Orientador: Marcelo Brocchi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-20T14:46:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Milanez_GuilhermePaier_M.pdf: 1651986 bytes, checksum: 4681c88f937b4fe6f4d915fce0eb3f20 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A Salmonelose e a malária são duas doenças infecciosas negligenciadas de grande prevalência no mundo, mas acometendo particularmente populações humanas que vivem em regiões e países subdesenvolvidos ou em desenvolvimento. Apesar dos esforços ainda não existem formulações vacinais totalmente efetivas no controle destas enfermidades. Desta forma, nosso grupo tem buscado aprimorar a expressão do Domínio M2 do antígeno MAEBL de Plasmodium yoelii, que apresenta similaridade com a proteína de Plasmodium falciparum, em linhagens de Salmonella enterica Typhimurium, atenuadas para virulência. Em estudos prévios constatou-se que a expressão em níveis baixos não seria suficiente para a indução de uma resposta imune protetora. Com isso, ficou clara a necessidade de se aprimorar os níveis de expressão deste antígeno nas linhagens a serem testadas. Para tanto, o vetor de expressão anteriormente utilizado foi modificado, os codons da seqüência a ser expressa foram otimizados para expressão em salmonela e um sinal de secreção periplasmática foi adicionado no início da seqüência a ser expressa. Adicionalmente, modificamos novas linhagens atenuadas de S. enterica desenvolvidas por nosso grupo de tal forma a utiliza-las na expressão de antígenos heterólogos, empregando um sistema letal balanceado (Asd) de estabilização da expressão gênica. Apesar do sucesso na construção dos novos vetores, e da otimização de codons para a expressão, constatamos um possível efeito deletério do domínio M2 quando expresso em grande quantidade, o que impossibilitou a obtenção de algumas construções planejadas. Entretanto, os resultados obtidos na estabilização de plasmídios em novas linhagens vacinais significam um avanço no teste e uso de tais linhagens no desenvolvimento de vacinas multifatoriais / Abstract: Salmonellosis and malaria are two infectious diseases of high prevalence in the world, particularly affecting human populations living in underdeveloped regions and countries or developing countries. Despite several efforts, there is not a vaccinal formulation totally effective to control these diseases. This way, our group has sought to enhance the expression of M2 MAEBL's antigen Domain of Plasmodium yoelii, which is quite similar to same protein of P. falciparum, in attenuated strains of Salmonella enterica Typhimurium. In previous studies we found that the expression at low levels was not sufficient to induce a protective immune response. Thus, there was a clear need to improve M2 expression levels in the new strains to be tested. The expression vector previously used was modified, the m2 sequence was codon-optimized for expression in Salmonella, and a periplasmic secretion signal was added at the beginning of the sequence to be expressed. Additionally, new attenuated S. enterica strains developed by our group were modified in a way to use them in the expression of heterologous antigens, employing a balanced lethal system (ASD) for expression plasmid stabilization. Despite of the new vectors successfully built as well as codon optimization for m2 expression, we found a possible deleterious effect of the M2 domain when expressed in large quantities, making it impossible to obtain some planned constructs. However, the results obtained on stabilization of expression vectors in the new vaccine strains are an important advance for the use of such strains as multifactorial vaccines / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Uma das estratégias mais promissoras para a biotecnologia de vacinas é o desenvolvimento de linhagens precisamente atenuadas, e que possam ser usadas como carregadoras de antígenos heterólogos. Mutantes de <i}>Salmonella Typhimurium têm sido extensivamente utilizados com essa fmalidade. A flagelina, monômero constituinte do filamento flagelar, vem sendo empregada como carregadora de antígenos heterólogos, inseridos na região central, hipervariável (região IV). Inserções nessa região são freqüentemente funcionais, e levam à exposição do epitopo na superfície do filamento. O presente trabalho explora o potencial de outras regiões da molécula para a inserção de epitopos. Nós inserimos a mesma seqüência usada anteriomente (epitopo da proteína M de S. pyogenes, Tipo 5) em regiões com diferentes níveis de homologia (III e VI), e em região totalmente conservada (VIII). Também foram feitas inserções duplas em regiões que se mostraram toleráveis (III e IV; IV e VI). Todas as proteínas híbridas foram sintetizadas pela Salmonella, como demonstrado em imunoblots, usando anticorpo contra a flagelina e contra o peptídeo. Todas as regiões, exceto a VIII, aceitaram a inserção sem perda de motilidade, apesar de, em alguns casos, ela ter sido extremamente reduzida. A imunogenicidade foi avaliada pela imunização de camundongos com bactérias vivas, inativadas ou, quando possível, flagelina purificada. Os resultados foram similares aos descritos na literatura para inserções envolvendo a região IV, obtendo-se um elevado título de anticorpos contra flagelina. Um baixo nível de anticorpo contra o peptídeo também foi detectado para todas as novas linhagens testadas. Nossos resultados com imunização de bactérias vivas sugerem uma resposta levemente melhor ao peptídeo quando duas cópias estão presentes, mas os dados não são conclusivos. / One of the most promising strategies for the biotechnology of vaccines is the development of precisely attenuated strains, which could be used as carriers of heterologous antigens. Mutants of Salmonella Typhimurium have been extensively explored to this effect, since the infection ofmice by S. Typhimurium mimics the infection of humans by S. Typhi, and the genetics of the species is extremely well known, making it easy the obtention of defined mutants with reduced pathogenicity. Mutants with auxotrofy in genes of the aromatic pathway are particularly attractive, since they need PABA and DHB to grow, and these compounds are unavailable in mammalian tissues. Flagellin, the monomer which constitutes the flagellar filament, has been used as a carrier for heterologous epitopes, inserted in a central, hypervariable region (region IV). Insertions in this region are often functional, and lead to exposition of the epitope at the filament\' s surface. The present work explored the potential of the other regions ofthe molecule for the insertion of epitopes. We inserted the same reporter sequence (MS epitope from S. pyogenes M protein) in regions with different levels of homology (III and VI), and totally conserved (VIII). We also made double insertions in regions shown to be permissive (III and IV; IV and VI). All hybrid proteins were synthesized by Salmonella, as demonstrated by immunoblots using antibody against flagellin and against the synthetic peptide. All regions, except the highly conserved region VIII, accepted the insertions without loss of motility, albeit, in some cases, motility was seriously reduced. Immunogenicity of the hydrids was evaluated by immunization with live bacteria, killed bacteria, and purified flagellin (when possible). Results obtained with the new constructs were similar to the ones published for insertions involving region IV, in the sense that antibody titers to the carrier protein were very high. A low level of antibody to the inserted peptide was also detected in all groups of animals. Our results with live immunization suggest a slightly better response to the peptide when two copies are present, but the data are not conclusive.

Uma das estratégias mais promissoras para a biotecnologia de vacinas é o desenvolvimento de linhagens precisamente atenuadas, e que possam ser usadas como carregadoras de antígenos heterólogos. Mutantes de <i}>Salmonella Typhimurium têm sido extensivamente utilizados com essa fmalidade. A flagelina, monômero constituinte do filamento flagelar, vem sendo empregada como carregadora de antígenos heterólogos, inseridos na região central, hipervariável (região IV). Inserções nessa região são freqüentemente funcionais, e levam à exposição do epitopo na superfície do filamento. O presente trabalho explora o potencial de outras regiões da molécula para a inserção de epitopos. Nós inserimos a mesma seqüência usada anteriomente (epitopo da proteína M de S. pyogenes, Tipo 5) em regiões com diferentes níveis de homologia (III e VI), e em região totalmente conservada (VIII). Também foram feitas inserções duplas em regiões que se mostraram toleráveis (III e IV; IV e VI). Todas as proteínas híbridas foram sintetizadas pela Salmonella, como demonstrado em imunoblots, usando anticorpo contra a flagelina e contra o peptídeo. Todas as regiões, exceto a VIII, aceitaram a inserção sem perda de motilidade, apesar de, em alguns casos, ela ter sido extremamente reduzida. A imunogenicidade foi avaliada pela imunização de camundongos com bactérias vivas, inativadas ou, quando possível, flagelina purificada. Os resultados foram similares aos descritos na literatura para inserções envolvendo a região IV, obtendo-se um elevado título de anticorpos contra flagelina. Um baixo nível de anticorpo contra o peptídeo também foi detectado para todas as novas linhagens testadas. Nossos resultados com imunização de bactérias vivas sugerem uma resposta levemente melhor ao peptídeo quando duas cópias estão presentes, mas os dados não são conclusivos. / One of the most promising strategies for the biotechnology of vaccines is the development of precisely attenuated strains, which could be used as carriers of heterologous antigens. Mutants of Salmonella Typhimurium have been extensively explored to this effect, since the infection ofmice by S. Typhimurium mimics the infection of humans by S. Typhi, and the genetics of the species is extremely well known, making it easy the obtention of defined mutants with reduced pathogenicity. Mutants with auxotrofy in genes of the aromatic pathway are particularly attractive, since they need PABA and DHB to grow, and these compounds are unavailable in mammalian tissues. Flagellin, the monomer which constitutes the flagellar filament, has been used as a carrier for heterologous epitopes, inserted in a central, hypervariable region (region IV). Insertions in this region are often functional, and lead to exposition of the epitope at the filament\' s surface. The present work explored the potential of the other regions ofthe molecule for the insertion of epitopes. We inserted the same reporter sequence (MS epitope from S. pyogenes M protein) in regions with different levels of homology (III and VI), and totally conserved (VIII). We also made double insertions in regions shown to be permissive (III and IV; IV and VI). All hybrid proteins were synthesized by Salmonella, as demonstrated by immunoblots using antibody against flagellin and against the synthetic peptide. All regions, except the highly conserved region VIII, accepted the insertions without loss of motility, albeit, in some cases, motility was seriously reduced. Immunogenicity of the hydrids was evaluated by immunization with live bacteria, killed bacteria, and purified flagellin (when possible). Results obtained with the new constructs were similar to the ones published for insertions involving region IV, in the sense that antibody titers to the carrier protein were very high. A low level of antibody to the inserted peptide was also detected in all groups of animals. Our results with live immunization suggest a slightly better response to the peptide when two copies are present, but the data are not conclusive.

A toxoplasmose ocular é atribuída ao parasita, mas a auto-imunidade pode participar do processo. Soros humanos com IgG positiva para T. gondii mostraram níveis altos de IgG anti-retina para diferentes antígenos, se comparados com soros negativos para T. gondii, uveítes de outras origens também tiveram títulos elevados. Hamsters imunizados e/ou infectados não mostraram estes anticorpos sem mimetismo antigênico. A retinocoroidite por Toxoplasma induz resposta humoral auto-imune contra antígenos da retina, provavelmente piorando o efeito direto do agente. Estes anticorpos podem ser usados como marcadores de doença ocular em pacientes soropositivos para toxoplasmose pela triagem de lesão ocular. / Ocular toxoplasmosis is attributed to the parasite, but autoimmunity could have a role in this process. Human sera, positive of anti-T. gondii IgG, show high levels of anti-retina IgG, measured by several antigens, as compared to T. gondii seronegative samples. Sera from patients with uveitis from other origins also had higher anti-retina abs levels. Challenged and/or immunized hamsters showed low anti-retina abs levels, without antigen mimicry. Toxoplasmic retinochoroiditis presents a humoral anti-retina abs, probably worsening the parasite direct effect. Those antibodies could be used as markers of eye involvement in toxoplasmosis seropositive patients, as a screening for eye examination.

A toxoplasmose ocular é atribuída ao parasita, mas a auto-imunidade pode participar do processo. Soros humanos com IgG positiva para T. gondii mostraram níveis altos de IgG anti-retina para diferentes antígenos, se comparados com soros negativos para T. gondii, uveítes de outras origens também tiveram títulos elevados. Hamsters imunizados e/ou infectados não mostraram estes anticorpos sem mimetismo antigênico. A retinocoroidite por Toxoplasma induz resposta humoral auto-imune contra antígenos da retina, provavelmente piorando o efeito direto do agente. Estes anticorpos podem ser usados como marcadores de doença ocular em pacientes soropositivos para toxoplasmose pela triagem de lesão ocular. / Ocular toxoplasmosis is attributed to the parasite, but autoimmunity could have a role in this process. Human sera, positive of anti-T. gondii IgG, show high levels of anti-retina IgG, measured by several antigens, as compared to T. gondii seronegative samples. Sera from patients with uveitis from other origins also had higher anti-retina abs levels. Challenged and/or immunized hamsters showed low anti-retina abs levels, without antigen mimicry. Toxoplasmic retinochoroiditis presents a humoral anti-retina abs, probably worsening the parasite direct effect. Those antibodies could be used as markers of eye involvement in toxoplasmosis seropositive patients, as a screening for eye examination.

A Esquistossomose é uma das mais importantes doenças endêmicas do mundo, com mais de 200 milhões de pessoas infectadas em 76 países. É estimado que mais de 600 milhões de pessoas estejam em áreas endêmicas. Em 2003 dados do transcriptoma do Schistosoma mansoni foram disponibilizados. As informações de proteínas codificadas permitiram a análise de suas funções, e auxiliaram na procura de novos candidatos vacinais. A análise do transcriptoma permitiu a identificação de três famílias de proteínas homólogas à dineína de cadeia leve (DLC) de mamíferos. Uma delas é a família L8, com ao menos 18 membros, com proteínas em torno de 10 kDa. Essas proteínas são expressas em diferentes estágios do ciclo de vida do Schistosoma mansoni. Duas DLCs foram reconhecidas no tegumento de S. japonicum, sugerindo que elas são expostas ao sistema imune do hospedeiro. Salmonelas atenuadas como vacinas vivas têm sido descritas como bons veículos para apresentação de antígenos heterólogos. No nosso laboratório uma importante ferramenta tem sido desenvolvida para auxiliar o uso de salmonelas como vacinas vivas recombinantes, foi desenvolvido um vetor plasmididal baseado no regulon soxRS para controlar a expressão de genes heterólogos in vivo. Este sistema de expressão promove a expressão de proteínas recombinantes sob condições de estresse oxidativo, como aquele imposto ao microorganismo dentro do macrófago. Para investigar o potencial vacinal das DLCs, três genes foram selecionados para serem clonados e expressos em E. coli e em salmonelas atenuadas. A antigenicidade e imunogenicidade desses parálogos foram testadas em camundongos depois de serem imunizados com proteínas purificadas ou com salmonelas recombinantes. As DLCs mostraram ser bastante imunogênicas, aumentando os título de IgG. A proteína DLC1 também aumentou os níveis de IgE no soro dos animais, fato que poderia estar relacionado com reações alérgicas observadas em populações infetadas. Altos níveis de IgE também podem ser relacionados com uma marca de resistência existente em pessoas que vivem em áreas endêmicas. Depois de imunizados os animais foram desafiados com cercárias para investigar possível proteção. Foi observado que a imunização com proteínas purificadas resultou em aproximadamente 40% de diminuição da carga parasitária. A análise dos granulomas hepáticos com 45 dias depois da infecção indicou uma significativa redução, maior que 70% das áreas dos granulomas, sgerindo que a imunização com as DLCs promove uma importante interferência na formação dos granulomas hepáticos. Por outro lado, nossos estudos com salmonelas atenuadas recombinantes, carregando as DLCs, mostraram que foram ineficientes na apresentação dos antígenos ao sistema imune. Relacionando os resultados de diminuição de carga parasitária e das áreas dos granulomas depois da imunização com as DLCs purificadas sugere-se que essas proteínas podem ser consideradas como interessantes candidatos vacinais, uma vez que elas afetam as mais importantes causas da patologia da esquistossomose. / Schistosomiasis is one of the most important endemic diseases in the world, with more than 200 million people infected in 76 countries. It is estimated that more than 600 million people live in endemic areas. In 2003 extensive data from the transcriptome of Schsitosoma mansoni was made available. The information on the encoded proteins allowed the analysis of protein function and improved the search for vaccine candidates. The analysis of the transcriptome allowed the identification of three families of proteins homologs to the mammalian dynein light chain (DLC). One of these was the L8 family, with at least 18 members, all proteins with around 10 kDa. These proteins were found to be expressed in the different stages of the S. mansoni life cycle. Two DLCs were recognized in the tegument of S. japonicum, suggesting that they are exposed to the host immune system. Attenuated salmonellas, as live vaccines, have been described as good vehicles for presentation of heterologous antigens. At our laboratory an important tool has been developed to improve the use of salmonellas as live recombinant vaccines, a plasmidial vector based on the soxRS regulon to control the expression of heterologous genes in vivo. This expression system promotes the expression of recombinant proteins under conditions of oxidative stress, such as that imposed to the microorganism in the macrophage environment. To investigate the vaccine potential of DLCs, three genes were selected to be cloned and expressed in E. coli and in attenuated salmonellas. Antigenicity and immunogenicity of these paralogous were tested in mice after immunization with purified proteins or with the recombinant salmonellas. The DLCs were proven to be very immunogenic, increasing the IgG titers. DLC1 also increased the IgE levels in the sera of animals, what could be related to allergenic reactions observed in infected population. High level of IgE can also be related to the resistance mark of people living in endemic areas. After immunization, the animals were challenged with cercarias to investigate the protective profile. It was observed that immunization with purified proteins resulted in approximately 40% decreasing in the worm burden. The analysis of the hepatic granulomas 45 days after infection indicated a significant, up to 70 %, reduction of the granuloma areas, suggesting that immunization with DLCs promotes important interference in the hepatic granuloma formation. On the other hand, our studies with the attenuated recombinant salmonellas, carrying DLCs, showed no effective antigen presentation to the mice immune system. Taking together, the results of decreasing the worm burden and the granuloma size after immunization with purified DLCs suggest that these proteins could be considered as interesting vaccine candidates, affecting the main causes of the pathology of schistosomiasis.

A Esquistossomose é uma das mais importantes doenças endêmicas do mundo, com mais de 200 milhões de pessoas infectadas em 76 países. É estimado que mais de 600 milhões de pessoas estejam em áreas endêmicas. Em 2003 dados do transcriptoma do Schistosoma mansoni foram disponibilizados. As informações de proteínas codificadas permitiram a análise de suas funções, e auxiliaram na procura de novos candidatos vacinais. A análise do transcriptoma permitiu a identificação de três famílias de proteínas homólogas à dineína de cadeia leve (DLC) de mamíferos. Uma delas é a família L8, com ao menos 18 membros, com proteínas em torno de 10 kDa. Essas proteínas são expressas em diferentes estágios do ciclo de vida do Schistosoma mansoni. Duas DLCs foram reconhecidas no tegumento de S. japonicum, sugerindo que elas são expostas ao sistema imune do hospedeiro. Salmonelas atenuadas como vacinas vivas têm sido descritas como bons veículos para apresentação de antígenos heterólogos. No nosso laboratório uma importante ferramenta tem sido desenvolvida para auxiliar o uso de salmonelas como vacinas vivas recombinantes, foi desenvolvido um vetor plasmididal baseado no regulon soxRS para controlar a expressão de genes heterólogos in vivo. Este sistema de expressão promove a expressão de proteínas recombinantes sob condições de estresse oxidativo, como aquele imposto ao microorganismo dentro do macrófago. Para investigar o potencial vacinal das DLCs, três genes foram selecionados para serem clonados e expressos em E. coli e em salmonelas atenuadas. A antigenicidade e imunogenicidade desses parálogos foram testadas em camundongos depois de serem imunizados com proteínas purificadas ou com salmonelas recombinantes. As DLCs mostraram ser bastante imunogênicas, aumentando os título de IgG. A proteína DLC1 também aumentou os níveis de IgE no soro dos animais, fato que poderia estar relacionado com reações alérgicas observadas em populações infetadas. Altos níveis de IgE também podem ser relacionados com uma marca de resistência existente em pessoas que vivem em áreas endêmicas. Depois de imunizados os animais foram desafiados com cercárias para investigar possível proteção. Foi observado que a imunização com proteínas purificadas resultou em aproximadamente 40% de diminuição da carga parasitária. A análise dos granulomas hepáticos com 45 dias depois da infecção indicou uma significativa redução, maior que 70% das áreas dos granulomas, sgerindo que a imunização com as DLCs promove uma importante interferência na formação dos granulomas hepáticos. Por outro lado, nossos estudos com salmonelas atenuadas recombinantes, carregando as DLCs, mostraram que foram ineficientes na apresentação dos antígenos ao sistema imune. Relacionando os resultados de diminuição de carga parasitária e das áreas dos granulomas depois da imunização com as DLCs purificadas sugere-se que essas proteínas podem ser consideradas como interessantes candidatos vacinais, uma vez que elas afetam as mais importantes causas da patologia da esquistossomose. / Schistosomiasis is one of the most important endemic diseases in the world, with more than 200 million people infected in 76 countries. It is estimated that more than 600 million people live in endemic areas. In 2003 extensive data from the transcriptome of Schsitosoma mansoni was made available. The information on the encoded proteins allowed the analysis of protein function and improved the search for vaccine candidates. The analysis of the transcriptome allowed the identification of three families of proteins homologs to the mammalian dynein light chain (DLC). One of these was the L8 family, with at least 18 members, all proteins with around 10 kDa. These proteins were found to be expressed in the different stages of the S. mansoni life cycle. Two DLCs were recognized in the tegument of S. japonicum, suggesting that they are exposed to the host immune system. Attenuated salmonellas, as live vaccines, have been described as good vehicles for presentation of heterologous antigens. At our laboratory an important tool has been developed to improve the use of salmonellas as live recombinant vaccines, a plasmidial vector based on the soxRS regulon to control the expression of heterologous genes in vivo. This expression system promotes the expression of recombinant proteins under conditions of oxidative stress, such as that imposed to the microorganism in the macrophage environment. To investigate the vaccine potential of DLCs, three genes were selected to be cloned and expressed in E. coli and in attenuated salmonellas. Antigenicity and immunogenicity of these paralogous were tested in mice after immunization with purified proteins or with the recombinant salmonellas. The DLCs were proven to be very immunogenic, increasing the IgG titers. DLC1 also increased the IgE levels in the sera of animals, what could be related to allergenic reactions observed in infected population. High level of IgE can also be related to the resistance mark of people living in endemic areas. After immunization, the animals were challenged with cercarias to investigate the protective profile. It was observed that immunization with purified proteins resulted in approximately 40% decreasing in the worm burden. The analysis of the hepatic granulomas 45 days after infection indicated a significant, up to 70 %, reduction of the granuloma areas, suggesting that immunization with DLCs promotes important interference in the hepatic granuloma formation. On the other hand, our studies with the attenuated recombinant salmonellas, carrying DLCs, showed no effective antigen presentation to the mice immune system. Taking together, the results of decreasing the worm burden and the granuloma size after immunization with purified DLCs suggest that these proteins could be considered as interesting vaccine candidates, affecting the main causes of the pathology of schistosomiasis.