A percepção e aquisição de nutrientes essenciais do meio ambiente estão associadas com o desenvolvimento do fungo saprófita A. fumigatus em um ambiente hostil. O fosfato inorgânico é um dos nutrientes essenciais para o desenvolvimento deste fungo. Os sistemas para aquisição de fosfato em células eucarióticas têm sido caracterizados como sistema de alta afinidade, o qual é ativado em resposta a ausência externa de fosfato e sistema de baixa afinidade, o qual assegura um suprimento de fosfato em concentrações normais ou altas de fosfato extracelular. Como um passo inicial para o entendimento da via PHO em A. fumigatus, caracterizou-se o homólogo PHO80, PHO84 e PHO85 aqui denominados phoBPHO80, phoDPHO84 e phoAPHO85, respectivamente. Resultados mostraram que o mutante phoBPHO80 apresenta um defeito no crescimento polarizado e que existe uma interação entre o metabolismo de PhoBPHO80, da calcineurina e do cálcio. As hibridações de microarray realizadas com RNA obtido das cepas mutante phoBPHO80 e selvagem mostraram que os genes Afu4g03610 (phoDPHO84), Afu7g06350 (phoEPHO89), Afu4g06020 (phoCPHO81) e Afu2g09040 (transportador vacuolar Vtc4) estão mais expressos no background do mutante phoBPHO80 ou em concentração de 0.1 mmol/L de fosfato. Nossos resultados indicam que a mutação phoBPHO80 pode afetar o acúmulo de polifosfato em vacúolos em alta ou baixa concentração de fosfato extracelular. Não obteve-se êxito na deleção da quinase phoAPHO85 desta forma pode-se levar em consideração que o gene phoAPHO85 parece ser essencial em A. fumigatus. Surpreendentemente, a cepa com a deleção de phoDPHO84 não apresentou nenhum fenótipo diferente da sua cepa selvagem. Além do mais, as cepas mutantes phoBPHO80 e phoDPHO84 não apresentaram redução na virulência em um modelo murino de aspergilose invasiva. Nossos resultados sugerem também, que a deleção da proteína quinase A está contribuindo para um decréscimo na expressão de genes PHO em A. fumigatus. / Environmental sensing and retrieval of nutrients from the environment are associated with growth of A. fumigatus in inhospitable environments. Phosphate is an ion that is essential for fungal growth. The systems for inorganic phosphate (Pi) acquisition in eukaryotic cells (PHO) have been characterized as a low-affinity (that assures a supply of Pi at normal or high external Pi concentrations) and a high-affinity (activated in response to Pi starvation). Here, as an initial step to understand the PHO pathway in Aspergillus fumigatus, we characterized the PHO80, PHO84 and PHO85 homologues, here denominaded phoBPHO80, phoDPHO84 and phoAPHO85, respectively. We show that the phoBPHO80 mutant has a polar growth defect (i.e., a delayed germ tube emergence) and, by phenotypic and phosphate uptake analyses, establish a link between PhoBPHO80, calcineurin and calcium metabolism. Microarray hybridizations carried out with RNA obtained from wild-type and phoBPHO80 mutant cells identify Afu4g03610 (phoDPHO84), Afu7g06350 (phoEPHO89), Afu4g06020 (phoCPHO81), and Afu2g09040 (vacuolar transporter Vtc4) as more expressed both in the phoBPHO80 mutant background and under phosphate-limiting conditions of 0.1 mM Pi. Epi-fluorescence microscopy revealed accumulation of poly-phosphate in phoBPHO80 vacuoles, which was independent of extracellular phosphate concentration. We also tried to isolate the phoAPHO85 deletion strain without succes after several times what raises the interesting possibility that the phoAPHO85 null mutant might be essential in Aspergillus fumigatus. Surprisingly, phoDPHO84 deletion mutant is indistinguishable phenotypically from the corresponding wild-type strain. mRNA analyses suggest that protein kinase A absence supports the expression of PHO genes in A. fumigatus. Furthermore, phoBPHO80 and phoDPHO84 mutant are fully virulent in a murine low dose model for invasive aspergillosis.

A percepção e aquisição de nutrientes essenciais do meio ambiente estão associadas com o desenvolvimento do fungo saprófita A. fumigatus em um ambiente hostil. O fosfato inorgânico é um dos nutrientes essenciais para o desenvolvimento deste fungo. Os sistemas para aquisição de fosfato em células eucarióticas têm sido caracterizados como sistema de alta afinidade, o qual é ativado em resposta a ausência externa de fosfato e sistema de baixa afinidade, o qual assegura um suprimento de fosfato em concentrações normais ou altas de fosfato extracelular. Como um passo inicial para o entendimento da via PHO em A. fumigatus, caracterizou-se o homólogo PHO80, PHO84 e PHO85 aqui denominados phoBPHO80, phoDPHO84 e phoAPHO85, respectivamente. Resultados mostraram que o mutante phoBPHO80 apresenta um defeito no crescimento polarizado e que existe uma interação entre o metabolismo de PhoBPHO80, da calcineurina e do cálcio. As hibridações de microarray realizadas com RNA obtido das cepas mutante phoBPHO80 e selvagem mostraram que os genes Afu4g03610 (phoDPHO84), Afu7g06350 (phoEPHO89), Afu4g06020 (phoCPHO81) e Afu2g09040 (transportador vacuolar Vtc4) estão mais expressos no background do mutante phoBPHO80 ou em concentração de 0.1 mmol/L de fosfato. Nossos resultados indicam que a mutação phoBPHO80 pode afetar o acúmulo de polifosfato em vacúolos em alta ou baixa concentração de fosfato extracelular. Não obteve-se êxito na deleção da quinase phoAPHO85 desta forma pode-se levar em consideração que o gene phoAPHO85 parece ser essencial em A. fumigatus. Surpreendentemente, a cepa com a deleção de phoDPHO84 não apresentou nenhum fenótipo diferente da sua cepa selvagem. Além do mais, as cepas mutantes phoBPHO80 e phoDPHO84 não apresentaram redução na virulência em um modelo murino de aspergilose invasiva. Nossos resultados sugerem também, que a deleção da proteína quinase A está contribuindo para um decréscimo na expressão de genes PHO em A. fumigatus. / Environmental sensing and retrieval of nutrients from the environment are associated with growth of A. fumigatus in inhospitable environments. Phosphate is an ion that is essential for fungal growth. The systems for inorganic phosphate (Pi) acquisition in eukaryotic cells (PHO) have been characterized as a low-affinity (that assures a supply of Pi at normal or high external Pi concentrations) and a high-affinity (activated in response to Pi starvation). Here, as an initial step to understand the PHO pathway in Aspergillus fumigatus, we characterized the PHO80, PHO84 and PHO85 homologues, here denominaded phoBPHO80, phoDPHO84 and phoAPHO85, respectively. We show that the phoBPHO80 mutant has a polar growth defect (i.e., a delayed germ tube emergence) and, by phenotypic and phosphate uptake analyses, establish a link between PhoBPHO80, calcineurin and calcium metabolism. Microarray hybridizations carried out with RNA obtained from wild-type and phoBPHO80 mutant cells identify Afu4g03610 (phoDPHO84), Afu7g06350 (phoEPHO89), Afu4g06020 (phoCPHO81), and Afu2g09040 (vacuolar transporter Vtc4) as more expressed both in the phoBPHO80 mutant background and under phosphate-limiting conditions of 0.1 mM Pi. Epi-fluorescence microscopy revealed accumulation of poly-phosphate in phoBPHO80 vacuoles, which was independent of extracellular phosphate concentration. We also tried to isolate the phoAPHO85 deletion strain without succes after several times what raises the interesting possibility that the phoAPHO85 null mutant might be essential in Aspergillus fumigatus. Surprisingly, phoDPHO84 deletion mutant is indistinguishable phenotypically from the corresponding wild-type strain. mRNA analyses suggest that protein kinase A absence supports the expression of PHO genes in A. fumigatus. Furthermore, phoBPHO80 and phoDPHO84 mutant are fully virulent in a murine low dose model for invasive aspergillosis.

Submitted by THIAGO DE SOUZA CANDIDO null (thiago.s.candido@gmail.com) on 2016-09-30T14:48:19Z No. of bitstreams: 1 Tese Thiago de Souza Candido.pdf: 8667516 bytes, checksum: a5ceff1a03a2f39c134a0633e677f4df (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-10-04T14:33:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 candido_ts_dr_araiq.pdf: 8667516 bytes, checksum: a5ceff1a03a2f39c134a0633e677f4df (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-04T14:33:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 candido_ts_dr_araiq.pdf: 8667516 bytes, checksum: a5ceff1a03a2f39c134a0633e677f4df (MD5) Previous issue date: 2016-09-15 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O fungo Neurospora crassa tem sido amplamente usado como um organismo modelo para os aspectos fundamentais da biologia dos eucariotos. Neste trabalho, foi investigado o papel funcional de uma ciclina de N. crassa (PCL-1), codificada pela ORF NCU08772 e ortóloga a Pcl10 de Saccharomyces cerevisiae. Na levedura, a proteína Pcl10, em conjunto com a proteína quinase dependente de ciclina Pho85, fosforila a enzima glicogênio sintase, a enzima regulatória da síntese de glicogênio. A fosforilação resulta na inativação da enzima e, portanto, em diminuição do acúmulo de glicogênio. A linhagem pcl-1 de N. crassa apresentou um atraso na germinação dos conídios e um retardo na progressão do ciclo celular quando comparado com a linhagem selvagem, sugerindo que esta ciclina pode regular o desenvolvimento e a divisão celular. Além disto, a linhagem nocauteada acumulou níveis mais elevados de glicogênio que a linhagem selvagem indicando o papel na regulação do metabolismo deste carboidrato. A fosforilação da enzima glicogênio sintase de N. crassa (GSN) foi analisada na linhagem nocaute através de análises de atividade enzimática, e os resultados mostraram que a GSN apresentou baixo índice de fosforilação, portanto alta atividade durante o crescimento, um resultado que pode explicar o alto acúmulo de glicogênio observado. Este resultado foi confirmado por análise de 2D-PAGE seguida por western blot, utilizando anticorpos anti-GSN. GSN apresentou na linhagem mutante isoformas menos fosforiladas que a enzima presente na linhagem selvagem. As proteínas recombinantes PHO85, PCL-1 foram utilizadas em ensaios de fosforilação in vitro da enzima GSN e os resultados mostraram que a enzima GSN foi fosforilada pelo complexo PHO85/PCL-1 no sítio putativo Ser636. O papel da ciclina na resposta ao cálcio foi investigado, e os resultados mostraram que a linhagem pcl-1 mostrou uma resistência ao estresse provocado por altas concentrações de cálcio quando comparada com a linhagem selvagem. Análises de expressão gênica por RT-qPCR foram realizadas e a linhagem pcl-1 mostrou estar envolvida na regulação de genes do metabolismo do cálcio. Os resultados indicam que a proteína PCL1 de N. crassa pode ser uma ciclina multifuncional e pode estar envolvida na regulação de vários processos celulares essenciais dependendo do ambiente. / The fungus Neurospora crassa has been widely used a model organism for the fundamental aspects of eukaryotes biology. This work investigated the functional role of a N. crassa cyclin (PCL-1), encoded by the ORF NCU08772, and orthologous to the Saccharomyces cerevisiae Pcl10 cyclin. In yeast, Pcl10 protein, together with the Pho85 cyclin-dependent protein kinase, phosphorylates the glycogen synthase enzyme, the regulatory enzyme in glycogen synthesis. Phosphorylation results in enzyme inactivation and therefore in decreased glycogen accumulation. The N. crassa pcl-1 strain showed a delay in conidia germination and in the progression of the cell cycle compared to the wild-type strain, suggesting that the cyclin may regulate development and cell division. Furthermore, the mutant strain accumulated higher glycogen levels than wild-type strain indicating its role in the regulation of the carbohydrate metabolism. The phosphorylation rate of the N. crassa glycogen synthase (GSN) was analyzed in the mutant strain by enzymatic activity assays, and the results showed that GSN was less phosphorylated during growth; therefore, high activity, and this result may explain the high glycogen accumulation observed in the mutant strain. This result was confirmed by 2D-PAGE gels followed by western blot using anti-GSN antibodies. The GSN isoforms presented in the mutant strain were less phosphorylated than the enzyme present in the wild-type strain. The recombinant proteins PHO85 and PCL-1 were used in in vitro phosphorylation assays of GSN enzyme, and the results showed that the enzyme was phosphorylated by the PHO85/PCL-1 complex at the putative site Ser636. The role of the cyclin in the response to calcium was investigated, and the results showed that the pcl-1 strain is more resistant than the wild-type strain to the stress caused by high calcium concentration. Gene expression analysis by RTqPCR was performed to analyze genes involved in calcium metabolism, and the pcl-1 strain showed to regulate the expression of some calcium metabolism genes. The results indicate that the N. crassa PCL1 cyclin may be multifunctional and may be involved in the regulation of several cellular processes depending on the environment. / FAPESP: 2012/08652-4

Cell cycle control by trophic factors has a key role in regulation of cell proliferation in all organisms. Nutrients are one of these important factors needed by cells to reproduce, so very well regulated mechanisms must exist that connect nutrient availability to cell cycle. Hence the importance on studying how exactly nutrient-dependent signaling pathways work. Cln3, the most upstream G1 cyclin in Saccharomyces cerevisiae, is one well demonstrated common effector of multiple nutrient-dependent signaling pathways. Moreover, its role in cell cycle is crucial. So it is a good candidate to regulate cell cycle progression in response to nutrient availability. One important question is to find the protein that could directly modulate Cln3 levels in response to nutrient availability. This protein could play as a nutrient sensor and as a cell cycle regulator at the same time. In the present thesis, Pho85 is founded to be the protein that could run these two highly different tasks, because of its well-characterized properties on sensing phosphate availability and the well-known functions on modulating cell cycle as CDK. The results of the present work clearly demonstrate that when phosphate is present, Pho85 regulates Cln3 levels by increasing the stability of the cyclin through specific phosphorylations, promoting cell cycle progression. Contrary, under phosphate depletion conditions, Pho85 become inactive and Cln3 is rapidly degraded, leading to a cell cycle arrest in order to maintain cell chronological lifespan. / El control del cicle cel•lular per factors tròfics té un paper important en la proliferació cel•lular de tots els organismes. Els nutrients són uns d’aquests factors importants requerits per les cèl•lules per reproduir-se, per tant deuen existir mecanismes molt ben regulats que connecten la disponibilitat de nutrients amb el cicle cel•lular. Per això, l’estudi de com funciona la senyalització cel•lular de nutrients i com afecta a la progressió del cicle és altament rellevant. Cln3, la ciclina de G1 més primerenca a Saccharomyces cerevisiae, és un efector comú de múltiples vies de senyalització de nutrients. A més, el seu paper en el cicle cel•lular és crucial. Per tant aquesta proteïna és una bona candidata per regular la progressió del cicle cel•lular en resposta a la disponibilitat de nutrients. Una qüestió important a resoldre és trobar la proteïna que podria modular directament els nivells de Cln3 depenent de la presència de nutrients. Aquesta proteïna actuaria com a sensor de nutrients i com a reguladora del cicle cel•lular alhora. A la present tesi, es mostra a Pho85 com la proteïna que pot fer aquestes dues tasques, tant per les seves propietats ben conegudes en la detecció de fosfat, com per les seves funcions de CDK modulant el cicle cel•lular. Els resultats d’aquesta tesi demostren clarament que quan el fosfat és present, Pho85 modula els nivells de Cln3 incrementant l’estabilitat de la ciclina mitjançant fosforilacions específiques, promovent la progressió del cicle cel•lular. Per altra banda, sota condicions de manca de fosfat, Pho85 esdevé inactiva i Cln3 és degradada ràpidament, conduint a un arrest del cicle cel•lular per mantenir la longevitat de la cèl•lula. / El control del ciclo celular por factores tróficos tiene un papel importante en la proliferación celular de todos los organismos. Los nutrientes son uno de estos factores importantes requeridos por las células para reproducirse, por lo tanto deben existir mecanismos muy bien regulados que conecten la disponibilidad de nutrientes con el ciclo celular. Por ello, el estudio de cómo funciona la señalización celular de nutrientes y cómo afecta a la progresión del cicle es altamente relevante. Cln3, la ciclina de G1 más temprana en Saccharomyces cerevisia, es un efector común de múltiples vías de señalización de nutrientes. Además, su papel en el ciclo celular es crucial. Por lo tanto esta proteína es una buena candidata para regular la progresión del ciclo celular en respuesta a la disponibilidad de nutrientes. Un tema importante a resolver es encontrar la proteína que podría modular directamente los niveles de Cln3 dependiendo de la presencia de nutrientes. Esta proteína actuaría como sensor de nutrientes y como reguladora del ciclo celular. En la presente tesis, se muestra a Pho85 como la proteína que puede hacer estas dos tareas, tanto por sus propiedades bien conocidas en la detección de fosfato, como por sus funciones de CDK modulando el ciclo celular. Los resultados de esta tesis demuestran claramente que cuando el fosfato está presente, Pho85 modula los niveles de Cln3 incrementando la estabilidad de la ciclina mediante fosforilaciones específicas, promoviendo la progresión del ciclo celular. Por otro lado, bajo condiciones de ausencia de fosfato, Pho85 es inactivada y Cln3 se degrada rápidamente, conduciendo a una parada del ciclo celular para mantener la longevidad de la célula.