O vírus linfotrópico de células T humanas tipo 1 (HTLV-1) está associado etiologicamente à duas principais manifestações clínicas: a leucemia/linfoma de células T do adulto (ATLL) e a mielopatia associada ao HTLV-1 ou paraparesia espástica tropical (HAM/TSP). Apenas 2 a 5% dos indivíduos infectados desenvolvem doenças associadas ao vírus, enquanto a maioria permanece assintomática. A HAM/TSP é uma manifestação inflamatória do sistema nervoso central e o mecanismo pelo qual o HTLV-1 induz o surgimento de HAM/TSP ainda não está totalmente esclarecido. Os linfócitos T CD4+ são os principais reservatórios do HTLV-1 in vivo e possuem uma participação importante na resposta imunológica dirigida a este retrovírus. Essas células são ativadas precocemente durante a infecção pelo HTLV-1 e auxiliam na resposta dos linfócitos T CD8 citotóxicos (CTLs), bem como na produção de anticorpos. No presente estudo, foi avaliado o perfil de expressão gênica global dos linfócitos T CD4+ isolados de portadores assintomáticos (HAC), pacientes com HAM/TSP e de indivíduos sadios (CT) por meio da metodologia de microarray. Os linfócitos T CD4+ utilizados foram isolados por separação imunomagnética e foram realizados microarrays de doze amostras individuais: quatro amostras do grupo CT, quatro amostras do grupo HAC e quatro do grupo HAM/TSP. Os dois últimos grupos continham duas amostras com alta e duas com baixa expressão da proteína Tax. As análises de agrupamento hierárquico revelaram que o perfil de expressão gênica dos indivíduos infectados pelo HTLV-1 difere dos indivíduos do grupo CT pela formação de dois agrupamentos distintos. Ademais, os indivíduos infectados pelo HTLV-1 se agruparam de acordo com o estado clínico e independente da expressão de Tax. Foram realizadas as comparações entre os grupos CT vs. HAC, CT vs. HAM/TSP e HAM/TSP vs. HAC e os dados demonstraram que 221, 254 e 70 genes estavam diferencialmente expressos, respectivamente. Além disso, foram observados 86 genes presentes nas intersecções entre CT vs. HAC x CT vs. HAM/TSP, 25 genes entre CT vs. HAM/TSP x HAM/TSP vs. HAC e apenas um gene entre CT vs. HAC x CT vs. HAM/TSP. Estes genes diferencialmente expressos estavam associados à citocinas, lise e migração celular. Os achados foram validados por PCR quantitativo em um total de 23 indivíduos assintomáticos, 17 com HAM/TSP e 25 indivíduos sadios. A validação evidenciou o aumento da expressão dos genes PXN, CXCR4, PRF1 e Foxp3 no grupo HAM/TSP em relação ao grupo HAC, além do aumento de IL-27 nos indivíduos do grupo HAC comparados com os indivíduos do grupo HAM/TSP. Adicionalmente, foi realizada a quantificação dos níveis protéicos de PRF1, GZMB, CXCR4 por citometria de fluxo. Entretanto, nenhuma diferença foi observada entre os diferentes grupos analisados. Ainda, por meio de citometria de fluxo, a população de células CD3+CD4+CD25hiFoxp3+, bem como CD4+Foxp3+ foram analisadas e observou-se maiores níveis de expressão de CD4+Foxp3+ nos indivíduos infectados pelo HTLV-1. A porcentagem de células CD3+CD4+CD25hiFoxp3+ não mostrou diferença significativa entre os três grupos comparados. Os resultados evidenciados neste projeto ressaltam a importância das células CD4+ no controle da resposta imune contra a infecção pelo HTLV-1. O aumento na expressão gênica de PXN e CXCR4, que fazem parte da via de sinalização de CXCR4, sugere a ocorrência de migração celular nos indivíduos com HAM/TSP, provavelmente para o SNC. Além disso, o aumento das células Treg parecem suprimir a atividade das células T CD8+ pela via perforina/granzima, que por sua vez aumentaria a carga proviral, aumentando assim o risco de desenvolvimento de HAM/TSP. / Human T-cell lymphotropic vírus type 1 (HTLV-1) is etiologically associated with two major diseases: the adult T cell lymphoma/leukaemia (ATLL) and the HTLV-I-associated myelopathy/tropical spastic paraparesis (HAM/TSP). About 2 to 5% of infected individuals will develop HTLV-1-related diseases, while the majority remains life-long asymptomatic carriers of the virus. HAM/TSP is an inflammatory manifestation of central nervous system and the mechanism involved in HAM/TSP development is not well elucidated. CD4+ T cells are the predominant subset of cells infected with HTLV-1 in vivo and they are also important as effector cells against the infection. These cells are early activated during infection with HTLV-1 and assist the response of CD8 cytotoxic T lymphocytes (CTLs) and antibody production. To identify genes differentially expressed among non-infected individuals (CT), asymptomatic (HAC) and HAM/TSP patients we applied the microarray using CD4+ T cells isolated from these individuals. The CD4+ T lymphocytes were isolated by magnetic cell separation system and twelve samples underwent microarray analysis, as follows: 4 CT, 4 HAC and 4 HAM/TSP samples. Two samples had high tax expression and two samples had low tax expression for both infected groups. The hierarchical clustering analysis showed that the gene expression profile of infected individuals is distinct from healthy individuals because two separate clusters were observed. HTLV-1-infected individuals clustering meets with patients clinical status. However, HTLV-1 CD4+ T cells clustering did not correlate with Tax protein expression. We found 221 genes differently expressed between CT and HAC groups, 254 genes between CT and HAM/TSP and 70 genes between HAC and HAM/TSP. Moreover, we observed 86 genes differently expressed in the intersections between CT vs. HAC x CT vs. HAM/TSP, 25 genes between CT vs. HAM/TSP x HAM/TSP vs. HAC and only one gene between CT vs. HAC x CT vs. HAM/TSP. These genes were associated with cytokines, cell lysis and cell migration. These results were validated by quantitative PCR in 23 HTLV-1 asymptomatic carriers, 17 patients with HAM/TSP and 25 healthy individuals. The validation revealed increased levels of expression of the genes PXN, CXCR4, PRF1, and Foxp3 in the HAM/TSP group compared with HAC group. IL-27 gene expression was increased in HAC group when compared with HAM/TSP group. Additionally, we performed the protein quantification of PRF1, GZMB, and CXCR4 by flow cytometry. However, no difference was observed among the three groups. We also analyzed CD3+CD4+CD25hiFoxp3+ and CD4+Foxp3+ populations by flow cytometry. There was an increase of CD4+Foxp3+ expression in HTLV-1-infected individual. No differences were observed in CD3+CD4+CD25hiFoxp3+ population among the three groups. The results shown in this project highlight the importance of CD4+ cells in controlling the immune response against HTLV-1. The gene expression profile of PXN and CXCR4 was increased. These genes are related to CXCR4 signaling pathway that can result in CD4+ T cells migration, probably to the central nervous system. It is also suggested that Treg cells can suppress the T CD8+ activity through perforin/granzyme pathway. This pathway enhances the proviral load increasing the risk of HAM/TSP development.

Les tumeurs gliales du cerveau et en particulier les glioblastomes sont des tumeurs de très mauvais pronostic. Les paramètres qui contrôlent des phénotypes comme l'agressivité, la migration, ou la chimio-résistance de ces tumeurs sont mal connus. Dans ce contexte tumoral, il est envisagé que les microARN (ARN non-codants d'une vingtaine de bases) soient des acteurs essentiels des phénomènes de modification phénotypique parce qu'ils sont capables d'orchestrer l'expression de nombreux gènes. Nous avons montré que les microARN sont des marqueurs tissulaires précieux pour le diagnostic permettant de différencier les deux types principaux de gliomes à partir de prélèvements tumoraux. Nous avons aussi observé que plusieurs microARN sont, en outre, sécrétés par les cellules gliales saines ou cancéreuses au sein de microvésicules appelées exosomes. Le contenu en ARN de ces exosomes a été caractérisé par analyse moléculaire transcriptomique (ARN messagers et microARN) par techniques d'hybridation sur puces à ADN Affymetrix. Les profils ARN exosomaux sains et cancéreux sont distincts, mais ils ne reflètent pas intégralement le profil ARN des cellules dont ils sont issus. Des conditions de stress hypoxique ou l'utilisation de composés pharmacologiques (GW4869 et 5-aza-2'-désoxycitidine) n'affectent pas la quantité d'exosomes produite par la lignée de glioblastome (U87) en culture. Les profils ARN sont cependant modifiés, et le contenu des exosomes produits semble donc être un mécanisme actif et régulé. Enfin, des exosomes cancéreux incubés avec des cellules saines ont très peu d'effet sur le phénotype de celles-ci. Les microARN tissulaires et exosomaux seraient donc des acteurs importants de la physiopathologie du gliome et de sa progression, dont les rôles restent encore à préciser. / Brain glial tumors, and particularly glioblastomas, are tumors with a very bad prognosis. Nowadays, parameters that control aggressiveness, migration or chemo-resistance are poorly known. In this tumor context microRNAs (20 base-long non-coding RNAs) are thought to be essential actors of phenotypic-modification phenomenons as they are able to control the expression of numerous genes. We showed that microRNAs are precious diagnosis tissular markers helping in differentiating two principal tumor types from tissular samples. We also observed that several microRNAs are secreted by glial cells in microvesicles called exosomes. The exosomes RNA content was characterized by molecular transcriptomic analysis (messenger RNAs and microRNAs) using Affymetrix hybridization techniques. The healthy and cancerous exosomal RNA profiles are distinct but do not reflect the RNA profile of the cells they are derived from. Oxygen stress conditions, or use of chemical drugs (GW4869 or 5-Aza-2'-deoxycitidine), do not affect the quantity of exosomes produced by the culture cell line of glioblastoma U87. Nevertheless, the RNA profiles are modified and contents of exosomes produced seem to be controled by an active and regulated mechanism. Finally, cancerous exosomes incubated with healthy cells have a very restrain effect on their phenotypes. Thus tissular and exosomal microRNAs might be important actors of the glioma physiopathology and progression, which roles remain to be defined in detail.

To understand transmissible human diseases, disciplines such as epidemiology and the surveillance of affected cases are as essential as the knowledge about the pathogenesis and the course of a disease. Epidemiologists categorize and estimate factors for public health risks by taking metadata into account including geographic aspects, health and social states to study a disease transmission and prevent further cases. In addition, a focus on the causative agents itself is necessary in order to understand their ecology and hence their virulence traits. The causative agents for a severe pneumonia named Legionnaires’ disease (LD) are bacteria of the genus Legionella. The putative sources of LD infection are any aerosol-generating natural or man-made fresh water systems. Due to this ubiquitous distribution of legionellae, it is difficult to find the source of infection. Therefore, it is necessary to isolate the bacterium from the suffering patients to further characterize it in the laboratory and to compare the clinical isolates with isolates obtained from probable environmental sources. The predominant species isolated from LD patients is Legionella pneumophila serogroup (Sg) 1. Intensive genotyping of L. pneumophila Sg1 isolates by using the current gold standard method, the sequence-based typing scheme (SBT), revealed limitations in the discrimination of several sequence types (ST) which could not be compensated for by additional phenotypic typing scheme. In practical terms, this means that several clones or STs are disproportional frequently found in both, patients and water systems, and cannot be distinguished by current methods. Therefore, a distorted picture of endemic and globally-spread clones is generated and current typing methods cannot add substantial information during the identification of the infectious source. The aim of this thesis is to develop and implement new typing methods for L. pneumophila isolates with a higher resolution than the gold standard methods. A DNA-DNA hybridization based microarray was designed and equipped with probes that target specifically L. pneumophila virulence factors and genes that are involved in the biosynthesis of lipopolysaccharide structures. Legionellae can be subgrouped on the basis of their lipopolysaccharide structures. Here, the usually phenotypic characterization of L. pneumophila Sg1 is successfully transmitted to a DNA-based genotypic method. Furthermore, the detailed validation of the DNA-microarray revealed a higher discriminatory power in comparison to the gold standard methods. It enables previously indistinguishable clones to be subdivided, providing valuable information about probable sources of infection. The second new tool for typing of L. pneumophila is based on the core genome of the bacteria. An extended SBT-scheme was extracted from the core genome and accordingly named core genome multilocus sequence typing (cgMLST). This genome wide gene-by-gene typing approach allows a high genomic resolution of L. pneumophila isolates by retaining epidemiological concordance. A major advantage of this genome-based method is the detection of large recombination events within the analysed genomes, which is, so far, reserved for whole genome sequencing. The population structure of legionellae is largely driven by recombination and horizontal gene transfer rather than by spontaneous mutations. Therefore, the detection of recombination events is essential for typing of L. pneumophila isolates. In addition, the cgMLST-scheme assigns a core genome sequence type to the analysed isolate and allows backwards compatibility with the current SBT-scheme. Both methods proved to be fast, reliable and robust typing methods through their application during outbreak investigations. Furthermore, both systems are particularly suited as routine molecular typing tools for the surveillance of single cases. The raw data are verified and translated into uniform portable codes, which enables the easy transfer and comparison of results. The standardized and portable quality of the results of both methods enables the establishment of a curated global database. This qualifies both methods as potential new gold standard methods for the genotyping of L. pneumophila isolates.

A remodelação óssea é um processo fisiológico que mantém a integridade do esqueleto através da substituição do osso antigo por uma matriz óssea jovem. No entanto, na osteoporose a formação óssea, comparada à reabsorção, fica prejudicada em virtude da queda do número de osteoblastos e redução de suas atividades, levando a uma perda da microarquitetura do tecido ósseo, tornando-o frágil e com suscetibilidade à fratura. O objetivo deste trabalho foi comprovar diferenças comportamentais em células osteoblásticas provenientes da medula óssea e da calvária de ratas induzidas à osteoporose por meio de expressão gênica em larga escala. Foram utilizadas 18 ratas Wistar divididas em grupos controle e overiectomizadas. Após 150 dias da cirurgia, as ratas de ambos os grupos foram sacrificadas para coleta dos fêmures e fragmentos da calvária. As células recolhidas a partir da medula óssea e calvária foram cultivadas em placas de 24 poços (n=5) para avaliação da proliferação e viabilidade celular e em garrafas de cultura para a extração do RNA total dessas células. Em seguida, o RNA total foi quantificado e sua integridade analisada por meio do sistema de eletroforese microfluídica. Foi realizada a identificação da modulação de genes e avaliação dos microRNAs envolvidos na inibição gênica por meio de cDNA microarray. As células da medula óssea do grupo controle (MC) mostraram uma diminuição significativa na proliferação quando comparado com às células do grupo controle da calvária (CC) em todos os períodos (p < 0,05). Por outro lado, as células da medula óssea de ratas ovariectomizadas (MO) revelaram um aumento significativo na taxa de proliferação após 7 e 10 dias (p < 0,01) em comparação às células da calvária de ratas ovariectomizadas (CO). A viabilidade celular foi maior em todos os períodos estudados dos grupos CC e CO em relação aos grupos MC e MO (p < 0,05). Os dados de microarray foram normalizados utilizando-se quantil e após análise estatística por teste-t não pareado com p-value &le; 0,005 e posterior fold change &ge; 2,0, foram evidenciados 5447 mRNAs diferencialmente expressos nas células da calvária e 4399 mRNAs nas células da medula óssea. Os dados de miRNAs foram normalizados utilizando-se também o quantil e após análise estatística por teste-t moderado com p-value &le; 0,05 e posterior fold change &ge; 1.5, foram evidenciados 84 miRNAs diferencialmente expressos nas células de calvária e 55 miRNAs nas células da medula óssea. No grupo de genes reprimidos da CC destacam-se Notch1, Dlx5, Fgf1, Il6 e Fgfr2 como reguladores da proliferação celular e as Caspases 6 e 12 como resposta a substâncias orgânicas. Já no grupo de genes induzidos da CC encontramos os genes Gli1 e Bmp7 como reguladores da proliferação celular, Gli1, Bmp3 e Mmp2 no processo biológico de desenvolvimento ósseo e Lrp1, Mmp2 e a família Tgf&beta;1, 2 e 3 no envelhecimento, entre outros. Dentre os genes reprimidos do grupo da MO encontram-se o Csf1, Sparc e Tnf como reguladores da proliferação celular e Anxa5, Col1a1, Spp1, Sparc, Tnf e Mmp2 no processo biológico de resposta a substâncias orgânicas e no grupo de genes induzidos os genes Notch1, Bmp4, Dlx5 e Stat6 como reguladores da proliferação celular e os genes Alpl, Bmp4 e Casp6 no processo de resposta a substâncias orgânicas, entre outros. Dentre os miRNAs encontrados, membros da família 30 (miR-30a, 30c e 30d) apresentaram-se induzidos tanto na CO quanto na MO, sendo que estes miRNAs atuam como reguladores negativos da diferenciação osteoblástica. Já o miR-17 que está relacionado com a regulação positiva da osteogênese apresentou-se reprimido tanto na CO quanto na MO. O miR-542-3p suprime a diferenciação osteogênica e promove a apoptose dos osteoblastos reprimindo o gene Bmp7 e a sua via de sinalização. Esse miRNA está induzido tanto no grupo da CO quanto na MO. Esses dados confirmam que nas ratas ovariectomizadas há uma menor atividade osteoblástica e maior atividade osteoclástica. Os dados encontrados no trabalho sugerem uma diferença na expressão gênica não só das células diferenciadas da calvária, mas também aquelas ainda presentes na medula óssea, influenciando, assim, a formação adequada de tecido ósseo em uma situação de osteoporose. / Bone remodeling is a physiological process which maintains skeleton integrity replacing old bone by a young bone matrix. In some diseases such as osteoporosis bone formation is impaired due to the decrease in the number of osteoblasts and reduction of their activities leading to a loss of bone tissue microarchitecture, making it fragile and susceptible to fracture. The objective of this study was to evaluate behavioral differences in osteoblast-like cells from calvaria and bone marrow of rats induced to osteoporosis by ovariectomy through large-scale gene expression analysis. Eighteen Wistar rats were used and divided into control and ovariectomized groups. After 150 days of surgery, the rats of both groups were sacrificed for collection of femurs and calvaria fragments. The cells collected from bone marrow and calvaria were grown in 24-well plates (n = 5) for cell proliferation and viability analysis, as well as grown in culture bottles for total RNA extraction of these cells. The RNA was quantified and its integrity assessed by gel electrophoresis in a microfluidic system. Identification of gene modulation as well as microRNAs involved in gene inhibition was performed by cDNA microarray. Bone marrow cells from the control group (MC) showed a significant decrease in proliferation compared with cells from the calvaria control group (CC) in all periods (p <0.05). On the other hand, bone marrow cells of ovariectomized rats (MO) revealed a significant increase in the proliferation rate after 7 and 10 days (p<0.01) compared to calvaria cells of ovariectomized rats (CO). Cell viability was higher in all periods of CC and CO groups compared to MC and MO groups (p <0.05). Microarray data were normalized using quantile and after statistical analysis by unpaired t-test with p-value &le; 0.005 and subsequent fold change &ge; 2.0, 5.447 differentially expressed mRNAs were detected in calvaria cells and 4.399 mRNAs in bone marrow cells. The miRNAs data were also normalized using the quantile and after statistical analysis by moderate ttest with p-value &le; 0.05 and subsequent fold change &ge; 1.5, 84 miRNAs differentially expressed in calvaria cells were detected and 55 miRNAs in bone marrow cells. In CC group, there may be highlighted repressed genes such as Notch1, Dlx5, Fgf1, Fgfr2 and Il6 as regulators of cell proliferation and caspases 6 and 12 in response to organic substances. The same group showed induced genes such as Gli1 and Bmp7 genes as regulators of cell proliferation, Gli1, Bmp3 and Mmp2 involved in the biological process of bone development and Lrp1, Mmp2 and Tgf&beta;1, 2 and 3 family linked to aging. Among the genes repressed in the MO group are Csf1, Sparc and Tnf as regulators of cell proliferation and Anxa5, Col1a1, Spp1, Sparc, Tnf and Mmp2 associated to biological process of response to organic substances. In the group of induced genes of MO group we found Notch1, Bmp4, Dlx5 and Stat6 as regulators of cell proliferation and Alpl, Bmp4 and Casp6 genes related to the process of response to organic substances. Among the miRNAs found, members of 30 family (miR-30a, 30c and 30d) were induced in the CO and MO groups and these miRNAs act as negative regulators of osteoblastic differentiation. The miR-17 is associated with upregulation of osteogenesis and it is repressed in both ovariectomized groups. MiR- 542-3p suppresses osteogenic differentiation and promotes osteoblast apoptosis repressing Bmp7 gene and its signaling pathway. This miRNA was induced in the CO and MO group. These data confirm that in ovariectomized rats there is a decrease in osteoblastic activity and increased osteoclastic activity. The data found in the present investigation suggest a difference in gene expression not only of differentiated cells from calvaria but also those still present in the bone marrow, thus affecting the proper formation of bone tissue in a situation of osteoporosis.

Acredita-se que a placa dento-bacteriana seja primordial na iniciação do processo de inflamação periodontal. Entretanto, os mecanismos exatos responsáveis pela progressão da doença periodontal ainda não foram completamente elucidados. Além disso, as bases biológicas que ditam a susceptibilidade do hospedeiro ainda permanecem desconhecidas. Portanto, o presente estudo procurou investigar diferenças na expressão gênica de sítios com periodontite. Para tanto, foi utilizada a tecnologia de microarray focado para examinar a expressão de 288 genes relacionados à apoptose, resposta de células T e inflamação. RNA total foi extraído de amostras de tecido gengival e sangue de indivíduos com periodontite crônica (N=10) e de indivíduos periodontalmente saudáveis (N=4). RNA total foi então convertido em cRNA, marcado e hibridizado em lâminas de microarray. Após a exposição, os genes marcados foram quantificados e o nível de expressão genética nas amostras gengivais dos pacientes periodontais foi comparado com o nível de expressão observado no sangue desses mesmos indivíduos, e também com o nível da expressão genética no tecido gengival dos indivíduos sem doença periodontal. Para validação dos resultados dos genes selecionados (p< ou = 0,05 e no mínimo mudança de 2 vezes na expressão) foram submetidos à análise pela técnica de PCR em tempo real. O valor de p das comparações foi calculado por meio do teste t bicaudal. Os dados do microarray, confirmados por PCR em tempo real, demonstraram um total de 8 genes com baixa expressão (log2 < ou= -1 e p<ou= 0,05) e 4 genes com elevada expressão (log2 < +1 e p<ou= 0,05). Entre eles foram detectados 4 genes anti-apoptose (BCL-2, BCL2L1, BAG3 e BAFAR), 2 receptores de citocinas (IL12RB1 e IL17RA), receptor de proteína G (GPR44) e o fator nuclear de células T ativadas (NFATC1). Adicionalmente, os resultados demonstraram 3 genes com expressão elevada, uma citocina (IL-6), uma quimiocina (IL-8) e um membro da família FOS (FOSL-1). As análises da expressão genética por microarray e PCR em tempo real realizadas no presente estudo identificaram uma série de genes candidatos que podem estar relacionados à doença periodontal. A desregulação da expressão desses genes pode contribuir para a severidade desta doença. / It is widely believed that pathogenic bacteria provide the initial trigger in periodontal disease. However, the exact pathogenic mechanisms responsible for the progression of periodontal disease remain unclear. Moreover, the biologic basis dictating the susceptibility to disease has not been elucidated. Therefore, the present study sought to investigate the expression of genes altered in periodontal disease sites. To that aim, a focused microarray system was utilized to examine the expression of 288 genes related to apoptosis, T cell response and inflammation. Total RNA was extracted from gingival tissue and peripheral blood of periodontitis (N=10) and nonperiodontitis (N=4) subjects. The RNA was converted to cRNA, labeled and hybridized to oligonucleotide microarray plates. Following exposure, the positively labeled genes were quantified and the level of expression within periodontitis gingival was compared to the PB of the same subjects, as well as with GT of NP subjects. To validate the results the selected genes (p<or = 0.05 and at least 2 fold change) were subjected to real-time PCR. The p-value of the comparisons was calculated using a 2-tailed T-test. The microarray results and real-time PCR validation showed that 8 genes were downregulated (p<0.05 and log2 <or = -1). Among these, 4 anti-apoptotic genes (BCL-2, BCL2L1, BAG3 and BAFAR), 2 cytokine receptors (IL12RB1 and IL17RA), a G-protein-coupled receptors (GPR44) and a nuclear factor of activated T cells (NFATC1) were detected. In addition, the results showed 3 upregulated genes (p<0.05 and log2 < or = +1), one cytokine (IL-6), one chemokine (IL-8) and one FOS family member (FOSL1). The combined use of oligonucleotide microarrays and realtime PCR identified a number of candidates genes that can be related to the pathogenesis of periodontal disease, and dysregulation in the expression of these genes may contribute to the progression of periodontal disease.

Investigou-se o efeito da leptina exógena e do maior consumo de energia, sobre o padrão da expressão de genes no hipotálamo de novilhas zebuínas; de modo a elucidar o mecanismo de sinalização da leptina no hipotálamo e os genes responsáveis pela obtenção da puberdade. Trinta e seis novilhas não púberes, e com idade entre 18 e 20 meses, foram divididas em três grupos experimentais: baixa energia (BAIXA), alta energia (ALTA), baixa energia com administração de leptina recombinante ovina (BAIXA+LEP), totalizando 56 dias de tratamento. Vinte e quatro novilhas foram abatidas ao apresentar sinais de puberdade, sendo eles: concentração de progesterona no soro superior a 1 ng/mL por duas amostras seguidas e presença de corpo lúteo detectável por ultra-sonografia. O hipotálamo foi colhido e armazenado a -80ºC. As amostras foram submetidas à extração do RNA total, tratadas com DNAse I e submetidas à síntese de cDNA. A quantificação relativa de quatro genes candidatos reconhecidamente envolvidos com a sinalização hipotalâmica da leptina em bovinos: NPY, NPY-Y1, NPY-Y4 e SOCS-3, foi feita através de PCR quantitativo (tempo real). Não houve efeito da administração de leptina sobre a expressão do NPY (P=0,70), ou de seus receptores: NPY-Y1 (P=0,27) e NPY-Y4 (P=0,92) no início da puberdade. A expressão de SOCS-3 foi reduzida (P=0,05) no hipotálamo de novilhas tratadas com leptina, o que sugere menor ação inibitória sobre a leptina. Em novilhas alimentadas com dieta de alta energia, a expressão do NPY-Y1 foi reduzida (P=0,04), o que indica que o hipotálamo estaria menos sensível à ação do NPY, permitindo a entrada precoce em puberdade. Nos demais genes estudados, NPY (P=0,75), NPY-Y4 (P=0,92) e SOCS-3 (P=0,24), a dieta não alterou significativamente suas expressões hipotalâmicas. Estudo mais abrangente do efeito da nutrição e da administração de leptina foi realizado através de hibridização em microarranjos de DNA, objetivando a identificação de possíveis genes candidatos, expressos no hipotálamo, que influenciam na obtenção da puberdade em novilhas Nelore tratadas com leptina ou submetidas à dieta de alta energia. Foram encontrados 78 genes cuja expressão foi alterada pela densidade energética da dieta (P=0,05) no hipotálamo das novilhas Nelore, destes foram selecionados os que apresentaram razões de expressão da ordem de 1,4 ou mais, totalizando 20 genes. Entre esses se destaca o gene da &beta;-arrestina 1 (ARRB1), que foi 1,40 vezes mais expresso (P=0,04) em novilhas submetidas à dieta de alta energia, pois atua na mediação da dessensibilização dos receptores acoplados à proteína-G-(GPCRs)1, como os receptores de NPY. Foram encontrados 134 genes diferencialmente expressos (P=0,05) devido a aplicação de leptina. Dentre os 80 genes que apresentaram razões superiores a 1,4, 18 genes tiveram a expressão reduzida, e 62 tiveram a expressão aumentada pela aplicação de leptina. Destes, alguns estão envolvidos na regulação da sinalização da leptina. O gene SRC foi menos expresso (1,64 vezes; P=0,04) em novilhas tratadas com leptina, o que sugere menor ação inibitória pela SHP-2. A proteína SOCS-2 foi 1,43 vezes (P=0,01) mais expressa no hipotálamo de novilhas tratadas com leptina. Sabe-se que, ao contrário de SOCS-1 e SOCS-3, CIS e SOCS-2 não se ligam, ou inibem, as janus kinases. O STAT-3 foi 2,14 vezes (P=0,03) mais expresso em novilhas tratadas com leptina, e sua ativação possibilita a ligação hipotalâmica da leptina com seu receptor (Ob-Rb). As IGFPB-1 e -2 foram mais expressas no hipotálamo de novilhas tratadas com leptina que em novilhas não tratadas, sendo IGFPB-1 1,78 vezes (P=0,04) mais expressa e IGFPB-2 1,89 vezes (P=0,05). As IGFPBs podem desempenhar função de potencialização da ação do IGF-1, ou exercer ação inibitória. Conclui-se que tanto o consumo de energia quanto a aplicação com leptina influenciaram o padrão de expressão gênica no hipotálamo de novilhas Nelore. A modulação da quantidade do receptor do NPY, NPY-Y1, no hipotálamo pode ser uma via importante pela qual a nutrição afeta o início da puberdade em novilhas. E ainda que estudos mais aprofundados de expressão dos genes encontrados nas hibridizações por microarranjo poderão revelar interações mais concisas entre os genes, a nutrição e a leptina na obtenção da puberdade. / It was investigated the effect of exogenous leptin and the high energy intake on gene expression pattern in the hypothalamus of zebuine heifers; in a way to elucidate the mechanism of leptin signaling in hypothalamus and the responsible genes for puberty. Thirty six heifers not in puberty at 18 and 20 months of age were divided in three experimental groups: low energy diet (LOW), high energy diet (HIGH), low energy diet with administration of recombinant ovine leptin (LOW+LEP), totalizing 56 days of treatment. Twenty four heifers were slaughtered when presented the signals of puberty: progesterone serum concentration above 1 ng/mL for two followed weeks and the presence of detectable corpus luteum by ultrasonography. The hypothalamus was collected and stored at -80ºC. Samples were submitted to total RNA extraction, treated with DNAse I and submitted to cDNA synthesis. The relative quantification of four candidate genes admittedly involved with hypothalamic leptin signaling in bovine: NPY, NPY-Y1, NPY-Y4 and SOCS-3, was evaluated through quantitative PCR (real time). There was no effect of leptin administration on NPY expression (P=0.70), or on its receptors: NPY-Y1 (P=0.27) and NPY-Y4 (P=0.92) in the onset of puberty. The expression of SOCS-3 was reduced (P=0.05) in the hypothalamus of heifers treated with leptin, what suggests lower inhibitory action over leptin. In heifers fed high energy diets, the expression of NPY-Y1 was reduced (P=0.04), which indicates that the hypothalamus would be less sensitive to the action of NPY, allowing the precocious onset of puberty. In other studied genes, NPY (P=0.75), NPY-Y4 (P=0.92) and SOCS-3 (P=0.24), the diet did not significantly altered their hypothalamic expressions. A more comprehensive study regarding the effect of nutrition and leptin administration was performed through the hybridization in DNA microarrangements, aiming the identification of possible candidate genes, expressed in hypothalamus that influence in the onset of puberty in Nelore heifers treated with leptin or submitted to high energy diets. It was found 78 genes whose expression was altered by the energy density of the diet (P<0.05) in the hypothalamus of Nelore heifers. From them, it was selected those genes which presented rates of expression in the order of 1.4 or more, totalizing 20 genes. From them, the highlight gene was &beta;-arrestin 1 (ARRB1) which was 1.40 more expressed (P=0.04) in heifers fed high energy diet due to its action in the mediation of receptors desensibilization coupled to protein-G-(GPCRs)1, as the receptors of NPY. It was found 134 genes differently expressed (P<0.05) due to leptin administration. From the 80 genes that presented rates of expression higher than 1.4, 18 genes had their expression reduced and 62 had their expression increased by leptin administration. Some of these 62 genes are involved in the regulation of leptin signaling. The gene SRC was the less expressed (1.64 times; P=0.04) in heifers treated with leptin what suggests lower inhibitory action by SHP-2. The protein SOCS-2 was 1.43 times (P=0.01) more expressed in the hypothalamus of heifers treated with leptin. It is known that on the contrary of SOCS-1 and SOCS-3, CIS and SOCS-2 do not bind or inhibit, as janus kinases. The STAT-3 was 2.14 times (P=0.03) more expressed in heifers treated with leptin and its activation enables the hypothalamic binding of leptin and its receptor (Ob-Rb). The IGFPB-1 and -2 were more expressed in the hypothalamus of heifers treated with leptin than the animals not treated, being the IGFPB-1 1.78 times (P=0.04) more expressed and the IGFPB-2 1.89 times (P=0.05). The IGFPBs could play a function of IGF-1 action enhancer or exert an inhibitory action. It is concluded that both energy intake and leptin administration influenced gene expression pattern in the hypothalamus of Nelore heifers. The modulation of the receptor quantity of NPY, NPY-Y1 in hypothalamus could be an important route in which nutrition affects the onset of puberty in heifers. Moreover, more detailed studies regarding gene expression in hybridization by microarrangement could reveal more concise interactions between genes, nutrition and leptin in the onset of puberty.

Os microRNAs estão envolvidos no processo de regulação da expressão gênica da célula, onde a molécula de microRNA se liga com o RNA mensageiro interrompendo, assim, a expressão do respectivo gene pela interrupção da tradução. A bioinformática tem auxiliado na identificação de vários genes codificadores de microRNAs em plantas e animais, incluindo mamíferos, por meio de analises de dados de microarray; assim como na predição de estruturas. Os dados de expressão de microRNAs e RNAs mensageiros foram obtidos por meio de cooperação firmada entre o Laboratório de Bioinformática do Departamento de Genética da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - USP, coordenado pela orientadora desse projeto, e o Laboratório de Imunogenética Molecular do mesmo departamento, coordenado pelo Professor Doutor Geraldo A. S. Passos. Durante o desenvolvimento e os testes realizados, foram utilizados dados (valores numéricos de dados de expressão coletados por microarrays) provenientes da comparação da expressão de microRNAs e RNAs do timo de camundongos non obese diabetic que reproduzem diabetes melitus do tipo 1, e dados provenientes da comparação da expressão de microRNAs e RNAs de outros experimentos. O presente projeto teve como objetivo o desenvolvimento de um pipeline para a análise in silico de dados de expressão gênica de microRNAs e mRNAs obtidos por microarray. Com base em dados de expressão de microRNAs e RNAs mensageiros, foi possível a análise de diversas ferramentas e o desenvolvimento e ajuste de scripts para que seja possível a análise sequencial de tais dados. Dessa forma, o pipeline desenvolvido inclui a quantificação dos dados de expressão gênica a partir das lâminas de microarray, a normalização dos dados, as análises estatísticas das sequências diferencialmente expressas utilizando o Multi Experiment Viewer, a construção de redes de interação microRNAs-RNAs mensageiros e a busca de alvos de microRNAs baseada nesta rede, ambos pelo GenMir++. O pipeline desenvolvido é executado com facilidade e possibilitou a correta análise dos dados, evitando desperdício de tempo em análises de bancada. A partir dos resultados obtidos, novos alvos de miRNA foram encontrados com o uso do pipeline e comprovados em bancada. Tais resultados apresentados no 55º Congresso Brasileiro de Genética com o resumo intitulado MicroRNA-mRNA Network Controlling the Promiscuous Gene Expression in the Thymus of NOD (Non Obese Diabetic) Mice: Implications in the Emergence of Type 1 Diabetes Mellitus. / The microRNAs are involved in the regulation of gene expression of the cell. The miRNA molecule binds to the messenger RNA and interrupts the gene expression by disrupting the translation. Through microarray data analysis, bioinformatics is a valuable aid for the identification of several genes that encode miRNAs in plants and animals, including mammals. It is also very useful for predicting structures. Data of miRNA and mRNA expression were obtained by the collaboration the Bioinformatics Laboratory and the Molecular Immunogenetics Laboratory of the Department of Genetics of the Faculty of Medicine of Ribeirão Preto - USP, coordinated by professors Silvana Giuliatti and Geraldo A. S. Passos, respectively. During the development and tests of the research, microarrays data (numerical values os the expression) were obtained from the comparison between the expression of miRNA and mRNA of the thymus of non obese diabetic mice with diabetes mellitus type 1, as well as from comparisons of their expression in other experiments. The present study is aimed at the development of a pipeline for in silico analysis of the data of miRNAs and mRNA gene expression obtained by microarray. Based on miRNAs and mRNA expression, it was possible to analyze several tools, develop and adjust scripts that allowed the sequential analysis of such data. The pipeline includes the quantification of gene expression data from microarray, the normalization of the data, the statistical analysis of differentially expressed sequences using Multi Experiment Viewer, the construction of networks of interaction of miRNA-mRNAs, and the search for targets of miRNAs based on such network using GenMir++. The pipeline was performed easily and allowed the correct analysis of the data, avoiding waste of time in bench analysis. From the results, new targets of miRNA were found using the pipeline and were verified further in bench analysis. The results were presented in the 55 th Brazilian Genetics Congress in the paper entitled \"MicroRNA-mRNA Network Controlling the Promiscuous Gene Expression in the Thymus of NOD (Non Obese Diabetic) Mice: Implications in the Emergence of Type 1 Diabetes Mellitus\".

A busca por melhores resultados nas biotecnologias reprodutivas leva a um estudo dos mecanismos fisiológicos básicos dos gametas e embriões em estágios iniciais. Entender como funciona o desenvolvimento destes, quais os nutrientes que eles precisam para se desenvolver in vitro e quais as condições ambientais necessárias permitem maiores taxas de sucesso. Tendo em vista a heterogeneidade dos complexos cumulus-oócito (COC) bovinos recuperados de ovários obtidos em frigorífico para a maturação in vitro e a relação entre oócito e células do cumulus nos resultados da produção in vitro de embriões, esse trabalho visa a identificação de fatores moleculares que possam explicar as melhores taxas de blastocistos obtidas por COCs com mais de três camadas de células do cumulus compactas e ooplasma homogêneo (COCI) quando comparados com COCs com menos de duas camadas de células do cumulus, com parte da zona pelúcida exposta e ooplasma homogêneo ou heterogêneo (COCIII). Para isso, COCI e III foram maturados in vitro separadamente, foram vortexados para retirada das células do cumulus e os oócitos foram submetidos a extração de RNA. O RNA foi amplificado em aRNA, marcado com biotina, fragmentado e hibridizado em microarray. Os arrays foram escaneados e os dados gerados analisados pelo métodos Significance Analysis of Microarrays e Rank Products em busca de genes diferencialmente expressos (DEG). A análise funcional in silico foi realizada com a ferramenta Ingenuity Pathway Analysis. Os resultados mostraram que o perfil de expressão dos oócitos de COCIII é diferente do perfil dos oócitos de COCI, como pode ser observado pelos 446 DEGs identificados, sendo 24 com expressão aumentada em oócitos de COCIII. Os genes com expressão alterada estão envolvidos em processos básicos da célula, como reassumição da meiose, metabolismo do oócito e maturação molecular, o que corrobora a ideia de que uma grande quantidade de células do cumulus interagindo com o oócito é crucial para a competência de desenvolvimento. / The researches for better results in reproductive biotechnologies have leading to studies of the basic physiological mechanisms of gametes and embryos in the early stages of developmental. Understand about their development, which nutrients they need and what environmental conditions are necessary to allow higher success rates. Because of the cumulus-oocyte complexes (COC) heterogeneous recovered from bovine ovaries obtained from an abattoir used for in vitro maturation and the relationship between oocyte and cumulus cells in the in vitro production of embryos, this study aims to identify molecular factors which might explain the improved rates of blastocyst obtained by COCs with more than three compact layers of cumulus cells and homogeneous ooplasm (COCI) compared with COC with less than two layers of cumulus cells, with part of the zona pellucida exposed and homogeneous or heterogeneous ooplasm (COCIII). For this, COCI and III were matured in vitro separately, their cumulus cells were removed and oocytes were subjected to RNA extraction. The RNA was amplified in aRNA, biotin labeled, fragmented and hybridized on microarray. The arrays were scanned and the data generated analyzed by the Significance Analysis of Microarrays and Rank Products methods in search of differentially expressed genes (DEG). In silico functional analysis were performed using Ingenuity Pathway Analysis. The results showed that the expression profile of COCIII oocytes is different from the profile of COCI oocytes. 446 DEGs were identified of which 24 presented increased expression in COCIII oocytes. Genes with altered expression are, in general, involved in the basic processes of the cell, as reassume of meiosis, metabolism of the oocyte and molecular maturation, which confirms the idea that a large amount of cumulus cells interacting with the oocyte is crucial for the development of competence.

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

La prééclampsie est une maladie humaine qui affecte 3-8 % des grossesses dans le monde, cliniquement définie par l’apparition de novo d’une hypertension et d’une protéinurie. La cause initiale de la maladie semble être liée à un défaut de vascularisation placentaire, ce qui entraine des cycles d'hypoxie – ré-oxygénation, une ischémie placentaire et la libération de débris placentaires dans la circulation maternelle. Ces derniers sont responsables d'une activation endothéliale généralisée, exacerbée par un état pro-coagulant et pro-inflammatoire. Pour mieux caractériser la réponse des cellules endothéliales aux facteurs plasmatiques présent dans la circulation maternelle des femmes prééclamptiques , nous avons choisi une approche à l’échelle du génome entier pour évaluer le profil d'expression génique (grâce à des puces d’expression) de la lignée de cellules endothéliales humaines de la veine ombilicale (HUVEC) cultivée avec du plasma prééclamptique, comparée au profil de cellules cultivées avec du plasma humain provenant de grossesses normales. Cette étude nous a permis d'identifier différents gènes modulés dont celui codant la protéine de dimérisation Jun 2 (JDP2, diminué près de trois fois) qui pourrait être responsable d'une partie des modifications transcriptomiques trouvées. De façon intéressante en effet, inhiber JDP2 par une approche de siRNA régule significativement à la baisse (entre autres) l'expression du VEGF, imitant ainsi les effets du plasma prééclamptique sur les HUVEC. Dans la dernière partie de mon projet, nous nous sommes particulièrement concentrés sur l'impact de l’inhibition de JDP2 sur des gènes induits par l'hypoxie. La tension partielle basse en oxygène modifie l'expression génique par l'intermédiaire de la stabilisation du facteur de transcription HIF- 1a. En fait, dans un état hypoxique, HIF- 1a échappe à la dégradation par le protéasome, il forme alors des hétérodimères avec ARNT (HIF- 1ß) et induit l'expression de gènes ayant un élément de réponse à l’hypoxie (HRE) dans leur promoteur. L'induction de l'expression du VEGF dans des conditions d’hypoxie constitue un des premiers modèles de l’effet de l’hypoxie sur l’expression génique et c’est également un des mieux caractérisés. Afin d'évaluer le rôle de JDP2 sur l'expression du VEGF, et plus généralement sur des gènes cible de l’hypoxie, nous avons cultivé des cellules HUVEC dans des conditions de normoxie et d’hypoxie. Les mêmes conditions ont été utilisées en association avec la transfection de siRNA contre JDP2. En conclusion, dans des conditions d’hypoxie, l’inhibition de JDP2 a un impact négatif sur l'expression du VEGF. De plus, JDP2 semble être un médiateur essentiel de l'expression génique induite par l'hypoxie, car il est nécessaire à une activité complète de promoteur contenant des HRE (démontré dans des essais luciférase). / Preeclamspia is a unique human disorder which affects 3-8% of pregnancies worldwide, clinically defined as the new onset of hypertension and proteinuria. The root cause of the disease seems to be linked to a defect of placental vascularization, which enhances cycles of hypoxia –reoxygenantion, placental ischemia and the release of placental debris into maternal circulation. The latter ones are responsible for a widespread endothelial activation, exacerbated pro-coagulable and pro-inflammatory state. To best characterize the response of endothelial cells to the plasma factors present in maternal circulation of preeclamptic women, we chose a genome –wide approach in order to evaluate the gene expression profile of Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVEC) line cultivated with preeclamptic plasma, compared to cells cultivated with human plasma coming from normal pregnancies. This study allows us to identify the gene Jun Dimerization Protein2 (JDP2) which could be responsible for part of transcriptomic modifications. Interestingly inhibiting JDP2 by the use of siRNA significantly down- regulates VEGF expression, thus mimicking the effects of preeclamptic plasma on HUVEC. In the last part of my project we focus specifically on the impact of JDP2 knock down on hypoxia- induced genes. Low oxygen tension modifies gene expression via the stabilization of the transcription factor HIF-1a. In fact under hypoxic condition, HIF-1a escapes from proteasomal degradation, it forms heterodimers with ARNT (HIF- 1ß) and induces the expression of genes having a Hypoxia Responsive Element (HRE) in their promoter. One of the first and best characterized models of the effect of hypoxia on gene expression is the induction of VEGF expression under hypoxic condition. In order to evaluate the contribution of JDP2 to VEGF expression, and more generally to hypoxia target genes, we cultivate HUVEC in normoxic and hypoxic condition. The same conditions were used in association with transfection of siRNA against JDP2. In conclusion, under hypoxic condition, JDP2 down- regulation has a negative impact on VEGF expression. Moreover, JDP2 seems to be an essential mediator of hypoxia –induced gene expression, since it is necessary for a full HRE promoter activity (demonstrated by Luciferase assays).