Orientador: Nilson Ivo Tonin Zanchin / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-20T22:37:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Morello_LuisGustavo_D.pdf: 80024877 bytes, checksum: 1848ac9901b4322b786b1dcd7a521a69 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Estudos prévios realizados em nosso laboratório demonstraram a interação entre as proteínas humanas SBDS e NIP7. SBDS participa da biogênese de ribossomos e sua deficiência está associada à síndrome de Shwachman- Bodian-Diamond. NIP7 é uma proteína conservada e já foi caracterizada em levedura, onde participa da formação da subunidade ribossomal 60S. Neste trabalho, nós investigamos o papel de NIP7 na síntese de ribossomos em células humanas. A depleção de NIP7 revelou defeitos no processamento do pré-rRNA associado à produção do rRNA 18S, causando déficit na formação da subunidade ribossomal 40S. Essa divergência de resultados entre a função de NIP7 em levedura e células humanas é consistente com o fato de que NIP7 humana não complementa levedura deficiente em Nip7p. Ainda, um rastreamento em sistema de duplo-híbrido tendo NIP7 humana como isca revelou parceiros de interação diferentes daqueles reportados para Nip7p em levedura. FTSJ3 foi a parceira isolada com maior frequência. FTSJ3 é a provável ortóloga de Spb1p em levedura, a qual está envolvida na formação da subunidade ribossomal 60S. A associação entre FTSJ3 e NIP7 foi demonstrada por ensaios de pull-down e imunoprecipitação, como sendo dependente de RNA. A co-localização nucleolar e co-sedimentação dessas proteínas em fracionamento em gradiente de sacarose corroboram a associação. Além disso, células humanas deficientes em FTSJ3 revelaram defeitos na via de maturação do rRNA 18S, mesma via afetada pela depleção de NIP7. Em adição, a caracterização proteômica de complexos contendo FTSJ3 e NIP7 revelaram que essas proteínas co-purificam complexos pré-ribossomais. Uma comparação entre o conjunto de proteínas que interagem com Spb1p e as proteínas identificadas nos ensaios de pull-down com FLAG-FTSJ3 revelou que elas apresentam apenas um ortólogo em comum, o qual, incrivelmente, é Nip7/NIP7. Essas observações revelaram diferenças significativas na função desses fatores durante a síntese de ribossomos em levedura e células humanas, adicionando NIP7 e FTSJ3 na lista crescente de fatores com funções divergentes nas vias de processamento do rRNA em levedura e humanos / Abstract: Previous studies from our laboratory have demonstrated the interaction between the SBDS and NIP7 human proteins. SBDS play a role in ribosome biogenesis and its deficiency is associated to the Shwachman-Bodian-Diamond syndrome. NIP7 is a conserved protein and has already been characterized in yeast, where it participates in the 60S ribosomal subunit formation. In this work, we investigated the role of NIP7 in ribosome biogenesis in human cells. NIP7 knockdown caused pre-rRNA processing defects associated to the 18S rRNA maturation, leading to deficiency in 40S ribosomal subunit synthesis. The divergence between NIP7 function in yeast and human cells is further supported by the fact that human NIP7 does not complement yeast deficient in Nip7p. In addition, a two-hybrid screen using human NIP7 as bait revealed interaction partners different from those reported for yeast Nip7p. FTSJ3 was isolated as one of the most frequent human NIP7-interacting candidates. FTSJ3 is a putative ortholog of yeast Spb1p, which has been implicated in 60S ribosomal subunit synthesis. The association between FTSJ3 and NIP7 was showed by pull-down and immunoprecipitation assays as an RNA-dependent interaction. Nucleolar colocalization and co-sedimentation on a sucrose gradiente fractionation corroborate this association. Furthermore, RNAi-mediated knockdown revealed that depletion of FTSJ3 causes pre-rRNA processing defects in the pathway leading to 18S rRNA maturation, the same pathway affected by NIP7 downregulation. In additon, proteomic characterization of FTSJ3- and NIP7- containing complexes showed that these proteins copurify pre-ribosomal complexes. A comparison of the set of Spb1p-interacting proteins with the proteins identified in the pulldown with FLAG-FTSJ3 showed that they share only one ortholog which, incredibly, is Nip7/NIP7. These observations revealed significant differences in the function of these factors during the synthesis of ribosomes in yeast and human cells, adding NIP7 and FTSJ3 to the growing list of factors with different functions in yeast and human rRNA processing pathways / Doutorado / Genetica Animal e Evolução / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Port Everglades Inlet is one of the busiest ports in the country and is a point source of pollution to surrounding beaches and offshore corals from heavy boat traffic and urban runoff. Understanding fluctuations of bacterioplankton communities in major port inlets is important due to their impacts on surrounding marine environments. To understand annual microbial fluctuations, the 16s rRNA V4 hypervariable region was sequenced using Illumina high-throughput DNA sequencing technology. Surface samples were taken weekly for one year to generate baseline fluctuations in the microbial community. Total reads of 1.4 million were generated with a final count of 16,384 Operational Taxonomic Units. The dominant phyla were Proteobacteria, Cyanobacteria, Bacteroidetes, and Actinobacteria. Pathogenic genera were detected at low abundances during peak shipping and tourist months (November –April). Results indicate significant differences in alpha diversity when comparing microbial communities in August with other times. This was likely caused by low community richness and abundance, and below-average August rainfall levels. Differences in beta diversity were significant when comparing monthly and seasonal changes. Rainfall, temperature, and nutrient trends may have affected microbial composition, specifically during the dry season that was warmer and wetter than historical averages for 2013-2014. Increased nitrogen and phosphorous concentrations were observed in the dry season months of October, December, and January potentially creating optimal bacterial growth conditions. These results can be compared with historical and future data regarding inlet microbial communities to determine underlying baselines of bacterioplankton communities and monitor the health of marine and recreational environments they impact. This study represents the first to characterize at this scale and use Illumina MiSeq technology to analyze water samples from Port Everglades.

We applied culture-independent, next-generation sequencing (NGS) high throughput pyrosequencing, to characterize the microbial communities associated with near shore seawater in Broward County, FL. These waters flow over coral reef communities, which are part of the Florida reef tract, and are close to shore where bathers frequent. Through a close partnership with the NOAA FACE program, 38 total seawater samples were taken from 6 distinct locales -the Port Everglades and Hillsboro Inlets, Hollywood and Broward wastewater outfalls, and the associated reef waters-over the course of one year. Tagged 16S rRNA amplicons were used to generate longitudinal taxonomic profiles of marine bacteria and archaea for one year. 236,322 rRNA quality checked sequences with an average length of 250 base pairs were generated. Sequences were found to vary significantly due to seasonal effects, but depth showed no significant correlation. The most abundant taxa among these samples included Synechococcus, Pelagibacteraceae (SAR11), Bacteroidetes, various Proteobacteria, and Archaea, such as Thermoplasmata. Other taxa found, albeit in low numbers, were the Thiotrichales, and some members of which can indicate pollution, the Alteromonadales, a biofilm forming order. Inlet sequences were found to be significantly different from the outfall and reef communities by various analyses. Unifrac analysis of microbial beta diversity showed a significant clustering pattern for the inlet samples. Precipitation during the three days before and after sampling was low meaning there was little to no high terrestrial runoff during the sampling days. Higher levels of turbidity were seen at the inlet sites and significantly affected the growth of surface colonizing and biofilm forming bacterial families such at the Rhodobacteraceae and Flavobacteriaceae. This study represents one of the first to apply NGS analyses for a deep analysis of microbial community dynamics in these S. Florida waters.

O estudo sobre a cinética de incorporação de uridina em ácidos nucleicos permitiu estabelecer que o tamanho do \"pool\" de precursores permanece constante na presença de concentrações de uridina exógena acima de aproximadamente1 µM. Concluiu-se ainda que todo o sistema de tomada de uridina, medido pela sua incorporação em ácidos nucleicos, apresenta um Km de 5,1 µM e opera a uma velocidade máxima de 11 pmoles/min/l,3 x 107 células. Um estudo análogo, em presença de rifampicina, possibilitou calcular que a meia vida de RNAs mensa - geiros em B. subtilis é de 2 minutos e que 44% da radiatividade incorporada em RNA num determinado instante se encontra na fração de RNA estável (ribossômico e de transferência). A análise do mecanismo de transcrição dos genes para RNA ribossômico foi abordada por meio do estudo do alongamento de cadeias de rRNA já iniciadas, em presença de rifampicina. As relações iniciais de radiatividade incorporada em rRNA 16S e 23S, quando rifampicina e uridina tritiada são adicionadas concomitantemente, bem corno a cinética de decaimento de marcação presente em ambas as espécies de rRNA sugerem que os genes para RNA ribossômico 16S e 23S são cotranscritos nessa ordem, em B. subtilis. Levando-se em consideração essas e outras evidências, propõe-se o seguinte relacionamento estrutural para a unidade de transcrição: [Obs.: Ver no arquivo em PDF] Os resultados experimentais foram comparados com modelos teóricos descritos no Apêndice. A existência de um mecanismo de cotranscrição para os genes responsáveis pela síntese de rRNA em procariotos e eucariotos parece sugerir que esse mecanismo, de fundamental importância, instalou-se precocemente e foi mantido durante a evolução. / The kinetics of uridine incorporation into nucleic acids has shown that the precursor pool size remains constant in the presence of exogenous uridine concentrations above 1 µM, approximately. It has also been shown that the whole system of uridine uptake, as measured by the incorporation of uridine into nucleic acids, has an apparent Km of 5.1 µM and operates at a maximal rate of 11 pmoles/min/ 1.3 x 107 cells. The incorporation, in the presence of rifampicin, made it possible to calculate the half life of the messenger RNA\'s in B.subtilis as being 2 minutes. In any given instant, 44% of the radioactivity incorporated into RNA belongs to the stable RNA fraction (ribosomal and transfer). The analysis of the ribosomal RNA genes transcription mechanism was undertaken by a study of the rRNA chain elongation in the presence of rifampicin. The initial ratios of radioactivity incorporated in 16S and 23S rRNA\'s, when rifampicin and tritiated uridine are concomitantly added, and the decay kinetics of the radioactivity present in both rRNA species, suggest that the 16S and 23S rRNA genes are cotranscribed, in that order, in B.subtilis. Taking into consideration these and other evidences, the following structural relationships are proposed for the transcriptional unit: The experimental results were compared with theoretical models described in the Appendix. The existence of a cotranscription mechanism for the rRNA genes in prokaryotes and eukaryotes seems to suggest that such mechanism, being of fundamental importance, established itself very early and was maintained through evolution.

Rickettsia rickettsii é o agente etiológico da Febre Maculosa das Montanhas Rochosas, que no Brasil é transmitida pelos carrapatos Amblyomma cajennense e A. aureolatum. Para elucidar os mecanismos de virulência sobre seus vetores, construímos bibliotecas subtrativas utilizando RNA de A. aureolatum infectados ou não com o patógeno. Com a análise bioinformática, foram obtidas 56 sequências únicas com expressão induzida e 12 com expressão reprimida pela infecção. Após a validação dos dados por RT-qPCR 3 genes foram caracterizados por RNAi: uma hebraeína, uma proteína dissulfeto isomerase (PDI) e uma proteína com domínio Kunitz-type. Um maior número de carrapatos adquiriu R. rickettsii quando a expressão gênica da hebraeína e da PDI foi silenciada, sugerindo que elas participam na defesa do carrapato contra a infecção. Nenhum efeito foi observado sobre a transmissão da bactéria para o hospedeiro ou sobre o fitness de carrapatos nos três genes analisados. O presente estudo apontou genes importantes que possibilitam uma melhor compreensão da relação carrapato-riquétsia. / Rickettsia rickettsii is the etiological agent of Rocky Mountain Spotted Fever and, in Brazil, it is transmitted by Amblyomma cajennense and A. aureolatum. To elucidate mechanisms of virulence to its vectors, we construct cDNA libraries with RNA of ticks A. aureolatum infected or not with this pathogen. After bioinformatic analysis, 56 unique sequences were obtained representing up-regulated genes and 12 down-regulated by infection. After data validation by RT- qPCR, 3 genes were characterizated by RNAi: a hebraein, a protein disulfide isomerase (PDI), and a protein with Kunitz-type domain. A higher number of ticks acquired R. rickettsii when the gene expression of hebraein and PDI was silenced, suggesting that both proteins participate in the defense of the tick against infection. No effect on the transmission of the bacterium to the host or on the fitness of ticks was observed after knockdown of the 3 analyzed genes. Data obtained by the present study pointed out important genes that provide information to better understand of the tick-rickettsia relationship.

No description available.

No description available.

a. Do ponto de vista metodológico dois problemas foram enfrentados neste trabalho: i) extração dos RNA\'s e ii) fracionamento das células das glândulas salivares de R. angelae. i) O processo prático elaborado para resolver o primeiro problema se constituiu numa variação da técnica clássica de extração com fenol. Jogando com a presença de detergente e variações de pH e de temperatura, foi possível se chegar a um método que garante a extração e um fracionamento parcial de, praticamente, todo RNA celular. Com extrações a baixa temperatura obtém-se preferencialmente rRNA e tRNA. O RNA refratário a extração com fenol a frio tem propriedades do RNA nuclear, mas o citoplasma, também parece conter classes de RNA somente extraíveis a quente. A dificuldade de extração do RNA nuclear com fenol frio, foi especulativamente interpretada como uma propriedade das RNP\'s que encerram esta classe de RNA. A grande vantagem deste método de extração está no fato de ter permitido isolar, com as extrações a alta temperatura, frações de RNA enriquecidas em produtos de transcrição específicos de determinados períodos do desenvolvimento larval. ii) O fracionamento celular das glândulas salivares não é alcançado pela aplicação das técnicas tradicionais de fracionamento de tecido. Em vista disso foi necessário procurar uma alternativa experimental para êste caso. Combinando um enzima proteolítico com a ação de detergentes não iônicos foi conseguido um método útil para o fracionamento das células das glândulas salivares. Êste método foi aplicado nesta tese para um estudo inicial das RNP\'s e da transferência do rRNA do núcleo para o citoplasma nas células das glândulas salivares. b. Foi possível verificar com êste trabalho que o rRNA é sintetizado inicialmente na forma de um precursor primário de 37s, o qual é processado no interior do núcleo para dar as espécies maduras de rRNA segundo o esquema: (Ver no arquivo) No 3º período do 4º estádio do desenvolvimento larval de R. angelae, a síntese de rRNA é intensa. Neste mesmo período observa-se claramente um nucleolo típico na base do cromossomo X. No período seguinte ocorre uma redução na síntese das formas maduras de rRNA. Esta queda de síntese é desencadeada por um bloqueio ao nível do processamento dos precursores nucleares de rRNA citoplasmático. Estudos citológicos tem revelado que neste período o nucleolo sofre uma aparente desagregação. c. Os resultados de incorporação de uridina-H3 mostraram que o 3º e 4º períodos tem uma velocidade de síntese de RNA muito à do 2º período. No 4º período quando a síntese de rRNA é inibida aumenta de importância a síntese de outras classes de RNA. Aparentemente é muito intensificada a síntese de RNA nuclear. Êstes resultados são interpretados como consequência da ativação de novos genes nesta época do desenvolvimento larval. Êstes fatos não são inesperados pois este estágio se caracteriza pelo desenvolvimento de \"puffs\" gigantes, os quais são específicos do tecido e do período de desenvolvimento. O 5º período parece representar uma fase de transição entre uma época de ativa síntese de RNA e outra onde a atividade transcritiva sofre uma redução drástica, provavelmente devido à histólise do tecido que vai ocorrer logo em seguida. d. Os dados apresentados nesta tese são considerados sob todos os aspectos significativos. Com isto faz-se uma tentativa de discussão crítica, no sentido de avaliar a importância do sistema glândulas salivares de R. angelae, como modelo de estudo para a genética molecular dos organismos superiores. / Not available

O efeito de alterações climáticas sobre os micro-organismos ainda é incerto, pois pouco se conhece sobre as espécies que habitam regiões extremas como o gelo, solo antártico, e o solo permanentemente congelado (permafrost). O permafrost tem como característica a preservação de material biológico por milhões de anos, servindo como fonte para estudos de evolução e biogeografia de micro-organismos. O objetivo deste trabalho foi estudar a diversidade microbiana em amostras de gelo, solo exposto por recuo de geleira e permafrost polares, e a diversidade funcional do gene alcano monoxigenase (alk). Métodos independentes de cultivo baseados no gene 16S rRNA foram utilizados, como DGGE, clonagem e pirossequenciamento. As geleiras da Ilha Rei George (Península Antártica) e do Pólo Sul Geográfico possuem cerca de 3.104 cél./mL e são compostas por micro-organismos diferentes, com predominância dos Filos Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes e Cyanobacteria, muitos dos quais já descritos em outros ambientes criogênicos. O solo em frente à geleira Baranowski apresenta uma estrutura de comunidade diferente do gelo. O solo exposto por recuo de geleira apresenta uma sucessão ecológica, com predominância de heterotróficas durante todo o processo. Fixadores de nitrogênio no solo foram compostos por cianobactérias no início, e por Rhodopseudomonas e Rhodobacter no final da sucessão. Estes resultados foram melhor observados com o pirossequenciamento. As mudanças observadas podem estar relacionadas ao aumento de K, Mg+, NH4+, NO3- e/ou CO2 detectados após 15-20 anos de exposição do solo. A comunidade de permafrosts varia com o local e a idade de congelamento (de 5.000 a 8 milhões de anos). O gene alkM foi detectado em permafrosts do Ártico com 3 milhões de anos, e o gene alkB em amostras do Ártico com 15.000 e 120.000 anos, e em solos modernos da Antártica. Alguns clones indicam que podem representar novos genes para alcano monoxigenases. As contribuições deste projeto abrangem os objetivos do Ano Polar Internacional (IPY 2007-2009), sobretudo na avaliação da ecologia microbiana da Antártica. / The effect of climate changes on microorganisms is still unclear, because little is known about the species that inhabit the extreme regions as the glacial ice, antarctic soils and the permanently frozen soil (permafrost). The permafrost is able to preserve the sedimented biological materials by thousands or even millions of years, being an important source for microbiological studies. The objective was to study the microbial diversity in cryogenic samples: glacial ice, soil exposed by glacial retreat and polar permafrosts, as well as to study the functional diversity of alkane monooxygenase genes (alk) in the permafrost. Cultivationindependent methods based on the 16S rRNA gene were used, as DGGE, clone library and 454 Pyrosequencing. Analysis of the King George Island (Antarctic Peninsula) glaciers and the South Pole ice revealed about 3x104 cells/mL each, and different micro-organisms were detected, predominantly members from Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes and Cyanobacteria, many of which already described in other cryogenic environments. The soil in front of the Baranowski Glacier has a different community structure compared with the ice. Soils exposed by glacier retreat revealed an ecological succession, and heterotrophic bacteria occurred all through the process. Nitrogen-fixing populations were composed by cyanobacteria at the early stages, and shifted to Rhodopseudomonas and Rhodobacter in the older soils. The observed changes may be related to an increase of K, Mg+, NH4 +, NO3- and/or CO2, detected after 15-20 years of soil exposure. The community of permafrosts varies by location and age (5,000 - 8 millions of years). The alkM gene was detected in old Arctic permafrosts (3 millions of years), while alkB genes were found on Arctic samples from 15,000 to 120,000 years, and in Antarctic modern soils. Some of these clones may represent new alk genes. The contributions of this project covers the goals of the International Polar Year (IPY 2007-2009), particularly in assessing the microbial ecology of Antarctica.

As florações de cianobactérias em reservatórios de águas utilizadas para consumo humano são freqüentes hoje em dia e normalmente são atribuídas à crescente eutrofização destas águas. Em anos recentes o aparecimento de linhagens de cianobactérias produtoras de toxinas tem preocupado bastante os responsáveis pelo monitoramento da qualidade das águas, uma vez que estas toxinas representam risco para a saúde pública. A detecção precoce da presença de linhagens tóxicas nesses reservatórios é essencial para que ações corretivas de controle das florações tenham sucesso. No presente trabalho, a diversidade de cianobactérias presentes em alguns locais das represas Billings e Guarapiranga foi avaliada utilizando a técnica de DGGE (eletroforese em gel de poliacrilamida com gradiente desnaturante) e/ou construções de mini-bibliotecas de amplicons do gene de rRNA 16S e da região do espaço intergênico da ficocianina (PC-IGS). A DGGE, utilizando os iniciadores CYA359F/CYA781R específicos para o gene de rRNA 16S de cianobactérias, mostraram que estes organismos estavam presentes nas onze amostras de água analisadas. Microcystis aeruginosa (94-97% de identidades), Geitlerinema (89% de identidade) e Synechococcus (89% de identidade) puderam ser identificadas. A mini-biblioteca construída com os amplicons de rRNA 16S obtidos usando os iniciadores 27F1/1494Rc produziu seqüências de outro grupo de bactéria (Actinobacteria), indicando a inespecificidade desses iniciadores. Entretanto, na mini-biblioteca construída com os amplicons de PC-IGS obtidos usando os iniciadores PCβF/PCαR, somente seqüências de cianobactérias foram geradas. Nessa mini-biblioteca foram identificadas várias linhagens de Microcystis aeruginosa (98-100% de identidades) e também de Anabaena (89% de identidade). Esses dois gêneros de cianobactérias conhecidos por produzirem microcistinas, foram detectados na amostra de água que continha alta concentração desta toxina (23,49 μg/L). Os oligonucleotídeos iniciadores OMETF/OMETR foram desenhados para amplificar uma região pequena e variável do domínio da N-metiltransferase do gene mcyA e foram testados em treze espécies de cianobactérias isoladas das represas Billings e Guarapiranga. Seqüências geradas por esses iniciadores foram isoladas, clonadas e sequenciadas com sucesso em duas espécies controle (M. aeruginosa NPJB1 e M. panniformis SPC702) e em dois isolados das represas (M. aeruginosa SPC777 e M. protocystis SPC697). A amplificação dessa região do mcyA a partir dos DNAs dos isolados de cianobactérias permitiu identificar linhagens do gênero Microcystis potencialmente produtoras da toxina microcistina. Essa técnica uma vez bem estabelecida para organismos isolados, poderá proporcionar base suficiente para uma melhor detecção de comunidades aquáticas de cianobactérias potencialmente produtoras de microcistinas em ambientes naturais. / Cyanobacterial blooms in water reservoirs used for human consumption are frequent nowadays and are usually attributed to the increasing water eutrophization. In recent years, the appearance of toxin-producing cyanobacterial strains has concerned managers of water quality since these toxins represent a public health risk. Early detection of the presence of toxic strains in these reservoirs is essential for the success of bloom control corrective actions. In the present work, cyanobacterial diversity was evaluated in several sites of Billings and Guarapiranga reservoirs using DGGE (denaturing gradient gel eletrophoresis) and/or mini-library constructions of both 16S rRNA gene and phycocyanin intergenic spacer (PC-IGS) region amplicons. The DGGE, using CYA359F/CYA781R primers, specific for cyanobacterial 16S rRNA gene, showed the presence of these organisms in the eleven water samples analyzed. Microcystis aeruginosa (identities of 94-97%), Geitlerinema (identity of 89%) and Synechococcus (identity of 89%) were identified. The mini-library constructed with 16S rRNA amplicons obtained using 27F1/1494Rc primers produced sequences of another group of bacteria (Actinobacteria), indicating the unespecificity of these primers. However, the mini-library constructed with PC-IGS amplicons obtained using PCβF/PCαR primers, generated cyanobacterial sequences only. In this mini-library several Microcystis aeruginosa strains (identities of 98-100%) and Anabaena (identity of 89%) were identified. These two cyanobacterial genera known to produce microcystins were detected in a water sample containing a high concentration of this toxin (23.49 g/L). The OMETF/OMETR primers were designed to amplify a small and variable region of the N-methyltransferase domain of mcyA gene and were tested in thirteen cyanobacterial strains isolated from Billings and Guarapiranga reservoirs. Sequences generated with these primers were successfully isolated, cloned and sequenced in two control species (M. aeruginosa NPJB1 and M. panniformis SPC702) and in two isolates from these reservoirs (M. aeruginosa SPC777 and M. protocystis SPC697). The amplification of this region of mcyA using cultured cyanobacteria DNAs allowed the identification of Microcystis strains with the potential to produce microcystin toxin. This technique, after it is well established for cultured organisms, will provide a basis for better detection of potential microcystin-producing cyanobacterial aquatic communities in natural environments.