Schistosomen verursachen die Tropenparasitose Schistosomiasis mit 250-300 Millionen infizierten Menschen weltweit. Zur Analyse von Genfunktionen, durch die wirksame Medikamente entwickelt werden könnten, wird ein System zur Herstellung transgener Schistosomen benötigt. In dieser Arbeit wurde daher versucht, ein System zur Transfektion von Schistosoma mansoni von der transienten Expression von Reportergenen ausgehend zu entwickeln. Die Funktionalität der hergestellten Plasmide zur transienten Transfektion wurde durch die Expression der Reporter Enhanced Green Fluorescent Protein (EGFP) und beta-Galatosidase unter der Kontrolle der schistosomalen Promotoren für das Calreticulin, die 28 kDa-Glutathion-S-Transferase und das 70 kDa-Hitzeschockprotein in cos7-Zellen nachgewiesen. Für den Gentransfer in S. mansoni wurden Mikroinjektion, Elektroporation und Mikroprojektilbeschuss eingesetzt. Der Mikroprojektilbeschuss erwies sich als geeignete Methode, Plasmid-DNA zur transienten Expression von EGFP und beta-Galaktosidase in adulte und larvale Stadien zu transferieren. Da die beobachtete Reportergenexpression schwach war, wurde durch den Einsatz von Discosoma Red Fluorescent Protein (DsRed) als Reportergen versucht, das Transfektionsssytem zu optimieren. Außerdem wurden die potentiellen Promotoren für das Cathepsin D und für ein Aktin durch inverse PCR aus genomischer DNA isoliert. Die Funktionalität dieser Promotoren wurde in cos7- bzw. HeLa-Zellen nachgewiesen, eine verbesserte Expression in S. mansoni dagegen wurde mit diesen zwei Promotoren und unter Einsatz von DsRed nicht erreicht. Da S. mansoni sich in vitro nicht kultivieren lässt, muss für die Etablierung eines Transfektionssystems ein in seinen Keimzellen transgenes Stadium in den Lebenszyklus eingeschleust werden. Durch Mikroprojektilbeschuss transfizierte Mirazidien (freilebende Stadien des Parasiten) infizierten Zwischenwirtsschnecken und entwickelten sich zu transgenen Sporozysten, was durch die Transkription von EGFP nachgewiesen wurde. Für eine stabile Integration in das Genom werden unter anderem mobile genetische Elemente eingesetzt. Boudicca ist ein endogenes long terminal repeat (LTR) Retroelement. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass es in adulten Würmern, Sporozysten und Zerkarien transkribiert wird. Das LTR kann in vitro als Promotor zur Expression von EGFP eingesetzt werden. Außerdem wurde eine transkribierte Kopie kloniert und analysiert. Die in dieser Arbeit gewonnen Ergebnisse weisen darauf hin, dass Boudicca als Vektor zur stabilen Transfektion von S. mansoni eingesetzt werden kann. / Schistosomiasis caused by schistosomes affects about 250-300 million people world wide. The establishment of a transgenesis system for schistosomes is a pre-requisite to the identification of new drug targets and to the analysis of gene regulation and will add to our knowledge of parasite physiology and development. In this study, plasmids expressing Enhanced Green Fluorescent Protein (EGFP) and beta-galactosidase driven by the schistosomal promoters of the calreticulin, the 28kDa-glutathione-S-transferase and the 70kDa-heatshock protein were cloned and successfully tested in cos7-cells. Microinjection, electroporation and particle bombardment were used to introduce plasmid DNA into Schistosoma mansoni. Adult and larval stages of S. mansoni subjected to particle bombardment transiently expressed the reporter genes, although the observed transfection rates were very low. To optimize the transfection system Discosoma Red Fluorescent Protein (DsRed) was used as a reporter gene. Furthermore, the schistosomal promoters of the aspartic protease cathepsin D and a cytoplasmatic actin gene were isolated from genomic DNA using inverse PCR. The isolated promoters were able to drive EGFP and DsRed expression in cos7- or HeLa-cells, but improved expression could not be observed in S. mansoni. Due to the complexity of the life cycle S. mansoni cannot be cultured in vitro. In order to develop a transgenesis system for schistosomes, the life cycle must consequently be completed by genetically modified parasites. In this study it was shown that the free-living and mobile miracidium that infects the intermediate host snail could be transformed by particle bombardment and reintroduced in the life cycle using the natural path of infection. Development into transgenic sporocysts was shown through the isolation of EGFP transcripts from intermediate host snails. Mobile genetic elements are used as molecular tools to achieve stable integration of a foreign gene into a genome. Boudicca is an endogeneous long-terminal repeat (LTR) transposon in the schistosomal genome. In this study it was shown that it is transcribed in adult worms, sporocysts and cercariae. The LTR drives EGFP expression in cell cultures. Furthermore, a Boudicca transcript was cloned and analyzed by sequencing. The results suggest that Boudicca can be used as a molecular tool for stable integration of transgenes into the schistosomal genome.

A esquistossomose é a mais importante das doenças helmínticas humanas em termos de morbidez e mortalidade. A proteína Sm14 de Schistosoma mansoni, que pertence à família de proteínas ligadoras de ácidos graxos (fatty acid-binding proteins, FABPs) (Moser et al., 1991), mostrou um bom nível de proteção (65%) contra a esquistossomose em animais experimentais (Tendler et al., 1996). No presente trabalho foram desenvolvidos sistemas de expressão que possibilitará a produção da proteína Sm14 em larga escala em E.coli. Com o intuito de conhecer a estrutura do gene da proteína Sm14, foi clonado um fragmento de DNA genômico de S. mansoni que contém a seqüência codificante da proteína Sm14. Como os outros membros da família gênica das FABP, o gene para a proteína Sm14 contém quatro \"exons\" separados por três \"introns\" de 674, 585 e 42 bp. Esta é a primeira descrição da estrutura gênica de um membro das FABP correspondente a um helminto. A Sm14 é uma proteína que pode ser potencialmente usada como vacina. Estudamos a existência de polimorfismo em duas linhagens de S. mansoni endêmicas do Brasil: LE e BH. Para a análise de polimorfismo, a ORF correspondente à proteína Sm14 foi amplificada por RT-PCR do RNA total de vermes adultos de S. mansoni. Os produtos de amplificação independentes foram clonados no vetor pGEM-T e seqüenciados. As análises de seqüências mostraram duas isoformas principais para a proteína Sm14: Sm14-M20, com seqüência idêntica a proteína Sm14 previamente reportada para a linhagem de Puerto Rico de S. mansoni (Moser et AL., 1991), e Sm14-T20, onde o códon da Met20 (ATG) mudou para o códon de Thr (ACG) (polimorfismo M20T). Dois clones mostraram uma deleção de seqüência de aminoácidos correspondente ao \"exon\" 3 inteiro (clones ΔExon3), gerada por \"splicing\" alternativo. As outras trocas observadas acontecem em posições onde os aminoácidos são menos conservados e estão representados apenas por um único clone que podem ter sido obtidas por mutagênese na PCR. A metionina correspondente à posição 20 na Sm14 é altamente conservada nas FABP dos mais diversos organismos,e não se tem nenhuma outra proteína com treonina nesta posição. Para o estudo da estrutura e função destas isoformas, os cDNAs correspondentes foram subclonados no vetor pAE (desenvolvido no nosso laboratório), assim como o mutante M20A (Sm14-A20) construído para efeitos de comparação. A estabilidade e estrutura das proteínas recombinantes purificadas foram caracterizadas por dicroísmo circular (CD). A comparação da estrutura e termoestabilidade mostrou que as formas Sm14-T20 e Sm14-A20 são menos termoestáveis do que a Sm14-M20 (um ΔTm de aproximadamente 10°C). Porém, todas as formas de Sm14 foram capazes de ligar o DAUDA [ácido 11-(dansylamino) undecanoico] com a mesma afinidade. Para poder diferenciar as propriedades de ligação de ácidos graxos pelas isoformas, experiências de competição do deslocamento do DAUDA por ácidos graxos naturais, foram realizadas. A partir destes dados podemos assumir que a forma Sm14-M20 liga melhor todos os ácidos graxos naturais testados do que a forma Sm14-T20. Porém esta forma mantém a capacidade de ligar ácidos graxos, ao contrario do mutante Sm14-A20. Pode-se deduzir como resultado destas experiências que a proteína Sm14-M20 é mais estável e liga com maior afinidade os ácidos graxos naturais do que a forma Sm14-T20. Pelo visto, a proteína Sm14-T20 tem menos estrutura-β, porém, mantém a capacidade de ligar moléculas hidrofóbicas. Ainda é desconhecido o papel funcional do polimorfismo da proteína Sm14 no metabolismo dos vermes de S. mansoni. Problemas de estabilidade da proteína Sm14 recombinante, durante seu transporte e armazenamento, comprometem sua viabilidade como vacina. Com o intuito de melhorar a estabilidade desta proteína, foi feita uma mutagênese no único resíduo de cisteína presente na Sm14 na posição 62. Este resíduo é responsável pela formação de dímeros, o que é relacionado a estabilização da perda de estrutura-β e precipitação da proteína. Esta cisteína foi trocada por serina (C62S) e por valina (C62V) por mutagênese sítio dirigida, resultando nas proteínas Sm14-M20S62 e Sm14-M20V62. As formas mutantes não apresentaram maior termoestabilidade, mas a renaturação após o aquecimento a 80°C atingiu quase 100%, diferentemente das proteínas com Cys62. As proteínas com o resíduo de cisteina trocado foram as únicas formas que conservaram a estrutura de β-barril após 3 meses de armazenamento a 4°C, como mostram as análises de dicroísmo circular, sendo a forma mais estável a proteína Sm14-M20V62. Após estes estudos, a isoforma Sm14-M20 com a mutação C62V (Sm14-M20V62) mostrou-se como a melhor alternativa ao antígeno Sm14-T20 usado até agora como modelo de vacina experimental para S. mansoni. Esta indicação deve ser confirmada em ensaios de imunização e posterior desafio com cercárias de S. mansoni. / The schistosomiasis is the most important human helmintic disease in terms of morbidity and mortality. The Sm14 protein of Schistosoma mansoni belongs to the family of fatty acid-binding proteins (FABPs) (Moser et aI. , 1991) and showed a good protection level as vaccine antigen against the schistosomiasis in experimental animals (Tendler et al., 1996). In the present work were developed systems for the expression of Sm14 protein that will facilitate its large scale production in E.coli.. In order to know the gene structure of the Sm14 protein, we amplified by PCR a genomic DNA fragment of S. mansoni that contains the coding sequence for the Sm14 protein. As the other members of the FABP family, the Sm14 gene contains four exons separated by three introns of 674,585 and 42 bp, respectively. This is the first detailed description of the genomic structure for a member of FABPs corresponding to a helmint. We also studied the existence of polymorphisms within two Brazilian endemic strains of S.mansoni: LE and BH. For the polymorphism analysis, the ORF corresponding to the Sm14 protein was amplified by RT-PCR from total RNA of S. mansoni adult worms. The independent amplified products were cloned into pGEM-T vector and sequenced. The sequence analyses showed two main isoforms: Sm14-M20, with identical sequence to that previously reported Sm14 protein from the Puerto Rican strain of S. mansoni (Moser et al., 1991), and Sm14-T20, where the codon for Met20 (ATG) was changed for the Thr codon (ACG) (M20T polymorphism). Two clones showed the same amino acid sequence deletion corresponding to the whole third exon (ΔExon3 clones), generated by alternative splicing. The other observed changes occurred in positions where the amino acids were less conserved and were just represented by only one clone that could be obtained by PCR mutagenesis. The methionine corresponding to the position 20 in Sm14 is highly conserved among FABPs and no other related protein has threonin in this position. To study the structure and function of these amino acid in the isoforms, the corresponding cDNAs were subcloned in to the pAE vector (developed in our laboratory), as well as the mutant M20A (Sm14-A20). The stability and structure of the purified recombinant proteins were characterized by circular dicroism (CD). The comparison of their structure and thermo stability showed that the forms Sm14-T20 and Sm14-A20 are less thermostable than Sm14-M20 (ΔTm around 10ºC). However, all of the Sm14 forms were capable to bind the DAUDA [11- (dansylamine) undecanoic acid] with similar affinities. To differentiate the fatty acid binding properties of Sm14 isoforms, displacement experiments of DAUDA with natural fatty acid were performed. From these data we can assume that the Sm14-M20 form binds better than the Sm14-T20 and Sm14-A20 forms of all natural fatty acid assayed. This suggests that the Sm14-20 protein is most stable and binds better the natural fatty acids than the Sm14-T20 form. Although the Sm14-T20 protein has less structure, it maintains the capacity to bind fatty acids. It is still unknown the functional role of this Sm14 protein polymorphism in the metabolism of S. mansoni worms. Stability problems of the recombinant Sm14 protein during its transport and storage, could hamper its use as vaccine. With the aim to improve the stability of this protein, it was made a mutagenese at the unique cysteine residue present in Sm14 at the position 62. This residue is responsible for the dimer formation and is related the loss of the terciary structure and precipitation of the protein. This cysteine was changed by serine (C62S) and for valine (C62V) by site directed mutagenesis, resulting in the proteins Sm14-M20S62 and Sm14-M20V62. The mutant forms did not present a higher thermal stability but the renaturation after heating at 80°C almost reached 100%, in contrast to Sm14 proteins with Cys62. These mutants conserved the β-barrel structure after 3 months of storage at 4°C, in contrast to proteins with Cys62, as shown by circular dicroism analyses. After these studies, the Sm14-M20 isoform with the C62V mutation (Sm14-M20V62) was considered the best alternative to the antigen Sm14-T20 used up to now as the model for an experimental vaccine for S. mansoni. This indication should be confirmed by immunization and posterior challenge with S. mansoni cercaria.

A esquistossomose é uma doença importante em saúde pública. Dos genes selecionados como diferencialmente expressos em esquistossômulos a partir do transcriptoma do S. mansoni, 56% foram confirmados por RT-PCR em tempo real. Entre eles, a proteína Ly6.5, está presente no tegumento de esquistossômulos e vermes adultos por âncoras de GPI. Não foi detectada a função de inibir o sistema complemento, mas pode estar envolvido na manutenção do tegumento. O gene SmVal7 revelou transcritos nas glândulas esofágicas de vermes adultos por hibridização in situ, enquanto a localização da proteína não está definida. Anexina está associada ao tegumento de esquistossômulos e vermes adultos, de maneira dependente de cálcio. A supressão do gene por RNAi não resultou em alteração fenotípica significativa em esquistossômulos in vitro. Foi observada atividade parcial de inibição de coagulação e potencial atividade de endocitose de anticorpos ligados à superfície. A imunização com rLy6.5, rSmVal7, rAneI-II ou rAneII-III não levou a redução da carga parasitária após desafio. / Schistosomiasis is an important disease in public health. Genes selected from the S. mansoni transcriptome, 56% of them were confirmed as differentially expressed in schistosomula by real time RT-PCR. Among them, the protein Ly6.5 is present in the tegument of schistosomula and adult worms by GPI anchors. The function of inhibiting the complement system was not detected, but it may be involved in maintenance of the tegument. The gene SmVal7 revealed transcripts in the esophageal glands of adult worms by in situ hybridization, while the localization of the protein is not defined. Annexin is associated with the membranes of the schistosomula and adult worms tegument in a calcium-dependent manner. The suppression of the gene by RNAi did not resulted in a significant phenotypic change in schistosomula in vitro. Parcial inhibition of the coagulation activity and potential function of endocytosis of membrane-bound antibodies were observed. Immunization with the rLy6.5, rSmVal7, rAneI or rAneII-II-III did not show reduction in worm burden recovery after challenge.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:30:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CIRLANE SILVA FERREIRA.pdf: 793070 bytes, checksum: b29f3e5051b2e84947431f66651a7662 (MD5) Previous issue date: 2006-03-31 / The state of Goiás represents a high risk to schistosomiasis stablishment area The presence of the intermediate host Biomphalaria sp added to high migration levels of people from endemic regions of the country are evidences that favour the installation of this disease life cycle In this state of Goiás there are reports of high parasitary intensity and even cases of paraplegia associated with schistosomiasis. The Stryphnodendron polyphyllum (Martius 1837) known locally as Barbatimão de folha pequena is reported as a molluscicide plant This paper assesses the activity of gross bark extracts from S polyphyllum on the metabolism and on the acid-alkaline balance of B glabrata The mollusks were exposed to the extract at 25 and 50 mg/L concentrations for 24 hours and compared to a control group The concentrations of glucose calcium urea proteins and the activity of the following enzymes dehydrogenases lactate and aminotransferases were estimated using the spectrophotometry method The organic acids citrate propionate α- cetoglutarate succinate acetate malate fumarate pyruvate and lactate were detected and quantified using the liquid chromatography method Of all the organic acids found in the hemolymph, only citrate and propionate presented a significant alteration The acid-alkaline balance was verified by measuring the concentrations found in the pH oxygen carbonic gas carbonate ions and oxygen saturation using Radiomiter equipment The S polyphyllum extract tested proved effective due to celular toxicity on B glabrata(Say 1818) Alterations verified in the biochemical dosages reflect the metabolic disturbances in the hemolymph of the mollusk The Cirlane Silva Ferreira x extract interference caused an increase in the levels of glucose urea calcium aspartate alanine aminotransferases and carbonic gas pressure simultaneously causing a decrease in the levels of lactate dehydrogenase pH oxygen pressure carbonate ions and oxygen saturation This study confirms the bioactivity of the S polyphyllum aqueous extract on B glabrata One of the main contributions of the methodology used is that it enabled observation after direct contact with the extract that proved bioactivity on the metabolism of the mollusk The analysis of the aqueous extract taken from the bark of the barbatimão may be the basis for new and less toxic as well as less costly alternative for the control of schistosomiasis in Brazil, where the savannah is vast and financial resources are often scarce in the health sector / O Estado de Goiás representa uma área de alto risco ao estabelecimento da esquistossomose A presença do hospedeiro intermediário Biomphalaria sp somada à elevada migração de pessoas oriundas de regiões endêmicas do país são fatores que favorecem a instalação do ciclo desta doença Há no Estado de Goiás relatos de casos com alta intensidade parasitária e até mesmo um caso com paraplegia associada a esquistossomose O Stryphnodendron polyphyllum (Martius 1837) conhecido como Barbatimão de Folha Pequena é relatado como planta moluscicida Neste trabalho avaliou-se a atividade de extratos brutos da casca do caule de S polyphyllum sobre o metabolismo e o equilíbrio ácido-base do B glabrata Os moluscos foram expostos ao extrato por 24 horas nas concentrações de 25 e 50 mg/L e comparados com um grupo controle Foram avaliadas as concentrações de glicose cálcio uréia proteínas e atividade das enzimas lactato desidrogenase e aminotransferases pelo método de espectrofotometria Os ácidos orgânicos citrato propionato α-cetoglutarato succinato acetato malato fumarato piruvato e lactato foram dosados pelo método da cromatografia líquida Dos ácidos orgânicos encontrados na hemolinfa apenas o citrato e o propionato tiveram uma alteração significativa O equilíbrio ácido-base foi verificado pela medida das concentrações de pH oxigênio gás carbônico íons carbonatos e saturação de oxigênio através de equipamento Radiomiter O extrato de S polyphyllum testado demonstrou ação efetiva observada pelo estabelecimento de toxicidade celular sobre B glabrata (Say, 1818) As alterações apresentadas nas dosagens bioquímicas refletem os distúrbios metabólicos ocorridos na hemolinfa deste molusco A interferência deste extrato fez com que os níveis de glicose uréia cálcio aspartato alanina aminotransferases e pressão de gás carbônico se elevassem enquanto que os níveis de lactato desidrogenase pH pressão de oxigênio íons carbonato e saturação de oxigênio diminuíram Este trabalho confirma a bioatividade do extrato aquoso de S polyphyllum sobre o B glabrata Uma das principais contribuições desse estudo desenvolvido é a observação pós-contato direto com o extrato que demonstrou uma bioatividade sobre o metabolismo do molusco A análise de extrato aquoso obtido do caule do barbatimão pode subsidiar nova alternativa de menor toxicidade e menor custo financeiro no controle da esquistossomose no Brasil onde o Cerrado é vasto e a carência de recursos é freqüente no setor da saúde

A esquistossomose é uma das principais causas de morbidade em países Tropicais e Subtropicais, gerando graves consequências socioeconômicas. Atualmente, os fármacos disponíveis para o tratamento da desta doença são praziquantel e oxamniquina, porém relatos de baixa susceptibilidade do parasita a esses medicamentos sugerem a necessidade de novas estratégias terapêuticas para o tratamento da doença. Todavia, existe pouco interesse da indústria farmacêutica no desenvolvimento de fármacos contra doenças tropicais e negligenciadas, entre as quais se encontra a esquistossomose. Devido a estes fatores, o presente trabalho teve por objetivo geral utilizar ferramentas computacionais para identificar inibidores da SmDHFR candidatos a novos fármacos. Avaliou-se as características exclusivas para a proteína de S. mansoni por meio de uma análise das sequências FASTA em comparação com a DHFR de outros organismos. A fim de garantir a ação seletiva dessas moléculas frente a enzima do parasita, os campos moleculares de interação seletivos para SmDHFR foram calculados e empregados na construção do modelo farmacofórico, o qual foi utilizado na triagem virtual de inibidores de SmDHFR. Os estudos computacionais realizados nos permitiram a seleção de 20 moléculas com uma boa complementariedade com o modelo farmacofórico gerado e com potencial para serem inibidores de SmDHFR. / Schistosomiasis is one of morbidity\'s main causes in tropical and subtropical countries, which leads to serious socioeconomic consequences. Praziquantel and oxamniquina are the drugs currently available for treating this disease, but reports points that the parasite has been resistant to both drugs, which suggests the need for new therapeutic strategies for the treatment of this disease. However, there is little interest in the pharmaceutical industry in developing drugs against neglected tropical diseases, including schistosomiasis. Due to these factors, the present work has the general objective to use computational tools to identify SmDHFR inhibitors which could be good candidates for developing new drugs. Evaluation of the exclusive characteristics of the S. mansoni protein were performed by FASTA sequence analyses in comparison to DHFR from other organisms. In order to guarantee the selective action of these molecules against the parasite enzyme, the molecular interaction fields selective for SmDHFR were calculated and used in the construction of the pharmacophoric model, which was further used in the virtual screening of SmDHFR inhibitors. Computational studies were performed and those led us to 20 molecules with a good complementarity with the pharmacophoric model that was previously generated and with potential to be SmDHFR inhibitors.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-04-13T12:21:40Z No. of bitstreams: 1 viniciusschmitzpereiranunes.pdf: 31716642 bytes, checksum: 9cfc92a2078f124a8a9e3fa1c6509c7e (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T03:28:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 viniciusschmitzpereiranunes.pdf: 31716642 bytes, checksum: 9cfc92a2078f124a8a9e3fa1c6509c7e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T03:28:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 viniciusschmitzpereiranunes.pdf: 31716642 bytes, checksum: 9cfc92a2078f124a8a9e3fa1c6509c7e (MD5) Previous issue date: 2015-12-07 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A Esquistossomose é uma doença negligenciada causada por parasitas do gênero Schistosoma. Segundo a Oganização Mundial da Saúde, mais de 200 milhões de pessoas no mundo estão infectadas, sendo de 4 a 6 milhões de pessoas somente no Brasil. A principal forma de tratamento da doença é o uso do medicamento praziquantel, porém, há relatos na literatura de resistência do parasita ao medicamento. Tal situação levantou a necessidade pela busca de novos alvos moleculares e novos medicamentos para o tratamento da doença. Um grupo de proteínas apresentadas como potenciais alvos moleculares de esquistomicidas é o das NTPDases. Estas enzimas hidrolisam nucleotídeos di e trifosfatados (e.g. ADP e ATP) em presença de cátions bivalentes, e estão descritas em diferentes organismos. No parasita Schistosoma mansoni foi descrita uma isoforma de NTPDase ancorada na membrana plasmática das células do tegumento do verme adulto e conhecida como SmATPDase1 ou Sm1. Segundo a literatura, esta isoforma é a segunda proteína mais expressa no tegumento dos vermes adultos. Devido à localização e a importância dos nucleotídeos di e trifosfatos na ativação hemostática e de células do sistema imunológico, foi sugerido que a Sm1 estaria envolvida na regulação das concentrações de nucleotídeos em torno do parasita, o que contribuiria com sua evasão. Baseado nos pressupostos acima, tem sido proposto o uso da Sm1 como possível alvo molecular de novos esquistomicidas. Nos mamíferos foram descritas oito isoformas de NTPDases. A isoforma 1 de humanos (HsNTPDase1), mais conhecida como CD39, está presente nas células do endotélio dos vasos sanguíneos, sendo responsável pela regulação das concentrações extracelulares de ATP e ADP. No presente trabalho, apresentamos os modelos 3D da Sm1 e CD39, construídos por meio da técnica de modelagem por homologia. Devido a semelhança da estrutura 3D de ambos os modelos, foi necessário realizar uma análise estrutural comparativa entre as duas enzimas, por meio de simulações de dinâmica molecular e estudos de docking receptor-ligante. Predição de cavidades foram feitas no modelo da Sm1 a fim de detectar cavidades diferentes do sítio-ativo que pudessem ser usadas em estudos de docking. Dessa etapa resultou a seleção de duas cavidades, o sítio-ativo e um sítio alternativo. Em seguida foram realizadas simulações de dinâmica molecular envolvendo os modelos da Sm1 e CD39, e os moldes PDB3ZX3 e PDB3CJA. Para cada modelo foram feitas duas simulações, uma com a presença do ANP (análogo do ATP) no sítio-ativo e uma na ausência do ANP. Em todas as quatro simulações os modelos estão acoplados a uma membrana do tipo POPC, e o tempo de simulação foi de 32ns. Para os moldes o tempo de simulação foi 40ns. As simulações mostraram que a região do sítio alternativo apresentou, no modelo da Sm1 sem o ligante, mudanças na conformação que não foram observadas na Sm1 com ligante e nas duas simulações envolvendo o modelo da CD39. Isso sugere que o ligante contribui na estabilização da estrutura da Sm1 e CD39. Também foram feitas análises de drogabilidade e de agrupamento das conformações geradas ao longo das simulações envolvendo os modelos. Para as análises de agrupamento foi proposto o uso da metodologia GLCM, juntamente com o algoritmo K-means. Essas análises tinham como objetivo selecionar conformações das trajetórias que pudessem ser usadas nos estudos de docking. Para os estudos de docking foram analisadas a afinidade de três ligantes (ANP, ARL67153 e praziquantel) no sítio ativo e no sítio alternativo, de ambas as enzimas. Para o sítio ativo, os melhores resultados foram obtidos com os ligantes ANP e ARL67153, em todas as simulações. Foi observado que o ARL67153 apresentou resultados similares com os do ANP. No sítio alternativo os melhores resultados foram obtidos com as conformações da simulação da Sm1 sem o ANP no sítio ativo, sendo que na CD39 nenhum dos ligantes foram atracados dentro do sítio. Com relação ao praziquantel, os melhores resultados foram observados no sítio ativo da Sm1 e CD39. É possível concluir que o sítio alternativo da Sm1 é uma região que pode ser usada para o atracamento de possíveis inibidores dessa enzima. / Schistosomiasis is a neglected disease caused by parasites of the genus Schistosoma. According to the World Health Organization, over 200 million people worldwide were infected, and 4 to 6 million people only in Brazil. The main treatment is the use of the drug praziquantel, but there are reports in the literature suggesting the parasite’s resistance to praziquantel. This situation raised the need for search new molecular targets and new drugs for treating this disease. A group of proteins as potential targets is NTPDase. These enzymes hydrolyse nucleotides (e.g., ADP and ATP) in the presence of bivalent cations, and they are described in different organisms. In the parasite Schistosoma mansoni, an isoform of NTPDase„ named SmATPDase1 or Sm1, was described as a protein anchored in the plasma membrane of cells in the seed coat of the adult worm. According to the literature, this isoform is the most expressed enzyme in the tegument of adult worms. Due to the location and importance of nucleotide triphosphates in the hemostatic and activation of immune cells, Sm1 has been suggested to be involved in the regulation of nucleotide concentrations around the parasite, which could be a mechanism of immune evasion in schistosomiasis. Based on the above assumptions, it has been proposed the use of Sm1 as a possible target for new schistosomicide drugs. In mammals have been described eight isoforms. Isoform 1 of human NTPDase (HsNTPDase1), also known as CD39, is present in the endothelial cells of blood vessels, and it is responsible for the regulation of extracellular concentrations of ATP and ADP. In this paper, we present 3D models of Sm1 and CD39, constructed by homology modeling technique. Due to the similarity of 3D structures of both models, it was necessary to perform a comparative structural analysis of both enzymes by molecular dynamics simulations and and receptorligand docking. Cavities prediction were made in Sm1’s model and two cavities were selected, the active site and an alternative binding site proposed in this work. After, it was performed molecular dynamics simulations involving models of Sm1 and CD39, and PDB3ZX3 and PDB3CJA templates. Two simulations were performed for each model, one in the presence of ANP (ATP analog) in the active-site and other in the absence. In models’ simulations, structures were coupled to a POPC membrane, and the simulation time was 32ns. Simulation time for templates was 40ns. Simulations showed that the alternative site in Sm1 without ANP presented conformational changes which were not observed in simulations of CD39 and Sm1 with ANP. This suggests that the presence of ligand in the active site contributes in stabilizing the structure of Sm1 and CD39. Druggability and clustering analysis were performed with conformations generated through simulations. In this work, we proposed the use of GLCM methodology with Kmeans algorithm for clustering analysis, aiming to select conformations from trajectories that could be used in receptor-ligand docking. We analyzed the affinity of three ligands (ANP, ARL67153 and praziquantel) in the active site and in the alternative site of Sm1 and CD39 enzymes. The best results for active site were obtained with ANP and ARL67153 ligands, in all simulations. For alternative site, the best results were obtained with conformations from the simulation of Sm1 without ANP in the active site. For CD39’s simulations, none of the ligands were docked within the cavity of alternative site. With regard to praziquantel, the best results were observed in the active site of Sm1 and CD39. It is possible to conclude that the alternative site of Sm1 is a region which can be used for docking of possible inhibitors of this enzyme.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-09-26T20:24:00Z No. of bitstreams: 1 katiabatistadoamaral.pdf: 5840188 bytes, checksum: bc96f4a6457a961cca6e272ba1aaaa5d (MD5) / Approved for entry into archive by Diamantino Mayra (mayra.diamantino@ufjf.edu.br) on 2016-09-26T20:29:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 katiabatistadoamaral.pdf: 5840188 bytes, checksum: bc96f4a6457a961cca6e272ba1aaaa5d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T20:29:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 katiabatistadoamaral.pdf: 5840188 bytes, checksum: bc96f4a6457a961cca6e272ba1aaaa5d (MD5) Previous issue date: 2015-12-11 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O roedor Nectomys squamipes, também conhecido como rato d’água, é considerado o mais importante reservatório silvestre do parasito Schistosoma mansoni no Brasil, contribuindo para a epidemiologia da esquistossomose mansônica humana. Além disso, quando infectado, não apresenta sinais clínicos da doença, apresentando lesões teciduais extremamente brandas decorrentes da infecção. Parâmetros relacionados à infecção esquistossomótica em modelos murinos de infecção experimental já foram bem documentados; porém, em modelos de infecção natural, ainda são pouco conhecidos. A relação parasito-hospedeiro neste modelo de infecção natural é de grande relevância e motivou o desenvolvimento deste trabalho. Foi realizado estudo comparativo da esquistossomose mansônica em N. squamipes naturalmente infectado pelo parasito S. mansoni e no camundongo Swiss experimentalmente infectado, nas fases aguda e crônica da infecção, através de análises histopatológicas, bioquímicas e ultraestruturais, objetivando obter uma melhor compreensão de como o rato d’água lida com o parasitismo pelo S. mansoni. Foram realizadas análises de frequências e tipos de granulomas, suas áreas médias e do comprometimento tecidual dos órgãos alvos da infecção (fígado e intestinos), nos dois modelos experimentais. A participação dos eosinófilos durante a resposta inflamatória granulomatosa também foi avaliada, visto que estas células estão presentes em grandes números nos granulomas. Dosagens bioquímicas das transaminases hepáticas auxiliaram na avaliação do dano hepatocelular. Além disso, a influência da esteatose hepática neste modelo de infecção natural foi estudada, visto que seus efeitos não são conhecidos em animais silvestres. Assim, dosagens séricas de glicose, colesterol total e triglicerídeos foram importantes para avaliar o perfil glicêmico e lipídico dos animais estudados. Os tecidos hepáticos dos animais foram submetidos à espectroscopia Raman, para avaliar o grau de insaturação presente. Finalmente, análises ultraestruturais ajudaram a aprofundar o conhecimento sobre os papéis dos eosinófilos e dos corpúsculos lipídicos presentes nos hepatócitos nestes dois modelos de esquistossomose mansônica. Os resultados revelaram que N. squamipes apresentou excelente modulação das lesões teciduais no fígado, com baixo comprometimento tecidual neste órgão e uma reação granulomatosa mais exacerbada no intestino delgado, favorável à eliminação dos ovos do parasito nas fezes. Além disso, os níveis séricos das transaminases não se alteraram em decorrência da infecção neste roedor silvestre, ao contrário do que ocorreu no camundongo Swiss. N. squamipes infectados e não infectados apresentaram os maiores graus de insaturação presentes nos tecidos hepáticos. Características ultraestruturais intrigantes dos eosinófilos de N. squamipes foram observadas por MET. Através dos dados obtidos, concluímos que o rato d’água apresenta uma relação ecológica bem estabelecida com o parasito S. mansoni, sendo que esta adaptação ao parasitismo pode estar relacionada ao metabolismo lipídico deste reservatório silvestre. / The rodent Nectomys squamipes, also known as water rat, is considered the most important wild reservoir of the parasite Schistosoma mansoni in Brazil, contributing to the epidemiology of human schistosomiasis. Furthermore, when infected, it shows no clinical signs of the disease with extremely soft tissue injuries resulting from infection. Parameters related to the infection in murine models of experimental infection have been well documented; however, in natural infection models, they are still largely unknown. The host-parasite relationship in this model of natural infection is highly relevant and motivated the development of this work. So, It was conducted a comparative study of schistosomiasis in N. squamipes naturally infected by the parasite Schistosoma mansoni and in Swiss experimentally infected mice, at the acute and chronic phases of the infection through histological, biochemical and ultrastructural analysis, aiming to gain a better understanding of how the water rat handles with parasitism by S. mansoni. Analysis of frequencies and types of granulomas were held, their average areas and tissue impairment of the target organs of infection (liver and intestines) in both experimental models. The involvement of eosinophils during granulomatous inflammatory response was also evaluated, as these cells are present in large numbers in the granulomas. Biochemical testing of liver transaminases contributed to the evaluation of hepatocellular damage. Furthermore, the influence of hepatic steatosis in the natural infection model was studied, since their effects are not known in wild animals. Thus, serum levels of glucose, total cholesterol and triglycerides were important to assess the glycemic and lipid profile of the animals studied. The liver tissues of animals were subjected to Raman spectroscopy, to assess the degree of unsaturation. Finally, ultrastructural analysis helped to deepen understanding of the roles of eosinophils and lipid bodies present in hepatocytes in these two models of schistosomiasis. The results revealed that N. squamipes showed excellent modulation of tissue lesions in the liver, with low tissue impairment and a more exacerbated granulomatous reaction in the small intestine, favoring the elimination of the parasite eggs in feces. Furthermore, serum transaminases levels did not change as a result of the infection in wild rodents, unlike what occurred in Swiss mice. N. squamipes infected and uninfected showed the highest degree of unsaturation present in liver tissue. Intriguing ultrastructural characteristics of N. squamipes eosinophils were observed by TEM. Through the data obtained, we concluded that the water rat has a wellestablished ecological relationship with the parasite Schistosoma mansoni, and this adaptation to parasitism may be related to lipid metabolism of this wild reservoir.

A esquistossomose é a mais importante das doenças helmínticas humanas em termos de morbidez e mortalidade. A proteína Sm14 de Schistosoma mansoni, que pertence à família de proteínas ligadoras de ácidos graxos (fatty acid-binding proteins, FABPs) (Moser et al., 1991), mostrou um bom nível de proteção (65%) contra a esquistossomose em animais experimentais (Tendler et al., 1996). No presente trabalho foram desenvolvidos sistemas de expressão que possibilitará a produção da proteína Sm14 em larga escala em E.coli. Com o intuito de conhecer a estrutura do gene da proteína Sm14, foi clonado um fragmento de DNA genômico de S. mansoni que contém a seqüência codificante da proteína Sm14. Como os outros membros da família gênica das FABP, o gene para a proteína Sm14 contém quatro \"exons\" separados por três \"introns\" de 674, 585 e 42 bp. Esta é a primeira descrição da estrutura gênica de um membro das FABP correspondente a um helminto. A Sm14 é uma proteína que pode ser potencialmente usada como vacina. Estudamos a existência de polimorfismo em duas linhagens de S. mansoni endêmicas do Brasil: LE e BH. Para a análise de polimorfismo, a ORF correspondente à proteína Sm14 foi amplificada por RT-PCR do RNA total de vermes adultos de S. mansoni. Os produtos de amplificação independentes foram clonados no vetor pGEM-T e seqüenciados. As análises de seqüências mostraram duas isoformas principais para a proteína Sm14: Sm14-M20, com seqüência idêntica a proteína Sm14 previamente reportada para a linhagem de Puerto Rico de S. mansoni (Moser et AL., 1991), e Sm14-T20, onde o códon da Met20 (ATG) mudou para o códon de Thr (ACG) (polimorfismo M20T). Dois clones mostraram uma deleção de seqüência de aminoácidos correspondente ao \"exon\" 3 inteiro (clones ΔExon3), gerada por \"splicing\" alternativo. As outras trocas observadas acontecem em posições onde os aminoácidos são menos conservados e estão representados apenas por um único clone que podem ter sido obtidas por mutagênese na PCR. A metionina correspondente à posição 20 na Sm14 é altamente conservada nas FABP dos mais diversos organismos,e não se tem nenhuma outra proteína com treonina nesta posição. Para o estudo da estrutura e função destas isoformas, os cDNAs correspondentes foram subclonados no vetor pAE (desenvolvido no nosso laboratório), assim como o mutante M20A (Sm14-A20) construído para efeitos de comparação. A estabilidade e estrutura das proteínas recombinantes purificadas foram caracterizadas por dicroísmo circular (CD). A comparação da estrutura e termoestabilidade mostrou que as formas Sm14-T20 e Sm14-A20 são menos termoestáveis do que a Sm14-M20 (um ΔTm de aproximadamente 10°C). Porém, todas as formas de Sm14 foram capazes de ligar o DAUDA [ácido 11-(dansylamino) undecanoico] com a mesma afinidade. Para poder diferenciar as propriedades de ligação de ácidos graxos pelas isoformas, experiências de competição do deslocamento do DAUDA por ácidos graxos naturais, foram realizadas. A partir destes dados podemos assumir que a forma Sm14-M20 liga melhor todos os ácidos graxos naturais testados do que a forma Sm14-T20. Porém esta forma mantém a capacidade de ligar ácidos graxos, ao contrario do mutante Sm14-A20. Pode-se deduzir como resultado destas experiências que a proteína Sm14-M20 é mais estável e liga com maior afinidade os ácidos graxos naturais do que a forma Sm14-T20. Pelo visto, a proteína Sm14-T20 tem menos estrutura-β, porém, mantém a capacidade de ligar moléculas hidrofóbicas. Ainda é desconhecido o papel funcional do polimorfismo da proteína Sm14 no metabolismo dos vermes de S. mansoni. Problemas de estabilidade da proteína Sm14 recombinante, durante seu transporte e armazenamento, comprometem sua viabilidade como vacina. Com o intuito de melhorar a estabilidade desta proteína, foi feita uma mutagênese no único resíduo de cisteína presente na Sm14 na posição 62. Este resíduo é responsável pela formação de dímeros, o que é relacionado a estabilização da perda de estrutura-β e precipitação da proteína. Esta cisteína foi trocada por serina (C62S) e por valina (C62V) por mutagênese sítio dirigida, resultando nas proteínas Sm14-M20S62 e Sm14-M20V62. As formas mutantes não apresentaram maior termoestabilidade, mas a renaturação após o aquecimento a 80°C atingiu quase 100%, diferentemente das proteínas com Cys62. As proteínas com o resíduo de cisteina trocado foram as únicas formas que conservaram a estrutura de β-barril após 3 meses de armazenamento a 4°C, como mostram as análises de dicroísmo circular, sendo a forma mais estável a proteína Sm14-M20V62. Após estes estudos, a isoforma Sm14-M20 com a mutação C62V (Sm14-M20V62) mostrou-se como a melhor alternativa ao antígeno Sm14-T20 usado até agora como modelo de vacina experimental para S. mansoni. Esta indicação deve ser confirmada em ensaios de imunização e posterior desafio com cercárias de S. mansoni. / The schistosomiasis is the most important human helmintic disease in terms of morbidity and mortality. The Sm14 protein of Schistosoma mansoni belongs to the family of fatty acid-binding proteins (FABPs) (Moser et aI. , 1991) and showed a good protection level as vaccine antigen against the schistosomiasis in experimental animals (Tendler et al., 1996). In the present work were developed systems for the expression of Sm14 protein that will facilitate its large scale production in E.coli.. In order to know the gene structure of the Sm14 protein, we amplified by PCR a genomic DNA fragment of S. mansoni that contains the coding sequence for the Sm14 protein. As the other members of the FABP family, the Sm14 gene contains four exons separated by three introns of 674,585 and 42 bp, respectively. This is the first detailed description of the genomic structure for a member of FABPs corresponding to a helmint. We also studied the existence of polymorphisms within two Brazilian endemic strains of S.mansoni: LE and BH. For the polymorphism analysis, the ORF corresponding to the Sm14 protein was amplified by RT-PCR from total RNA of S. mansoni adult worms. The independent amplified products were cloned into pGEM-T vector and sequenced. The sequence analyses showed two main isoforms: Sm14-M20, with identical sequence to that previously reported Sm14 protein from the Puerto Rican strain of S. mansoni (Moser et al., 1991), and Sm14-T20, where the codon for Met20 (ATG) was changed for the Thr codon (ACG) (M20T polymorphism). Two clones showed the same amino acid sequence deletion corresponding to the whole third exon (ΔExon3 clones), generated by alternative splicing. The other observed changes occurred in positions where the amino acids were less conserved and were just represented by only one clone that could be obtained by PCR mutagenesis. The methionine corresponding to the position 20 in Sm14 is highly conserved among FABPs and no other related protein has threonin in this position. To study the structure and function of these amino acid in the isoforms, the corresponding cDNAs were subcloned in to the pAE vector (developed in our laboratory), as well as the mutant M20A (Sm14-A20). The stability and structure of the purified recombinant proteins were characterized by circular dicroism (CD). The comparison of their structure and thermo stability showed that the forms Sm14-T20 and Sm14-A20 are less thermostable than Sm14-M20 (ΔTm around 10ºC). However, all of the Sm14 forms were capable to bind the DAUDA [11- (dansylamine) undecanoic acid] with similar affinities. To differentiate the fatty acid binding properties of Sm14 isoforms, displacement experiments of DAUDA with natural fatty acid were performed. From these data we can assume that the Sm14-M20 form binds better than the Sm14-T20 and Sm14-A20 forms of all natural fatty acid assayed. This suggests that the Sm14-20 protein is most stable and binds better the natural fatty acids than the Sm14-T20 form. Although the Sm14-T20 protein has less structure, it maintains the capacity to bind fatty acids. It is still unknown the functional role of this Sm14 protein polymorphism in the metabolism of S. mansoni worms. Stability problems of the recombinant Sm14 protein during its transport and storage, could hamper its use as vaccine. With the aim to improve the stability of this protein, it was made a mutagenese at the unique cysteine residue present in Sm14 at the position 62. This residue is responsible for the dimer formation and is related the loss of the terciary structure and precipitation of the protein. This cysteine was changed by serine (C62S) and for valine (C62V) by site directed mutagenesis, resulting in the proteins Sm14-M20S62 and Sm14-M20V62. The mutant forms did not present a higher thermal stability but the renaturation after heating at 80°C almost reached 100%, in contrast to Sm14 proteins with Cys62. These mutants conserved the β-barrel structure after 3 months of storage at 4°C, in contrast to proteins with Cys62, as shown by circular dicroism analyses. After these studies, the Sm14-M20 isoform with the C62V mutation (Sm14-M20V62) was considered the best alternative to the antigen Sm14-T20 used up to now as the model for an experimental vaccine for S. mansoni. This indication should be confirmed by immunization and posterior challenge with S. mansoni cercaria.

Blood fluke Schistosoma mansoni is one of the most important human parasites. Proteolytic system of schistosoma is crucial for parasite - host interactions. Therefore some of the proteases became potential therapeutic targets. This work is focused on not yet characterized serine protease SmSP2. SmSP2 is newly discovered protease of S. mansoni, whose biological role is unknown. This protease is highly expressed in developmental stages parasitizing humans. SmSP2 was recombinantly expressed in prokaryotic and eukaryotic expression system (E. coli a P. pastoris) and purified using chromatographic methods. Recombinant SmSP2 was used for polyclonal antibody production. Conditions for refolding were optimized. Basic biochemical properties of the protease were detected and substrate amino acid preferences for P1 - P4 sites for single aminoacids were identified using synthetic fluorogenic peptides for positional scanning substrate combinatorial library (PS-SCL). (In Czech)

Schistosoma mansoni é um dos agentes causadores da esquistossomose, doença infecciosa negligenciada que afeta milhões de pessoas no mundo. É um platelminto parasitário dióico, com um complexo ciclo de vida, composto de seis estágios. Nos últimos cinco anos, projetos de seqüenciamento em larga escala de etiquetas de genes expressos (ESTs) de Schistosoma geraram uma quantidade razoável de dados que ainda pode ser mais bem explorada. O objetivo central deste trabalho é analisar computacionalmente a expressão gênica de S. mansoni, sob três focos distintos: (i) micro-arranjos de DNA, para os quais descrevemos o desenho e análise de dados de uma plataforma de cDNA (4,600 elementos) e outra de oligonucleotídeos (44,000 elementos). Estão também descritas diversas ferramentas de análise que implementamos e são amplamente usadas em nosso grupo. Os micro-arranjos têm servido de base para vários projetos, como o estudo da resposta do parasita a hormônios e drogas e expressão gênica durante o ciclo de vida. (ii) Identificação in silico de pares de transcritos senso- antisenso com possível ação em trans, potencialmente importantes na regulação gênica. (iii) Análises da coleção de ESTs existentes sob uma perspectiva evolutiva. Através dessa abordagem encontramos genes importantes como um possível inibidor de angiogênese e um regulador da via do mevalonato, conhecido como essencial para a produção de ovos; estes constituem a principal causa de morbidez da esquistossomose. Os resultados aqui apresentados contribuem para o entendimento da complexa biologia inerente ao ciclo de vida de S. mansoni e para acelerar a busca de futuras possibilidades de tratamento. / Schistosoma mansoni is one of the causative agents of schistosomiasis, a neglected infectious disease which affects millions of people worldwide. It is a dioecious parasitic platyhelminth, with a complex life cycle composed of six stages. In the past five years, large scale sequencing projects have generated a reasonable amount of expressed sequence tag (EST) data that can still be better explored. The goal of this thesis is to computationally analyze the S. mansoni gene expression, under three different focuses: (i) DNA microarrays, for which we describe the design and data analyses of a cDNA (4,600 elements) and an oligonucleotide (44,000 elements) platform. We also describe the implementation of several analysis tools which are widely used in our group. Our microarrays are being used in several projects, such as the study of parasite response to drugs and hormones, as well as its gene expression pattern during the life cycle. (ii) In silico identification of possible trans acting natural sense-antisense pairs, potentially important in gene regulation. (iii) Analyses of the available EST dataset under an evolutionary perspective. We have found interesting genes such as a possible angiogenesis inhibitor and a regulator of the mevalonate pathway, known to be essential for egg production; eggs are the main cause of morbidity of schistosomiasis. The results reported here contribute to the understanding of the complex biology underlying the S. mansoni life cycle and to accelerate the search for future possibilities of treatment.