Astrócitos são células gliais com fundamental importância no sistema nervoso central (SNC), tanto em condições fisiológicas quanto patológicas. Estas células são essenciais na plasticidade neural, no metabolismo de neurotransmissores, na defesa antioxidante, na regulação do metabolismo energético, na homeostase iônica, na resposta inflamatória, na manutenção da barreira sangue-cérebro, na migração neuronal e na estabilização da comunicação entre as células. Assim, alterações em funções astrocitárias (como as que ocorrem no envelhecimento) estão relacionadas a importantes alterações na funcionalidade cerebral. Desta forma, esta tese teve por objetivo demonstrar que a cultura de astrócitos derivada de ratos Wistar adultos, desenvolvida e caracterizada pelo nosso grupo de pesquisa, pode ser um modelo de estudo fidedigno e versátil das propriedades celulares astrocitárias. Nossos resultados apontam que esta metodologia pode ser utilizada para elucidar o perfil de aminoácidos e gliotransmissores assim como da atividade enzimática glial e gerenciamento de neurotransmissores. Também demonstramos que a cultura adulta não é derivada de progenitores neurais e que parâmetros mitocondriais observados no cérebro adulto foram reproduzidos in vitro. A análise de respostas a estímulos demonstrou ser variável, dependendo da idade dos animais. Da mesma forma, o uso de culturas de diferentes idades revelou o efeito antienvelhecimento da guanosina, sugerindo sua atividade glioprotetora. Finalmente, demonstramos que culturas preparadas a partir de animais neonatos submetidas a um modelo de senescência in vitro apresentam respostas diferentes das apresentadas por culturas preparadas a partir de animais adultos e/ou envelhecidos, demonstrando que o modelo mais adequado para elucidar propriedades astrocitárias do cérebro maduro é o derivado de animais adultos. Portanto, demonstramos com este estudo a importância da disponibilidade de uma ferramenta como a cultura de astrócitos adultos e elucidamos características bioquímicas, celulares e moleculares desta ferramenta, evidenciando algumas de suas diferenças em comparação à cultura preparada a partir de ratos neonatos. Assim, ampliamos a compreensão das propriedades e funções celulares desta ferramenta, fornecendo respostas mais aproximadas às respostas fornecidas por astrócitos do cérebro maduro in vivo, especialmente no estudo do envelhecimento e das doenças neurodegenerativas. / Astrocytes are glial cells of pivotal importance in the central nervous system (CNS), both in physiological and pathological conditions. Some of their roles include neural plasticity, neurotransmitter metabolism, antioxidant defenses, control of energy metabolism, ionic homeostasis, inflammatory response, formation and maintenance of blood-brain barrier, neuronal migration and cellular communication. Thus, changes in astrocytic function (such as occurs in aging) are related to changes in brain function. The aim of this thesis was to demonstrate that astrocyte cultures from adult Wistar rats (developed and characterized by our research group) might be a reliable and versatile tool for studying astrocytic cellular properties. Our results suggest that this culture model is suitable to study the amino acids content and gliotransmitters, as well as glial enzymatic activity and neurotransmitter management. Next, we showed that the astrocyte cultures are not derived from neural progenitors and tissue mitochondrial parameters were reproduced in in vitro cultures. Responses to stimulus were variable, depending on the animals’ age. Accordingly, guanosine presented an anti-aging effect, indicating its glioprotective activity. Finally, we showed that cultures prepared from newborn rats submitted to an in vitro senescence model presented different responses when compared with mature animals, indicating that our culture model is the most suitable model to represent astrocytic properties in the mature brain. Therefore, this study demonstrates the relevance of this tool to understanding the biochemical, cellular and molecular properties of adult astrocytes, showing some differences related to the culture prepared from newborn animals. Thus, we amplify the comprehension about cellular functions of this tool, providing closer responses related to mature brain in vivo, especially regarding studies about aging and neurodegenerative diseases.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Excessive formation of reactive oxygen species (ROS) and disruption of glutamate uptake have been hypothesized as key mechanisms contributing to quinolinic acid (QA)- induced toxicity. Thus, here we investigate if the use of diphenyl diselenide (PhSe)2, guanosine (GUO) and MK-801, alone or in combination, could protect rat brain slices from QA-induced toxicity. QA (1 mM) increased ROS formation, thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) and decreased cell viability after 2 h of exposure. (PhSe)2 (1 μM) protected against this ROS formation in the cortex and the striatum and also prevented decreases in cell viability induced by QA. (PhSe)2 (5 μM) prevented ROS formation in the hippocampus. GUO (10 and 100 μM) blocked the increase in ROS formation caused by QA and MK-801 (20 and 100 μM) abolished the pro-oxidant effect of QA. When the non effective concentrations were used in combination produced a decrease in ROS formation, mainly (PhSe)2 + GUO and (PhSe)2 + GUO + MK-801. These results demonstrate that this combination could be effective to avoid toxic effects caused by high concentrations of QA. Furthermore, the data obtained in the ROS formation and cellular viability assays suggest different pathways in amelioration of QA toxicity present in the neurodegenerative process. / A formação excessiva de espécies reativas de oxigênio (ROS) e alterações na captação de glutamato têm sido associadas como mecanismos chave que contribuem para toxicidade induzida pelo ácido quinolínico (AQ). Assim, nós investigamos se a utilização do disseleneto de difenila (PhSe)2, guanosina (GUO) e MK-801, isoladamente ou em combinação, podem proteger as fatias de regiões cerebrais de ratos da toxicidade induzida por AQ. AQ (1 mM) aumentou a formação de ROS, substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) e diminuiu a viabilidade celular após 2h de exposição. (PhSe)2 (1 μM) protegeu contra esta formação de ROS no córtex e no estriado e além disso preveniu a diminuição da viabilidade celular induzida pelo AQ. (PhSe)2 (5 μM) preveniu a formação de ROS no hipocampo. GUO (10 e 100 μM) bloqueou o aumento na formação de ROS causada pelo AQ e MK-801 (20 e 100 μM) aboliu o efeito pró-oxidante do AQ. Quando as concentrações não-efetivas foram usadas em combinação produziram uma diminuição na formação de ROS, principalmente (PhSe)2 + GUO e (PhSe)2 + GUO + MK-801. Estes resultados demonstram que esta combinação pode ser eficaz para evitar os efeitos tóxicos provocados por concentrações elevadas do AQ. Além disso, os dados obtidos nos ensaios de formação de ROS e viabilidade celular sugerem diferentes vias de atuação na melhora da toxicidade induzida pelo AQ presente no processo neurodegenerativo.

A persistência bacteriana correlacionada à formação de biofilmes bacterianos é, há algum tempo, fonte de grande preocupação médica em virtude de sua ampla associação com a dificuldade de tratamento de infecções crônicas. Por outro lado, as perspectivas de utilização de biofilmes bacterianos em novas aplicações biotecnológicas e até mesmo para fins terapêuticos são promissoras. Há, portanto, grande interesse em compreender os mecanismos que levam as células bacterianas a deixar o estado planctônico, de vida livre, e associarem-se nesses conglomerados celulares altamente complexos. Ao longo das últimas décadas, o segundo mensageiro c-di-GMP – em conjunto com as moléculas que catalisam sua síntese (diguanilato ciclases) e sua degradação (fosfodiesterases) e seus receptores – estabeleceu-se como um elemento central de regulação de uma série de respostas celulares que determinam a formação ou a dispersão de biofilmes. Curiosamente, as proteínas que participam do metabolismo deste segundo mensageiro estão, frequentemente, codificadas múltiplas vezes em um mesmo genoma bacteriano. Em vista dessa observação, estudos mais recentes apontam que, para reger paralelamente uma variedade tão ampla de fenótipos, este sistema opera em modo de alta especificidade de sinalização e que, portanto, o sinal metabolizado por determinados conjuntos de diguanilato ciclases e fosfodiesterases tem alvos celulares específicos. Evidências robustas, porém isoladas até o momento, apontaram que um dos meios pelo qual ocorre a segregação entre sinal produzido e alvo específico é a interação direta entre as proteínas componentes das vias de sinalização. Mais, demonstrou-se que, em algumas vias, a transmissão de sinal ocorre exclusivamente via interação proteica, dispensando a intermediação do sinalizador em si. Para avaliar a validade e relevância global deste mecanismo, propôs-se, neste estudo, a investigação da rede total de interações entre as proteínas tipicamente associadas às vias de sinalização por c-di-GMP em Pseudomonas aeruginosa, utilizando ensaios de duplo-hibrido bacteriano. Para tanto, foram construídas duas bibliotecas de DNA direcionadas e foram feitos testes de interação de forma estratégica para possibilitar o esgotamento e averiguação de todas as possíveis interações entre as proteínas alvo identificadas. O resultado obtido, um mapa inicial, porém abrangente, da rede de interações proteicas em P. aeruginosa, indica uma grande probabilidade de que os mecanismos previamente descritos sejam realmente recorrentes e relevantes para o intermédio da sinalização nesse organismo. Algumas das interações mais robustas encontradas são bastante interessantes e serão, em estudos futuros, mais extensivamente estudadas. / Persister bacteria are correlated to biofilm formation and have been a source of great medical concern due to its close association with the impairment of traditional treatment in combating chronic infections. On the other hand, using bacterial biofilms to create original biotechnological applications or even as a means of therapeutic treatment in medical settings constitutes a promising prospect. There is, therefore, a great interest in understanding the mechanisms that allow bacteria to leave the free-living planktonic lifestyle and associate in these highly complex cellular aggregates. Over the last decades, the second messenger c-di-GMP – and also the molecules involved in its synthesis (diguanylate ciclases) and degradation (phosphodiesterases) along with its receptors – has been established as a key element implicated in regulation of a series of cellular responses that determine biofilm formation or dispersion. Curiously, the proteins that play a part in the metabolism of this second messenger are frequently coded multiple times in single bacterial genomes. Taking this into account, recent studies indicate that, in order to control such a wide range of phenotypes, this system operates via high specificity of signaling – which means that the signal metabolized by a certain set of diguanylate ciclases and phosphodiesterases has specific cellular targets. Robust but yet isolated evidence indicate that a means by which a signal is segregated with its correlated phenotypic response is through direct protein-protein interaction involving the components of these signaling pathways. Even more, there has been strikingly evidence that, in some of these pathways, signal transduction occurs exclusively through protein-protein interaction, entirely dismissing any mediation by the signal molecule. In order to validate and evaluate the global relevance of this type of mechanism, this study proposed the investigation of the entire network of interactions between proteins typically associated with c-di-GMP signaling pathways of Pseudomonas aeruginosa by employing bacterial two-hybrid system assays. To make that possible, two DNA libraries were constructed and interaction essays were performed in a strategic way so that all possibilities of interaction between target proteins were explored. The results obtained from these experiments allowed the construction of a broad map of interactions that, although still primitive, indicates that, chances are, the mechanisms previously described are both recurrent and relevant to signaling regulation in this organism. Some of the interaction partners found are particularly interesting and will be further investigated in future studies.

Orientador: Marcelo Palma Sircili / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-26T15:41:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Higa_JulianaSuyama_M.pdf: 2740628 bytes, checksum: 20ced0f2848628f2541d4313632cfc0b (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Escherichia coli (E.coli) enteropatogênica (EPEC), é um dos agentes causadores de diarreia em crianças, principalmente em países em desenvolvimento. EPEC pode ser dividida em típica (tEPEC) ou atípica (aEPEC) pela presença ou ausência do plasmídeo EAF, respectivamente e, mais precisamente pela expressão da fímbria Bfp. Uma característica de EPEC é a capacidade de causar uma lesão histopatológica denominada "attaching and effacing" (lesão A/E) no epitélio intestinal e os genes responsáveis pela formação da lesão A/E estão localizados na ilha de patogenicidade LEE (locus of enterocyte effacement). Outra característica de EPEC é a formação de microcolônias que possibilitam a formação de biofilme. Um dos mecanismos de regulação da formação de biofilme envolve a molécula sinalizadora Bis-(3'-5')-monofosfato de guanosina cíclico (c-di-GMP), um mensageiro secundário universal em bactérias que está envolvido na regulação de uma grande variedade de processos celulares. Para exercer sua função, c-di-GMP precisa se ligar e alterar alostericamente a estrutura de uma molécula efetora. Um dos receptores conhecidos para c-di-GMP é YcgR, uma proteína de domínio PilZ que possui um sítio de ligação para c-di-GMP e está envolvida diretamente na regulação do movimento flagelar através da ligação do complexo YcgR-c-di-GMP às proteínas da base do motor flagelar. Existem poucos dados na literatura sobre as funções de YcgR, todos focados apenas no seu papel na regulação da motilidade. Assim, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência de YcgR na motilidade, formação de biofilme, adesão e formação de lesão A/E em um amostra de aEPEC do sorotipo O55:H7. O gene ycgR foi deletado da amostra selvagem através da técnica de recombinação homóloga proposta por Datsenko e Wanner (2000). A complementação da amostra mutante foi realizada através da clonagem do gene ycgR no plasmídeo de expressão pBAD Myc HisA. Os resultados obtidos indicam que a deleção do gene ycgR reduz a motilidade e aumenta a formação do biofilme inicial na amostra O55:H7. Além disso, a adesão em células epiteliais e a formação da lesão A/E também foram reduzidas em comparação à amostra selvagem. Os resultados fenotípicos corroboram os observados na análise transcricional dos genes eae, ler e espA, que participam da formação da lesão A/E, e dos genes bscA, fimA e csgD, envolvidos na formação do biofilme inicial. Com exceção do gene csgD que apresentou um aumento na transcrição na amostra mutante, todos os outros genes avaliados apresentaram uma menor transcrição em relação à amostra selvagem. Poucos trabalhos na literatura demonstram o papel do mensageiro secundário em amostras de E. coli patogênicas, assim, estes resultados são os primeiros descritos para uma amostra de aEPEC e possibilitam que no futuro novos estudos possam analisar com mais detalhes a participação de c-di-GMP na regulação de fatores de virulência não só de aEPEC mas também de outras E.coli patogênicas / Abstract: Enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) is a causative agent of diarrhea in children, especially in developing countries. EPEC can be categorized in 2 subgroups termed typical (tEPEC) or atypical (aEPEC) by the presence or absence of the EAF plasmid respectively, and more precisely by the expression of the Bfp fimbriae. One characteristic of EPEC is the ability to cause a histopathological lesion on epithelial cells called "attaching and effacing" (A/E lesion). The genes responsible for the production of the A/E lesion are encoded in a pathogenicity island named "locus of enterocyte effacement" (LEE). Another feature of EPEC is the formation of microcolonies, which allow biofilm formation. One of the regulation mechanisms of biofilm formation involves the signaling molecule bis- (3'-5') cyclic guanosine monophosphate (c-di-GMP), a ubiquitous second messenger in bacteria that participates in the regulation of a wide variety of cellular processes. To perform its function, c-di-GMP needs to bind and alter allosterically the structure of an effector molecule. One of the known (many?) receptors for c-di-GMP is YcgR, a Pilz domain protein that has a c-di-GMP binding site and is involved directly in the regulation of flagellar movement through the binding of the YcgR-c-di-GMP complex to flagellar motor proteins. There are few published data on the YcgR functions and they focus mainly on the role of the YcgR in motility regulation. The aim of this study was to evaluate the influence of YcgR in motility, biofilm formation, adhesion and A/E lesion formation in an aEPEC strain serotype O55:H7. ycgR gene deletion was performed by homologous recombination as proposed by Datsenko and Wanner (2000). Complementation of O55:H7 mutant strain was achieved by cloning ycgR in pBAD/Myc-HisA plasmid. The results indicate that the deletion of ycgR gene decreases the motility and increases the formation of initial biofilm on O55:H7 strain. Moreover, the adhesion on epithelial cells and the A/E lesion formation were also diminished in comparision to the wild type strain. The phenotypic results are consistent with the transcriptional analysis of eae, ler and espA genes involved in A/E lesion formation, and of bcsA, fimA and csgD genes involved in the initial steps of biofilm formation. With the exception of csgD gene that showed an increased transcription level in the mutant strain, all other analysed genes showed a decrease in transcription when compared to the wild type strain. Few studies demonstrate the role of a second messenger molecule in Escherichia coli pathogenic samples, and therefore, these results are the first report in this regard for an aEPEC strain. This work should encourage further studies in order to analyze in more detail the involvement of c-di GMP in the regulation of virulence factors not only in aEPEC, but also in other pathogenic Escherichia coli pathotypes / Mestrado / Microbiologia / Mestra em Genética e Biologia Molecular

La preorganització electrostàtica del centre actiu s'ha postulat com el mecanisme genèric de l'acció dels enzims. Així, alguns residus "estratègics" es disposarien per catalitzar reaccions interaccionant en una forma més forta amb l'estat de transició, baixant d'aquesta manera el valor de l'energia dactivació g cat. S'ha proposat que aquesta preorientació electrostática s'hauria de poder mostrar analitzant l'estabilitat electrostàtica de residus individuals en el centre actiu.Ras es una proteïna essencial de senyalització i actúa com un interruptor cel.lular. Les característiques estructurals de Ras en el seu estat actiu (ON) són diferents de les que té a l'estat inactiu (OFF). En aquesta tesi es duu a terme una anàlisi exhaustiva de l'estabilitat dels residus del centre actiu deRas en l'estat actiu i inactiu. / The electrostatic preorganization of the active site has been put forward as the general framework of action of enzymes. Thus, enzymes would position "strategic" residues in such a way to be prepared to catalyze reactions byinteracting in a stronger way with the transition state, in this way decreasing the activation energy g cat for the catalytic process. It has been proposed thatsuch electrostatic preorientation should be shown by analyzing the electrostatic stability of individual residues in the active site.Ras protein is an essential signaling molecule and functions as a switch in thecell. The structural features of the Ras protein in its active state (ON state) are different than those in its inactive state (OFF state). In this thesis, an exhaustive analysis of the stability of residues in the active and inactive Ras active site is performed.