A área tegmental ventral (VTA) contém neurônios dopaminérgicos do grupamento A10 e envia projeções muito densas para o estriado ventral. Esta circuitaria está crucialmente envolvida em mecanismos de recompensa. Recentemente, a organização destas projeções foi reexaminada por Ikemoto S. (Brain Res. Rev., 56:27-78, 2007), em um estudo de rastreamento retrógrado minucioso, sendo proposto a subdivisão destas projeções em um sistema dopaminérgico mesoestriatal ventromedial que inerva a concha medial do accumbens e o tubérculo olfatório medial, e um sistema dopaminérgico mesoestriatal ventrolateral que inerva o cerne e a concha lateral do accumbens e o tubéculo olfatório lateral. Afim de complementar o conhecimento destas projeções, no presente estudo elas foram examinadas com a técnica anterógrada da leucoaglutinina do Phaseolus vulgaris. Nossos resultados indicam que há um extenso embricamento dos campos terminais estriatais inervados por diferentes setores/núcleos da VTA e reforçam a noção de que as eferências da VTA podem ser subdivididas em um sistema mesoestriatal ventromedial e um sistema mesoestriatal ventrolateral. Eles revelam ainda que as projeções da VTA para o estriado ventral têm uma organização topográfica médio-lateral mais complexa do que previamente reconhecido, a faixa médio-lateral do estriado ventral inervada depende de uma combinação da região médio-lateral e dorsoventral da VTA. Assim, as regiões mais ventrais e mediais da VTA (correspondendo ao núcleo interfascicular) inervam os distritos mais mediais do estriado ventral (a concha dorsomedial do accumbens e a extremidade medial do tubérculo olfatório), e as regiões mais dorsais e laterais da VTA (correspondendo à região dorsolateral do núcleo parabraquial pigmentoso) se projetam para os distritos mais laterais do estriado ventral (o cerne lateral e a concha lateral do accumbens, o caudado-putâmen ventral e o tubérculo olfatório lateral). Por outro lado, as projeções da VTA para o estriado ventral não possuem uma organização topográfica rostrocaudal. Outro fato a ser destacado é que a organização das projeções mesoestriatais da VTA lembra o padrão das projeções córticoestriatais, sendo observado no estriado, além de um campo terminal principal, pequenos focos isolados de marcação. / The ventral tegmental area (VTA) contains dopaminergic neurons of the A10 group and sends dense projections to the ventral striatum. This circuitry is critically involved in reward mechanisms. Recently, the organization of these projections was reexamined by Ikemoto S. (Brain Res. Rev., 56:27-78, 2007) in a detailed retrograde tracing study, being proposed that these projections can be subdivided into two main systems, a ventromedial mesostriatal dopaminergic system that innervates the medial shell of the accumbens and medial olfactory tubercle, and a ventrolateral mesostriatal dopaminergic system that targets the core and lateral shell of the accumbens and lateral olfactory tubercle. In order to complement these data, in the present study the VTA mesostriatal projections were examined with a sensitive anterograde tracing technique using the Phaseolus vulgaris leucoaglutinin. Our results indicate that there is an extensive overlap of terminal fields innervated by different sectors / nuclei of the VTA and reinforce the notion that VTA efferents can be subdivided into a ventromedial and a ventrolateral mesostriatal system. They also show that the VTA projections to the ventral striatum have a mediolateral topographical organization more complex than previously acknowledged. In fact, projections along the mediolateral dimension of the ventral striatum depends on a combination of the mediolateral and dorsoventral axis of the VTA. In other words, the most ventral and medial parts of the VTA (corresponding to the interfascicular nucleus) innervates the most medial districts of the ventral striatum (corresponding to the dorsomedial shell of the accumbens and medial tip of the olfactory tubercle), and the most dorsal and lateral parts of the VTA (corresponding to the dorsolateral region of the parabrachial pigmented nucleus) project to the most lateral districts of the ventral striatum (lateral core and lateral shell of the accumbens, ventral caudate-putamen and lateral olfactory tubercle). Moreover, VTA projections to the ventral striatum do not seem to have a rostrocaudal topographical organization. It is also of note that the organization of the VTA mesostriatal projections shares features with cortico-striatal projections, in the sense that both fiber systems have a main terminal field and also give rise to small, scattered isolated foci of terminal labeling.

Odorantes são detectados por centenas de receptores olfatórios (ORs) que pertencem à superfamília dos receptores acoplados à proteína G. Estes receptores são expressos nos neurônios sensoriais olfatórios localizados na cavidade nasal. Cada neurônio sensorial olfatório expressa um único alelo de gene OR de uma grande família de genes OR. Este padrão característico da expressão de genes OR resulta na formação de um mapa olfatório espacial no bulbo olfatório, que é necessário para a discriminação de odorantes pelo sistema olfatório. Os mecanismos envolvidos nesta regulação ainda não são bem conhecidos. O DNA genômico em neurônios olfatórios é coberto com marcas repressivas de metilação de histonas, indicando que a regulação da estrutura da cromatina deve desempenhar um papel importante na regulação da expressão de genes OR. Trabalhos anteriores demonstraram que RNAs não codificadores (ncRNAs) estão envolvidos na deposição de marcas de histonas em determinados genes. No entanto, os ncRNAs expressos no epitélio olfatório ainda não são conhecidos. Neste trabalho, identificamos e catalogamos o repertório completo de ncRNAs anotados, incluindo os miRNAs, expressos no epitélio olfatório de camundongos recémnascidos e adultos. Muitos destes, apesar de já anotados como ncRNAs, ainda não foram descritos na literatura como expressos no MOE. Identificamos ao todo 1161 miRNAs e 295 lincRNAs expressos no epitélio olfatório, e pudemos verificar como os níveis de expressão destes RNAs variam durante o desenvolvimento. A partir deste repertório, selecionamos lincRNAs que são preferencialmente expressos no epitélio olfatório quando comparados a outros tecidos de camundongo. Dez destes lincRNAs foram selecionados para validação utilizando-se RT-PCR. Cinco lincRNAs foram validados e analisados quanto à sua expressão em diferentes tecidos. Nosso trabalho estabelece uma plataforma de dados que permitirá o estudo do papel desempenhado por ncRNAs no epitélio olfatório. Além disto, os nossos resultados mostram que a abordagem utilizada permite a identificação de novos lincRNAs que apresentam expressão restrita ou preferencial no epitélio olfatório, e que, portanto, devem apresentar uma função relevante para o olfato. / Odorants are detected by hundreds of odorant receptors (ORs) which belong to the superfamily of G protein-coupled receptors. These receptors are expressed in the olfactory sensory neurons of the nose. Each olfactory sensory neuron expresses one single OR gene allele from a large family of OR genes. This characteristic pattern of OR gene expression results in the formation of a spatial olfactory map in the olfactory bulb, which is required for odorant discrimination by the olfactory system. The mechanisms involved in this regulation are unknown. OR genomic DNA in olfactory neurons is covered with repressive histone methylation marks, indicating that the chromatin structure should play an important role in the regulation of OR gene expression. Previous studies suggest that noncoding RNAs (ncRNAs) are involved in the deposition of histone marks in certain genes. However, the ncRNAs expressed in the olfactory epithelium are completely unknown. In this work, we used RNA-seq to identify and catalogue the complete repertoire of ncRNAs, including miRNAs, expressed in the olfactory epithelium from newborn and adult mice. In this way, we were able to identify 1161 miRNAs and 295 lincRNAs and analyze how their levels of expression varies during development. Out of these repertoire, we selected lincRNAs that are preferentially expressed in the olfactory epithelium when compared to other mouse tissues. Ten out of these lincRNAs were selected for validation by using RTPCR, and five of them could be validated and further analyzed. Our work establishes a data platform which will enable the study of the role played by ncRNAs in the olfactory epithelium. In addition, our results show that our approach can be successfully used to identify ncRNAs that are restrictedly or preferentially expressed in the olfactory epithelium, and which therefore must be relevant for olfaction.

O sistema da procineticina desempenha um papel importante na migração dos neurônios secretores de GnRH e na neurogênese do bulbo olfatório. Camundongos com ablação dos genes que codificam a procineticina 2 (PROK2) e seu receptor (PROKR2) apresentaram fenótipos semelhantes ao da síndrome de Kallmann descrita em humanos. Mutações inativadoras nos genes PROK2 e PROKR2 foram identificadas em pacientes com hipogonadismo hipogonadotrófico isolado. Com base nestes achados, investigamos a presença de alterações estruturais nos genes PROK2 e PROKR2 em 107 pacientes brasileiros (63 com síndrome de Kallmann e 47 com hipogonadismo hipogonadotrófico isolado normósmico). Cem indivíduos brasileiros que relataram desenvolvimento puberal normal foram utilizados como grupo controle. As regiões codificadoras dos genes PROK2 e PROKR2 foram amplificadas utilizando-se oligonucleotídeos intrônicos específicos, seguida de purificação enzimática e sequenciamento automático. Duas mutações no gene PROK2 foram identificadas: a mutação p.G100fsX121 em homozigose presente em dois irmãos com síndrome de Kallmann; e a mutação p.I55fsX56 em heterozigose identiificada em um paciente com HHIn. Quatro mutações foram identificadas no gene PROKR2 (p.R80C, p.Y140X, p.L173R e p.R268C) em cinco pacientes com síndrome de Kallmann e um paciente com HHIn. Essas mutações não foram encontradas no grupo controle. As mutações do tipo missense, p.R80C, p.L173R e p.R268C foram identificadas em heterozigose. Mutações nos genes FGFR1, GnRHR, KiSS-1 e GPR54 foram excluídas nesses pacientes. O paciente portador da mutação p.R268C do PROKR2 apresentou deleção dos exons 1 e 2 do gene KAL1. Adicionalmente, as mutações p.R80C e p.R268C foram identificadas em heterozigose em parentes de primeiro grau assintomáticos dos casos índices. A nova mutação p.Y140X do PROKR2, única alteração em homozigose, foi identificada em um paciente com micropênis, criptorquidia bilateral, anosmia e palato ogival. Os pais deste paciente eram portadores da mutação p.Y140X em heterozigose e relataram desenvolvimento puberal normal e ausência de anormalidades olfatórias. Estudos in vitro da nova mutação p.R80C localizada na primeira alça intracelular demonstraram que o acúmulo de fofatidil-inositol (IP), assim como a ativação da via da MAPK foram significativamente afetadas em células transfectadas com o receptor mutado em relação ao receptor selvagem, indicando que a mutação p.R80C determina uma menor atividade do receptor. Avaliação da expressão por Western blot mostrou uma diminuição na expressão do receptor mutado R80C e uma maior expressão de receptores imaturos. Esses achados sugeriram o papel crítico da arginina localizada na posição 80 na atividade normal do receptor. Em conclusão, expandimos o repertório de mutações deletérias nos genes PROK2 e PROKR2 em pacientes com hipogonadismo hipogonadotrófico isolado. A haploinsuficiência do PROKR2 não foi suficiente para causar síndrome de Kallmann ou HHIn, entretanto mutações inativadoras em homozigose nos genes PROK2 e PROKR2 foram responsáveis pelo fenótipo reprodutivo e olfatório anormal, em concordância com os estudos prévios de ablação gênica em modelos animais. Arginina localizada na posição 80 do PROKR2 desempenha um papel crucial na adequada maturação do receptor / Physiological activation of the prokineticin pathway has a critical role in olfactory bulb morphogenesis and GnRH secretion. Knock-out mice for genes that encode prokineticin 2 (PROK2) and the prokineticin receptor 2 (PROKR2) exhibited a phenotype similar to the Kallmann syndrome (KS). Inactivating mutations in PROK2 and PROKR2 have been identified in patients with isolated hypogonadotropic hypogonadism. Based on these findings, we investigated the presence of inactivating mutations of the genes PROK2 and PROKR2 in Brazilian patients with isolated hypogonadotropic hypogonadism associated or not with olfactory abnormalities and performed in vitro studies of the new identified mutations. We studied 107 patients with HH (63 with Kallmann syndrome and 44 with normosmic HH) and 100 control individuals. The coding regions of PROK2 and PROKR2 were amplified by polymerase chain reaction followed by enzymatic purification and direct automatic sequencing. In PROK2, two known frameshift mutations were identified. Two brothers with Kallmann syndrome harbored the homozygous p.G100fsX121 mutation, whereas one male with normosmic HH harbored the heterozygous p.I55fsX56 mutation. In PROKR2, four distinct mutations (p.R80C, p.Y140X, p.L173R and p.R268C) were identified in five patients with Kallmann syndrome and in one patient with normosmic HH. These mutations were not found in the control group. The p.R80C and p.R268C missense mutations were identified in heterozygous state in the HH patients and in their asymptomatic first-degree relatives. The p.L173R was also identified in heterozygous state. In addition, no mutations of FGFR1, GnRHR, KiSS-1 or GPR54 were identified in these patients. The patient with the PROKR2 mutation p.R268C also has a deletion of the exon 1 and 2 in the gene KAL1. Notably, the new nonsense mutation (p.Y140X) was identified in homozygous state in an anosmic boy with micropenis, bilateral cryptorchidism and high-arched palate. His asymptomatic parents were heterozygous for this severe defect. In vitro studies of the new mutation, p.R80C, were performed in order to access the mechanism by which this mutation could affect the activity of the PROKR2. In vitro studies showed that the amount of fofatidil-inositol (PI) and the activation of MAPK were significantly lower in cells transfected with the R80C mutant receptor than in cells transfected with the wild receptor, indicating that this variant is a loss-of-function mutation. Binding studies and Western blot showed a reduction in the expression levels of the receptor in the plasma membrane and in whole cell, respectively. Additionally, Western blot analysis of R80C PROKR2 revealed an additional smaller molecular weight band that represents the presence of immature unglycosylated receptors. The arginine 80 in ICL1 is important for post-translational processing of PROKR2. In conclusion, we expanded the repertoire of PROK2 and PROKR2 mutations in patients with HH and showed that PROKR2 haploinsufficiency is not sufficient to cause Kallmann syndrome or normosmic HH, whereas homozygous loss-of-function mutations either in PROK2 or PROKR2 are sufficient to cause disease phenotype, in accordance with the Prokr2 and Prok2 knockout mouse models. In vitro studies suggested that the arginine located at position 80 of the receptor seems to play an important role in the receptor function

O sistema olfatório de mamíferos é capaz de detectar milhares de substâncias químicas diferentes, mesmo em baixas concentrações. Um odorante disperso no ar pode se ligar a um receptor olfatório (OR) iniciando o processo de detecção. Os ORs são membros da super família de receptores acoplados a proteína G (GPCRs). Apesar de a via de transdução de sinal de odorantes estar bem descrita, pouco se sabe sobre os seus moduladores. Em 2005, nosso laboratório identificou RIC-8B como um possível fator de troca de nucleotídeos de guanina (GEF) que poderia amplificar a atividade da proteína G olfatória (Golf). No presente trabalho mostramos que RIC-8B é capaz de interagir com Gγ13. Procurando os outros componentes desse complexo identificamos Gβ1 como sendo a subunidade Gβ mais expressa no epitélio olfatório. Além disso, RIC-8B, Gαolf, Gβ1 e Gγ13 encontram-se concentrados nos cílios dos neurônios olfatórios e se co-localizam nesse compartimento celular. Nossos experimentos de co-imunoprecipitação mostram que RIC-8B interage mais fortemente com Gαolf, na presença de GDP do que na presença de GTP, como esperado para uma GEF. Curiosamente quando Gβ1 e Gβ13 estão presentes, RIC-8B e Gαolf co-imunoprecipitam igual, independente do nucleotídeo de guanina utilizado. Apesar de, na presença de Gβ1 e Gγ13, não observarmos dissociação física de RIC-8B e Gαolf com a mudança do estado de ativação, o efeito de RIC-8B na produção de AMPc não é afetada. Também mostramos que a quantidade de Gαolf, Gβ1 e Gγ13 presentes na membrana celular aumenta quando estas são co-transfectadas com RIC-8B em células de mamíferos. Nossos resultados apontam para um papel duplo da RIC-8B. Primeiro, RIC-8B poderia funcionar como uma chaperona auxiliando na formação e transporte do complexo heterotrimérico, Golf, em neurônios olfatórios. Em segundo lugar, RIC-8B também atuaria como uma GEF sobre Gαolf, aumentando a produção de AMPc e portanto amplificando a via de transdução de sinal de odorantes. Por fim, acreditamos que um possível papel para Gβ1 e Gγ13 nesse complexo seria funcionar como um andaime molecular, aproximando RIC-8B de seu alvo, Gαolf, potencializando ainda mais a atividade de GEF. / The mammalian olfactory system detects small amounts of thousands of different chemical compounds. Odorant perception starts when an odorant in the air binds to an olfactory receptor (OR). ORs belong to the super family of G-protein coupled receptors (GPCRs). Even though the odorant signaling pathway is well known, little is known about its modulators. In 2005, our lab identified RIC-8B as a putative guanine nucleotide exchange factor (GEF) that is able to interact with the olfactory G-protein (Golf) and amplify its activity. Here we show that RIC-8B also interacts with Gγ13. We also found that Gβ1 is the Gβ subunit that is predominantly expressed in the olfactory epithelium. Furthermore, RIC-8B, Gαolf, Gβ1 and Gγ13 are highly concentrated in the cilia of olfactory neurons and co-localize in this cellular compartment. We also show that RIC-8B interaction with G&#945olf is stronger in the presence of GDP than GTP, as expected for a GEF. Curiously, in the presence of Gβ1 and Gγ13, RIC-8B and Gαolf remain associated, in the presence of both GDP or GTP, probably through an indirect interaction via Gβ1/Gγ13. We also showed that the amounts of Gαolf, Gβ1 and Gγ13 in the cell membrane increase if RIC-8B is cotransfected in the same cell. Our results suggest that RIC-8B plays two roles. First, it may act as a chaperone which assists in the assembly and trafficking of the G protein complex. Second, RIC-8B would also act as a GEF to increase Gαolf dependent cAMP production and thereby amplify odorant signal transduction. Lastly, we believe that Gβ1 and Gγ13 may act as a scaffold to position RIC-8B close to its target, Gαolf, further enhancing the GEF activity.

A sinalização da resposta Imune Inata exerce um papel fundamental na eliminação de patógenos bem como no recrutamento de progenitoras para recuperação de tecidos nervosos lesionados. Nossos estudos iniciais que buscavam a compreensão desta participação da atividade inflamatória na neurorregeneração e degenerção do OE constataram que a administração tópica de lipopolissacarídeo (LPS) gera perda de seus neurônios olfatórios (OSNs), enquanto que camundongos deficientes do gene Myd88 apresentam uma taxa de reposição neuronal pós-lesão mais elevada que a de selvagens e o uso consecutivo de DEX retarda a neurorregeneração olfatória em curto prazo. Prosseguimos agora no esclarecimento destes resultados em três vertentes: A primeira busca descrever as respostas do OE de animais selvagens e trangênicos Tlr4-/-, Myd88-/-, Ticam1-/-, Il1r1-/-, Casp1-/-/Casp4-/- e Casp1-/-/Casp4-/-/Casp4tg a estímulos inflamatórios provenientes de infusões intranasais de ligantes e citocinas recombinantes envolvidas na sinalização dos TLRs. Isto através de análises histológicas por marcação nuclear e análise da espessura e alterações anatômicas do OE, e da expressão de IL1b e Nf&#954bia por hibridização in situ (ISH), ou ainda pela contagem de suas células TUNEL-positivas pós-tratamento. Neste estudo propomos ainda um modelo de lesão para estudos de neurorregenereração através da análise por imunofluorescência (IF) de OSNs em função do tempo após uma infusão intranasal (IN) de LPS. A segunda analisa por microarranjos de oligonucleotídeos (microarray) as alterações de expressão gênicas associadas à ausência do gene Myd88 no OE pós-lesão seguida de análises histológicas de sua regeneração em camundongos com deleções em genes selecionados. Por fim o terceiro estudo investiga a degeneração e a neurorregeneração do OE sob o efeito do uso tópico consecutivo de DEX. O corticoide é co-aplicado topicamente com um insulto inflamatório para avaliar o seu efeito preventivo e consecutivamente por três dias em dois modelos de lesão para avaliar sua interferência na neurorregeneração 14 dias após o tratamento. Foram realizadas IF para quantificação dos volumes neuronais, espessura do OE, proliferação celular, síntese proteica e morte celular por TUNEL. O uso tópico de LPS promove a degeneração do OE via TLR4 a partir de regiões com expressão de Il1b e Nf&#954bia e número de células TUNEL elevada. Este efeito é via MyD88-dependente sem a participação da TRIF-dependente. O gene Myd88 é tão crucial nesta degeneração do epitélio quanto na gerada por rmIL-1β e rmTNFα. Sua ausência não promove citoproteção contra o gás NO. Possivelmente, CASP1 e IL-1R estejam também envolvidos. O modelo de lesão imunológica para estudos de neurorregeneração é rápido e eficaz. A ausência do gene Myd88 acompanha uma redução na expressão da enzima degradadora de insulina (IDE) no OE pós-lesão. Camundongos que não a expressam apresentam uma reposição celular do epitélio mais rápida. A co-IN de DEX com LPS impede a degeneração do OE. 10µl deste corticoide a 40ng/µl administrada por IN não é tóxica a este epitélio, porém seu uso consecutivo em curto prazo promove aberrações anatômicas nos modelos de lesão imunológica, além de interferir na sua dinâmica de reposição neural, elevação da taxa de síntese proteica e proliferação celular, sem alterar a diferenciação, após lesão induzida por metimazol. / The innate immune response signaling plays a key role in the elimination of pathogens and in the recruitment of new cells to recover the injured nervous tissues. Our preliminary studies on the roles of the inflammatory activity in OE degeneration and neuroregeneration process showed that the topical administration of lipopolysaccharide (LPS) generates the loss of olfactory sensorial neurons (OSNs), Myd88 gene-deficient mice exhibit a higher neuronal replacement rate after injury than wild-type mice, and that the consecutive use of DEX provokes retarding olfactory neuroregeneration over the short term. We seek now to clarify these results in three ways: The first describes the OE response in wild-type animals Tlr4-/-, Myd88-/-, Ticam1-/-, Il1r1-/-, Casp1-/-/Casp4-/- and Casp1-/-/Casp4-/-/Casp4tg animals to inflammation through the intranasal infusion (IN) of ligands and cytokines associated with Toll-Like Receptors (TLR) signaling. This was acomplished through histological analysis of the thickness and anatomical changes in DAPI stained OE, Il1b and Nfκbia expression analysis by in situ hybridization (ISH), and TUNEL-positive cells counting after treatment. In this study we propose an inflammatory lesion for neuroregeneration studies using immunofluorescence (IF) analysis of the OE in function of time after the intranasal infusion of LPS. The second part analyzes the Myd88 gene loss in the OE gene expression of after a lesion using microarray. This is followed by the histological analysis of regeneration using IF in transgenic mice with the deletion of specific genes (microarray versus literature review). Finally, the third study evaluates the OE degeneration and neuroregeneration under the influence of consecutive topical use of the DEX. The corticosteroid is co-administered with the inflammatory stimulus in order to evaluate its protective effect and consecutively for three days in two models of lesion to assess their influence on neuroregeneration 14 days after treatment. The IF analysis was performed in order to quantify the neuronal volumes, the thickness of the OE, cell proliferation, protein synthesis (by incorporation the identification of puromycin) and cell death by TUNEL. The topical use of LPS promotes the degeneration of OE by TLR4 from sites that feature an overexpression of Il1b and Nfκbia and a high number of TUNEL-positive cells. This effect is MyD88-dependent. The Myd88 gene is as crucial in this degeneration of the epithelium as in those generated by rmIL-1β and rmTNFα. Their absence does not promote cytoprotection against the cytotoxic gas nitric oxide (NO). It is possiby that CASP1 and IL-1R are also involved. The immunologic lesion model for neuroregeneration studies is fast and effective. The absence of Myd88 gene reduces the expression of insulin-degrading enzyme (IDE) in the post-lesion OE. Mice without this enzyme show a rapid cellular restoration in the epithelium. The Co-IN of DEX with LPS prevents the degeneration EO. The doses adopted by us are nontoxic; however its short-term consecutive use promotes anatomical aberrations in the immunological lesion model, and interferes with the dynamics of neural replacement by impairing both the rate of protein synthesis and proliferation of the epithelium without halting their differentiation.

No genoma de camundongo existem por volta de 1000 genes que codificam para receptores olfatórios (ORs) e 150 genes que codificam para receptores de feromônios do tipo 1 (V1Rs) distribuídos em vários cromossomos. Cada neurônio olfatório e vomeronasal seleciona um único alelo de um único gene de receptor OR ou de V1R, respectivamente, para expressar enquanto que o restante do repertório é mantido silenciado. Os mecanismos que regulam esse padrão de expressão não são conhecidos. As similaridades no padrão de expressão dos genes de ORs e de V1Rs sugerem que o mecanismo de regulação possa ser comum. Até então poucas regiões promotoras de genes de ORs e de genes de V1Rs haviam sido experimentalmente determinadas e pesquisadas. Realizamos uma análise na qual regiões a montante de um grande número de diferentes genes de ORs e de genes de V1Rs foram comparadas. Primeiro, utilizando a técnica de RLMRACE, combinada com o uso de oligonucleotídeos capazes de reconhecer regiões conservadas entre diversos membros das famílias de genes de ORs e de V1Rs, geramos centenas de cDNAs contendo a região 5UTR completa para um total de 198 genes de ORs e 39 genes de V1Rs diferentes. Então, alinhamos as sequências desses cDNAs contra o genoma de camundongo e localizamos a posição exata dos sítios de início da transcrição (TSSs) de cada gene. Extraímos seqüências a 5 dos TSSs dos 198 genes de ORs e dos 39 genes de V1Rs e buscamos por motivos de DNA comuns, presentes em várias dessas regiões promotoras, que pudessem ser 6 candidatos a elementos cis-atuantes envolvidos na regulação geral desses genes de receptores sensoriais. Identificamos, na grande maioria das regiões promotoras dos genes de ORs e dos genes de V1Rs analisadas, a presença de motivos semelhantes a sítios de ligação para os fatores de transcrição O/E que são fatores de transcrição já caracterizados e envolvidos com a expressão de genes específicos do sistema olfatório. Ensaios de EMSA mostraram que os motivos semelhantes aos sítios de ligação de O/E identificados interagem com proteínas nucleares de epitélio olfatório, mas não interagem com proteínas nucleares de cérebro e fígado. Identificamos também nas regiões promotoras de genes de V1Rs a presença de um sítio de ligação que não se assemelha a nenhum sítio de ligação de fatores de transcrição conhecido. Esse motivo de DNA, além de estar presente na maioria dos promotores de genes de V1Rs analisados (77% do total de 39 genes pesquisados), também aparece, com alta frequência, em promotores de genes de ORs (52% do total de 198 genes analisados), preferencialmente próximo aos TSSs. Ensaios de interação in vitro indicam que este novo motivo de DNA interage com proteínas nucleares extraídas de órgão vomeronasal e também de epitélio olfatório, mas não interage com proteínas nucleares de cérebro, fígado e pulmão. Nosso trabalho mostra que genes de ORs e de V1Rs compartilham elementos comuns em suas regiões promotoras os quais podem ser sítios de ligação de fatores de transcrição específicos do sistema olfatório envolvidos no mecanismo de regulação da expressão desses genes. / In the mouse genome there are approximately 1000 genes that encode olfactory receptors (ORs) and 150 genes that encode type 1 vomeronasal receptors (V1Rs) dispersed in various chromosomes. Each olfactory or vomeronasal neuron selects one single allele from one single receptor gene (OR or V1R) for expression while the rest of the repertoire remains silenced. The mechanisms underlying OR and V1R gene expression are still unknown. The similarities of the pattern of expression in both types of olfactory sensory neurons suggest that the regulation of OR and V1R gene expression may be under the control of a common mechanism. Until now, promoter regions of different OR and V1R genes had not been extensively analyzed. We carried out a comprehensive analysis in which the upstream regions of a large number of different OR and V1R genes were compared. First, using the RLM-RACE strategy, combined with degenerate PCR we generated hundreds of complete 5UTR cDNAs for a total of 198 OR genes and 39 V1R genes. Then, these cDNAs were aligned against the mouse genome sequence and the transcription start sites (TSSs) were precisely determined. Sequences upstream of the TSSs were retrieved and searched for common DNA motifs that may play a role as cis-acting elements involved in the general regulation of OR and V1R gene expression. The analysis revealed the presence of motifs that resemble O/E-like sites overrepresented in the OR and V1R promoter regions. These O/E-like motifs specifically interact with nuclear protein prepared from olfactory epithelium, but not from brain and liver. 8 We also identified a new motif that does not resemble any known transcription factor binding site. Besides, this new motif is present in 77% of the 39 V1R promoter regions and in 52% of the 198 OR promoter regions analyzed, preferentially concentrated near the TSSs. Interestingly, binding assays indicate that this new motif interacts with nuclear proteins prepared from the vomeronasal and the olfactory epithelia, but not from brain, liver and lung. Our results indicate that OR and V1R genes share common promoter elements that may be binding sites for specific olfactory transcription factors and may play a role in a common mechanism of olfactory and vomeronasal gene regulation

No genoma de camundongo existem por volta de 1000 genes que codificam para receptores olfatórios (ORs) e 150 genes que codificam para receptores de feromônios do tipo 1 (V1Rs) distribuídos em vários cromossomos. Cada neurônio olfatório e vomeronasal seleciona um único alelo de um único gene de receptor OR ou de V1R, respectivamente, para expressar enquanto que o restante do repertório é mantido silenciado. Os mecanismos que regulam esse padrão de expressão não são conhecidos. As similaridades no padrão de expressão dos genes de ORs e de V1Rs sugerem que o mecanismo de regulação possa ser comum. Até então poucas regiões promotoras de genes de ORs e de genes de V1Rs haviam sido experimentalmente determinadas e pesquisadas. Realizamos uma análise na qual regiões a montante de um grande número de diferentes genes de ORs e de genes de V1Rs foram comparadas. Primeiro, utilizando a técnica de RLMRACE, combinada com o uso de oligonucleotídeos capazes de reconhecer regiões conservadas entre diversos membros das famílias de genes de ORs e de V1Rs, geramos centenas de cDNAs contendo a região 5UTR completa para um total de 198 genes de ORs e 39 genes de V1Rs diferentes. Então, alinhamos as sequências desses cDNAs contra o genoma de camundongo e localizamos a posição exata dos sítios de início da transcrição (TSSs) de cada gene. Extraímos seqüências a 5 dos TSSs dos 198 genes de ORs e dos 39 genes de V1Rs e buscamos por motivos de DNA comuns, presentes em várias dessas regiões promotoras, que pudessem ser 6 candidatos a elementos cis-atuantes envolvidos na regulação geral desses genes de receptores sensoriais. Identificamos, na grande maioria das regiões promotoras dos genes de ORs e dos genes de V1Rs analisadas, a presença de motivos semelhantes a sítios de ligação para os fatores de transcrição O/E que são fatores de transcrição já caracterizados e envolvidos com a expressão de genes específicos do sistema olfatório. Ensaios de EMSA mostraram que os motivos semelhantes aos sítios de ligação de O/E identificados interagem com proteínas nucleares de epitélio olfatório, mas não interagem com proteínas nucleares de cérebro e fígado. Identificamos também nas regiões promotoras de genes de V1Rs a presença de um sítio de ligação que não se assemelha a nenhum sítio de ligação de fatores de transcrição conhecido. Esse motivo de DNA, além de estar presente na maioria dos promotores de genes de V1Rs analisados (77% do total de 39 genes pesquisados), também aparece, com alta frequência, em promotores de genes de ORs (52% do total de 198 genes analisados), preferencialmente próximo aos TSSs. Ensaios de interação in vitro indicam que este novo motivo de DNA interage com proteínas nucleares extraídas de órgão vomeronasal e também de epitélio olfatório, mas não interage com proteínas nucleares de cérebro, fígado e pulmão. Nosso trabalho mostra que genes de ORs e de V1Rs compartilham elementos comuns em suas regiões promotoras os quais podem ser sítios de ligação de fatores de transcrição específicos do sistema olfatório envolvidos no mecanismo de regulação da expressão desses genes. / In the mouse genome there are approximately 1000 genes that encode olfactory receptors (ORs) and 150 genes that encode type 1 vomeronasal receptors (V1Rs) dispersed in various chromosomes. Each olfactory or vomeronasal neuron selects one single allele from one single receptor gene (OR or V1R) for expression while the rest of the repertoire remains silenced. The mechanisms underlying OR and V1R gene expression are still unknown. The similarities of the pattern of expression in both types of olfactory sensory neurons suggest that the regulation of OR and V1R gene expression may be under the control of a common mechanism. Until now, promoter regions of different OR and V1R genes had not been extensively analyzed. We carried out a comprehensive analysis in which the upstream regions of a large number of different OR and V1R genes were compared. First, using the RLM-RACE strategy, combined with degenerate PCR we generated hundreds of complete 5UTR cDNAs for a total of 198 OR genes and 39 V1R genes. Then, these cDNAs were aligned against the mouse genome sequence and the transcription start sites (TSSs) were precisely determined. Sequences upstream of the TSSs were retrieved and searched for common DNA motifs that may play a role as cis-acting elements involved in the general regulation of OR and V1R gene expression. The analysis revealed the presence of motifs that resemble O/E-like sites overrepresented in the OR and V1R promoter regions. These O/E-like motifs specifically interact with nuclear protein prepared from olfactory epithelium, but not from brain and liver. 8 We also identified a new motif that does not resemble any known transcription factor binding site. Besides, this new motif is present in 77% of the 39 V1R promoter regions and in 52% of the 198 OR promoter regions analyzed, preferentially concentrated near the TSSs. Interestingly, binding assays indicate that this new motif interacts with nuclear proteins prepared from the vomeronasal and the olfactory epithelia, but not from brain, liver and lung. Our results indicate that OR and V1R genes share common promoter elements that may be binding sites for specific olfactory transcription factors and may play a role in a common mechanism of olfactory and vomeronasal gene regulation

O sistema da procineticina desempenha um papel importante na migração dos neurônios secretores de GnRH e na neurogênese do bulbo olfatório. Camundongos com ablação dos genes que codificam a procineticina 2 (PROK2) e seu receptor (PROKR2) apresentaram fenótipos semelhantes ao da síndrome de Kallmann descrita em humanos. Mutações inativadoras nos genes PROK2 e PROKR2 foram identificadas em pacientes com hipogonadismo hipogonadotrófico isolado. Com base nestes achados, investigamos a presença de alterações estruturais nos genes PROK2 e PROKR2 em 107 pacientes brasileiros (63 com síndrome de Kallmann e 47 com hipogonadismo hipogonadotrófico isolado normósmico). Cem indivíduos brasileiros que relataram desenvolvimento puberal normal foram utilizados como grupo controle. As regiões codificadoras dos genes PROK2 e PROKR2 foram amplificadas utilizando-se oligonucleotídeos intrônicos específicos, seguida de purificação enzimática e sequenciamento automático. Duas mutações no gene PROK2 foram identificadas: a mutação p.G100fsX121 em homozigose presente em dois irmãos com síndrome de Kallmann; e a mutação p.I55fsX56 em heterozigose identiificada em um paciente com HHIn. Quatro mutações foram identificadas no gene PROKR2 (p.R80C, p.Y140X, p.L173R e p.R268C) em cinco pacientes com síndrome de Kallmann e um paciente com HHIn. Essas mutações não foram encontradas no grupo controle. As mutações do tipo missense, p.R80C, p.L173R e p.R268C foram identificadas em heterozigose. Mutações nos genes FGFR1, GnRHR, KiSS-1 e GPR54 foram excluídas nesses pacientes. O paciente portador da mutação p.R268C do PROKR2 apresentou deleção dos exons 1 e 2 do gene KAL1. Adicionalmente, as mutações p.R80C e p.R268C foram identificadas em heterozigose em parentes de primeiro grau assintomáticos dos casos índices. A nova mutação p.Y140X do PROKR2, única alteração em homozigose, foi identificada em um paciente com micropênis, criptorquidia bilateral, anosmia e palato ogival. Os pais deste paciente eram portadores da mutação p.Y140X em heterozigose e relataram desenvolvimento puberal normal e ausência de anormalidades olfatórias. Estudos in vitro da nova mutação p.R80C localizada na primeira alça intracelular demonstraram que o acúmulo de fofatidil-inositol (IP), assim como a ativação da via da MAPK foram significativamente afetadas em células transfectadas com o receptor mutado em relação ao receptor selvagem, indicando que a mutação p.R80C determina uma menor atividade do receptor. Avaliação da expressão por Western blot mostrou uma diminuição na expressão do receptor mutado R80C e uma maior expressão de receptores imaturos. Esses achados sugeriram o papel crítico da arginina localizada na posição 80 na atividade normal do receptor. Em conclusão, expandimos o repertório de mutações deletérias nos genes PROK2 e PROKR2 em pacientes com hipogonadismo hipogonadotrófico isolado. A haploinsuficiência do PROKR2 não foi suficiente para causar síndrome de Kallmann ou HHIn, entretanto mutações inativadoras em homozigose nos genes PROK2 e PROKR2 foram responsáveis pelo fenótipo reprodutivo e olfatório anormal, em concordância com os estudos prévios de ablação gênica em modelos animais. Arginina localizada na posição 80 do PROKR2 desempenha um papel crucial na adequada maturação do receptor / Physiological activation of the prokineticin pathway has a critical role in olfactory bulb morphogenesis and GnRH secretion. Knock-out mice for genes that encode prokineticin 2 (PROK2) and the prokineticin receptor 2 (PROKR2) exhibited a phenotype similar to the Kallmann syndrome (KS). Inactivating mutations in PROK2 and PROKR2 have been identified in patients with isolated hypogonadotropic hypogonadism. Based on these findings, we investigated the presence of inactivating mutations of the genes PROK2 and PROKR2 in Brazilian patients with isolated hypogonadotropic hypogonadism associated or not with olfactory abnormalities and performed in vitro studies of the new identified mutations. We studied 107 patients with HH (63 with Kallmann syndrome and 44 with normosmic HH) and 100 control individuals. The coding regions of PROK2 and PROKR2 were amplified by polymerase chain reaction followed by enzymatic purification and direct automatic sequencing. In PROK2, two known frameshift mutations were identified. Two brothers with Kallmann syndrome harbored the homozygous p.G100fsX121 mutation, whereas one male with normosmic HH harbored the heterozygous p.I55fsX56 mutation. In PROKR2, four distinct mutations (p.R80C, p.Y140X, p.L173R and p.R268C) were identified in five patients with Kallmann syndrome and in one patient with normosmic HH. These mutations were not found in the control group. The p.R80C and p.R268C missense mutations were identified in heterozygous state in the HH patients and in their asymptomatic first-degree relatives. The p.L173R was also identified in heterozygous state. In addition, no mutations of FGFR1, GnRHR, KiSS-1 or GPR54 were identified in these patients. The patient with the PROKR2 mutation p.R268C also has a deletion of the exon 1 and 2 in the gene KAL1. Notably, the new nonsense mutation (p.Y140X) was identified in homozygous state in an anosmic boy with micropenis, bilateral cryptorchidism and high-arched palate. His asymptomatic parents were heterozygous for this severe defect. In vitro studies of the new mutation, p.R80C, were performed in order to access the mechanism by which this mutation could affect the activity of the PROKR2. In vitro studies showed that the amount of fofatidil-inositol (PI) and the activation of MAPK were significantly lower in cells transfected with the R80C mutant receptor than in cells transfected with the wild receptor, indicating that this variant is a loss-of-function mutation. Binding studies and Western blot showed a reduction in the expression levels of the receptor in the plasma membrane and in whole cell, respectively. Additionally, Western blot analysis of R80C PROKR2 revealed an additional smaller molecular weight band that represents the presence of immature unglycosylated receptors. The arginine 80 in ICL1 is important for post-translational processing of PROKR2. In conclusion, we expanded the repertoire of PROK2 and PROKR2 mutations in patients with HH and showed that PROKR2 haploinsufficiency is not sufficient to cause Kallmann syndrome or normosmic HH, whereas homozygous loss-of-function mutations either in PROK2 or PROKR2 are sufficient to cause disease phenotype, in accordance with the Prokr2 and Prok2 knockout mouse models. In vitro studies suggested that the arginine located at position 80 of the receptor seems to play an important role in the receptor function

O sistema olfatório de mamíferos é capaz de detectar milhares de substâncias químicas diferentes, mesmo em baixas concentrações. Um odorante disperso no ar pode se ligar a um receptor olfatório (OR) iniciando o processo de detecção. Os ORs são membros da super família de receptores acoplados a proteína G (GPCRs). Apesar de a via de transdução de sinal de odorantes estar bem descrita, pouco se sabe sobre os seus moduladores. Em 2005, nosso laboratório identificou RIC-8B como um possível fator de troca de nucleotídeos de guanina (GEF) que poderia amplificar a atividade da proteína G olfatória (Golf). No presente trabalho mostramos que RIC-8B é capaz de interagir com Gγ13. Procurando os outros componentes desse complexo identificamos Gβ1 como sendo a subunidade Gβ mais expressa no epitélio olfatório. Além disso, RIC-8B, Gαolf, Gβ1 e Gγ13 encontram-se concentrados nos cílios dos neurônios olfatórios e se co-localizam nesse compartimento celular. Nossos experimentos de co-imunoprecipitação mostram que RIC-8B interage mais fortemente com Gαolf, na presença de GDP do que na presença de GTP, como esperado para uma GEF. Curiosamente quando Gβ1 e Gβ13 estão presentes, RIC-8B e Gαolf co-imunoprecipitam igual, independente do nucleotídeo de guanina utilizado. Apesar de, na presença de Gβ1 e Gγ13, não observarmos dissociação física de RIC-8B e Gαolf com a mudança do estado de ativação, o efeito de RIC-8B na produção de AMPc não é afetada. Também mostramos que a quantidade de Gαolf, Gβ1 e Gγ13 presentes na membrana celular aumenta quando estas são co-transfectadas com RIC-8B em células de mamíferos. Nossos resultados apontam para um papel duplo da RIC-8B. Primeiro, RIC-8B poderia funcionar como uma chaperona auxiliando na formação e transporte do complexo heterotrimérico, Golf, em neurônios olfatórios. Em segundo lugar, RIC-8B também atuaria como uma GEF sobre Gαolf, aumentando a produção de AMPc e portanto amplificando a via de transdução de sinal de odorantes. Por fim, acreditamos que um possível papel para Gβ1 e Gγ13 nesse complexo seria funcionar como um andaime molecular, aproximando RIC-8B de seu alvo, Gαolf, potencializando ainda mais a atividade de GEF. / The mammalian olfactory system detects small amounts of thousands of different chemical compounds. Odorant perception starts when an odorant in the air binds to an olfactory receptor (OR). ORs belong to the super family of G-protein coupled receptors (GPCRs). Even though the odorant signaling pathway is well known, little is known about its modulators. In 2005, our lab identified RIC-8B as a putative guanine nucleotide exchange factor (GEF) that is able to interact with the olfactory G-protein (Golf) and amplify its activity. Here we show that RIC-8B also interacts with Gγ13. We also found that Gβ1 is the Gβ subunit that is predominantly expressed in the olfactory epithelium. Furthermore, RIC-8B, Gαolf, Gβ1 and Gγ13 are highly concentrated in the cilia of olfactory neurons and co-localize in this cellular compartment. We also show that RIC-8B interaction with G&#945olf is stronger in the presence of GDP than GTP, as expected for a GEF. Curiously, in the presence of Gβ1 and Gγ13, RIC-8B and Gαolf remain associated, in the presence of both GDP or GTP, probably through an indirect interaction via Gβ1/Gγ13. We also showed that the amounts of Gαolf, Gβ1 and Gγ13 in the cell membrane increase if RIC-8B is cotransfected in the same cell. Our results suggest that RIC-8B plays two roles. First, it may act as a chaperone which assists in the assembly and trafficking of the G protein complex. Second, RIC-8B would also act as a GEF to increase Gαolf dependent cAMP production and thereby amplify odorant signal transduction. Lastly, we believe that Gβ1 and Gγ13 may act as a scaffold to position RIC-8B close to its target, Gαolf, further enhancing the GEF activity.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7699_1.pdf: 4692354 bytes, checksum: 3063b3c29a68321b0fdc334da3fab5a0 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No campo da neurociência computacional, a atividade elétrica dos neurônios é tradicionalmente modelada por equações diferenciais não-lineares acopladas, representando a evolução do potencial de membrana e certas variáveis relacionadas às condutâncias iônicas presentes no sistema. Uma tendência recente consiste na extensão desta estratégia de modelagem, detalhando as árvores dendríticas neuronais através da abordagem compartimental. Essa modelagem fina visa examinar a possibilidade de que essas extensas regiões neuronais em forma de árvores ramificadas desempenhem funções importantes, ou seja, sejam palco de uma complexa "computação dendrítica". Nesta dissertação, estudamos analiticamente e através de simulações um modelo cuja dinâmica da transmissão de estímulos dos elementos excitáveis é simples, porém a estrutura da árvore dendrítica é modelada em detalhe na forma de uma árvore de Cayley com um grande número de compartimentos. Resolvemos a equação mestra do problema, primeiro pela aproximação de campo médio simples, que apresenta fracos resultados. Em seguida, estudamos um cálculo da aproximação de pares, com resultados mais promissores. Os resultados de nossas simulações computacionais sugerem que a estrutura da árvore dendrítica da célula mitral é fundamental para o aumento da faixa dinâmica observado no glomérulo olfatório. Constatamos também o aparecimento de retropropagação de excitações, um fato já observado experimentalmente. Nossos resultados sugerem que a estrutura física em forma de árvore extensa com várias camadas poderia implementar importantes computações dendríticas, em especial uma função compressora de sinais com faixa dinâmica de mais de 50 dB. Fazemos também uma aplicação deste sistema ao glomérulo olfatório dos mamíferos, que contém dezenas de dendritos primários de células mitrais entrelaçados e conectados por junções comunicantes, modelado por árvores dendríticas com elementos conectados por uma rede bidirecional quase-aleatória. Um resultado notável nesta arquitetura é que a razão de ramificação das excitações não é dada simplesmente pela soma das razões dos casos isolados previamente conhecidos (rede aleatória e árvore isolada). No nosso modelo as árvores conectam-se por junçoes bidirecionais sorteadas aleatoriamente. Dependendo do número de junções comunicantes e de sua eficiência, o sistema passa a ter laços, possibilitando o aparecimento de atividade autosustentada na forma de transição de fase de não-equilíbrio. Deste forma, foi possível determinar numericamente as linhas críticas desta transição de fase. Neste caso, através de simulações, obtemos na criticalidade valores de faixa dinâmica similares aos observados experimentalmente para o glomérulo olfatório. Este resultado sugere uma possível função fisiológica para junções comunicantes nos circuitos neuronais do bulbo olfatório