functionally important antigen binding sites whereas the first and third exons of the MHC DRB gene were highly conserved. In conclusion, the studies in this thesis demonstrate that valid procedures to quantify expression of immune relevant genes are also feasible in non-model wildlife organisms. In addition to structural MHC diversity, also MHC gene expression should be considered to obtain a more complete picture on host-pathogen coevolutionary selection processes. This is especially true if parasites are able to interfere with systemic MHC expression. In this case advantageous or disadvantageous effects of allelic binding motifs are abated. The studies could not define the role of MHC gene expression in antagonistic coevolution as such but the results suggest that it depends strongly on the specific parasite species that is involved. / Die Hauptaufgabe von MHC-kodierten Proteinen ist die Erkennung von körperfremden Molekülen sowie das Einleiten einer adäquaten Immunantwort, womit sie eine Schlüsselrolle im Immunsystem der Wirbeltiere einnehmen. Man nimmt an, dass ihre außergewöhnliche Vielfalt eine Antwort auf die sich ständig anpassenden Parasiten und Krankheitserreger ist, durch adaptive Selektion erhalten wird und dass die individuelle Allelausstattung einen Großteil der Parasitenbelastung erklärt, wofür bereits zahlreiche MHC-Studien Hinweise gefunden haben. Trotzdem ist unser Verständnis über die wirkenden Mechanismen teilweise noch lückenhaft. Ein stark vernachlässigter Aspekt hierbei sind z.B. eventuelle Unterschiede in der Genexpression der MHC-Allele und eine geringere Expression wäre gleichbedeutend mit einer geringeren Aktivierung des Immunsystems. Ich habe hierzu zwei frei lebende Kleinsäugerarten (Delomys sublineatus, Apodemus flavicollis) unter natürlichen Selektionsbedingungen untersucht. Dabei habe ich neben der genotypischen Diversität von MHC-Genen auch deren Expression, sowie die Genexpression immunregulativer Zytokine mit in Betracht gezogen und in Relation zur individuellen Belastung mit gastrointestinalen Helminthen gesetzt. Anhand von Leber und Milzproben beider Arten habe ich die Methode der ‚real-time PCR‘ zur relativen Quantifizierung von mRNA im Labor etabliert. Bereits für die Labormaus etablierte PCR-Primersysteme wurden an beiden Arten getestet und so konnten stabile Referenzgene gefunden werden, die Grundvoraussetzung für zuverlässige Genexpressionsmessungen. Für D. sublineatus konnte gezeigt werden, dass Helminthenbefall eine typische Th2 Immunantwort induziert, und dass der Zytokin Il4 Gehalt mit Befallsintensität strongyler Nematoden zunimmt. Es wurde für D. sublineatus kein signifikanter Zusammenhang zwischen MHC Expression oder anderen Zytokinen mit Helminthenbefall gefunden. In A. flavicollis wurde ein negativer Zusammenhang zwischen haptischer MHC-Expression und dem parasitären Nematoden Heligmosomoides polygyrus festgestellt, was auf eine Immunvermeidungsstrategie des Nematoden hindeutet. Ich fand typische positive und negative Assoziationen zwischen MHC-Allelen und anderen Helminthenarten, sowie Zeichen eines positiven Selektionsdruckes auf den MHC-Sequenzen, was sich durch eine erhöhte Rate aminosäureverändernder Mutationen zeigte. Diese nicht-synonymen Veränderungen waren auf Positionen innerhalb des zweiten Exons des DRB-Genes beschränkt, wohingegen die untersuchten Bereiche des ersten und dritten Exons stark konserviert vorlagen. Diese variablen Positionen kodieren Schlüsselstellen im Bereich der Antigenbindungsstelle im MHC Molekül. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass Genexpressionsstudien auch an Wildtieren durchgeführt und verlässliche Daten erzeugt werden können. Zusätzlich zur strukturellen Vielfalt sollten zukünftig auch mögliche Genexpressionsunterschiede bei MHC-Studien berücksichtigt werden, um ein kompletteres Bild der koevolutiven Wirt-Parasiten-Beziehungen zeichnen zu können. Dies ist vor allem dann von evolutiver Bedeutung, wenn die Parasiten in der Lage sind die MHC Expression aktiv zu beeinflussen. Die Studien konnten nicht die exakte Bedeutung von MHC-Genexpression in der antagonistischen Koevolution definieren, aber sie konnten zeigen dass diese Bedeutung stark von den jeweils beteiligten Partnern abzuhängen vermag.

Les cellules cancéreuses utilisent une glycolyse anaérobie pour générer l'ATP au lieu de la phosphorylation oxydative. Cette spécificité métabolique offre certains avantages aux cellules cancéreuses: une prolifération rapide et une évasion immune qui implique la sous-régulation de l'expression du CMH-I à la surface des cellules, phénomène lié au changement métabolique. Dans nos expériences, nous forçons les cellules leucémiques à produire de l'énergie par phosphorylation oxydative en les incubant avec de la glutamine comme source d'énergie en absence de glucose. La respiration ainsi forcée induit une augmentation de la transcription et de l'expression du CMH-I. Ce changement de métabolisme induit aussi une augmentation de l'expression de MAPK ERK5 et son accumulation dans les mitochondries. ERK5 intervient dans les changements de l'expression du CMH-I et du métabolisme. La sur-régulation du CMH-I induite par la respiration est bloquée dans les cellules leucémiques exprimant le shRNA shERK5. ERK5 régule la transcription de l'histone désacétylase de classe III Sirtuin 1 par l'activation de sa cible MEF2, ayant pour conséquence la liaison de MEF2 au promoteur de SIRT1. La régulation transcriptionnelle de SIRT1 induite par ERK5 intervient dans la réponse antioxydante des cellules leucémiques, et la sous-régulation d'ERK5 affecte cette réponse antioxydante. L'augmentation du métabolisme de la glutamine observée dans les cellules leucémiques est initiée par la glutaminase (GLS), enzyme qui est le facteur limitant de la vitesse du métabolisme de la glutamine. miR-23a cible l'ARN messager de GLS et inhibe l'expression de GLS. Le milieu glutamine induit la translocation de p65 dans le noyau, qui mène à une augmentation de l'activité transcriptionnelle de p65. NF-KB p65 inhibe l'expression de miR-23a en amenant HDAC4 sur le promoteur de miR-23a. Cela permet aux cellules leucémiques d'augmenter l'utilisation de la glutamine en tant que source alternative de carbone. Ainsi, la respiration forcée dans les cellules leucémiques contrôle l'expression du CMH-I, la réponse antioxydante et facilite la prolifération tumorale. / Cancer cells have anaerobic-like glycolysis to generate ATPs instead of oxidative phosphorylation. This specific metabolism provides advantages to cancer cells: rapid growth and immune evasion, which involves downregulation of MHC-I at the cell surface and it is linked to metabolic change. In our experiments, we force leukemic cells to produce energy by oxidative phosphorylation by incubating them with glutamine as an energy source in the absence of glucose. The forced respiration increases MHC-I transcription and protein level. This change of metabolism also leads to increase MAPK ERK5 expression and accumulation in mitochondria. ERK5 mediates changes in both MHC-I and metabolism. The respiration-induced upregulation of MHC-I is blocked in leukemic cells stably expressing short hairpin ERK5 (shERK5). ERK5 transcriptionally regulates the class III histone deacetylase Sirtuin 1 through activation of its target MEF2 and subsequently MEF2 binding to SIRT1 promoter. The ERK5-induced transcriptional regulation of SIRT1 mediates the antioxidant response in leukemic cells and downregulation of ERK5 impairs the antioxidant response. The increased glutamine metabolism found in leukemic cells is initiated by glutaminase (GLS), a rate limiting enzyme for glutamine metabolism. miR-23a targets GLS mRNA and inhibits GLS expression. The glutamine medium induces p65 translocation to the nucleus that leads to increase p65 transcriptional activity. NF-KB p65 inhibits miR-23a expression by bringing HDAC4 to the miR-23a promoter. This allows leukemic cells to increase the use of glutamine as an alternative source of carbon. Thus, forcing respiration in leukemic cells controls MHC-I expression, antioxidant response and facilitate tumor growth.

O presente estudo aborda dois temas principais: a) história demográfica das populações nativas do continente americano e b) como a história demográfica e seletiva molda a diversidade e diferenciação dos genes HLA nessas populações. As populações ameríndias apresentam uma história evolutiva peculiar, com padrões demográficos distintos das outras populações do mundo. Estudos anteriores sugerem que elas possuem: a) baixa diversidade genética e alta diversidade inter-populacional em relação às demais populações do planeta; b) um gradiente de diminuição de diversidade no sentido norte-sul do continente americano; c) altos níveis de variabilidade intra-populacional e baixos níveis de variabilidade genética inter-populacional nas populações que vivem na região oeste da América do Sul, em comparação às populações do leste. Contudo, esses achados são baseados em estudos que apresentam uma deficiência amostral para populações ameríndias das terras do baixo rio Amazonas. No presente estudo nós suprimos essa deficiência ao analisar 11 populações das terras baixas do rio Amazonas e 3 populações do centro-sul do Brasil. Constatamos que: a) as populações do leste e oeste da América do Sul são altamente diferenciadas, corroborando estudos anteriores; b) a diferenciação entre as populações do leste da América do Sul é maior que entre as populações do oeste (região andina e noroeste da América do Sul) em acordo com estudos anteriores; c) a maior diferenciação entre as populações do leste da América do Sul é causada por grupos específicos (Arara do Iriri, Araweté, Surui e Ticuna Tarapaca), que apresentam histórias evolutivas peculiares; d) análises excluindo essas populações mostram que para o conjunto restante de populações, o nível de diferenciação das regiões do leste é similar ao encontrado para a diferenciação na região noroeste do continente sul americano; e) o leste da América do Sul é dividido em dois grupos populacionais distintos (oeste da Amazônia e leste da Amazônia/Centro-Sul do leste da América do Sul) e com diferente ancestralidade genética (o oeste da Amazônia com maior componente genético do Noroeste da América do Sul e o leste da Amazônia/Centro-Sul com maior componente Andino), em acordo com o modelo de rotas migratórias proposto por SCHMITZ, 1983 O perfil da variabilidade genética dos genes HLA nas populações nativas da América (com grande número de alelos e alguns com frequência muito distinta de outras regiões do mundo) diferem dos demais genes até então analisados nessas populações. Os genes HLA, localizados na região do MHC, estão envolvidos na resposta imune adaptativa e tem como função apresentar peptídeos na superfície celular. Diversos estudos mostram que os genes HLA estão evoluindo sob regime de seleção balanceadora. No presente estudo investigamos as contribuições da história demográfica e seletiva para moldar a variabilidade genética nas regiões adjacentes aos genes HLA em populações nativo-americanas. Para tanto, comparamos o perfil de 16 microssatélites na região do MHC com 61 microssatélites espalhados pelo genoma (controle demográfico) em 28 populações ameríndias, 1 africana e 1 europeia. Verificamos que: a) os microssatélites da região do MHC apresentam alto nível de desequilíbrio de ligação entre si; b) apresentam maior diferenciação inter-populacional do que os microssatélites espalhados pelo genoma. Este sinal é oposto ao que esperávamos verificar para genes evoluindo sob seleção balanceadora. Estudos anteriores mostram que mesmo populações que são compostas por conjuntos de alelos HLA distintos apresentam baixos níveis de diferenciação. Sugerimos que a seleção poderia estar favorecendo alelo (ou conjunto de alelos) específico em diferentes regiões geográficas, e que como os índices de diferenciação populacional como o FST estimam a variância das frequências alélicas, ele seria \"cego\" para a diferença na composição alélica das populações. Como estudo de caso analisamos o gene HLA-B, que, nas populações nativas da América, apresenta um conjunto composto por alelo endêmico e por alelos que ocorrem em alta frequência no continente americano e em baixa frequência fora dele. Com intuito de verificar se há sinais de seleção nas regiões adjacentes a este gene, analisamos seis microssatélites flanqueadores a ele em 28 populações nativas. Estimamos a heterozigose dos microssatélites associada a um determinado alelo de HLA-B bem como o grau de associação dos alelos de microssatélites com as linhagens e os alelos de HLA-B. As análises mostram que: a) de modo geral, a heterozigose associada aos alelos endêmicos é semelhante à observada em alelos cosmopolitas (com exceção dos alelos HLA-B*3909 e B*3543); b) a diferenciação observada a partir dos microssatélites adjacentes é maior entre as linhagens de HLA-B do que dentro das linhagens; c) haplótipos específicos de microssatélites apresentam forte associação com as linhagens de HLA-B. Esses resultados são surpreendentes visto que as linhagens de HLA-B já existiam antes mesmo da especiação humana. Sugerimos que a baixa heterozigose associada às linhagens pode estar relacionada a dois fatores: a) o gargalo populacional ocorrido durante a entrada do homem moderno no continente americano; b) seleção atuando no favorecimento não apenas os alelos mais também as linhagens de HLA-B. Desta forma concluímos que apesar da intensa história demográfica, as populações ameríndias apresentam sinais da atuação de forças seletivas na região do MHC / The present study addresses two main themes: a) demographic history of the Native American populations and b) how the demographic and selective history shapes the diversity and differentiation of the HLA genes on those populations. The Native American populations present a peculiar evolutive history, with demographic pattern that are distinct from other populations in the world. Previous studies suggest that they have: a) low genetic diversity and high inter-populational diversity compared to the other world populations; b) a diversity decreasing gradient on the north-south direction of the American continent; c) high levels of genetic variability between populations that live in the western South American region, compared with the eastern ones. However, these findings are based on studies that present a sampling deficiency for the Amerindian populations located on the Amazon River lowlands. On the present study we suppress this deficiency by analyzing 11 populations of the Amazon River lowlands and 3 populations of the Brazilian South-Center. We have observed that: a) the populations of the East and West of the South America are highly differentiated, in accordance with previous studies; b) the differentiation among the Eastern South America is greater than among the Western ones (Andean region and Northwestern South America) agreeing with previous studies; c) the larger differentiation among the Eastern South American populations is caused by specific groups (Ache, Arara do Iriri, Araweté, Suruí and Ticuna Tarapaca), which present peculiar evolutive histories; d) analysis that exclude these high differentiation level populations shows that for the remaining group, the differentiation level of the Eastern regions is similar to the differentiation levels found on the Western regions of the South American continent, corroborating the morphological studies; e) the east of the South America is divided in two distinct populational groups (Amazon Southwest and the Amazon East/South Central of South America) and with different genetic ancestry (the Amazon West with greater genetic component form the Northwestern South America and the Amazon East/South Central with greater Andean genetic component), agreeing with the migration routes model proposed by SCHMITZ, 1983. The HLA genes, located on the MHC region, are involved on the adaptative immune response and have the function of presenting peptides on the cellular surface. Various studies show that the HLA genes are evolving under balancing selection. The genetic variability profile of the HLA genes on the Native American populations (with great number of alleles and some with a frequency very distinct from other world regions) differs from the other genes so far analyzed in these population. On the present study we investigate the contributions of the demographic history on shaping the genetic variability of the regions adjacent to the HLA genes on Native-American populations. To accomplish that, we compared the profile of 16 microsatellites of the MHC region with 61 microsatellites spread through the genome (demographic control) in 28 Native American populations, 1 African population (Ovimbundu) and 1 European population (Portuguese). We observed that: a) the microsatellites of the MHC region present a high linkage disequilibrium among themselves, corroborating previous studies; b) present higher inter-populational differentiation than the microsatellites spread through the genome. This signal is opposed to the ones we expected from genes that are evolving under balancing selection. Previous studies show that even populations composed by groups of distinct HLA alleles present low levels of differentiation. We suggest that the selection could be favoring specific allele (or allele group) in different geographic regions, and since the populational differentiation indexes such as FST estimate the variance of the allelic frequencies, it would be \"blind\" to the difference on the allelic composition of the populations. As a case study, e investigate the HLA-B gene, which, in the American native populations, present a group composed by endemic allele and alleles that occur in high frequency on the American continent and in low frequency outside of it. With the intention of verifying if there are signs of selection on the regions adjacent to this gene, we have analyzes 6 microsatellites flanking to the HLA-B in 28 native populations. We estimated the heterozygosis of the microsatellites associated to a determined HLA-B allele as well as the degree of association of the microsatellite alleles with the HLA-B lineage and alleles. The analysis showed that: a) in general, the heterozygosis associated to the endemic alleles is similar to the one observed in cosmopolitan alleles (with exception of the HLA-B∗3909 and B∗3543); b) the differentiation observed from the adjacent microsatellites is greater between the HLA-B lineages than inside the lineages; c) specific microsatellites haplotypes present strong association with the HLA-B lineages. These results are surprising since the HLA-B lineages have existed even before the human speciation. We suggest that the low heterozygosis associated to the lineages could be related to two factors: a) the populational bottleneck occurred during the modern human entrence on the American continent; b)selection acting on the favoring, not only of the alleles, but also on the HLA-B lineages. In conclusion, despite the intense demographic history, the Native American populations present signs of selective forces acting on the MHC region

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Biomedical research have been revolutionized by recent technological advances, both in the fields of molecular biology and computer science, turning the biomolecular and genetic research into “big data science”. One of the main objectives have been to improve our understanding of complex human diseases. Among those diseases, multiple sclerosis (MS) is considered as one of the most common. MS is a chronic autoimmune disease that cause inflammation and damage to the central nervous system. In this study, a set of bioinformatics analyses have been conducted on SNP data, as an initial step to gain more information prior to an upcoming genotyping project. The results showed extensive regulatory properties for the 761 selected SNPs, which is consistent with current scientific knowledge, and also identified another 332 SNPs in linkage to these. However, during the study some issues have also been identified, which need to be addressed going forward.