Aquaporinas, também conhecidas como Major Intrinsic Proteins (MIPs), são proteínas de membrana distribuídas em todos os domínios da vida, responsáveis pelo transporte de água e pequenos solutos. Em plantas superiores, essa família é particularmente diversa e pode ser classificada em cinco subfamílias: proteínas intrínsecas de membrana plasmática, proteínas intrínsecas de tonoplasto, proteínas intrínsecas do tipo nodulina-26, proteínas intrínsecas pequenas e proteínas intrínsecas X. Esses canais apresentam uma estrutura bastante conservada, exibindo, no centro do poro, duas regiões importantes para a seletividade: os motivos NPA e o filtro seletivo. No presente trabalho, sessenta e seis genes de aquaporinas foram identificados no genoma da soja e classificados por homologia de sequência nas cinco subfamílias estabelecidas. As estruturas tridimensionais das MIPs de soja foram determinadas por modelagem comparativa e o raio dos poros e os resíduos importantes para a especificidade foram identificados. Ensaios funcionais utilizando expressão heteróloga em Saccharomyces cerevisiae foram realizados para quatro aquaporinas, GmTIP1;9, GmTIP2;5, GmTIP3;2 e GmNIP2;2, demonstrando que esses genes codificam canais funcionais capazes de transportar água, peróxido de hidrogênio e ureia. A ureia possui um papel muito importante na agricultura por ser o fertilizante nitrogenado mais utilizado mundialmente. A identificação de transportadores de ureia em plantas ainda é recente e, além de um transportador específico, somente as aquaporinas estão relacionadas ao transporte de ureia em plantas. Apesar disso, a relevância fisiológica desse transporte pelas MIPs é ainda motivo de debate. Empregando uma abordagem baseada em PCR quantitativo, foi demonstrado que os níveis de expressão de GmTIP1;9, GmTIP3;2 e GmNIP2;2, mas não de GmTIP2;5, são alterados em raízes de soja cultivada em solução nutritiva contendo ureia como a única fonte de nitrogênio. Além disso, os níveis dos transcritos de GmNIP2;2 são aumentados na parte aérea das plantas, indicando o possível envolvimento dessa aquaporina na redistribuição de ureia nos tecidos. Outros genes de aquaporinas de soja também apresentaram maior expressão nessas condições. Esses resultados sugerem o envolvimento de aquaporinas no metabolismo de ureia em plantas e apontam essas proteínas como potenciais alvos para manipulação genética visando o aumento da eficiência do uso de nitrogênio em sistemas adubados com ureia e a melhoria da produção agrícola. / Aquaporins, also known as Major Intrinsic Proteins (MIPs), are membrane proteins distributed in all kingdoms of life, responsible for water and small solutes transport. In higher plants, this family is particularly diverse and can be classified into five subfamilies: plasma membrane intrinsic proteins (PIPs), tonoplast intrinsic proteins (TIPs), nodulin-26-like intrinsic proteins (NIPs), small basic intrinsic proteins (SIPs) and X intrinsic proteins (XIPs). These channels present a highly conserved structure, displaying, in the center of the pore, two regions important for selectivity: the NPA motifs and the selective filter. In the present work, sixty-six aquaporin genes were identified in soybean genome and classified by sequence homology into the five established subfamilies. The three-dimensional structure of soybean MIPs was determined by homology modeling and the pore radius and residues influencing substrate specificity were identified. Functional assays using heterologous expression in Saccharomyces cerevisiae were performed for four aquaporins, GmTIP1;9, GmTIP2;5, GmTIP3;2 and GmNIP2;2, indicating that these genes codify functional channels capable of transporting water, hydrogen peroxide and urea. Urea plays an important role in agriculture because it is the most used nitrogen fertilizer worldwide. Plant urea transporters are just beginning to be identified and, to date, besides a specific transporter, only aquaporins are linked to urea transport in plants. Nevertheless, the physiological relevance of this transport is still in debate. Using a quantitative PCR approach, we have shown that the expression levels of three urea transporting MIPs, GmTIP1;9, GmTIP3;2 and GmNIP2;2, but not GmTIP2;5, are altered in soybean roots when urea is the sole nitrogen source. Moreover, transcript levels of GmNIP2;2 were also up-regulated in shoots, indicating the possible involvement of this aquaporin in urea redistribution to other plant tissues. Several other soybean aquaporin genes were up-regulated in this condition as well. Taken together, these results suggest the involvement of aquaporins in urea metabolism in plants and place these proteins as potential targets for plant manipulation to improve urea based nitrogen use efficiency and crop production.

Aquaporinas, também conhecidas como Major Intrinsic Proteins (MIPs), são proteínas de membrana distribuídas em todos os domínios da vida, responsáveis pelo transporte de água e pequenos solutos. Em plantas superiores, essa família é particularmente diversa e pode ser classificada em cinco subfamílias: proteínas intrínsecas de membrana plasmática, proteínas intrínsecas de tonoplasto, proteínas intrínsecas do tipo nodulina-26, proteínas intrínsecas pequenas e proteínas intrínsecas X. Esses canais apresentam uma estrutura bastante conservada, exibindo, no centro do poro, duas regiões importantes para a seletividade: os motivos NPA e o filtro seletivo. No presente trabalho, sessenta e seis genes de aquaporinas foram identificados no genoma da soja e classificados por homologia de sequência nas cinco subfamílias estabelecidas. As estruturas tridimensionais das MIPs de soja foram determinadas por modelagem comparativa e o raio dos poros e os resíduos importantes para a especificidade foram identificados. Ensaios funcionais utilizando expressão heteróloga em Saccharomyces cerevisiae foram realizados para quatro aquaporinas, GmTIP1;9, GmTIP2;5, GmTIP3;2 e GmNIP2;2, demonstrando que esses genes codificam canais funcionais capazes de transportar água, peróxido de hidrogênio e ureia. A ureia possui um papel muito importante na agricultura por ser o fertilizante nitrogenado mais utilizado mundialmente. A identificação de transportadores de ureia em plantas ainda é recente e, além de um transportador específico, somente as aquaporinas estão relacionadas ao transporte de ureia em plantas. Apesar disso, a relevância fisiológica desse transporte pelas MIPs é ainda motivo de debate. Empregando uma abordagem baseada em PCR quantitativo, foi demonstrado que os níveis de expressão de GmTIP1;9, GmTIP3;2 e GmNIP2;2, mas não de GmTIP2;5, são alterados em raízes de soja cultivada em solução nutritiva contendo ureia como a única fonte de nitrogênio. Além disso, os níveis dos transcritos de GmNIP2;2 são aumentados na parte aérea das plantas, indicando o possível envolvimento dessa aquaporina na redistribuição de ureia nos tecidos. Outros genes de aquaporinas de soja também apresentaram maior expressão nessas condições. Esses resultados sugerem o envolvimento de aquaporinas no metabolismo de ureia em plantas e apontam essas proteínas como potenciais alvos para manipulação genética visando o aumento da eficiência do uso de nitrogênio em sistemas adubados com ureia e a melhoria da produção agrícola. / Aquaporins, also known as Major Intrinsic Proteins (MIPs), are membrane proteins distributed in all kingdoms of life, responsible for water and small solutes transport. In higher plants, this family is particularly diverse and can be classified into five subfamilies: plasma membrane intrinsic proteins (PIPs), tonoplast intrinsic proteins (TIPs), nodulin-26-like intrinsic proteins (NIPs), small basic intrinsic proteins (SIPs) and X intrinsic proteins (XIPs). These channels present a highly conserved structure, displaying, in the center of the pore, two regions important for selectivity: the NPA motifs and the selective filter. In the present work, sixty-six aquaporin genes were identified in soybean genome and classified by sequence homology into the five established subfamilies. The three-dimensional structure of soybean MIPs was determined by homology modeling and the pore radius and residues influencing substrate specificity were identified. Functional assays using heterologous expression in Saccharomyces cerevisiae were performed for four aquaporins, GmTIP1;9, GmTIP2;5, GmTIP3;2 and GmNIP2;2, indicating that these genes codify functional channels capable of transporting water, hydrogen peroxide and urea. Urea plays an important role in agriculture because it is the most used nitrogen fertilizer worldwide. Plant urea transporters are just beginning to be identified and, to date, besides a specific transporter, only aquaporins are linked to urea transport in plants. Nevertheless, the physiological relevance of this transport is still in debate. Using a quantitative PCR approach, we have shown that the expression levels of three urea transporting MIPs, GmTIP1;9, GmTIP3;2 and GmNIP2;2, but not GmTIP2;5, are altered in soybean roots when urea is the sole nitrogen source. Moreover, transcript levels of GmNIP2;2 were also up-regulated in shoots, indicating the possible involvement of this aquaporin in urea redistribution to other plant tissues. Several other soybean aquaporin genes were up-regulated in this condition as well. Taken together, these results suggest the involvement of aquaporins in urea metabolism in plants and place these proteins as potential targets for plant manipulation to improve urea based nitrogen use efficiency and crop production.

Aquaporinas, também conhecidas como Major Intrinsic Proteins (MIPs), são proteínas de membrana distribuídas em todos os domínios da vida, responsáveis pelo transporte de água e pequenos solutos. Em plantas superiores, essa família é particularmente diversa e pode ser classificada em cinco subfamílias: proteínas intrínsecas de membrana plasmática, proteínas intrínsecas de tonoplasto, proteínas intrínsecas do tipo nodulina-26, proteínas intrínsecas pequenas e proteínas intrínsecas X. Esses canais apresentam uma estrutura bastante conservada, exibindo, no centro do poro, duas regiões importantes para a seletividade: os motivos NPA e o filtro seletivo. No presente trabalho, sessenta e seis genes de aquaporinas foram identificados no genoma da soja e classificados por homologia de sequência nas cinco subfamílias estabelecidas. As estruturas tridimensionais das MIPs de soja foram determinadas por modelagem comparativa e o raio dos poros e os resíduos importantes para a especificidade foram identificados. Ensaios funcionais utilizando expressão heteróloga em Saccharomyces cerevisiae foram realizados para quatro aquaporinas, GmTIP1;9, GmTIP2;5, GmTIP3;2 e GmNIP2;2, demonstrando que esses genes codificam canais funcionais capazes de transportar água, peróxido de hidrogênio e ureia. A ureia possui um papel muito importante na agricultura por ser o fertilizante nitrogenado mais utilizado mundialmente. A identificação de transportadores de ureia em plantas ainda é recente e, além de um transportador específico, somente as aquaporinas estão relacionadas ao transporte de ureia em plantas. Apesar disso, a relevância fisiológica desse transporte pelas MIPs é ainda motivo de debate. Empregando uma abordagem baseada em PCR quantitativo, foi demonstrado que os níveis de expressão de GmTIP1;9, GmTIP3;2 e GmNIP2;2, mas não de GmTIP2;5, são alterados em raízes de soja cultivada em solução nutritiva contendo ureia como a única fonte de nitrogênio. Além disso, os níveis dos transcritos de GmNIP2;2 são aumentados na parte aérea das plantas, indicando o possível envolvimento dessa aquaporina na redistribuição de ureia nos tecidos. Outros genes de aquaporinas de soja também apresentaram maior expressão nessas condições. Esses resultados sugerem o envolvimento de aquaporinas no metabolismo de ureia em plantas e apontam essas proteínas como potenciais alvos para manipulação genética visando o aumento da eficiência do uso de nitrogênio em sistemas adubados com ureia e a melhoria da produção agrícola. / Aquaporins, also known as Major Intrinsic Proteins (MIPs), are membrane proteins distributed in all kingdoms of life, responsible for water and small solutes transport. In higher plants, this family is particularly diverse and can be classified into five subfamilies: plasma membrane intrinsic proteins (PIPs), tonoplast intrinsic proteins (TIPs), nodulin-26-like intrinsic proteins (NIPs), small basic intrinsic proteins (SIPs) and X intrinsic proteins (XIPs). These channels present a highly conserved structure, displaying, in the center of the pore, two regions important for selectivity: the NPA motifs and the selective filter. In the present work, sixty-six aquaporin genes were identified in soybean genome and classified by sequence homology into the five established subfamilies. The three-dimensional structure of soybean MIPs was determined by homology modeling and the pore radius and residues influencing substrate specificity were identified. Functional assays using heterologous expression in Saccharomyces cerevisiae were performed for four aquaporins, GmTIP1;9, GmTIP2;5, GmTIP3;2 and GmNIP2;2, indicating that these genes codify functional channels capable of transporting water, hydrogen peroxide and urea. Urea plays an important role in agriculture because it is the most used nitrogen fertilizer worldwide. Plant urea transporters are just beginning to be identified and, to date, besides a specific transporter, only aquaporins are linked to urea transport in plants. Nevertheless, the physiological relevance of this transport is still in debate. Using a quantitative PCR approach, we have shown that the expression levels of three urea transporting MIPs, GmTIP1;9, GmTIP3;2 and GmNIP2;2, but not GmTIP2;5, are altered in soybean roots when urea is the sole nitrogen source. Moreover, transcript levels of GmNIP2;2 were also up-regulated in shoots, indicating the possible involvement of this aquaporin in urea redistribution to other plant tissues. Several other soybean aquaporin genes were up-regulated in this condition as well. Taken together, these results suggest the involvement of aquaporins in urea metabolism in plants and place these proteins as potential targets for plant manipulation to improve urea based nitrogen use efficiency and crop production.

Introdução Pacientes com apneia obstrutiva do sono exibem alterações morfológicas encefálicas. A hipóxia intermitente causa morte celular em 90% dos neurônios de Purkinje. Aquaporinas são proteínas de membrana que formam canais de água. O conhecimento do papel das aquaporinas nas alterações encefálicas causadas pela apneia obstrutiva do sono é limitado. Objetivos Avaliar o efeito da hipóxia intermitente isocápnica nas aquaporinas e no dano celular em diferentes tecidos de camundongos C57/bl. Métodos Conteúdo cerebral de água e expressão de aquaporinas 1, 3, 4, 9, e HIF-1a foram medidos. Realizou-se coloração com hematoxilina-eosina e marcação por imunohistoquímica, além de técnicas de Western blot e ELISA. Resultados Os níveis de HIF-1a no córtex frontal foram maiores no grupo exposto a hipóxia intermitente isocápnica do que no grupo controle, confirmando hipóxia efetiva. O peso molhado e o conteúdo de água do encéfalo foram maiores no grupo hipóxia. Os níveis cerebelares de aquaporina 1 foram menores no grupo hipóxia. Os níveis de aquaporina 3 no hipocampo e pele foram similares em ambos os grupos. Aquaporina 4 no córtex frontal foi mais expressa no grupo hipóxia. Aquaporina 9 apresentou maiores níveis no córtex frontal e estriado do grupo hipóxia. Observou-se dano celular em 88% das células de Purkinje no grupo hipóxia. A marcação de S100B no cerebelo de grupo hipóxia foi mais evidente do que nos controles. Conclusão Exposição crônica a hipóxia simulando apneia do sono causa edema encefálico e altera a concentração de aquaporinas. Alterações em proteínas de canal de água podem estar envolvidas no mecanismo do dano observado em estruturas cerebrais na apneia obstrutiva do sono. / Background Patients with obstructive sleep apnea exhibit cerebral morphological changes. The damaging effect of intermittent hypoxia was already demonstrated in a study where mice exposed to this condition had 90% of degeneration of Purkinje cells. Aquaporins are membrane proteins responsible for the transport and the balance of water content in the brain. Little attention has been dedicated to the role of aquaporins in sleep apnea-related brain alterations. Objectives To evaluate the effect of isocapnic intermittent hypoxia on water-transport proteins and cellular damage in different tissues of C57/bl mice. Methods Brain water content, aquaporins 1, 3, 4, 9, and HIF-1a were measured. Staining with hematoxylin-eosin and immunohistochemistry were performed. Results HIF-1a expression in the frontal cortex was higher in the exposed than in the sham group, confirming effective hypoxia. The brain wet weight and brain water content were higher in the hypoxia group. Cerebellar Aquaporin-1 levels were lower in the hypoxia group. Aquaporin 3 levels in hippocampus and skin were similar in both groups. Aquaporin 4 expression in the frontal cortex was higher in the hypoxia group. Aquaporin 9 expression of the hypoxia group was greater in the cortex and striatum. Death rate of Purkinje cells in the hypoxia group was 88%. Stronger immunoreactivity to S100B was detected in the hypoxia group. Conclusions Chronic exposure to hypoxia simulating sleep apnea causes brain edema and alters the concentration of aquaporins. Water channel proteins are possibly implicated in the cellular damage to brain structures seen in obstructive sleep apnea.

Introdução Pacientes com apneia obstrutiva do sono exibem alterações morfológicas encefálicas. A hipóxia intermitente causa morte celular em 90% dos neurônios de Purkinje. Aquaporinas são proteínas de membrana que formam canais de água. O conhecimento do papel das aquaporinas nas alterações encefálicas causadas pela apneia obstrutiva do sono é limitado. Objetivos Avaliar o efeito da hipóxia intermitente isocápnica nas aquaporinas e no dano celular em diferentes tecidos de camundongos C57/bl. Métodos Conteúdo cerebral de água e expressão de aquaporinas 1, 3, 4, 9, e HIF-1a foram medidos. Realizou-se coloração com hematoxilina-eosina e marcação por imunohistoquímica, além de técnicas de Western blot e ELISA. Resultados Os níveis de HIF-1a no córtex frontal foram maiores no grupo exposto a hipóxia intermitente isocápnica do que no grupo controle, confirmando hipóxia efetiva. O peso molhado e o conteúdo de água do encéfalo foram maiores no grupo hipóxia. Os níveis cerebelares de aquaporina 1 foram menores no grupo hipóxia. Os níveis de aquaporina 3 no hipocampo e pele foram similares em ambos os grupos. Aquaporina 4 no córtex frontal foi mais expressa no grupo hipóxia. Aquaporina 9 apresentou maiores níveis no córtex frontal e estriado do grupo hipóxia. Observou-se dano celular em 88% das células de Purkinje no grupo hipóxia. A marcação de S100B no cerebelo de grupo hipóxia foi mais evidente do que nos controles. Conclusão Exposição crônica a hipóxia simulando apneia do sono causa edema encefálico e altera a concentração de aquaporinas. Alterações em proteínas de canal de água podem estar envolvidas no mecanismo do dano observado em estruturas cerebrais na apneia obstrutiva do sono. / Background Patients with obstructive sleep apnea exhibit cerebral morphological changes. The damaging effect of intermittent hypoxia was already demonstrated in a study where mice exposed to this condition had 90% of degeneration of Purkinje cells. Aquaporins are membrane proteins responsible for the transport and the balance of water content in the brain. Little attention has been dedicated to the role of aquaporins in sleep apnea-related brain alterations. Objectives To evaluate the effect of isocapnic intermittent hypoxia on water-transport proteins and cellular damage in different tissues of C57/bl mice. Methods Brain water content, aquaporins 1, 3, 4, 9, and HIF-1a were measured. Staining with hematoxylin-eosin and immunohistochemistry were performed. Results HIF-1a expression in the frontal cortex was higher in the exposed than in the sham group, confirming effective hypoxia. The brain wet weight and brain water content were higher in the hypoxia group. Cerebellar Aquaporin-1 levels were lower in the hypoxia group. Aquaporin 3 levels in hippocampus and skin were similar in both groups. Aquaporin 4 expression in the frontal cortex was higher in the hypoxia group. Aquaporin 9 expression of the hypoxia group was greater in the cortex and striatum. Death rate of Purkinje cells in the hypoxia group was 88%. Stronger immunoreactivity to S100B was detected in the hypoxia group. Conclusions Chronic exposure to hypoxia simulating sleep apnea causes brain edema and alters the concentration of aquaporins. Water channel proteins are possibly implicated in the cellular damage to brain structures seen in obstructive sleep apnea.

As aquaporinas são proteínas de membrana presentes em quase todos os órgãos e tecidos de animais e plantas, onde desempenham funções que vão além do transporte de água, transportando também moléculas como ureia, ácido bórico, ácido silícico, amônia, dióxido de carbono e arsênio. Em plantas, as aquaporinas podem ser classificadas de acordo com suas sequências de aminoácidos em cinco subfamílias: proteínas intrínsecas da membrana plasmática (PIPs), proteínas intrínsecas de tonoplastos (TIPs), proteínas intrínsecas do tipo nodulina 26 (NIPs), proteínas intrínsecas pequenas (SIPs) e proteínas intrínsecas não caracterizadas (XIPs). Dados genômicos determinam o número de genes de aquaporinas em 33 para arroz, 35 para Arabidopsis, 71 para algodão e 66 para soja. Dentre as principais culturas utilizadas como alimento, o arroz é particularmente eficiente no acúmulo do semimetal altamente tóxico e carcinogênico arsênio (As), representando um risco significativo para a saúde humana Assim, o principal objetivo deste trabalho é elucidar o papel das aquaporinas no transporte de As em arroz. Utilizando cultivares que apresentam susceptibilidade diferencial ao arsênio, foi analisada a expressão dos genes de aquaporinas em resposta ao tratamento com arsenito em diferentes condições. Para a caracterização dos genes de aquaporinas diferencialmente expressos, foram realizados ensaios de complementação funcional em leveduras. Nossos resultados indicam que membros das subfamílias NIP, TIP, PIP e SIP podem estar envolvidos no transporte e metabolismo de As em arroz, dentre estes, quatro podem estar envolvidos no transporte de As para dentro da célula e seis membros podem estar envolvidos no transporte de As para os vacúolos, fazendo com que essas proteínas sejam candidatas a estratégias de melhoramento genético e fitorremediação. / Aquaporins are membrane proteins present in almost all organs and tissues of animals and plants, where they perform functions that go beyond water transport, also transporting molecules such as urea, boric acid, silicic acid, ammonia, carbon dioxide and arsenic. In plants, aquaporins can be classified according to their ami-no acid sequences into five subfamilies: plasma membrane intrinsic proteins (PIPs), tonoplast intrinsic proteins (TIPs), nodulin-26 like intrinsic proteins (NIPs), small intrinsic proteins (SIPs) and uncharacterized intrinsic proteins (XIPs). Genomic data set the number of aquaporin genes in 33 for rice, 35 for Arabidopsis, 71 for cotton and 66 for soybean. Among the main crops used as food, rice is particularly effi-cient in the accumulation of the highly toxic and carcinogenic metalloid arsenic, thus representing a significant risk to human health. Therefore, the main goal of this work is to elucidate the role of aquaporins in the transport of arsenic in rice. Using cultivars with differential susceptibility to arsenic, the expression of aquaporin genes in response to the arsenite treatment under different conditions was ana-lyzed. For the characterization of differentially expressed aquaporin genes, func-tional complementation assays were performed in yeast cells. Our results indicate that members of the subfamilies NIP, TIP, PIP and SIP may be involved in the transport and metabolism of arsenic in rice, of these, four may be involved in the transport of As into the cell and six members may be involved in transporting As to the vacuoles, making these proteins candidates to genetic improvement strategies and phytoremediation.

As aquaporinas são proteínas de membrana presentes em quase todos os órgãos e tecidos de animais e plantas, onde desempenham funções que vão além do transporte de água, transportando também moléculas como ureia, ácido bórico, ácido silícico, amônia, dióxido de carbono e arsênio. Em plantas, as aquaporinas podem ser classificadas de acordo com suas sequências de aminoácidos em cinco subfamílias: proteínas intrínsecas da membrana plasmática (PIPs), proteínas intrínsecas de tonoplastos (TIPs), proteínas intrínsecas do tipo nodulina 26 (NIPs), proteínas intrínsecas pequenas (SIPs) e proteínas intrínsecas não caracterizadas (XIPs). Dados genômicos determinam o número de genes de aquaporinas em 33 para arroz, 35 para Arabidopsis, 71 para algodão e 66 para soja. Dentre as principais culturas utilizadas como alimento, o arroz é particularmente eficiente no acúmulo do semimetal altamente tóxico e carcinogênico arsênio (As), representando um risco significativo para a saúde humana Assim, o principal objetivo deste trabalho é elucidar o papel das aquaporinas no transporte de As em arroz. Utilizando cultivares que apresentam susceptibilidade diferencial ao arsênio, foi analisada a expressão dos genes de aquaporinas em resposta ao tratamento com arsenito em diferentes condições. Para a caracterização dos genes de aquaporinas diferencialmente expressos, foram realizados ensaios de complementação funcional em leveduras. Nossos resultados indicam que membros das subfamílias NIP, TIP, PIP e SIP podem estar envolvidos no transporte e metabolismo de As em arroz, dentre estes, quatro podem estar envolvidos no transporte de As para dentro da célula e seis membros podem estar envolvidos no transporte de As para os vacúolos, fazendo com que essas proteínas sejam candidatas a estratégias de melhoramento genético e fitorremediação. / Aquaporins are membrane proteins present in almost all organs and tissues of animals and plants, where they perform functions that go beyond water transport, also transporting molecules such as urea, boric acid, silicic acid, ammonia, carbon dioxide and arsenic. In plants, aquaporins can be classified according to their ami-no acid sequences into five subfamilies: plasma membrane intrinsic proteins (PIPs), tonoplast intrinsic proteins (TIPs), nodulin-26 like intrinsic proteins (NIPs), small intrinsic proteins (SIPs) and uncharacterized intrinsic proteins (XIPs). Genomic data set the number of aquaporin genes in 33 for rice, 35 for Arabidopsis, 71 for cotton and 66 for soybean. Among the main crops used as food, rice is particularly effi-cient in the accumulation of the highly toxic and carcinogenic metalloid arsenic, thus representing a significant risk to human health. Therefore, the main goal of this work is to elucidate the role of aquaporins in the transport of arsenic in rice. Using cultivars with differential susceptibility to arsenic, the expression of aquaporin genes in response to the arsenite treatment under different conditions was ana-lyzed. For the characterization of differentially expressed aquaporin genes, func-tional complementation assays were performed in yeast cells. Our results indicate that members of the subfamilies NIP, TIP, PIP and SIP may be involved in the transport and metabolism of arsenic in rice, of these, four may be involved in the transport of As into the cell and six members may be involved in transporting As to the vacuoles, making these proteins candidates to genetic improvement strategies and phytoremediation.

Introdução Pacientes com apneia obstrutiva do sono exibem alterações morfológicas encefálicas. A hipóxia intermitente causa morte celular em 90% dos neurônios de Purkinje. Aquaporinas são proteínas de membrana que formam canais de água. O conhecimento do papel das aquaporinas nas alterações encefálicas causadas pela apneia obstrutiva do sono é limitado. Objetivos Avaliar o efeito da hipóxia intermitente isocápnica nas aquaporinas e no dano celular em diferentes tecidos de camundongos C57/bl. Métodos Conteúdo cerebral de água e expressão de aquaporinas 1, 3, 4, 9, e HIF-1a foram medidos. Realizou-se coloração com hematoxilina-eosina e marcação por imunohistoquímica, além de técnicas de Western blot e ELISA. Resultados Os níveis de HIF-1a no córtex frontal foram maiores no grupo exposto a hipóxia intermitente isocápnica do que no grupo controle, confirmando hipóxia efetiva. O peso molhado e o conteúdo de água do encéfalo foram maiores no grupo hipóxia. Os níveis cerebelares de aquaporina 1 foram menores no grupo hipóxia. Os níveis de aquaporina 3 no hipocampo e pele foram similares em ambos os grupos. Aquaporina 4 no córtex frontal foi mais expressa no grupo hipóxia. Aquaporina 9 apresentou maiores níveis no córtex frontal e estriado do grupo hipóxia. Observou-se dano celular em 88% das células de Purkinje no grupo hipóxia. A marcação de S100B no cerebelo de grupo hipóxia foi mais evidente do que nos controles. Conclusão Exposição crônica a hipóxia simulando apneia do sono causa edema encefálico e altera a concentração de aquaporinas. Alterações em proteínas de canal de água podem estar envolvidas no mecanismo do dano observado em estruturas cerebrais na apneia obstrutiva do sono. / Background Patients with obstructive sleep apnea exhibit cerebral morphological changes. The damaging effect of intermittent hypoxia was already demonstrated in a study where mice exposed to this condition had 90% of degeneration of Purkinje cells. Aquaporins are membrane proteins responsible for the transport and the balance of water content in the brain. Little attention has been dedicated to the role of aquaporins in sleep apnea-related brain alterations. Objectives To evaluate the effect of isocapnic intermittent hypoxia on water-transport proteins and cellular damage in different tissues of C57/bl mice. Methods Brain water content, aquaporins 1, 3, 4, 9, and HIF-1a were measured. Staining with hematoxylin-eosin and immunohistochemistry were performed. Results HIF-1a expression in the frontal cortex was higher in the exposed than in the sham group, confirming effective hypoxia. The brain wet weight and brain water content were higher in the hypoxia group. Cerebellar Aquaporin-1 levels were lower in the hypoxia group. Aquaporin 3 levels in hippocampus and skin were similar in both groups. Aquaporin 4 expression in the frontal cortex was higher in the hypoxia group. Aquaporin 9 expression of the hypoxia group was greater in the cortex and striatum. Death rate of Purkinje cells in the hypoxia group was 88%. Stronger immunoreactivity to S100B was detected in the hypoxia group. Conclusions Chronic exposure to hypoxia simulating sleep apnea causes brain edema and alters the concentration of aquaporins. Water channel proteins are possibly implicated in the cellular damage to brain structures seen in obstructive sleep apnea.

Submitted by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-04-15T13:19:44Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao Manasses_vFinal_posBanca.pdf: 1881133 bytes, checksum: af2bbe291155bec9db92c52ab52f2f43 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-15T13:19:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertacao Manasses_vFinal_posBanca.pdf: 1881133 bytes, checksum: af2bbe291155bec9db92c52ab52f2f43 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013 / CNPq; FINEP; CAPES / O presente trabalho, pioneiro em abordar especificamente o tema aquaporinas em transcriptomas de cana-de-açúcar, permitiu detectar representantes das quatro subfamílias de aquaporinas descritas em vegetais superiores (PIP, TIP, SIP e NIP), apresentando 43 isoformas distintas, oriundas de quatro bibliotecas SuperSAGE de raízes de genótipos tolerantes e sensíveis à seca. As subfamílias de aquaporinas com maiores níveis de transcritos em cana-de-açúcar foram PIP e TIP. Já as subfamílias SIP e NIP, além de menos abundantes, foram também menos responsivas ao estresse de supressão de rega (24 h). Ao menos 10 potenciais alvos distintos de isoformas de aquaporinas e suas respectivas unitags foram considerados promissores para estudos futuros, com potencial para desenvolvimento de marcadores moleculares para uso no melhoramento genético. Desses, quatro mostraram respostas exclusivas e diferencialmente significativas e divergentes entre os bulks de genótipos tolerantes e sensíveis quando comparado nas condições de estresse e controle. Tomando por base a expressão dessas isoformas nos genótipos tolerantes, a maioria foi reprimida sob estresse (SoPIP2-4, SoPIP2-6, OsPIP2-4), com exceção da SsPIP1-1 (induzida). Foi também proposto um protocolo para validar a expressão das unitags via RTqPCR, bem como pares de primers (5) funcionais como genes de referência, além de dois outros propostos para aquaporinas, tendo-se validado os dados de SuperSAGE para os alvos SsPIP1-1 e SoPIP1-3/PIP1-4, com genótipos pertencentes aos bulks tolerante ou sensível ao estresse.

As aquaporinas são proteínas de membrana presentes em quase todos os órgãos e tecidos de animais e plantas, onde desempenham funções que vão além do transporte de água, transportando também moléculas como ureia, ácido bórico, ácido silícico, amônia, dióxido de carbono e arsênio. Em plantas, as aquaporinas podem ser classificadas de acordo com suas sequências de aminoácidos em cinco subfamílias: proteínas intrínsecas da membrana plasmática (PIPs), proteínas intrínsecas de tonoplastos (TIPs), proteínas intrínsecas do tipo nodulina 26 (NIPs), proteínas intrínsecas pequenas (SIPs) e proteínas intrínsecas não caracterizadas (XIPs). Dados genômicos determinam o número de genes de aquaporinas em 33 para arroz, 35 para Arabidopsis, 71 para algodão e 66 para soja. Dentre as principais culturas utilizadas como alimento, o arroz é particularmente eficiente no acúmulo do semimetal altamente tóxico e carcinogênico arsênio (As), representando um risco significativo para a saúde humana Assim, o principal objetivo deste trabalho é elucidar o papel das aquaporinas no transporte de As em arroz. Utilizando cultivares que apresentam susceptibilidade diferencial ao arsênio, foi analisada a expressão dos genes de aquaporinas em resposta ao tratamento com arsenito em diferentes condições. Para a caracterização dos genes de aquaporinas diferencialmente expressos, foram realizados ensaios de complementação funcional em leveduras. Nossos resultados indicam que membros das subfamílias NIP, TIP, PIP e SIP podem estar envolvidos no transporte e metabolismo de As em arroz, dentre estes, quatro podem estar envolvidos no transporte de As para dentro da célula e seis membros podem estar envolvidos no transporte de As para os vacúolos, fazendo com que essas proteínas sejam candidatas a estratégias de melhoramento genético e fitorremediação. / Aquaporins are membrane proteins present in almost all organs and tissues of animals and plants, where they perform functions that go beyond water transport, also transporting molecules such as urea, boric acid, silicic acid, ammonia, carbon dioxide and arsenic. In plants, aquaporins can be classified according to their ami-no acid sequences into five subfamilies: plasma membrane intrinsic proteins (PIPs), tonoplast intrinsic proteins (TIPs), nodulin-26 like intrinsic proteins (NIPs), small intrinsic proteins (SIPs) and uncharacterized intrinsic proteins (XIPs). Genomic data set the number of aquaporin genes in 33 for rice, 35 for Arabidopsis, 71 for cotton and 66 for soybean. Among the main crops used as food, rice is particularly effi-cient in the accumulation of the highly toxic and carcinogenic metalloid arsenic, thus representing a significant risk to human health. Therefore, the main goal of this work is to elucidate the role of aquaporins in the transport of arsenic in rice. Using cultivars with differential susceptibility to arsenic, the expression of aquaporin genes in response to the arsenite treatment under different conditions was ana-lyzed. For the characterization of differentially expressed aquaporin genes, func-tional complementation assays were performed in yeast cells. Our results indicate that members of the subfamilies NIP, TIP, PIP and SIP may be involved in the transport and metabolism of arsenic in rice, of these, four may be involved in the transport of As into the cell and six members may be involved in transporting As to the vacuoles, making these proteins candidates to genetic improvement strategies and phytoremediation.