As células provenientes do epitélio olfatório apresentam capacidade regenerativa durante toda a vida, embora este mecanismo ainda não esteja completamente elucidado. O potencial de diferenciação de células-tronco provenientes do epitélio olfatório de cães sem raça definida (Canis familiaris Linnaeus, 1758) foi avaliado utilizando-se 12 cães adultos e 12 cães com 60 dias de vida intra-uterina, oriundos do Hospital Veterinário da FMVZ-USP. Após coletado, o epitélio olfatório foi submetido a protocolo histológico padrão para hematoxilina-eosina, azul de toluidina e PAS. O material fixado em glutaraldeído 2,5% foi processado para observação sob microscopia eletrônica de transmissão. O índice de proliferação nuclear foi medido para detecção de PCNA e Ki67 nuclear. Células foram expandidas em cultura em meio D-MEM/F-12 acrescido de Soro Fetal Bovino hyclone (CO2-95% à 37ºC) para caracterização e diferenciação celular (osteogênica, adipogência e neurogênica). O cultivo das células provenientes do epitélio olfatório de cães com 60 dias de vida intra-uterina mostrou maior evolução em cultura quando comparados aos animais adultos, sendo as primeiras utilizadas para execução dos protocolos de caracterização e diferenciação. As células em cultivo apresentaram expressão CD29 positiva e marcação positiva para OCT-4, citoqueratina 18 (Ck18) e vimentina. A diferenciação osteogênica demonstrou, ao final de 21 dias, células com morfologia típica, caracterizadas pela coloração de Alizarin Red e Von Kossa. A diferenciação adipogênica mostrou pouco número de células, apresentando grânulos adipogênicos, corados por Oil Red, contudo sem morfologia típica. A diferenciação neurogênica demonstrou células que expressaram marcação para GFAP, Neurofilamentos, Oligodendrócitos e βtubulina III. As células isoladas a partir do epitélio olfatório de cães com 60 dias de vida intra-uterina evidenciaram populações de células-tronco, determinadas pela expressão de marcadores específicos e diferenciação em outros tipos de tecido, devendo-se considerar este epitélio como uma fonte potencial para aquisição de células, particularmente progenitores neuronais, que possam somar aos estudos e seu uso em terapia celular. / Olfactory cells demonstrate regenerative capacity along life, although, its mechanism is still obscure. We evaluated the differentiation capacity of olfactory stem cell of mongrel dogs (Canis familiaris Linnaeus, 1758) in 12 adult dogs and 12 fetuses at term (60 days of pregnancy) from the Veterinary Hospital of FMVZ-USP. Following the sampling, the epithelia were submitted to standard histological process and stained with HE, toluidine blue and PAS. Samples fixed with 2.5% glutaraldehyde solution were processed for transmission electron microscopy. Proliferative index were obtained with the detection of PCNA and Ki67. Cells were kept in culture in D-MEM/F-12 medium supplemented with hyclone bovine fetal serum (CO2-95% at 37ºC) for characterization and cell differentiation (osteogenesis, adipogenesis, and neurogenesis). Cell culture of fetuses at term demonstrated higher evolution in comparison to adult animals, being submitted to the protocols of characterization and differentiation. Cell culture demonstrated positive reaction for CD29, OCT-4, Ck18 (citokeratin) and vimentin. Osteogenic differentiation demonstrated, 21 days, typical morphological cells characterized by Alizarin Red and Von Kossa staining. Adipogenic differentiation demonstrated less number of cells containing granules, stained with Oil Red, although being not typical shape. Neurogenic differentiation demonstrated positive staining for GFAP, Neurofilament, Oligodendrocyte and III β-tubulin. Cells isolated from epithelia of fetuses at term demonstrated population of stem cells determined by the expression of specific-staining and differentiation into other type of cells, which lead us to consider the olfactory epithelia as a source of potential stem cells particularly for neurogenic differentiation to be applied for further studies in cell therapy.

As células provenientes do epitélio olfatório apresentam capacidade regenerativa durante toda a vida, embora este mecanismo ainda não esteja completamente elucidado. O potencial de diferenciação de células-tronco provenientes do epitélio olfatório de cães sem raça definida (Canis familiaris Linnaeus, 1758) foi avaliado utilizando-se 12 cães adultos e 12 cães com 60 dias de vida intra-uterina, oriundos do Hospital Veterinário da FMVZ-USP. Após coletado, o epitélio olfatório foi submetido a protocolo histológico padrão para hematoxilina-eosina, azul de toluidina e PAS. O material fixado em glutaraldeído 2,5% foi processado para observação sob microscopia eletrônica de transmissão. O índice de proliferação nuclear foi medido para detecção de PCNA e Ki67 nuclear. Células foram expandidas em cultura em meio D-MEM/F-12 acrescido de Soro Fetal Bovino hyclone (CO2-95% à 37ºC) para caracterização e diferenciação celular (osteogênica, adipogência e neurogênica). O cultivo das células provenientes do epitélio olfatório de cães com 60 dias de vida intra-uterina mostrou maior evolução em cultura quando comparados aos animais adultos, sendo as primeiras utilizadas para execução dos protocolos de caracterização e diferenciação. As células em cultivo apresentaram expressão CD29 positiva e marcação positiva para OCT-4, citoqueratina 18 (Ck18) e vimentina. A diferenciação osteogênica demonstrou, ao final de 21 dias, células com morfologia típica, caracterizadas pela coloração de Alizarin Red e Von Kossa. A diferenciação adipogênica mostrou pouco número de células, apresentando grânulos adipogênicos, corados por Oil Red, contudo sem morfologia típica. A diferenciação neurogênica demonstrou células que expressaram marcação para GFAP, Neurofilamentos, Oligodendrócitos e βtubulina III. As células isoladas a partir do epitélio olfatório de cães com 60 dias de vida intra-uterina evidenciaram populações de células-tronco, determinadas pela expressão de marcadores específicos e diferenciação em outros tipos de tecido, devendo-se considerar este epitélio como uma fonte potencial para aquisição de células, particularmente progenitores neuronais, que possam somar aos estudos e seu uso em terapia celular. / Olfactory cells demonstrate regenerative capacity along life, although, its mechanism is still obscure. We evaluated the differentiation capacity of olfactory stem cell of mongrel dogs (Canis familiaris Linnaeus, 1758) in 12 adult dogs and 12 fetuses at term (60 days of pregnancy) from the Veterinary Hospital of FMVZ-USP. Following the sampling, the epithelia were submitted to standard histological process and stained with HE, toluidine blue and PAS. Samples fixed with 2.5% glutaraldehyde solution were processed for transmission electron microscopy. Proliferative index were obtained with the detection of PCNA and Ki67. Cells were kept in culture in D-MEM/F-12 medium supplemented with hyclone bovine fetal serum (CO2-95% at 37ºC) for characterization and cell differentiation (osteogenesis, adipogenesis, and neurogenesis). Cell culture of fetuses at term demonstrated higher evolution in comparison to adult animals, being submitted to the protocols of characterization and differentiation. Cell culture demonstrated positive reaction for CD29, OCT-4, Ck18 (citokeratin) and vimentin. Osteogenic differentiation demonstrated, 21 days, typical morphological cells characterized by Alizarin Red and Von Kossa staining. Adipogenic differentiation demonstrated less number of cells containing granules, stained with Oil Red, although being not typical shape. Neurogenic differentiation demonstrated positive staining for GFAP, Neurofilament, Oligodendrocyte and III β-tubulin. Cells isolated from epithelia of fetuses at term demonstrated population of stem cells determined by the expression of specific-staining and differentiation into other type of cells, which lead us to consider the olfactory epithelia as a source of potential stem cells particularly for neurogenic differentiation to be applied for further studies in cell therapy.

Os odores são detectados por uma grande família de receptores olfatórios (ORs) que são expressos nos neurônios olfatórios localizados no nariz. Os ORs ativados por um determinado odor acoplam-se à proteína Galfaolf que irá promover a ativação da adenilil ciclase III, resultando na produção de AMPc. O aumento da concentração de AMPc irá ativar canais iônicos dependentes de AMPc, tendo como consequência a despolarização do neurônio olfatório. A informação desencadeada pela ativação de determinados ORs é então transmitida para regiões específicas do cérebro promovendo a percepção do odor. A determinação da especificidade dos ORs para diferentes odores irá contribuir para o entendimento de como os odores são discriminados pelo sistema olfatório, entretanto, poucos ORs tiveram seus ligantes definidos devido a dificuldade de expressão funcional de ORs em sistema heterólogo. Em nosso trabalho, utilizamos o sistema de duplo-híbrido em levedura a fim de determinar potenciais novos reguladores para Galfaolf. Deste experimento, identificamos que Ric-8B (Ric, abreviatura de Resistant to Inhibitors of Cholinesterase), um provável GEF (GTP Exchange Factor), é capaz de interagir com Gaolf. Assim como Gaolf, Ric-8B é predominantemente expresso nos neurônios olfatórios maduros e em regiões específicas do cérebro. A restrita co-localização de Gaolf e Ric-8B fortemente indica que Ric-8B é uma proteína que participa da via de transdução de sinal de Galfaolf. Através de nossos ensaios, utilizando células HEK-293, foi possível mostrar que Ric-8B é capaz de potencializar a atividade de Galfaolf, tendo como consequência o aumento da produção de AMPc em sistema heterólogo. Por fim, nós mostramos que Ric-8B é capaz de promover a expressão funcional de ORs em sistema heterólogo. Nossos resultados demonstram que a expressão de Ric-8B é capaz de aumentar o acúmulo de Galfaolf na periferia de células HEK-293T, indicando que Ric-8B promove a expressão funcional de ORs provavelmente através da melhora da eficiência do acoplamento dos ORs com Galfaolf. Nossos resultados demonstram que o uso de Ric-8B em um sistema em larga escala irá permitir a expressão funcional de diversos ORs, permitindo a identificação de seus respectivos ligantes. Tal análise irá contribuir para o melhor entendimento do mecanismo de percepção dos odores. / Odorants are detected by a large family of odorant receptors (ORs) expressed in the olfactory neurons in the nose. The activated receptors couple to an olfactory-specific G-protein (Galphaolf), which activates adenylyl cyclase III to produce cAMP. Increased cAMP levels activate cyclic nucleotide-gated channels, causing cell membrane depolarization. The information provided by the odorant receptors is transmitted to specific regions of the brain leading to odorant perception. The determination of the odorant specificities of the different ORs will contribute to the understanding of how odorants are discriminated by the olfactory system. However, only a few ORs have been linked to odorants they recognized to date because ORs are not efficiently expressed in heterologous cells since they are poorly expressed on the cell surface. Here we used yeast two-hybrid to search for potential regulators for Galphaolf. We found that Ric-8B (for Resistant to Inhibitors of Cholinesterase), a putative GTP exchange factor, is able to interact with Gaolf. Like Gaolf, Ric-8B is predominantly expressed in the mature olfactory sensory neurons and also in a few regions in the brain. The highly restricted and colocalized expression patterns of Ric-8B and Galphaolf strongly indicate that Ric-8B is a functional partner for Galphaolf. We show that Ric-8B is able to potentiate Galphaolf-dependent cAMP accumulation in human embryonic kidney 293 cells and therefore may be an important component for odorant signal transduction. Finally, we show that Ric-8B promotes efficient heterologous expression of ORs. Our results show that Ric-8B enhances accumulation of Galphaolf at the cell cortex, indicating that it promotes functional OR expression probably by improving the efficiency of OR coupling to Galphaolf. Our results demonstrate that the employment of Ric-8B in a high-throughput system will allow the functional screening of the OR family members and thereby provide further insight into the mechanisms of odor perception.

Os odores são detectados por uma grande família de receptores olfatórios (ORs) que são expressos nos neurônios olfatórios localizados no nariz. Os ORs ativados por um determinado odor acoplam-se à proteína Galfaolf que irá promover a ativação da adenilil ciclase III, resultando na produção de AMPc. O aumento da concentração de AMPc irá ativar canais iônicos dependentes de AMPc, tendo como consequência a despolarização do neurônio olfatório. A informação desencadeada pela ativação de determinados ORs é então transmitida para regiões específicas do cérebro promovendo a percepção do odor. A determinação da especificidade dos ORs para diferentes odores irá contribuir para o entendimento de como os odores são discriminados pelo sistema olfatório, entretanto, poucos ORs tiveram seus ligantes definidos devido a dificuldade de expressão funcional de ORs em sistema heterólogo. Em nosso trabalho, utilizamos o sistema de duplo-híbrido em levedura a fim de determinar potenciais novos reguladores para Galfaolf. Deste experimento, identificamos que Ric-8B (Ric, abreviatura de Resistant to Inhibitors of Cholinesterase), um provável GEF (GTP Exchange Factor), é capaz de interagir com Gaolf. Assim como Gaolf, Ric-8B é predominantemente expresso nos neurônios olfatórios maduros e em regiões específicas do cérebro. A restrita co-localização de Gaolf e Ric-8B fortemente indica que Ric-8B é uma proteína que participa da via de transdução de sinal de Galfaolf. Através de nossos ensaios, utilizando células HEK-293, foi possível mostrar que Ric-8B é capaz de potencializar a atividade de Galfaolf, tendo como consequência o aumento da produção de AMPc em sistema heterólogo. Por fim, nós mostramos que Ric-8B é capaz de promover a expressão funcional de ORs em sistema heterólogo. Nossos resultados demonstram que a expressão de Ric-8B é capaz de aumentar o acúmulo de Galfaolf na periferia de células HEK-293T, indicando que Ric-8B promove a expressão funcional de ORs provavelmente através da melhora da eficiência do acoplamento dos ORs com Galfaolf. Nossos resultados demonstram que o uso de Ric-8B em um sistema em larga escala irá permitir a expressão funcional de diversos ORs, permitindo a identificação de seus respectivos ligantes. Tal análise irá contribuir para o melhor entendimento do mecanismo de percepção dos odores. / Odorants are detected by a large family of odorant receptors (ORs) expressed in the olfactory neurons in the nose. The activated receptors couple to an olfactory-specific G-protein (Galphaolf), which activates adenylyl cyclase III to produce cAMP. Increased cAMP levels activate cyclic nucleotide-gated channels, causing cell membrane depolarization. The information provided by the odorant receptors is transmitted to specific regions of the brain leading to odorant perception. The determination of the odorant specificities of the different ORs will contribute to the understanding of how odorants are discriminated by the olfactory system. However, only a few ORs have been linked to odorants they recognized to date because ORs are not efficiently expressed in heterologous cells since they are poorly expressed on the cell surface. Here we used yeast two-hybrid to search for potential regulators for Galphaolf. We found that Ric-8B (for Resistant to Inhibitors of Cholinesterase), a putative GTP exchange factor, is able to interact with Gaolf. Like Gaolf, Ric-8B is predominantly expressed in the mature olfactory sensory neurons and also in a few regions in the brain. The highly restricted and colocalized expression patterns of Ric-8B and Galphaolf strongly indicate that Ric-8B is a functional partner for Galphaolf. We show that Ric-8B is able to potentiate Galphaolf-dependent cAMP accumulation in human embryonic kidney 293 cells and therefore may be an important component for odorant signal transduction. Finally, we show that Ric-8B promotes efficient heterologous expression of ORs. Our results show that Ric-8B enhances accumulation of Galphaolf at the cell cortex, indicating that it promotes functional OR expression probably by improving the efficiency of OR coupling to Galphaolf. Our results demonstrate that the employment of Ric-8B in a high-throughput system will allow the functional screening of the OR family members and thereby provide further insight into the mechanisms of odor perception.

Orientador: Fabio Papes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-27T05:41:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_MateusAugustodeAndrade_M.pdf: 6121419 bytes, checksum: a603ea19d560e8cfebddccca9b7d824a (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Em mamíferos, os neurônios sensoriais do Sistema Olfatório (OSNs) se encontram no interior da cavidade nasal, mas estão diretamente expostos ao ambiente externo. Por um lado, tal localização permite a esses neurônios o acesso imediato aos estímulos químicos ambientais, tomando vantagem do fluxo respiratório. Por outro lado, esses neurônios estão constantemente sujeitos a injúrias por agentes nocivos, como toxinas e patógenos, capazes de destruir essas células sensoriais. Sua perda constante, contudo, é contrabalanceada pela geração de novos OSNs durante toda a vida do indivíduo, fato que torna o Sistema Olfatório um dos poucos locais do organismo com neurogênese contínua na idade adulta. A regeneração dos OSNs tem atraído a atenção da comunidade científica tanto pelo seu potencial uso como modelo de estudo do Sistema Nervoso quanto pela sua potencial aplicação para o tratamento de doenças neurodegenerativas. Nesse sentido, muito conhecimento já foi produzido sobre a dinâmica de fatores de transcrição que acompanha a diferenciação dos progenitores neuronais olfatórios em OSNs. Porém, uma grande lacuna no conhecimento diz respeito a outros elementos capazes de coordenar esse processo, como os fatores moduladores da cromatina. Diante desse cenário, escolhemos como objeto de estudo as proteínas do Grupo Polycomb (PcG), que constituem uma maquinaria de controle transcricional relacionada a modificações na organização da cromatina. Neste trabalho, genes PcG selecionados foram caracterizados molecular e funcionalmente no epitélio olfatório principal de camundongos (MOE). Através de ensaios de hibridação in situ, cinco dos seis genes avaliados apresentaram expressão ubíqua por todo o epitélio (Cbx2, Cbx4, Phc2, Ezh1, Bcl6), enquanto um (Ezh2) mostrou-se expresso somente nos estratos basais do MOE. Em ensaios de colocalização, provamos que Ezh2 é expresso exclusivamente nos progenitores olfatórios, onde o processo de diferenciação se inicia, e em parte dos OSNs recém-diferenciados, ainda não funcionais. Esta foi a primeira vez que a expressão de um gene PcG foi analisada detalhadamente no Sistema Olfatório. O interessante perfil de expressão de Ezh2 foi sugestivo de um possível papel funcional relacionado à diferenciação dos progenitores olfatórios. Para investigar essa hipótese, utilizamos como ferramenta experimental a habilidade do MOE em se regenerar após a indução de injúrias específicas. Para isso, o MOE de camundongos foi lesionado quimicamente com o composto diclobenil, que leva à perda abrupta de OSNs, estimulando a proliferação e a diferenciação dos progenitores olfatórios para repovoar as regiões lesionadas. Os animais assim tratados receberam, por via intranasal, o fármaco GSK126, uma molécula inibidora específica da atividade da proteína EZH2. Acompanhando a regeneração subsequente do MOE, observamos que a inibição da atividade de EZH2 levou ao incremento de OSNs no epitélio, favorecendo a sua regeneração. Interessantemente, esse incremento também foi observado em MOEs não lesionados, mostrando que o efeito de GSK126 não é dependente da indução de injúrias prévias. Através dessa investigação molecular e funcional, buscamos contribuir para o melhor entendimento da diferenciação neuronal do MOE, e apontamos as proteína PcG como elementos importantes para esse processo / Abstract: In mammals, the olfactory sensory neurons (OSNs) are located inside the nasal cavity, but they are directly exposed to the external environment. Taking advantage of the respiratory flux, this location favors the access to the chemical stimuli presented by the environment. On the other hand, it leads OSNs to be continually damaged by pathogens and toxic substances carried by the inhaled air. However, the persistence of neuronal progenitors in the olfactory epithelium makes the constant reposition of the OSNs possible. This unique ability of regeneration makes the Olfactory System one of the few sites of neurogenesis throughout the adult life. Olfactory regeneration has attracted the attention scientific community because of its potential as a model of study of the Nervous System and application in the treatment of neurodegenerative diseases. A great amount of knowledge has been accumulated about the transcription factor dynamics that follows the differentiation of neuronal progenitors into OSNs. However, there is a great gap about other elements that could coordinate this process, such as chromatin modulator factors. In this scenario, we decided to study the Polycomb Group (PcG) proteins, a transcription control machinery involved in chromatin structure organization. In the present study, selected PcG genes were molecular and functionally analyzed in the mouse main olfactory epithelium (MOE). Using in situ hybridization assays, we characterized the expression of six PcG genes. Five of them were shown to be expressed throughout the MOE (Cbx2, Cbx4, Phc2, Ezh1, Bcl6), while one (Ezh2) was found only in the basal layers of this epithelium. Using colocalization strategies, we proved that Ezh2 gene is expressed exclusively in the olfactory progenitor cells, where the differentiation process begins, and in part of the newly differentiated OSNs that are still not functional. It was the first time that a PcG gene expression profile was finely analyzed in the Olfactory System. This interesting expression profile presented by Ezh2 suggested a possible involvement with the MOE neuronal progenitor differentiation. For this functional investigation, we used MOE¿s neuronal regeneration after specific injuries as an experimental tool. For this purpose, the MOE was chemically damaged by the compound dichlobenil, which causes a great loss of OSNs, stimulating proliferation and differentiation of neuronal progenitor cells, leading to the repopulation of the damaged tissue. Next, mice received by intranasal route the pharmacological inhibitor GSK126, which blocks EZH2 protein activity. The observation of the MOE regeneration that followed showed us that GSK126 application resulted in an increased number of OSNs, improving MOE regeneration. Interestingly, this increase was also found in intact MOEs, pointing that GSK126¿s effects do not depend on previous olfactory injuries. By this molecular and functional investigation, we aimed at a better understanding of olfactory neuronal differentiation, and we targeted the PcG proteins as relevant elements to this process / Mestrado / Genetica Animal e Evolução / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Odorantes são detectados por centenas de receptores olfatórios (ORs) que pertencem à superfamília dos receptores acoplados à proteína G. Estes receptores são expressos nos neurônios sensoriais olfatórios localizados na cavidade nasal. Cada neurônio sensorial olfatório expressa um único alelo de gene OR de uma grande família de genes OR. Este padrão característico da expressão de genes OR resulta na formação de um mapa olfatório espacial no bulbo olfatório, que é necessário para a discriminação de odorantes pelo sistema olfatório. Os mecanismos envolvidos nesta regulação ainda não são bem conhecidos. O DNA genômico em neurônios olfatórios é coberto com marcas repressivas de metilação de histonas, indicando que a regulação da estrutura da cromatina deve desempenhar um papel importante na regulação da expressão de genes OR. Trabalhos anteriores demonstraram que RNAs não codificadores (ncRNAs) estão envolvidos na deposição de marcas de histonas em determinados genes. No entanto, os ncRNAs expressos no epitélio olfatório ainda não são conhecidos. Neste trabalho, identificamos e catalogamos o repertório completo de ncRNAs anotados, incluindo os miRNAs, expressos no epitélio olfatório de camundongos recémnascidos e adultos. Muitos destes, apesar de já anotados como ncRNAs, ainda não foram descritos na literatura como expressos no MOE. Identificamos ao todo 1161 miRNAs e 295 lincRNAs expressos no epitélio olfatório, e pudemos verificar como os níveis de expressão destes RNAs variam durante o desenvolvimento. A partir deste repertório, selecionamos lincRNAs que são preferencialmente expressos no epitélio olfatório quando comparados a outros tecidos de camundongo. Dez destes lincRNAs foram selecionados para validação utilizando-se RT-PCR. Cinco lincRNAs foram validados e analisados quanto à sua expressão em diferentes tecidos. Nosso trabalho estabelece uma plataforma de dados que permitirá o estudo do papel desempenhado por ncRNAs no epitélio olfatório. Além disto, os nossos resultados mostram que a abordagem utilizada permite a identificação de novos lincRNAs que apresentam expressão restrita ou preferencial no epitélio olfatório, e que, portanto, devem apresentar uma função relevante para o olfato. / Odorants are detected by hundreds of odorant receptors (ORs) which belong to the superfamily of G protein-coupled receptors. These receptors are expressed in the olfactory sensory neurons of the nose. Each olfactory sensory neuron expresses one single OR gene allele from a large family of OR genes. This characteristic pattern of OR gene expression results in the formation of a spatial olfactory map in the olfactory bulb, which is required for odorant discrimination by the olfactory system. The mechanisms involved in this regulation are unknown. OR genomic DNA in olfactory neurons is covered with repressive histone methylation marks, indicating that the chromatin structure should play an important role in the regulation of OR gene expression. Previous studies suggest that noncoding RNAs (ncRNAs) are involved in the deposition of histone marks in certain genes. However, the ncRNAs expressed in the olfactory epithelium are completely unknown. In this work, we used RNA-seq to identify and catalogue the complete repertoire of ncRNAs, including miRNAs, expressed in the olfactory epithelium from newborn and adult mice. In this way, we were able to identify 1161 miRNAs and 295 lincRNAs and analyze how their levels of expression varies during development. Out of these repertoire, we selected lincRNAs that are preferentially expressed in the olfactory epithelium when compared to other mouse tissues. Ten out of these lincRNAs were selected for validation by using RTPCR, and five of them could be validated and further analyzed. Our work establishes a data platform which will enable the study of the role played by ncRNAs in the olfactory epithelium. In addition, our results show that our approach can be successfully used to identify ncRNAs that are restrictedly or preferentially expressed in the olfactory epithelium, and which therefore must be relevant for olfaction.

Orientador: Fabio Papes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-24T14:16:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tolentino_FelipeThadeu_M.pdf: 9244448 bytes, checksum: deea9f7963e05d8a997d9b5a554f9708 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O Sistema Sensorial Olfativo de mamíferos é composto por vários subsistemas na cavidade nasal. Dentre estes, destacam-se o sistema olfativo principal e o sistema olfativo acessório ou vomeronasal. O primeiro realiza a detecção geral de odores e parece participar também da detecção de algumas substâncias que levam a respostas comportamentais instintivas (feromônios), enquanto o último é especializado na detecção desta classe de semioquímicos. A detecção dos estímulos sensoriais olfativos resulta em informações importantes que dependem de vias complexas para sua interpretação e para a geração de respostas apropriadas por parte do sistema nervoso central. Existem vários pontos ainda desconhecidos sobre o funcionamento do sistema olfativo, tanto no que diz respeito aos mecanismos moleculares subjacentes à escolha dos receptores a serem expressos por um dado neurônio sensorial ¿ sendo que cada neurônio olfativo expressa apenas um receptor dentro de uma grande família multi-gênica ¿ quanto em relação ao processamento da informação sensorial em centros cerebrais superiores. Neurônios sensoriais olfativos cultivados eficientemente in vitro seriam extremamente úteis, pois poderiam ser utilizados como ferramenta para o estudo destes problemas, como a investigação da atividade das células sensoriais olfativas, possibilitando, por exemplo, uma melhor compreensão dos mecanismos genéticos e moleculares por trás da expressão dos receptores olfativos e de suas propriedades de detecção. Neste trabalho foram desenvolvidas ferramentas baseadas em vetores retrovirais com o objetivo de induzir a diferenciação celular de neurônios olfativos in vitro, utilizando uma combinação de fatores de transcrição, por meio de transdução viral em células-alvo (fibroblastos murinos). Os retrovírus produzidos foram testados e algumas combinações de fatores de transcrição foram preliminarmente testadas, sendo capazes de induzir mudanças moleculares em fibroblastos acompanhadas da expressão de marcadores de neurônios sensoriais olfativos / Abstract: The mammalian Olfactory System enables the vast majority of animal species to identify the presence and quality of food, predators, competitors, conspecifics and potential mates in the environment. Olfactory stimuli detected by sensory neurons are interpreted by brain processing pathways to generate appropriate behavioral and endocrine responses. Despite its central importance in mammalian physiology, several aspects about the biology of this sensory system remain uncharacterized. For example, it is known that each olfactory sensory neuron (OSN) in the nasal cavity expresses only one gene out of a large multi-gene family coding for receptors involved in odorant and pheromone detection. However, the molecular mechanisms behind this process of olfactory receptor gene choice are not fully understood. The study of this and many other aspects of olfaction has been made difficult by the lack of appropriate in vitro cellular models. An efficient way to obtain cultured OSNs would thus be extremely useful, enabling researchers to investigate the sensory neuron¿s activity in a controllable environment, avoiding obstacles imposed by the cellular heterogeneity found in sensory organs in vivo. In this study, we aimed at obtaining OSNs directly differentiated from mouse embryonic fibroblasts (MEF) using the forced expression of specific transcription factors via retroviral vectors. We therefore developed tools based on retroviral vectors with the objective of differentiating olfactory sensory neurons in vitro, using viral transduction in target cells (murine fibroblasts) with combinations of select transcription factors. Retroviruses were tested and some combinations of transcription factors were tested on a preliminary basis, which were capable of inducing molecular alterations on fibroblasts followed by the expression of olfactory sensory neuron markers / Mestrado / Genetica Animal e Evolução / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Os genes de receptores olfatórios (OR) pertencem a uma família de proteínas de membrana formada por cerca de 1000 genes no genoma de camundongo. Os genes OR são expressos de forma monogênica e monoalélica nos neurônios olfatórios (OSNs). No entanto, ainda não está claro o mecanismo que permite essa forma de expressão peculiar, sobretudo, qual o papel da metilação de DNA nesse processo. Nosso estudo determinou o padrão de metilação de DNA da região promotora e codificadora do gene Olfr17. Em células de epitélio olfatório (MOE) de camundongos adultos, observamos na região codificadora (CDS) do gene uma frequência de metilação em dinucleotídeos CpG 58%, enquanto que na sua região promotora ela foi bem mais baixa. Os níveis de metilação do Olfr17 em MOE de embrião (E15.5) e fígado foram similares aos observados em MOE de animais adultos. Em seguida, analisamos se a metilação de DNA pode regular a expressão gênica do Olfr17. Utilizando animais transgênicos onde os neurônios olfatórios que expressam Olfr17 também expressam GFP, pudemos selecionar neurônios olfatórios GFP+ e analisar a metilação do gene Olfr17, que está ativo nestas células. Verificamos que o padrão geral de metilação do Olfr17, tanto na região CDS como na região promotora, não se altera quando este gene está ativo. Este resultado indica que alterações na metilação do gene Olfr17 não são necessárias para que este receptor seja expresso. Finalmente, verificamos que a região promotora do gene Olfr17, de duas linhagens de camundongos diferentes, a C57BL/6 e a 129, possuem dois polimorfismos de base única (SNPs) que alteram o conteúdo CpG. Devido a estes SNPs, a linhagem 129 apresenta dois sítios CpG adicionais, inexistentes na linhagem C57BL/6. Nossas análises mostraram que estes CpGs são frequentemente metilados, o que torna o promotor do Olfr17 de 129 significativamente mais metilado que o promotor de C57BL/6. Em seguida, nós analisamos o nível de expressão no MOE dos dois alelos de Olfr17, o 129 e o C57BL/6, utilizando ensaios de RT-qPCR. Estes experimentos demonstraram que o nível de expressão do alelo 129, que possui 3 CpGs metiladas em seu promotor, é menor que o do alelo C57BL/6, que apresenta apenas uma CpG que é pouco metilada em seu promotor. Nossos resultados sugerem que as alterações na região promotora influenciam a probabilidade com que o gene OR é escolhido para ser expresso no MOE. / Olfactory receptor (OR) genes belong to a large family of membrane proteins composed of 1000 genes in the mouse genome. The OR genes are expressed in the olfactory sensory neurons (OSNs) in a monogenic and monoallelic fashion. However, the mechanisms that govern OR gene expression are unclear. Here we asked whether DNA methylation plays a role in the regulation of OR gene expression. We first determined the DNA methylation pattern in the coding (CDS) and promoter regions of the odorant receptor gene Olfr17. In olfactory epithelium (MOE) cells, the CpG methylation level in the CDS is 58% but is much lower in the promoter region of the gene. In embryonic MOE (E15.5) and liver, the levels of Olfr17 DNA methylation are similar to the ones shown in adult MOE. We next analyzed whether DNA methylation is involved in Olfr17 regulation. We isolated GFP+ neurons from transgenic mice that coexpress GFP with Olfr17, and analyzed the DNA methylation pattern of the Olfr17, which is active in these cells. We found that the general methylation pattern, both, in the coding and promoter regions is not altered in the active gene. These results indicate that changes in DNA methylation are not required for the activation of Olfr17. Finally, we found that the Olfr17 promoter region from two different mouse strains, C57BL/6 and 129, has two single-nucleotide polymorphisms (SNPs) that alter the CpG content. The SNPs lead to the existence of two additional CpGs in the 129 allele, which are absent in the C57BL/6 allele. These CpGs are frequently methylated, making the 129 Olfr17 promoter significantly more methylated than the Olfr17 promoter from C57BL/6. We next performed RT-qPCR experiments to analyze the expression levels of the 129 and C57BL/6 Olfr17 alleles in the MOE. These experiments showed that the expression level of the 129 Olfr17 allele, which contains three methylated CpGs in its promoter region, is lower than the one from C57BL/6, which contains only one, undermethylated CpG, in its promoter. Our results suggest that these promoter modifications regulate the probability of the OR gene choice.

Os genes de receptores olfatórios (OR) pertencem a uma família de proteínas de membrana formada por cerca de 1000 genes no genoma de camundongo. Os genes OR são expressos de forma monogênica e monoalélica nos neurônios olfatórios (OSNs). No entanto, ainda não está claro o mecanismo que permite essa forma de expressão peculiar, sobretudo, qual o papel da metilação de DNA nesse processo. Nosso estudo determinou o padrão de metilação de DNA da região promotora e codificadora do gene Olfr17. Em células de epitélio olfatório (MOE) de camundongos adultos, observamos na região codificadora (CDS) do gene uma frequência de metilação em dinucleotídeos CpG 58%, enquanto que na sua região promotora ela foi bem mais baixa. Os níveis de metilação do Olfr17 em MOE de embrião (E15.5) e fígado foram similares aos observados em MOE de animais adultos. Em seguida, analisamos se a metilação de DNA pode regular a expressão gênica do Olfr17. Utilizando animais transgênicos onde os neurônios olfatórios que expressam Olfr17 também expressam GFP, pudemos selecionar neurônios olfatórios GFP+ e analisar a metilação do gene Olfr17, que está ativo nestas células. Verificamos que o padrão geral de metilação do Olfr17, tanto na região CDS como na região promotora, não se altera quando este gene está ativo. Este resultado indica que alterações na metilação do gene Olfr17 não são necessárias para que este receptor seja expresso. Finalmente, verificamos que a região promotora do gene Olfr17, de duas linhagens de camundongos diferentes, a C57BL/6 e a 129, possuem dois polimorfismos de base única (SNPs) que alteram o conteúdo CpG. Devido a estes SNPs, a linhagem 129 apresenta dois sítios CpG adicionais, inexistentes na linhagem C57BL/6. Nossas análises mostraram que estes CpGs são frequentemente metilados, o que torna o promotor do Olfr17 de 129 significativamente mais metilado que o promotor de C57BL/6. Em seguida, nós analisamos o nível de expressão no MOE dos dois alelos de Olfr17, o 129 e o C57BL/6, utilizando ensaios de RT-qPCR. Estes experimentos demonstraram que o nível de expressão do alelo 129, que possui 3 CpGs metiladas em seu promotor, é menor que o do alelo C57BL/6, que apresenta apenas uma CpG que é pouco metilada em seu promotor. Nossos resultados sugerem que as alterações na região promotora influenciam a probabilidade com que o gene OR é escolhido para ser expresso no MOE. / Olfactory receptor (OR) genes belong to a large family of membrane proteins composed of 1000 genes in the mouse genome. The OR genes are expressed in the olfactory sensory neurons (OSNs) in a monogenic and monoallelic fashion. However, the mechanisms that govern OR gene expression are unclear. Here we asked whether DNA methylation plays a role in the regulation of OR gene expression. We first determined the DNA methylation pattern in the coding (CDS) and promoter regions of the odorant receptor gene Olfr17. In olfactory epithelium (MOE) cells, the CpG methylation level in the CDS is 58% but is much lower in the promoter region of the gene. In embryonic MOE (E15.5) and liver, the levels of Olfr17 DNA methylation are similar to the ones shown in adult MOE. We next analyzed whether DNA methylation is involved in Olfr17 regulation. We isolated GFP+ neurons from transgenic mice that coexpress GFP with Olfr17, and analyzed the DNA methylation pattern of the Olfr17, which is active in these cells. We found that the general methylation pattern, both, in the coding and promoter regions is not altered in the active gene. These results indicate that changes in DNA methylation are not required for the activation of Olfr17. Finally, we found that the Olfr17 promoter region from two different mouse strains, C57BL/6 and 129, has two single-nucleotide polymorphisms (SNPs) that alter the CpG content. The SNPs lead to the existence of two additional CpGs in the 129 allele, which are absent in the C57BL/6 allele. These CpGs are frequently methylated, making the 129 Olfr17 promoter significantly more methylated than the Olfr17 promoter from C57BL/6. We next performed RT-qPCR experiments to analyze the expression levels of the 129 and C57BL/6 Olfr17 alleles in the MOE. These experiments showed that the expression level of the 129 Olfr17 allele, which contains three methylated CpGs in its promoter region, is lower than the one from C57BL/6, which contains only one, undermethylated CpG, in its promoter. Our results suggest that these promoter modifications regulate the probability of the OR gene choice.