Made available in DSpace on 2014-08-20T13:32:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_lara_dias.pdf: 2572863 bytes, checksum: 41207696775098ff734edf871864bf12 (MD5) Previous issue date: 2011-02-14 / The current challenges in plant breeding are to maximize the productivity of major crop species and to create means for exploring novel crop environments. One of these environments is the lowland hydromorphic soils that are proper for the irrigated rice crop. Adapting other crops to this environment could reduce the incidence of diseases, pests and weeds, therefore benefiting from a crop rotation system. When a plant is exposed to abiotic stresses, it has to cope with environmental changes through physiological and anatomic changes that need quick gene expression responses, i.e., changes in active/silenced status as well as in the rates of transcription. Cis-acting regulatory elements have straight relationship with transcription factors (TF) in complex signaling networks. This TF binding sites (cis-elements) are the functional DNA elements that influence temporal and spatial transcriptional activity. We investigated possible patterns of sequences that can be inferred about the mechanisms that plants use to develop under flooding stress. This search for possible homologies between the various cis-elements would lead us to performed interactive analyses about how plants use their molecular mechanisms responding to abiotic stresses. Online databases were searched, looking for genes previously described in literature which are expressed in response to flooding in Oryza sativa, Arabidopsis thaliana and their homologous in Glycine max and Zea mays. The 1.0 Kb upstream portion of each gene was extracted and analyzed in silico. Besides, all the promoters of these four species were subjected to a tool for searching for novel signals, intending to find new motif patterns. Our in silico analysis shows that from 259 cis elements found in PLACE for all promoters of Arabidopsis and rice, 12 of them are common to both species, and are distinguished by having high frequency. Using the MEME program two consensus motifs could be found among the species Oryza sativa and Zea mays. These could represent new cis elements patterns, because they had relatively high occurrences in the gene promoters and they are related to conserved sequences in monocots. The analysis here presented shows important points for future studies related to the waterlogging stress and unmasking molecular tolerance mechanisms to this typical stress. From the data generated, it will be possible to direct experiments on genetic transformation with target genes and/or cis elements in order to attribute some characteristic in plants, such as those found in rice, so they can develop in an environment with O2 deprivation. / Os atuais desafios no melhoramento de plantas são maximizar a produtividade das principais espécies cultivadas e criar meios para explorar uma variedade de ambientes de cultivo. Um desses ambientes são os solos hidromórficos de planícies alagadas. A adaptação de outras culturas a este ambiente poderia reduzir a incidência de doenças, pragas e plantas daninhas, se beneficiando de um sistema de rotação de culturas. Quando uma planta é exposta a estresses abióticos ela tem que lidar com as alterações ambientais através de mudanças fisiológicas e anatômicas, as quais necessitam de rápidas mudanças na expressão gênica, ou seja, no seu estado inicial, bem como nas taxas de transcrição. Elementos regulatórios de ação cis têm relação direta com fatores de transcrição (FT) em complexas redes de sinalização. Estes sítios de ligação de FTs são elementos funcionais de DNA que influenciam a atividade transcricional de forma temporal e espacial. Neste trabalho, foram investigados possíveis padrões de seqüências que se possam inferir sobre os mecanismos que as plantas utilizam para se desenvolver na condição do alagamento. Essa busca por possíveis homologias entre os vários elementos cis permite realizar análises interativas sobre como as plantas utilizam seus mecanismos moleculares para responder a estresses abióticos. Bancos de dados online foram utilizados, na busca de genes previamente descritos em literatura e que são expressos em resposta ao alagamento em Oryza sativa, Arabidopsis thaliana e seus homólogos em Glycine max e Zea mays. A porção de 1,0 Kb a montante de cada gene foi extraída e analisada in silico. Além disso, todos os promotores das quatro espécies foram submetidos a busca por uma variedade de sinais, com a intenção de encontrar novos padrões de motivos de DNA. Esta análise mostrou que, dos 259 elementos cis encontrados em promotores de Arabidopsis e arroz, 12 deles são comuns a ambas as espécies e se distinguem do restante por terem alta freqüência. Utilizando o programa MEME dois motivos consenso foram encontrados entre as espécies Oryza sativa e Zea mays. Estes podem representar novos padrões de elementos cis, pois apresentaram ocorrências relativamente elevada nos promotores de genes e são relacionados com seqüências conservadas em monocotiledôneas. A análise aqui apresentada mostra pontos importantes para futuros estudos relacionados ao estresse por alagamento e auxilia na descoberta de mecanismos moleculares de tolerância ao alagamento nas plantas. A partir dos dados gerados, será possível direcionar experimentos de transformação genética a fim de atribuir alguma característica às plantas, tais como aqueles encontrados no arroz, para que possam se desenvolver em um ambiente com privação de O2.

Em bactérias, os fatores sigma alternativos permitem a rápida adaptação da célula a alterações no ambiente. Dentre estes, os fatores sigma ECF (função extra-itoplasmática) caracterizam-se pelo envolvimento na resposta a sinais da região extra-citoplasmática da célula. O sequenciamento do genoma de Caulobacter crescentus indicou a presença de 13 ORFs codificando fatores ECF. Este trabalho descreve a caracterização de cepas mutantes em cinco genes que codificam fatores sigma ECF de C. crescentus, sendo eles sigL, sigM, sigN, sigU e sigF. A regulação da expressão destes genes em respostas a diferentes estresses foi também analisada, pelo uso de fusões de transcrição de suas regiões promotoras ao gene reporter lacZ. Todos os mutantes mostraram-se viáveis, sendo também tão resistentes quanto a cepa parental a uma série de estresses ambientais testados, indicando que estes genes não são essenciais. Verificou-se, porém, que os mutantes nos genes sigL e sigM são mais sensíveis ao choque térmico extremo (48°C). A caracterização da cepa mutante em sigF mostrou que este gene é essencial para a resistência da célula a estresse oxidativo durante a fase estacionária. A análise da expressão de sigF indicou um controle pós-transcricional, com o acúmulo da proteína SigF durante esta fase do crescimento, sem um aumento na transcrição do gene. Oito genes regulados por &#963;F durante a fase estacionária foram identificados em experimentos de \"microarray\", incluindo os genes de resposta a estresse oxidativo, sodA e msrA. A análise da atividade do promotor de sigU mostrou sua indução na entrada na fase estacionária e após estresse salino e osmótico. No entanto, o mutante nulo em sigU não se apresentou mais sensível que a cepa parental a esses estresses. Os resultados aqui descritos permitiram identificar a importância de alguns dos fatores ECF de C. crescentus na resposta a estresses nesta bactéria. / Alternative sigma factors permit the rapid adaptation to environmental changes in bacteria. Among them, members of the ECF subfamily (extrac</i<ytoplasmic function) are characterized by their involvement in responses to changes in the extracytoplasmic compartment of the cell. Analysis of the complete genome sequence of Caulobacter crescentus has led to the identification of 13 ORFs encoding putative sigma factors of the ECF subclass. The present work describes the characterization of mutant strains in five genes encoding ECF sigma factors from C. crescentus, named sigL, sigM, sigN, sigU and sigF. The expression of these genes in response to distinct stress conditions was also investigated, using transcriptional fusions of their promoter regions to the lacZ reporter gene. The five mutants strains obtained were viable and did not show increased sensitivity, when compared to the parental strain, to a series of environmental stress conditions, indicating that these genes are not essential. However, the sigL and sigM mutant strains were shown to be more sensitive to extreme heat shock (48°C). Furthermore, the characterization of the sigF mutant strain demonstrated that this gene is essential for oxidative stress survival during stationary phase. Analysis of sigF expression indicated a post-transcriptional control, with an increase in the levels of SigF protein during this growth phase, without changes in the transcription rate of the gene. Eight genes regulated by &#963;F during stationary phase were identified in microarray experiments, including the oxidative stress response genes sodA and msrA. Analysis of sigU promoter activity in response to distinct stress conditions showed induction upon entry into stationary phase and during saline and osmotic stress. Nevertheless, the sigU null mutant did not show increased sensitivity to these stresses. The results described here identified the importance of some of the C. crescentus ECF sigma factors in the response to stresses in this bacterium.

O ciclo de divisão celular compreende uma seqüência de fenômenos controlados por una complexa rede de regulação gênica muito estável e robusta. Aplicamos as Redes Genéticas Probabilísticas (PGNs) para construir um modelo cuja dinâmica e robustez se assemelham às observadas no ciclo celular biológico. A estrutura de nosso modelo PGN foi inspirada em fatos biológicos bem estabelecidos tais como a existência de subsistemas integradores, realimentação negativa e positiva e caminhos de sinalização redundantes. Nosso modelo representa as interações entre genes como processos estocásticos e apresenta uma forte robustez na presença de ruido e variações moderadas dos parâmetros. Um modelo determinístico recentemente publicado do ciclo celular da levedura não resiste a condições de ruido que nosso modelo suporta bem. A adição de mecanismos de auto excitação, permite a nosso modelo apresentar uma atividade oscilatória similar à observada no ciclo celular embrionário. Nossa abordagem de modelar e simular o comportamento observado usando mecanismos de controle biológico conhecidos fornece hipóteses plausíveis de como a regulação subjacente pode ser realizada na célula. A pesquisa atualmente em curso procura identificar tais mecanismos de regulação no ciclo celular da levedura, usando dados de expressão gênica provenientes de medições seqüenciais de microarray. / The cell division cycle comprises a sequence of phenomena controlled by a stable and robust genetic network. We applied a Probabilistic Genetic Network (PGN) to construct an hypothetical model with dynamical behaviour and robustness typical of the biological cell-cycle. The structure of our PGN model was inspired in well established biological facts such as the existence of integrator subsystems, negative and positive feedback loops and redundant signaling pathways. Our model represents genes\' interactions as stochastic processes and presents strong robustness in the presence of moderate noise and parameters fluctuations. A recently published deterministic yeast cell-cycle model collapses upon noise conditions that our PGN model supports well. In addition, self stimulatory mechanisms can give our PGN model the possibility of having a pacemaker activity similar to the observed in the oscillatory embryonic cell cycle. Our approach of modeling and simulating the observed behavior by known biological control mechanisms provides plausible hypotheses of how the underlying regulation may be performed in the cell. The ongoing research is lead to identify such regulation mechanisms in the yeast cell-cycle from time-series microarray gene expression data.

Glicose e oxigênio são moléculas essenciais para a maioria dos organismos vivos. Além de sua importância nos processos de produção de energia - glicose como fonte de carbono e energia e oxigênio como aceptor dos elétrons doados por NADH e FADH2 - estes dois compostos funcionam como efetuadores, modulando vários processos metabólicos e fisiológicos nas células. Visto que a mitocôndria é um dos alvos afetados pelas disponibilidades destas duas moléculas, nós isolamos e seqüenciamos o genoma mitocondrial de Trichoderma reesei, um fungo multicelular empregado neste trabalho como sistema modelo. Foi estudado o efeito da variação de concentração de glicose e oxigênio sobre a expressão de transcritos do genoma mitocondrial, bem como sua implicação no metabolismo de glicose. São apresentadas análises da expressão gênica de aproximadamente 2000 transcritos de T. reesei submetido a concentrações limitantes de oxigênio dissolvido, realizadas com o emprego da técnica de microarrays de cDNA. Pelo menos 330 transcritos foram diferencialmente expressos em função da disponibilidade de oxigênio. Aqueles envolvidos nos processos de síntese protéica e divisão celular foram regulados negativamente, enquanto transcritos relacionados com funções de defesa celular e síntese de RNA foram positivamente regulados. Uma fração substancial de outros genes afetados pela baixa disponibilidade de oxigênio não possui, atualmente, funções celulares conhecidas. Esta observação deve contribuir para a posterior anotação funcional do genoma de T. reesei. Também foram identificados reguladores transcricionais diferencialmente expressos em baixas tensões de oxigênio. O perfil de expressão destes reguladores aponta-os como potenciais candidatos ao envolvimento com a expressão de genes afetados pela disponibilidade de oxigênio. / Glucose and oxygen are essential molecules in most of living organisms. In addition to their importance in production of energy - glucose as a carbon and energy source and oxygen as an acceptor of electrons donated by NADH and FADH2 - both molecules function as effectors modulating various metabolic and physiological processes in the cell. Because one of the targets affected by both molecules is the mitochondrion, we isolated and sequenced the mitochondrial genome of Trichoderma reesei, a multicellular fungus that is used in this study as a model system. The effect of varying the concentration of glucose and oxygen on the expression of the transcripts of the mitochondrial genome, and its implication on the metabolism of glucose, was studied. Gene-wide expression analyses of nearly 2000 transcripts of T. reesei under limited concentration of dissolved oxygen, using cDNA microarry technique, are presented. At least 330 transcripts were differentially expressed with respect to oxygen availability. Those involved in protein synthesis and cell division processes were downregulated, while transcripts involved in cell defense and RNA synthesis were upregulated. A substantive fraction of other anaerobically affected genes have currently unknown cellular roles, and these results should therefore contribute to further functional annotation of the genome. ln addition, we have identified transcriptional regulators that are differentially expressed at a low oxygen tensions. The expression profile of these regulators points them out as potential candidates involved in the expression of genes affected by oxygen availability.

P. aeruginosa PA14 é uma linhagem isolada de queimadura que apresenta vários fatores de patogenicidade comuns no quadro de infecção de hospedeiros filogeneticamente distintos (plantas, mamíferos ou invertebrados). O gene kerV foi revelado numa busca por mutantes atenuados em virulência em uma biblioteca de mutantes por transposons da linhagem PA14 (Rahme et al., 1997). A caracterização da linhagem D12, mutante em kerV, confirmou sua virulência atenuada (Apidianakis et al., 2005 e An et al., 2009) e resultados do transcriptoma mostraram alteração na expressão de mais de 500 genes, sendo alguns relacionados com o sistema de \"quorum sensing\" (Rahme et al, dados não publicados). O gene kerV está próximo à montante ao gene gloB, envolvido em detoxificação de metilglioxal, e à jusante aos genes rnhA e dnaQ, que codificam proteínas envolvidas na replicação e reparo do DNA. Este trabalho teve como objetivo estudar a função molecular do produto de kerV e a expressão dos genes do lócus kerV-rnhA-dnaQ. Análises de bioinformática indicam que a proteína KerV é uma metiltransferase dependente de S-adenosil-metionina (SAM), apresentando um domínio conservado de ligação a SAM e uma arquitetura de domínio compatível com a organização em fitas-beta e hélices-alfa alternadas descritas para a família das metiltransferases dependentes de SAM. Ela não apresenta outros domínios conservados que indiquem seu substrato de metilação. A expressão heteróloga desta proteína em E. coli, mostrou que ela é expressa de maneira parcialmente solúvel quando co-expressa com as chaperoninas GroEL/GroES em baixas temperaturas ou quando fusionada a MBP ou GST. A purificação desta proteína mostra que ela é co-eluída com a chaperonina GroEL sugerindo que para atingir sua conformação nativa ela necessita dessas proteínas acessórias. MBP-KerV purificado foi usado para ensaios \"in vitro\" de atividade de metiltransferase e ligação a SAM, que não foram conclusivos, pois não há certeza do seu correto estado de enovelamento. Ensaios de duplo-híbrido mostraram que KerV não interage com os produtos de rnhA e dnaQ, sugerindo que KerV não está diretamente relacionado com suas funções. A freqüência de mutação na linhagem D12 está levemente aumentada (aproximadamente quatro vezes), o que sugere que KerV não está diretamente envolvida no reparo de DNA do tipo ´mismatch repair`. Os ensaios usados para detectar metilação do DNA, proteínas e rRNAs não revelaram que KerV estaria envolvido com a metilação destes substratos. Os inícios de transcrição dos genes kerV, rnhA e dnaQ foram determinados. A deleção de kerV causa um efeito polar na transcrição do gene rnhA, que não se reflete nos níveis da proteína. A deleção também afeta a expressão de dnaQ, sugerindo que KerV seja importante para sua regulação. Os ensaios de complementação da virulência em modelos invertebrados e de células epiteliais de pulmão mostram que apenas a presença dos três genes e seus produtos em níveis normais são capazes de reverter a maioria dos fenótipos atenuados. KerV se mostrou essencial para a inibição da translocação de NF-kB para o núcleo das células, comprovando que esta proteína é relevante para a virulência de PA14, contribuindo com o silenciamento da resposta imune do hospedeiro. O conjunto dos resultados indicam uma complexa inter-relação entre a expressão dos genes kerV, rnhA e dnaQ e seu papel na biologia de P. aeruginosa. / P. aeruginosa PA14 is a burn isolate multi-host pathogen strain. The screening for virulence attenuated mutants in a PA14 transposon mutant library revealed the kerV gene (Rahme et al., 1997). The characterization of D12 strain, a kerV mutant, confirmed the attenuated virulence phenotype (Apidianakis et al., 2005 and An et al., 2009) and transcriptome analysis showed the expression of more than 500 genes are affected in D12, some of these genes are related with quorum sensing (Rahme et al, unpublished data). kerV is upstream of the gloB gene, related with methylglioxal detoxification and downstream of the rnhA and dnaQ genes, both related with DNA replication and repair. The purpose of this work was to study the molecular function of KerV product and the expression of kerV-rnhA-dnaQ locus. Bioinformatics analysis indicated that KerV is a SAM dependent methyltransferase that have a conserved SAM binding domain with architecture compatible with classic alternating &#946;-stranded and &#945;-helical regions. KerV does not show any other conserved motif that could indicate its methylation substrate. Heterologous expression in E. coli showed that KerV is partially soluble only when co-expressed with GroeL/GroES chaperones at low temperatures or when KerV is in fusion with MBP or GST tag. During the purification process KerV was copurified with GroEL chaperone suggesting that this association may be required for the correct folding of KerV. Methyltransferase activity and SAM binding assays were done with purified MBPKerV and the results were not conclusive since the proper conformation of MBP-KerV cannot be verified. Yeast two-hybrid assays indicated that RNaseH and DnaQ are not interaction partners of KerV, suggesting that their functions are not directly related. The mutation frequency of D12 strain increased only about four times in relation to PA14, suggesting that KerV is not directly involved with DNA mismatch repair. The assays to detect methylation in DNA, RNAs and proteins do not show that KerV is involved with methylation of these substrates. The transcription start sites of kerV, rnhA and dnaQ genes were mapped through 5\'-RACE- and primer extension experiments. The kerV deletion causes a polar effect on the transcription of rnhA gene, which is not reflected on RNaseH protein levels. The kerV deletion also affects dnaQ expression, suggesting that KerV is important for its regulation.The virulence complementation assays in flies and lung epithelial cells showed that the fully rescue of the wild type phenotype was achieved only when the entire locus is present. KerV was essential to inhibit the NF-kB nucleus translocation, demonstrating that KerV is relevant to PA14 virulence, contributing for the silencing of host immune system. Altogether, these data showed a complex inter-relation among kerV, rnhA and dnaQ genes and its role in P. aeruginosa biology

Após o seqüenciamento completo do genoma humano, a busca e caracterização do conjunto completo de genes humanos constitui-se no principal desafio nesta área de investigação, sendo o passo limitante para o progresso na exploração dos dados contidos no seqüenciamento deste genoma. O projeto de transcriptoma denominado \"Transcript Finishing Initiative\" (TFI) surgiu neste contexto, com o objetivo principal de gerar fragmentos parciais de transcritos humanos, que não haviam sido descritos previamente e determinar sua seqüência, para iniciar a caracterização de novos genes humanos. A estratégia utilizada foi q alinhamento de todas as seqüências ORESTES e ESTs disponíveis com a seqüência pública do genoma humano e o agrupamento j c1usterização destas com base nas coordenadas deste genoma. Algumas das regiões que não eram cobertas por estas seqüências foram, então, completadas, por RT-PCR, utilizando-se primers ancorados nos clusters vizinhos. Cada par de clusters de ESTs selecionado para validação experimental foi designado como uma Unidade do \"Transcript Finishing\" (TFU), tendo sido validadas experimentalmente, pelo grupo TFI, Um total de 211 TFUs foram validadas, sendo que 197 seqüências consenso foram submetidas ao Genbank (CF272536-CF272733). Atualmente, apenas um pequeno número destas seqüências ainda são considerados genes novos, sem que haja um cDNA depositado em banco de dados; contudo para um número considerável destas TFUs não existe qualquer caracterização sobre sua função. Na tentativa de contribuir para melhor caracterização dos genes identificados no projeto TFI, e tendo, como base, a linha de pesquisa do laboratório, que busca genes diferencialmente expressos envolvidos em transformação maligna/tumorigênese, o presente trabalho propôs a utilização das seqüências TFUs para estudar sua possível associação com tumores de glia humanos e outros tipos de tumores (de próstata e de mama). Para tanto, as TFUs foram analisadas \"in silico\" para estabelecer seu grau de ineditismo como um novo gene ou um gene sem função conhecida, e, para análise de sua expressão diferencial entre tecidos normais e tumorais de cérebro, próstata e mama. Para validar estas análises computacionais na bancada, foram gerados macro- e microarranjos de DNA utilizando-se as TFUs disponíveis como clones físicos ou amplicons, para o rastreamento com sondas das linhagens celulares A172 e T98G de glioblastomas. Os resultados das análises destes dados foram confirmados por PCR quantitativo tanto nas linhagens como em amostras clínicas de astrocitomas que apresentam diversos graus de malignidade. Como resultado, foi possível organizar um Banco de Clones Físicos de TFUs, além de identificar e selecionar uma TFU (168), cuja expressão correlaciona diretamente com o grau de malignidade dos tumores de glia. Esta seqüência corresponde a um novo gene, já que não existe a seqüência de cDNA completo nos bancos de dados. Em vista disto, a TFU168 foi selecionada para estudos funcionais posteriores, que já estão em andamento, através da obtenção de suaseqüência completa de cDNA para ensaios de superexpressão e do silenciamento gênico através de RNAi. / Upon complete sequencing of the human genome, identification and characterization of the complete set of human genes constitutes the major challenge in this research field, constituting the limiting step for progress in exploration of the informations contained in the genome sequencing data. The Transcript Finishing Initiative (TFI) transcriptome project arose in this context, aiming at the generation, sequencing and characterization of partial new human transcripts and genes. The strategy adopted was the alignment of the alI the available ORESTES and EST sequences data with the public human genome sequence and their clusterization based on the coordinates of this genome. Thus, some of the regions which were not cover by ESTs and ORESTES (gaps) were then completed by RT-PCR using primers anchored in the neighboring clusters. Each pair of EST clusters selected for experimental validation was named Transcript Finishing Unit (TFU). A large number (211) of TFU s were validated and 197 -consensus sequences were submitted to the Genbank (CF272536-CF272733). At present, only a few of these sequences are considered as new genes without a full-Iength cDNA sequence deposited in the data bank, however, no functional characterization is yet available for a large number of these sequences. In an attempt to contribute to further characterization of these genes identified in the TFI project and keeping in mind the main interest of our laboratory, which is the identification of differentially expressed genes in tumor versus normal tissue, the present work aims at utilizing these TFUs to find differentially expressed genes associated with human glial tumors and with other kinds of tumors. To this end, these sequences were first subjected to in silico analysis in order to establish their degree of ineditism (new sequences and/or sequences with unknown function) and their expression profile between normal and tumoral tissues of brain, mammary gland and prostate. To validate this computational analysis, DNA macro- and microarrays were generated with the TFU sequences and screened with cDNA probes obtained from the A172 and T98G glioblastomas cell lines. The results of these screenings were confirmed by quantitative PCR both in cell lines and in tumor samples of different degrees of malignancy. The results obtained in this work allowed the organization of a TFUs Physical Clones Bank and the identification and selection of one sequence (TFU 168), whose expression is directly re1ated to the degree of tumor malignancy. This sequence constitutes a new gene, since no complete cDNA sequence is available in the data banks. Therefore, TFU168 was selected for further functional studies by obtaining its full-Iength cDNA sequence to be used for over expression by silencing this gene using RNAi.

Pseudomonas aeruginosa é uma proteobactéria do grupo gama, que pode se comportar como um patógeno oportunista. A linhagem PA14 apresenta duas ilhas de patogenicidade. A maior delas, PAPI-1, contém dois grupos de genes envolvidos com virulência, transcritos de maneira oposta e que estão entre duas seqüências repetidas diretas. O primeiro grupo compreende quatro genes dispostos em dois operons, que codificam para proteínas de sistemas de dois componentes (PvrS, PvrR, RcsC e RcsB). PvrS e RcsC são proteínas sensoras híbridas, que apresentam domínios de histidina-quinase e de reguladores de resposta. PvrR é um regulador de resposta com um domínio EAL com atividade de fosfodiesterase de diGMP cíclico e RcsB apresenta um domínio de ligação a DNA, além de um domínio fosfoaceptor. O outro grupo é composto de cinco genes, cupD1 a cupD5, que codificam para uma fímbria do tipo chaperone-usher e que apresenta alta similaridade com cupA, envolvido na formação de biofilme em outras linhagens de P. aeruginosa. Trabalhos anteriores mostraram que pvrS, pvrR, rcsC, rcsB e cupD2 estão relacionados com a virulência de PA14. Como estes grupos de genes parecem ter sido inseridos na ilha em um único evento de recombinação, este trabalho investigou se os sistemas de dois componentes estão relacionados com a regulação da expressão de cupD. Foi observado que a expressão de cupD é maior a 28ºC do que que a 37ºC e é influenciada positivamente pelo regulador global de expressão, MvaT, uma proteína tipo H-NS. Ensaios de &#946;-galactosidase a partir de uma fusão de transcrição mostraram que a atividade promotora de cupD é cerca de 50% menor numa linhagem com deleção em rcsB em relação à linhagem selvagem. Nenhuma diferença consistente foi observada entre as linhagens com deleções em pvrS, pvrR, rcsC e rcsB e PA14 em relação a motilidade dos tipos swarming, swimming ou twitching ou à formação de biofilme. A linhagem de P. aeruginosa PA14 superexpressando RcsB mostrou níveis exacerbados de mRNA de cupD1, sendo a atuação de RcsB específica em cupD, já que os outros grupos de genes cup presentes em PA14 não mostraram a mesma variação na expressão, conforme analisado por RT-PCR quantitativo. Essa linhagem mostrou também um aumento na formação de biofilme, sem que a motilidade fosse alterada. Ainda visando elucidar os mecanismos de regulação de cupD, linhagens que superexpressam pvrR também foram analisadas quanto a estes fenótipos. Nesse caso, a superexpressão de pvrR diminuiu a formação de biofilme, conforme esperado, aumentou a motilidade do tipo swarming, porém não alterou a expressão de cupD. Os dados do presente trabalho demonstraram que a cupD é regulado pelos genes do sistemas de dois componentes adjacentes a ele e que o ativador de transcrição RcsB está relacionado com a formação de biofilme em tubos de vidro, provavelmente via a fímbria CupD. / Pseudomonas aeruginosa is a &#947;-proteobacteria that can behave as an opportunistic pathogen. The strain PA14 carries two pathogenicity islands, the largest of them, PAPI-1, contains two gene clusters between two direct repeat sequences that are transcribed in opposite directions and are involved in virulence. The first group consists of four genes arranged in two operons encoding two-component system proteins (PvrS, PvrR, RcsC and RcsB). PvrS and RcsC are hybrid sensor proteins, which contain domains of histidine kinase and response regulator domains. PvrR is a response regulator with a phosphodiesterase EAL domain and RcsB presents a C- terminal HTH DNA biding domain, in addition to a phosphoaceptor domain. The other group is composed of five genes, cupD1-5, that encodes components and assembly factors of a putative fimbrial CupD, which has high similarity with CupA, involved in the biofilm formation in other P. aeruginosa strains. Earlier work showed that pvrS, pvrR, rcsC, rcsB and cupD2 are related to the virulence of PA14. As these groups of genes appear to have been inserted on the island in a single event of recombination, this study investigated whether the two-component systems are related to the regulation of cupD expression. It was observed that cupD promoter activity is higher at 28oC than at 37oC and it is positively influenced by the global regulator, MvaT, a H-NS like protein. A lacZ transcriptional fusion showed about 50% less promoter activity of cupD from a strain with deletion in rcsB as compared to PA14. No consistent differences were found among the strains with deletions in pvrS, pvrR, rcsC and rcsB and PA14 on swarming, swimming and twitching motilities or biofilmsformation. A strain overexpressing overexpression showed heigher levels of cupD1mRNA of, and the role of RcsB as an activator is specific to cupD, as the other groups of cup genes present in PA14 did not show the same variation in the expression, as analyzed by quantitative RT-PCR. This strain also showed an increase in biofilm formation. In further assays aiming to elucidate the mechanisms of regulation of cupD, a strains overexpressing pvrR was also analyzed. Overexpression of pvrR decreased the formation of biofilm, as expected, and increased swarming motility, but did not alter the expression of cupD. The data from this study demonstrated that cupD is regulated by RcsB, and that this transcriptional activator is involved in the formation of biofilm in glass tubes, probably via CupD fimbriae.

O Vírus Polioma (Py), induz a formação de múltiplos tumores em camundongos, e causa transformação maligna em cultura, levando à menor dependência de soro e ancoragem para crescimento. Dentre as proteínas codificadas pelo vírus polioma, o antígeno MT (Middle T), isoladamente, é capaz de transformar linhagens celulares imortalizadas e gerar tumores quando injetadas em camundongos, sendo que este caráter transformante está relacionado à sua capacidade de se ligar e modular a atividade de diversas proteínas, muitas das quais relacionadas com o controle do ciclo celular. Para melhor compreender os mecanismos moleculares da transformação maligna mediada por MT e do controle do ciclo celular, o objetivo deste trabalho foi identificar e caracterizar novas vias de transdução de sinal e novos genes regulados por MT. Para a busca de genes regulados pela atividade de MT, comparou- se o perfil da expressão gênica da linhagem que expressa MT (MTWT) com o da linhagem controle (PLJ) através de três metodologias: membranas de nylon comerciais (Atlas Mouse Cancer 1.2 - Clontech), bibliotecas subtrativas de cDNA construídas através da técnica de RDA (Análise de Diferença Representacional) e lâminas comercias de microarrays (CodeLink Bioarrays - GE Healthcare). As três metodologias permitiram a identificação de cerca de 1.200 genes-candidatos a serem regulados por MT, dos quais 84 genes foram selecionados para terem sua expressão diferencial analisada por Real-Time PCR. Para identificar possíveis vias de transdução de sinal relacionadas à regulação dos genes analisados utilizou-se, como template, além do cDNA proveniente das linhagens PLJ e MTWT, cDNAs de linhagens que expressam a proteína MT mutada nas tirosinas 315, 322, 250 e 315/322. Após confirmação por Real-Time PCR, dois genes foram selecionados para analise funcional: Dlk1 (Delta Like-1 homolog) que, apesar de não ter relação direta com o controle do ciclo celular, está ligado à formação de alguns tumores, e MN1 (Meningioma 1), um gene pouco caracterizado que já foi relacionado à formação de leucemias mielóides e meningiomas. - I - RESUMO Para caracterizar o papel de MN1 na linhagem PLJ, foram geradas linhagens PLJ que superexpressam RNAi de MN1. A análise dos parâmetros de crescimento, em substrato sólido e semi-sólido, da linhagem PLJ parental e PLJ expressando o RNAi de MN1 não apresentou alterações estatisticamente significativas. Para o estudo do efeito de Dlk1 na transformação mediada por MT, foram geradas linhagens MTWT que superexpressam Dlk1, o que levou a um aumento estatisticamente significativo na taxa de divisão celular, quando comparada com a linhagem controle (vetor vazio), indicando um possível papel de Dlk1 no sinal desencadeado por MT e no controle do ciclo celular. Visando identificar novas vias de regulação entre os genes analisados, os níveis de expressão gênica dos demais genes foram avaliados por Real-Time PCR e analisados através de correlação de Pearson, aplicada a cada par de genes. Após a análise, foram identificadas 64 possíveis vias de regulação, sendo que 13 destas foram descritas pela primeira vez no presente trabalho e as demais, por já estarem descritas na literatura, permitiram validar o modelo estudado. / Polyomavirus (Py) induces multiple tumors in mice and malignant transformation in culture, leading to a lower serum and anchorage dependence. Among the proteins coded by the polyomavirus genome, the MT antigen (Middle T) alone is able to transform immortalized cell lines and to generate tumors when injected into animals. This transforming ability is related to its capacity of bind to and modulate several proteins, many of which are related to cell cycle control. Aiming at a better understanding not only of the molecular mechanisms of malignant transformation mediated by MT, but, also, of the processes underlying cell cycle control, the objectives of this work were to identify and characterize novel genes and signal transduction pathways regulated by MT. For screening of the MT regulated genes, the gene expression profiles of the MT expressing MTWT cell line and of the PLJ control cell line were compared using three methodologies: commercial nylon membranes (Atlas Mouse Cancer 1.2 - Clontech), subtracted cDNA libraries constructed using the RDA methodology (Representational Difference Analysis) and commercial microarrays (CodeLink Bioarrays - GE Healthcare). These three methodologies allowed us to identify about 1,200 candidate genes as being regulated by MT, from which 84 genes were selected to have their differential expression analyzed by Real- Time PCR. In an attempt to identify possible signal transduction pathways related to these genes, we used as templates, in addition to cDNAs from the PLJ and MTWT cell lines, cDNAs from cell lines which express MT mutated in tyrosines 315, 322, 250 and 315/322. After confirmation by Real-Time PCR, two genes were selected for further functional analysis: Dlk1 (Like-1 Delta homolog), which is related to the differentiation process and to formation of some tumors, and MN1 (Meningioma 1), a newly identified gene, which can induce leukemia and meningioma tumor formation. To characterize the functional role of MN1, we generated PLJ cell lines in which MN1 was knocked-down by RNAi. The growth characteristics in solid and semi-solid substrates of control PLJ and of - III - ABSTRACT MN1 knocked down PLJ cells did not present any statistically significant alteration. To study the effect of Dlk1 in MT mediated cell transformation, we generated MTWT cell lines overexpressing Dlk1, which induced a significant increase in cell division rate when compared to the empty vector control cell line, indicating a possible role of Dlk1 in the MT induced signals and in cell cycle control. Aiming at identifying new regulatory pathways among the genes analyzed, the Real-Time PCR results were subjected to analysis by Pearson correlation, applied to each pair of genes, allowing us to identify 64 possible regulatory pathways, 13 of which were described, for the first time, in the present work. The other pathways, which had previously been described in the literature, allowed us to validate the model studied.

A identidade na segmentação do corpo de diversos organismos, durante o desenvolvimento, é devida, em grande parte, à ação das proteínas homeóticas. Em especial, dois grupos de proteínas, Trithorax (trxG) e Polycomb (PcG) têm um papel fundamental na manutenção, respectivamente, da ativação e da repressão da transcrição gênica, associando-se à cromatina. A importância das PcG nos estimulou a buscar a caracterização das proteínas humanas ortólogas ao \"Enhancer of Polycomb\" (Epc) de Drosophila, até então não descritas no genoma humano. Para tanto, buscamos: - obter a sequência completa e mapear o cDNA do novo gene humano homólogo ao \"Enhancer of Polycomb\" de Drosophila; - analisar sua expressão em tecidos fetais, adultos e tumorais e fazer estudos buscando sua caracterização funcional. Encontramos, mapeamos e obtivemos a seqüência completa de dois genes humanos, ortólogos de Epc1 (10p11-22) e de Epc2 (2q21-23) de camundongo, publicando estes dados em 2001 (Camargo et al., 2001). Ambos os genes são bastante conservados entre várias espécies, sendo que o cDNA de hEPC2 humano, por exemplo, é 94% idêntico ao Epc2 de camundongo e possui 96% de identidade ao nível de proteína, sugerindo que a função do gene deve ter sido mantida durante a evolução. No entanto, as seqüências protéicas de hEPC1 e hEPC2 humanos possuem apenas 68% de identidade entre si. Portanto, é provável que após a duplicação dos parálogos, estes tenham divergido funcionalmente. A expressão de ambos os genes foi avaliada utilizando \"dot-blots\" contendo 76 mRNAs de amostras de tecidos fetais, adultos e tumorais, mostrando-se fraca e ubíqua. Análises in silico sugeriram a existência de 4 isoformas de splicing para hEPC2, as quais foram validadas por RT-PCR ou \"Northern blots\". Uma das isoformas (de 2.7 Kpb) se mostrou mais abundante em todas as linhagens tumorais estudadas através de análises de \"Northern blot\", principalmente nas linhagens de linfoma de Burkitt\'s Raji e na linhagem de leucemia pró-mielocítica HL-60. Esta isoforma é gerada através de um sítio alternativo de poli-adenilação, que reduz sua porção 3\'UTR, retirando 4 dos 5 \"elementos ricos em adenilatos e uridilatos\" (AREs), envolvidos com a degradação de mRNAs lábeis que codificam proteínas regulatórias. Estes resultados se encontram em um manuscrito recentemente submetido à publicação (anexo à tese). Interação entre hEPC2 e SMADs e sua modulação por TGF-&#946;. Durante a montagem da seqüência completa de hEPC2, verificamos que duas ESTs patenteadas mostravam alta identidade com o gene. Estas seqüências foram descritas como sendo parte de uma nova proteína de interação com as proteínas da família SMAD, envolvidas com transdução de sinais desencadeados por TGF-&#946;. Esta citocina por sua vez, regula a proliferação, diferenciação e morte celular. Partimos para a avaliação da possível interação entre hEPC2 e as SMADs, em colaboração com o grupo do Dr. Aristidis Moustakas, do Ludwig Institute for Cancer Research de Uppsala, Suécia. Os resultados de co-imunoprecipitação sugeriram que as SMADs 2, 3, 4, 7 e 8 interagem com hEPC2, sendo que a interação entre as SMAD2, SMAD3, SMAD4 e hEPC2 nas células tratadas com TGF-&#946;1, mostraram uma redução na co-imunoprecipitação. Este resultado sugere que TGF-&#946;1 modula negativamente a interação entre essas proteínas. Da mesma maneira, foi observada uma redução na interação de hEPC2 com SMAD8 após o tratamento com BMP-7. Esse resultado é ainda mais destacado para as SMADs 2 e 3. Estes dados foram observados para ambas as construções de hEPC2, o que sugere fortemente a veracidade da interação entre estas proteínas. A localização celular de hEPC2, e também sua co-localização com SMAD2 foram investigadas através de imunofluorescência indireta e confirmaram a predição do programa PSORTII, de que hEPC2 se localiza no núcleo. No entanto, não foi possível observar a co-localização entre hEPC2 e SMAD2. É possível que hEPC2 não se ligue diretamente ao DNA, necessitando se associar como parceiro de um fator de transcrição. Esta foi uma das hipóteses para a atuação de hEPC2, como um co-fator que se associe com uma das SMADs e se ligue a um elemento específico de ligação a SMAD (SBE). Para investigar essa hipótese um ensaio de gene repórter foi feito utilizando uma construção de um repórter contendo 12 repetições da seqüência CAGA (seqüência específica de ligação das SMADs 2,3 e 4) fusionado com o gene da luciferase. No entanto, este ensaio não demonstrou que a transcrição de SMAD2 é dependente de hEPC2 e o experimento deverá ser repetido. Para confirmar a interação entre hEPC2 e as SMADs, será feito um experimento de \"pull-down\". Para tal o cDNA de hEPC2 foi clonado no vetor pET-32A de expressão indutível em bactérias. A proteína recombinante já foi produzida, tendo sido induzida e posteriormente purificada em condições desnaturantes. Apesar de dezenas de genes PcG terem sido caracterizados em Drosophila, poucos destes genes foram estudados em mamíferos. Portanto, a descrição do gene hEPC2 e seus transcritos alternativos, contribui para o conhecimento de PcG humanos, indicando a associação de maior expressão de uma de suas isoformas em linhagens celulares tumorais. Em relação à interação de hEPC2 com as SMADs, é interessante observar que nenhuma outra proteína foi descrita por possuir a particularidade de interagir com as SMADs de diferentes categorias. Talvez este seja um dado importante, que indique o papel singular de hEPC2 na sinalização de TGF-&#946;1. / The identity of body segmentation in several organisms during development is, to a large extent, due to the action of the homeotic proteins. In particular, two groups of proteins, the Trithorax (trxG) and Polycomb (PcG), have a major role in maintenance of respectively, transcription activation and repression, when associated to the chromatin. The importance of PcGs has motivated us to pursue the isolation and characterization of two new human proteins that are orthologs of the \"Enhancer of Polycomb\" (Epc) of Drosophila. To achieve this goal we undertook the task of the cloning and mapping of complete cDNA sequence of the novel genes hEPC1 and hEPC2, analyzing its expression in fetal, adult and tumoral tissues and functionally characterizing the hEPC2 protein. In 2001, we published the mapping and cloning of the complete cDNA sequences of both genes, as being orthologs of the mouse Epc1 (10p11-22) and Epc2 (2q21-23), together with the strategy used to obtain the full-length cDNAs (Camargo et al., 2001). Both genes are shown to be highly conserved among several species. Thus, the human hEPC2 cDNA is 94% identical to the mouse Epc2 and displays 96% identity at the protein level, suggesting maintenance of its function during the evolution. However, the protein sequences of the human hEPC1 and hEPC2 display only 68% identity. Therefore, it is likely that they have undergone a functional divergence after their duplication. The expression of both genes was evaluated using \"dot-blots\" containing 76 mRNAs samples from fetal, adult and tumoral tissues and is shown to be weak and ubiquitous. \"In silico\" analysis suggested the existence of 4 hEPC2 splicing isoforms that were validated by RT-PCR and/or Northern-blots. One of the isoforms (of 2.7 Kbp) is shown to be more abundant in all of the tumoral cell lines evaluated using Northern-blot analysis, mainly in the Burkit\'s Raji lymphoma and in the promyelocytic leukemia HL-60. This isoform results from the use of an alternative polyadenylation site that reduces the 3\'UTR, abolishing 4 of 5 \"adenylates and urilates rich elements\" (AREs), involved in the degradation of labile mRNAs that codify to regulatory proteins. These results have been recently submitted to publication (manuscript attached to this thesis). Interaction between the hEPC2/SMADs and its modulation by TGF-&#946;. During the assembly of the hEPC2 full-length cDNA sequence, we found two patented ESTs that tagged a portion of the gene. These sequences were described as partial sequences of a \"new SMAD interacting protein\", involved in signal transduction of TGF-&#946;, a cytokine that regulates cell proliferation, differentiation and death. To evaluate this putative interaction between hEPC2 and the SMADs proteins, we begun a collaboration with the TGF-&#946; signalling group of the Dr. Aristidis Moustakas, from the Uppsala Ludwig Institute for Cancer Research, Sweden. The results of co-imunoprecipitation assays suggested that SMADs 2, 3, 4, 7 e 8 interact with hEPC2. Moreover, the interaction among SMAD2, SMAD3, SMAD4 and hEPC2 in cells treated with TGF-&#946;1 showed decreased co-imunoprecipitation. This result suggests that TGF-&#946;1 negatively modulates the interaction of these proteins. Likewise, we observed a reduction in hEPC2 interaction with SMAD8 upon BMP-7 treatment. This effect was even more dramatic for SMADs 2 and 3. These data were observed for both hEPC2 plasmid constructs, which strongly suggest the veracity of these proteins interaction. The cell localization of the hEPC2 protein, as well as its co-localization with the SMAD2, were investigated through indirect immunofluorescence assay, confirming the predicted localization of hEPC2 in the cell nucleus using the PSORTII program. However, we were not able to confirm the co-localization of hEPC2 and SMAD2. It is possible that hEPC2 does not bind directly to the DNA, requiring an association with a partner such as a transcription factor. This raises the hypothesis of hEPC2 having a role as a co-factor associated to one of the SMADs and binding to a \"SMAD binding element\" (SBE). To investigate this hypothesis, gene reporter assays were undertaken using a reporter construct containing 12 CAGA sequence repetitions (specific binding sequence of the SMADs 2, 3 and 4) fused to the luciferase gene. However, this assay could not demonstrate that the transcription of the SMAD is dependent on hEPC2. This experiment must be repeated. To confirm the interaction of hEPC2 and SMADs, a pull-down assay will be performed. To this end, the coding region of hEPC2 was cloned into the pET-32A bacterial inducible expression vector. The recombinant protein was already produced, having been induced and purified under denaturing conditions. Despite the dozens of PcG genes that were described in Drosophila, only a few of these genes have been characterized in mammals. Therefore, the description of the hEPC2 and its alternative transcripts is a contribution to better knowledge of the human PcGs. Regarding the hEPC2 and SMADs interaction, it\'s it is noteworthy that this is the first protein described to interact with SMADs of distinct categories. This may be an important indication of a unique role for hEPC2 in the TGF-&#946;1 signaling pathway.

Com a construção da linhagem RlhE fusionada a um epitopo, fomos capazes de investigar o acúmulo da proteína após choque frio, em fase estacionária, durante o ciclo celular de Caulobacter crescentus, sob diferentes condições de estresses e, finalmente, após a adição de cloranfenicol, para o estudo a estabilidade protéica. Foi observado um aumento no acúmulo da proteína após choque frio. Além disso, quando em diferentes condições de estresses, RlhE obteve uma leve indução na presença de NaCl e Sacarose; mas permanaceu constante em fase estacionária e durante o ciclo celular. Finalmente, vimos que a estabilidade de RlhE varia de acordo com a temperatura, tendo um aumento da estabilidade a 10°C. As análises de expressão do gene rhlE foram realizadas por ensaios de atividade de betagalactosidase. Demonstramos que a presença da região 5UTR é importante para a indução, e que rlhE possui, pelo menos em parte, uma regulação pós-transcricional. Uma análise transcriptômica global da linhagem selvagem e mutante para rhlE, após o choque frio, foi realizada por RNAseq, o qual nos auxiliou na identificação de genes envolvidos em diversos processos biológicos. Finalmente, a co-imunoprecipitação e identificação dos RNAs por sequenciamento em larga escala revelou que RlhE interage com 51 mRNAs. / Here, we constructed a strain in which the RhIE protein was fusioned to an epitope that allowed the investigation of the protein profile after cold-shock, at stationary phase, during cell cycle of Caulobacter crescentus, under different environmental stresses, and, finally, after chloramphenicol addition to study protein stability. The results showed an increase in protein concentration after cold shock stress. When exposed to different stresses RhlE was slightly induced in the presence of NaCl and Sucrose; but its abundance remained constant at stationary phase and during C. crescentus cell cycle. Lastly, the protein stability varies depending on temperature - increasing at low temperature. Gene expression analysis was performed using beta-galactosidase assays. We showed that the presence of the 5UTR is important for the induction of rhlE, and that RhlE is posttranscriptionally regulated. A global transcriptome analysis was performed using RNAseq after cold shock stress of the wild type strain and null mutant for rhlE, and several genes involved in a wide range of biological process were identified. Finally, High-throughput sequencing of RNA isolated by crosslinking immunoprecipitation revealed interactions of RhlE with 51 mRNAs.