O segundo mensageiro cGMP está envolvido em diversas funções celulares incluindo a visão em mamíferos. Embora trabalhos anteriores mostrassem variações nos níveis de cGMP durante o ciclo de vida de Blastocladiela emersonii e evidências da existência de enzimas específicas envolvidas na sua síntese (guanilato ciclase) e degradação (cGMP fosfodiesterase), nenhum genoma de fungo publicado até o momento mostrou a existência de genes codificando estas enzimas. Este fato é atribuído por evolucionistas à completa perda de motilidade dos fungos em geral, já que cGMP está primordialmente associado a células com cílios. Blastocladiomicetos, como Blastocladiella, apresentam células móveis em pelo menos um estágio do seu ciclo de vida, o que poderia explicar a existência dessa via nesses fungos. Uma investigação no banco de ESTs de B. emersonii revelou a existência de cDNAs codificando parte de prováveis guanilato ciclases (BeGC1, BeGC2 e BeGC3) e uma possível cGMP fosfodiesterase (BePDE). Assim, este trabalho buscou confirmar a existência destas enzimas e caracterizar a sinalização por cGMP em B. emersonii. A proteína recombinante selvagem correspondente ao domínio catalítico de BePDE mostrou atividade de degradação sobre cGMP e a mutação E389A foi capaz de alterar a especificidade por cGMP. Com o sequênciamento do genoma de B. emersonii obteve-se as sequências completas das guanilato ciclases. Em BeGC2 não foi possível identificar o ligante responsável por sua ativação. Em BeGC3, a presença de um domínio Heme-Pas sugeriu sua ativação por óxido nítrico. A presença de um domínio rodopsina em BeGC1 sugeriu sua ativação por luz. Experimentos de microscopia por imunofluorescência localizaram BeGC1 no \"eyespot\", BeGC2 no capacete nuclear e BeGC3 no citoplasma de zoósporos de B. emersonii. Verificamos também que zoósporos realizam fototaxia em direção à luz verde e que a adição de hidroxilamina, inibidor de rodopsina, ou do inibidor de guanilato ciclase LY83583 tem efeito negativo na fototaxia, bem como impede o aumento dos níveis de cGMP observado em zoósporos expostos à luz verde. O bloqueio da síntese de retinal por Norflurazon também inibiu a fototaxia sendo esta restaurada quando adicionamos retinalA1. Estes dados, juntamente com o fato de o domínio rodopsina de BeGC1 ser a única rodopsina presente no genoma, indicam que BeGC1 é responsável pela fototaxia nos zoósporos de B. emersonii. O genoma do fungo apresenta ainda um possível canal de potássio ativado por cGMP (BeCNG1) localizado na membrana plasmática de zoósporos, similar ao canal regulado por cGMP envolvido na visão em humanos. Ensaios de microfluorimetria também evidenciaram a presença de um canal ativado por cGMP relacionado com o influxo de potássio e a motilidade dos zoósporos. Um modelo para a via de sinalização da fototaxia em B.emersonii foi proposto e comparado com a sinalização presente na visão de mamíferos, destacando a existência de cGMP e rodopsina em ambos os processos e sugerindo uma possível origem comum. Portanto, os resultados obtidos suportam a existência da sinalização por cGMP em B. emersonii, além de indicar o papel dessa sinalização na fototaxia dos zoósporos, sendo esta a primeira via de sinalização por cGMP caracterizada em fungos. / The second messenger cyclic GMP is involved in a wide array of cellular processes including vision in mammals. Although previous studies demonstrated changes in cGMP levels during the life cycle of Blastocladiela emersonii and evidences of specific enzymes involved in its synthesis (guanylyl cyclase) and hydrolysis (cGMP-phosphodiesterase), no fungal genome published so far shows the presence of genes encoding these enzymes. Evolutionists attribute the absence of cGMP signaling pathways in higher fungi to the sedentary life style of these organisms, since cGMP is primarily associated with ciliated cells. However, blastocladiomycetes like Blastocladiella, have motile cells in at least one stage of their life cycle, which could explain the existence of this pathway in these primitive fungi. Inspection of B. emersonii EST data bank, revealed cDNAs encoding part of three putative guanylyl cyclases (BeGC1, BeGC2 e BeGC3) and one possible cGMP phosphodiesterase (BePDE). Thus, the purpose of this study was to confirm the existence of these enzymes and characterize the cGMP signaling pathway in this model. The recombinant protein containing the wild type catalytic domain of BePDE presented activity towards hydrolysis of cGMP and the E389A mutation of this domain changed the cGMP specificity of this enzyme. The complete nucleotide sequence of the guanylyl cyclases were obtained by sequencing of B. emersonii genome. In BeGC2 we were unable identify the ligand responsible for its activation, but in BeGC3, the presence of a Heme-Pas domain suggested its activation by nitric oxide. The presence of a rhodopsin domain in BeGC1 suggested its activation by light. Immunofluorescence microscopy localized BeGC1 in the \"eyespot\" structure, BeGC2 in the nuclear cap and BeGC3 in the cytoplasm of zoospores of B. emersonii. We found that Blastocladiella zoospores performed phototaxis toward green light and photobleaching of rhodopsin function using hydroxylamine prevented both phototaxis and the increased cGMP levels observed when zoospores were exposed to green light. The same effect was observed using the guanylyl cyclase inhibitor LY83583. Inhibition of retinal synthesis using Norflurazon prevented the phototaxis response, which could be restored by zoospore complementation with retinalA1. The BeGC1 gene is the only rhodopsin found in the draft assembly of B. emersonii genome, which indicates that BeGC1 is responsible for phototaxis observed in zoospores. We also found in the genome a possible cGMP-activated potassium channel (BeCNG1), localized in the plasma membrane of the zoospores, which is similar to the cGMP-activated channel involved in human vision. In addition, microfluorimetry assays revealed the presence of a cGMP-activated potassium channel involved in potassium influx and zoospore motility. The signaling model of B. emersonii phototaxis was proposed and compared with the mammalian vision system, with cGMP and rhodopsin acting in both signaling pathways, suggesting a common origin. Altogether our data indicate that Blastocladiella emersonii has a cGMP signaling system involved in phototaxis, being the first cGMP signaling pathway characterized in fungi.

O segundo mensageiro cGMP está envolvido em diversas funções celulares incluindo a visão em mamíferos. Embora trabalhos anteriores mostrassem variações nos níveis de cGMP durante o ciclo de vida de Blastocladiela emersonii e evidências da existência de enzimas específicas envolvidas na sua síntese (guanilato ciclase) e degradação (cGMP fosfodiesterase), nenhum genoma de fungo publicado até o momento mostrou a existência de genes codificando estas enzimas. Este fato é atribuído por evolucionistas à completa perda de motilidade dos fungos em geral, já que cGMP está primordialmente associado a células com cílios. Blastocladiomicetos, como Blastocladiella, apresentam células móveis em pelo menos um estágio do seu ciclo de vida, o que poderia explicar a existência dessa via nesses fungos. Uma investigação no banco de ESTs de B. emersonii revelou a existência de cDNAs codificando parte de prováveis guanilato ciclases (BeGC1, BeGC2 e BeGC3) e uma possível cGMP fosfodiesterase (BePDE). Assim, este trabalho buscou confirmar a existência destas enzimas e caracterizar a sinalização por cGMP em B. emersonii. A proteína recombinante selvagem correspondente ao domínio catalítico de BePDE mostrou atividade de degradação sobre cGMP e a mutação E389A foi capaz de alterar a especificidade por cGMP. Com o sequênciamento do genoma de B. emersonii obteve-se as sequências completas das guanilato ciclases. Em BeGC2 não foi possível identificar o ligante responsável por sua ativação. Em BeGC3, a presença de um domínio Heme-Pas sugeriu sua ativação por óxido nítrico. A presença de um domínio rodopsina em BeGC1 sugeriu sua ativação por luz. Experimentos de microscopia por imunofluorescência localizaram BeGC1 no \"eyespot\", BeGC2 no capacete nuclear e BeGC3 no citoplasma de zoósporos de B. emersonii. Verificamos também que zoósporos realizam fototaxia em direção à luz verde e que a adição de hidroxilamina, inibidor de rodopsina, ou do inibidor de guanilato ciclase LY83583 tem efeito negativo na fototaxia, bem como impede o aumento dos níveis de cGMP observado em zoósporos expostos à luz verde. O bloqueio da síntese de retinal por Norflurazon também inibiu a fototaxia sendo esta restaurada quando adicionamos retinalA1. Estes dados, juntamente com o fato de o domínio rodopsina de BeGC1 ser a única rodopsina presente no genoma, indicam que BeGC1 é responsável pela fototaxia nos zoósporos de B. emersonii. O genoma do fungo apresenta ainda um possível canal de potássio ativado por cGMP (BeCNG1) localizado na membrana plasmática de zoósporos, similar ao canal regulado por cGMP envolvido na visão em humanos. Ensaios de microfluorimetria também evidenciaram a presença de um canal ativado por cGMP relacionado com o influxo de potássio e a motilidade dos zoósporos. Um modelo para a via de sinalização da fototaxia em B.emersonii foi proposto e comparado com a sinalização presente na visão de mamíferos, destacando a existência de cGMP e rodopsina em ambos os processos e sugerindo uma possível origem comum. Portanto, os resultados obtidos suportam a existência da sinalização por cGMP em B. emersonii, além de indicar o papel dessa sinalização na fototaxia dos zoósporos, sendo esta a primeira via de sinalização por cGMP caracterizada em fungos. / The second messenger cyclic GMP is involved in a wide array of cellular processes including vision in mammals. Although previous studies demonstrated changes in cGMP levels during the life cycle of Blastocladiela emersonii and evidences of specific enzymes involved in its synthesis (guanylyl cyclase) and hydrolysis (cGMP-phosphodiesterase), no fungal genome published so far shows the presence of genes encoding these enzymes. Evolutionists attribute the absence of cGMP signaling pathways in higher fungi to the sedentary life style of these organisms, since cGMP is primarily associated with ciliated cells. However, blastocladiomycetes like Blastocladiella, have motile cells in at least one stage of their life cycle, which could explain the existence of this pathway in these primitive fungi. Inspection of B. emersonii EST data bank, revealed cDNAs encoding part of three putative guanylyl cyclases (BeGC1, BeGC2 e BeGC3) and one possible cGMP phosphodiesterase (BePDE). Thus, the purpose of this study was to confirm the existence of these enzymes and characterize the cGMP signaling pathway in this model. The recombinant protein containing the wild type catalytic domain of BePDE presented activity towards hydrolysis of cGMP and the E389A mutation of this domain changed the cGMP specificity of this enzyme. The complete nucleotide sequence of the guanylyl cyclases were obtained by sequencing of B. emersonii genome. In BeGC2 we were unable identify the ligand responsible for its activation, but in BeGC3, the presence of a Heme-Pas domain suggested its activation by nitric oxide. The presence of a rhodopsin domain in BeGC1 suggested its activation by light. Immunofluorescence microscopy localized BeGC1 in the \"eyespot\" structure, BeGC2 in the nuclear cap and BeGC3 in the cytoplasm of zoospores of B. emersonii. We found that Blastocladiella zoospores performed phototaxis toward green light and photobleaching of rhodopsin function using hydroxylamine prevented both phototaxis and the increased cGMP levels observed when zoospores were exposed to green light. The same effect was observed using the guanylyl cyclase inhibitor LY83583. Inhibition of retinal synthesis using Norflurazon prevented the phototaxis response, which could be restored by zoospore complementation with retinalA1. The BeGC1 gene is the only rhodopsin found in the draft assembly of B. emersonii genome, which indicates that BeGC1 is responsible for phototaxis observed in zoospores. We also found in the genome a possible cGMP-activated potassium channel (BeCNG1), localized in the plasma membrane of the zoospores, which is similar to the cGMP-activated channel involved in human vision. In addition, microfluorimetry assays revealed the presence of a cGMP-activated potassium channel involved in potassium influx and zoospore motility. The signaling model of B. emersonii phototaxis was proposed and compared with the mammalian vision system, with cGMP and rhodopsin acting in both signaling pathways, suggesting a common origin. Altogether our data indicate that Blastocladiella emersonii has a cGMP signaling system involved in phototaxis, being the first cGMP signaling pathway characterized in fungi.

A coloração dos vertebrados deve-se a presença de pigmentos, sintetizados e/ou armazenados em células denominadas células pigmentares cutâneas. A mudança de cor nos vertebrados é principalmente regulada por α-MSH e uma família de enzimas melanossômicas, que incluem tirosinase e as proteínas relacionadas à tirosinase 1 e 2 (TRP-1 e TRP-2, respectivamente). Sua ação está ligada à dispersão dos melanossomos ou síntese de melanina, processos que resultam em escurecimento do animal, enquanto a agregação ou inibição de síntese leva ao seu empalidecimento. Opsinas, como a melanopsina e a rodopsina, além de presentes na retina, podem ser expressas em células pigmentares cutâneas, intermediando foto-respostas de proliferação e de dispersão de melanossomos. O objetivo deste trabalho foi investigar a expressão temporal da rodopsina, tirosinase e do receptor MC1R, bem como os efeitos do tratamento com α-MSH 10-7 M, 10-8 M e 10-9 M por 24 horas sobre esses parâmetros, em melanócitos B16 de Mus musculus, mantidos em escuro constante. Através de PCR em tempo real (quantitativo) demonstrou-se que α-MSH 10-7 M não modula os níveis de mRNA para o receptor MC1R quando comparado com o grupo controle, contudo há uma evidente tendência de redução dos níveis do transcrito. Todavia, na concentração de 10-8 M, observou-se um aumento estatisticamente significativo no nível do transcrito na hora 20 quando comparado ao grupo controle e na concentração de 10-9 M o tratamento mostrou uma diminuição estatisticamente significativa no nível do transcrito entre o grupo controle e o tratado para cada ponto temporal analisado. Para a rodopsina, foi demonstrado que &alpha-MSH 10-7 M modula os níveis do mRNA quando comparado ao grupo controle, mostrando uma diminuição estatisticamente significativa na hora 0 e 16. Na concentração de 10-8 M houve um aumento estatisticamente significativo nos níveis do transcrito na hora 4 quando comparado ao grupo controle. Já, na concentração de 10-9 M, o hormônio induziu um robusto aumento no nível do transcrito quando comparado ao grupo controle para cada ponto temporal analisado. Nossos resultados são pioneiros em demonstrar a modulação de rodopsina por α-MSH, pois não há dados na literatura, seja em retina ou em outros tecidos, que tenham investigado essa ação do hormônio melanotrópico. O mesmo padrão foi observado para a tirosinase, demonstrando uma diminuição estatisticamente significativa na concentração de 10-7 M na hora 0 e um aumento significativo na concentração de 10-8 M na hora 8 e na concentração de 10-9 M na hora 12 e 8. Através de PCR em tempo real (quantitavo) nós demonstramos que α-MSH apresenta uma modulação dose-dependente para o transcrito do mRNA do receptor MC1R, tirosinase e rodopsina, mas não sincronizou a expressão desses genes, que permaneceram arrítmicos / In vertebrates, skin color is given by pigments, synthesized and/or stored in cutaneous pigment cells. The vertebrate color change is mainly regulated by α-MSH and a family of melanosome enzymes, which includes tyrosinase and tyrosinaserelated proteins 1 and 2 (TRP-1 and TRP-2, respectively). α-MSH action is associated with melanosome dispersion or melanin synthesis, processes which lead to skin darkening, whereas melanin aggregation or synthesis inhibition results in skin lightening. Opsins, such as melanopsin and rhodopsin, may be expressed in skin pigment cells, besides being present in the retina, and mediate non visual photoresponses such as cell proliferation and melanosome dispersion. The aim of this study was to investigate the temporal expression of rhodopsin, tyrosinase and the receptor MC1R, as well as the effects of 10-7 M, 10-8 M and 10-9 M α-MSH for 24 hours in Mus musculus B16 melanocytes, kept in constant darkness. Using real time PCR (quantitative) we demonstrated that 10-7 M α-MSH does not modulate MC1R mRNA levels, as compared to the control group, although a tendency to reduction was evident. On the other hand, at the concentration of 10-8 M, we observed a statistically significant increase of the transcript level at the hour 20, as compared to the control group and at the concentration of 10-9 M the treatment showed a statistically significant decrease of the transcript level for each temporal point analyzed. For rhodopsin, we showed that 10-7 M α-MSH modulates mRNA levels, as compared to the control group, demonstrating a statistically significant decrease at the hour 0 and 16. At the concentration of 10-8 M there was a statistically significant increase of transcript levels at the hour 4, as compared to the control group. The hormone at 10-9 M induced a robust increase of the transcript levels, as compared to the control group, for each time point analyzed. Our results are pioneering in demonstrating the regulation of rhodopsin by α-MSH, since there are no data in the literature which report the action of melanotropic hormone on rhodopsin in either the retina or other tissues. Similar pattern was observed for the tyrosinase gene, demonstrating a statistically significant decrease in the concentration of 10-7 M at the hour 0 and a significant increase in the concentration of 10-8 M at the hour 8 and in the concentration of the 10-9 M at the hour 12 and 8. Using real time PCR (quantitative) we demonstrated that α-MSH shows a dose-dependent modulation for mRNA transcripts of the MC1R receptor, tyrosinase and rhodopsin, but the hormone was not able to synchronize the expression of these genes, which remained arhythmic

A coloração dos vertebrados deve-se a presença de pigmentos, sintetizados e/ou armazenados em células denominadas células pigmentares cutâneas. A mudança de cor nos vertebrados é principalmente regulada por α-MSH e uma família de enzimas melanossômicas, que incluem tirosinase e as proteínas relacionadas à tirosinase 1 e 2 (TRP-1 e TRP-2, respectivamente). Sua ação está ligada à dispersão dos melanossomos ou síntese de melanina, processos que resultam em escurecimento do animal, enquanto a agregação ou inibição de síntese leva ao seu empalidecimento. Opsinas, como a melanopsina e a rodopsina, além de presentes na retina, podem ser expressas em células pigmentares cutâneas, intermediando foto-respostas de proliferação e de dispersão de melanossomos. O objetivo deste trabalho foi investigar a expressão temporal da rodopsina, tirosinase e do receptor MC1R, bem como os efeitos do tratamento com α-MSH 10-7 M, 10-8 M e 10-9 M por 24 horas sobre esses parâmetros, em melanócitos B16 de Mus musculus, mantidos em escuro constante. Através de PCR em tempo real (quantitativo) demonstrou-se que α-MSH 10-7 M não modula os níveis de mRNA para o receptor MC1R quando comparado com o grupo controle, contudo há uma evidente tendência de redução dos níveis do transcrito. Todavia, na concentração de 10-8 M, observou-se um aumento estatisticamente significativo no nível do transcrito na hora 20 quando comparado ao grupo controle e na concentração de 10-9 M o tratamento mostrou uma diminuição estatisticamente significativa no nível do transcrito entre o grupo controle e o tratado para cada ponto temporal analisado. Para a rodopsina, foi demonstrado que &alpha-MSH 10-7 M modula os níveis do mRNA quando comparado ao grupo controle, mostrando uma diminuição estatisticamente significativa na hora 0 e 16. Na concentração de 10-8 M houve um aumento estatisticamente significativo nos níveis do transcrito na hora 4 quando comparado ao grupo controle. Já, na concentração de 10-9 M, o hormônio induziu um robusto aumento no nível do transcrito quando comparado ao grupo controle para cada ponto temporal analisado. Nossos resultados são pioneiros em demonstrar a modulação de rodopsina por α-MSH, pois não há dados na literatura, seja em retina ou em outros tecidos, que tenham investigado essa ação do hormônio melanotrópico. O mesmo padrão foi observado para a tirosinase, demonstrando uma diminuição estatisticamente significativa na concentração de 10-7 M na hora 0 e um aumento significativo na concentração de 10-8 M na hora 8 e na concentração de 10-9 M na hora 12 e 8. Através de PCR em tempo real (quantitavo) nós demonstramos que α-MSH apresenta uma modulação dose-dependente para o transcrito do mRNA do receptor MC1R, tirosinase e rodopsina, mas não sincronizou a expressão desses genes, que permaneceram arrítmicos / In vertebrates, skin color is given by pigments, synthesized and/or stored in cutaneous pigment cells. The vertebrate color change is mainly regulated by α-MSH and a family of melanosome enzymes, which includes tyrosinase and tyrosinaserelated proteins 1 and 2 (TRP-1 and TRP-2, respectively). α-MSH action is associated with melanosome dispersion or melanin synthesis, processes which lead to skin darkening, whereas melanin aggregation or synthesis inhibition results in skin lightening. Opsins, such as melanopsin and rhodopsin, may be expressed in skin pigment cells, besides being present in the retina, and mediate non visual photoresponses such as cell proliferation and melanosome dispersion. The aim of this study was to investigate the temporal expression of rhodopsin, tyrosinase and the receptor MC1R, as well as the effects of 10-7 M, 10-8 M and 10-9 M α-MSH for 24 hours in Mus musculus B16 melanocytes, kept in constant darkness. Using real time PCR (quantitative) we demonstrated that 10-7 M α-MSH does not modulate MC1R mRNA levels, as compared to the control group, although a tendency to reduction was evident. On the other hand, at the concentration of 10-8 M, we observed a statistically significant increase of the transcript level at the hour 20, as compared to the control group and at the concentration of 10-9 M the treatment showed a statistically significant decrease of the transcript level for each temporal point analyzed. For rhodopsin, we showed that 10-7 M α-MSH modulates mRNA levels, as compared to the control group, demonstrating a statistically significant decrease at the hour 0 and 16. At the concentration of 10-8 M there was a statistically significant increase of transcript levels at the hour 4, as compared to the control group. The hormone at 10-9 M induced a robust increase of the transcript levels, as compared to the control group, for each time point analyzed. Our results are pioneering in demonstrating the regulation of rhodopsin by α-MSH, since there are no data in the literature which report the action of melanotropic hormone on rhodopsin in either the retina or other tissues. Similar pattern was observed for the tyrosinase gene, demonstrating a statistically significant decrease in the concentration of 10-7 M at the hour 0 and a significant increase in the concentration of 10-8 M at the hour 8 and in the concentration of the 10-9 M at the hour 12 and 8. Using real time PCR (quantitative) we demonstrated that α-MSH shows a dose-dependent modulation for mRNA transcripts of the MC1R receptor, tyrosinase and rhodopsin, but the hormone was not able to synchronize the expression of these genes, which remained arhythmic

Endotelinas (ETs) e sarafotoxinas (SRTXs) pertencem a uma família de peptídeos vasconstritores que podem regular a migração e/ou produção de pigmentos em células pigmentares de vertebrados (cromatóforos). Em peixes teleósteos, ETs/SRTXs induzem a migração de pigmentos. Em melanócitos humanos, as ETs promovem a melanogênese e mitogênese. ETs também regulam a transcrição de diversos genes. Esses efeitos são mediados por diferentes vias de sinalização intracelular, dentre elas a via da fosfolipase C (PLC), da proteína quinase C (PKC) e da cascata de sinalização por proteína quinases ativadas por mitógeno (MAPKs). A rodopsina é um fotopigmento responsável pela detecção de fótons presente nos bastonetes dos olhos dos vertebrados. A modulação da transcrição do gene para rodopsina em peixes teleósteos e mamíferos parece ocorrer através de elementos conservados. Cromatóforos podem responder diretamente à luz, resultando no deslocamento dos grânulos de pigmentos através dos processos dendríticos das células. Essas respostas evocadas por luz são provavelmente mediadas por moléculas fotorreceptoras expressas por essas células. A linhagem celular GEM-81, proveniente de eritroforoma do peixe teleósteo Carassius auratus, assim como os melanócitos B16 de Mus musculus expressam rodopsina e receptores para ETs dos subtipos ETB e ETA, respectivamente. O objetivo deste trabalho foi determinar se: 1) os níveis do RNAm para rodopsina poderiam ser modulados por SRTX S6c em GEM-81 e por ET-1 em B16 e quais os mecanismos de sinalização intracelular envolvidos nessa modulação; 2) os níveis protéicos de rodopsina também poderiam ser modulados por SRTX S6c em GEM-81 e por ET-1 em B16. Através de PCR em tempo real (quantitativo), demonstrou-se que SRTX S6c e ET-1 modulam os níveis do RNAm para rodopsina em GEM-81 e B16, respectivamente, de forma temporal e dose-dependente. Em GEM-81, essa modulação envolve a ativação de uma PKC e da cascata das MAPKs. Já em B16, há o envolvimento de PLC, cálcio como mensageiro intracelular, calmodulina, quinase dependente de cálcio/calmodulina e PKC. Através de ensaios de Western blotting, foi demostrado que na linhagem GEM-81 os níveis protéicos de rodopsina não são significativamente alterados por 24 horas de tratamento com SRTX 10-9M S6c, sugerindo o envolvimento de mecanismos de controle pós-transcricional na modulação da expressão protéica de rodopsina. Nas células B16 cuja extração de proteína total ocorreu 0 ou 6h após o fim do tratamento de 24h com ET-1 10-10M, os níveis protéicos de rodopsina não são significativamente alterados. Já nas células cuja proteína total foi extraída 3h após o fim do tratamento com ET-1, observou-se uma diminuição significativa dos níveis da proteína rodopsina. Esses resultados sugerem o envolvimento de mecanismos de controle pós-transcricional na modulação da expressão protéica de rodopsina, mecanismos estes exacerbados nas células B16 cuja extração de proteína ocorreu 3h após o fim do tratamento. / Endothelins (ETs) and sarafotoxins (SRTXs) belong to a family of vasoconstrictor peptides, which can regulate pigment migration and/or production in vertebrate pigment cells (chromatophores). In teleostean fish, ETs/SRTXs induce pigment migration. In human melanocytes, ETs promote melanogenesis and mitogenesis. ETs also regulate the transcription of several genes. These effects are mediated by different intracellular signaling pathways, such as the phospholipase C (PLC), protein kinase C (PKC) and the mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascade. Rhodopsin is a photopigment responsible for photon detection, found in vertebrate rod cells. Rhodopsin gene transcription regulation in teleostean fish and mammals seems to occur through conserved elements. Chromatophores can respond directly to light, promoting the migration of pigment granules along the cells dedritic processes. These light-evoked responses are probably mediated by photoreceptive molecules expressed by these cells. The teleost Carassius auratus erythrophoroma cell line, GEM-81 and Mus musculus B16 melanocytes express rhodopsin, as well as the ET receptors, ETB and ETA, respectively. The aim of this study was to determine whether 1) rhodopsin mRNA levels could be modulated by SRTX S6c in GEM-81 cells and ET-1 in B16 cells and the intracellular signaling mechanisms involved; 2) rhodopsin protein levels could also be modulated by SRTX S6c in GEM-81 and ET-1 in B16 cells. Using real time (quantitative) PCR, we demonstrated that SRTX S6c and ET-1 modulate rhodopsin mRNA levels in GEM-81 and B16, respectively, in a time and dose-dependent way. In GEM-81, this modulation involves the activation of a PKC and the MAPK cascade. In B16, it involves PLC, calcium as a second messenger, calmodulin, a calcium/calmodulin dependent kinase and PKC. The Western blotting assays demonstrated that in GEM-81 cells rhodopsin protein levels are not significantly altered by a 24-hour treatment with 10-9M SRTX S6c, suggesting the involvement of post-transcriptional mechanisms in the modulation of rhodopsin expression. In B16 cells, whose total protein was extracted 0 or 6 hours after the 24-hour treatment with 10-10M ET-1, rhodopsin protein levels were not significantly altered. When the cells total protein was extracted 3 hours after the 24-hour treatment with ET-1, a significant reduction in rhodopsin protein levels was observed. These results also suggest the involvement of post-transcriptional mechanisms in the modulation of rhodopsin expression in this cell line. These mechanisms could be somehow exacerbated in B16 cells whose protein was extracted 3 hours after the treatment.

Endotelinas (ETs) e sarafotoxinas (SRTXs) pertencem a uma família de peptídeos vasconstritores que podem regular a migração e/ou produção de pigmentos em células pigmentares de vertebrados (cromatóforos). Em peixes teleósteos, ETs/SRTXs induzem a migração de pigmentos. Em melanócitos humanos, as ETs promovem a melanogênese e mitogênese. ETs também regulam a transcrição de diversos genes. Esses efeitos são mediados por diferentes vias de sinalização intracelular, dentre elas a via da fosfolipase C (PLC), da proteína quinase C (PKC) e da cascata de sinalização por proteína quinases ativadas por mitógeno (MAPKs). A rodopsina é um fotopigmento responsável pela detecção de fótons presente nos bastonetes dos olhos dos vertebrados. A modulação da transcrição do gene para rodopsina em peixes teleósteos e mamíferos parece ocorrer através de elementos conservados. Cromatóforos podem responder diretamente à luz, resultando no deslocamento dos grânulos de pigmentos através dos processos dendríticos das células. Essas respostas evocadas por luz são provavelmente mediadas por moléculas fotorreceptoras expressas por essas células. A linhagem celular GEM-81, proveniente de eritroforoma do peixe teleósteo Carassius auratus, assim como os melanócitos B16 de Mus musculus expressam rodopsina e receptores para ETs dos subtipos ETB e ETA, respectivamente. O objetivo deste trabalho foi determinar se: 1) os níveis do RNAm para rodopsina poderiam ser modulados por SRTX S6c em GEM-81 e por ET-1 em B16 e quais os mecanismos de sinalização intracelular envolvidos nessa modulação; 2) os níveis protéicos de rodopsina também poderiam ser modulados por SRTX S6c em GEM-81 e por ET-1 em B16. Através de PCR em tempo real (quantitativo), demonstrou-se que SRTX S6c e ET-1 modulam os níveis do RNAm para rodopsina em GEM-81 e B16, respectivamente, de forma temporal e dose-dependente. Em GEM-81, essa modulação envolve a ativação de uma PKC e da cascata das MAPKs. Já em B16, há o envolvimento de PLC, cálcio como mensageiro intracelular, calmodulina, quinase dependente de cálcio/calmodulina e PKC. Através de ensaios de Western blotting, foi demostrado que na linhagem GEM-81 os níveis protéicos de rodopsina não são significativamente alterados por 24 horas de tratamento com SRTX 10-9M S6c, sugerindo o envolvimento de mecanismos de controle pós-transcricional na modulação da expressão protéica de rodopsina. Nas células B16 cuja extração de proteína total ocorreu 0 ou 6h após o fim do tratamento de 24h com ET-1 10-10M, os níveis protéicos de rodopsina não são significativamente alterados. Já nas células cuja proteína total foi extraída 3h após o fim do tratamento com ET-1, observou-se uma diminuição significativa dos níveis da proteína rodopsina. Esses resultados sugerem o envolvimento de mecanismos de controle pós-transcricional na modulação da expressão protéica de rodopsina, mecanismos estes exacerbados nas células B16 cuja extração de proteína ocorreu 3h após o fim do tratamento. / Endothelins (ETs) and sarafotoxins (SRTXs) belong to a family of vasoconstrictor peptides, which can regulate pigment migration and/or production in vertebrate pigment cells (chromatophores). In teleostean fish, ETs/SRTXs induce pigment migration. In human melanocytes, ETs promote melanogenesis and mitogenesis. ETs also regulate the transcription of several genes. These effects are mediated by different intracellular signaling pathways, such as the phospholipase C (PLC), protein kinase C (PKC) and the mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascade. Rhodopsin is a photopigment responsible for photon detection, found in vertebrate rod cells. Rhodopsin gene transcription regulation in teleostean fish and mammals seems to occur through conserved elements. Chromatophores can respond directly to light, promoting the migration of pigment granules along the cells dedritic processes. These light-evoked responses are probably mediated by photoreceptive molecules expressed by these cells. The teleost Carassius auratus erythrophoroma cell line, GEM-81 and Mus musculus B16 melanocytes express rhodopsin, as well as the ET receptors, ETB and ETA, respectively. The aim of this study was to determine whether 1) rhodopsin mRNA levels could be modulated by SRTX S6c in GEM-81 cells and ET-1 in B16 cells and the intracellular signaling mechanisms involved; 2) rhodopsin protein levels could also be modulated by SRTX S6c in GEM-81 and ET-1 in B16 cells. Using real time (quantitative) PCR, we demonstrated that SRTX S6c and ET-1 modulate rhodopsin mRNA levels in GEM-81 and B16, respectively, in a time and dose-dependent way. In GEM-81, this modulation involves the activation of a PKC and the MAPK cascade. In B16, it involves PLC, calcium as a second messenger, calmodulin, a calcium/calmodulin dependent kinase and PKC. The Western blotting assays demonstrated that in GEM-81 cells rhodopsin protein levels are not significantly altered by a 24-hour treatment with 10-9M SRTX S6c, suggesting the involvement of post-transcriptional mechanisms in the modulation of rhodopsin expression. In B16 cells, whose total protein was extracted 0 or 6 hours after the 24-hour treatment with 10-10M ET-1, rhodopsin protein levels were not significantly altered. When the cells total protein was extracted 3 hours after the 24-hour treatment with ET-1, a significant reduction in rhodopsin protein levels was observed. These results also suggest the involvement of post-transcriptional mechanisms in the modulation of rhodopsin expression in this cell line. These mechanisms could be somehow exacerbated in B16 cells whose protein was extracted 3 hours after the treatment.

The skin has a system that can detect light in a fashion similar to the retina. Although its presence was initially reported almost 20 years ago, only in 2011 functional studies started to be reported. The biological clock of the skin has also been reported in the beginning of the century, but its function and relevance still remain unexplored. Thus, this Ph.D. project was designed to explore the functionality of both systems in melanocytes, and whether the disruption of these systems is associated with the development of melanoma cancer. Using in vitro, in vivo, and bioinformatics approaches, we have shown that: 1) the biological clock of malignant melanocytes is more responsive to visible light, UVA radiation, estradiol, and temperature compared to normal cells; 2) UVA radiation is detected by melanopsin (OPN4) and rhodopsin (OPN2), which triggers a cGMP related cascade that leads to immediate pigment darkening (IPD) in normal and malignant melanocytes; 3) in addition to detecting UVA radiation, OPN4 also senses thermal energy, which activates the biological clock of both normal and malignant melanocytes; 4) regarding the biological clock, we have provided several layers of evidence that proves that in melanoma a chronodisruption scenario is established compared to healthy skin and/or normal pigment cells; 5) in vivo tumor samples display a low amplitude circadian rhythm of clock gene expression and an ultradian oscillatory profile in melanin content; 6) a non-metastatic melanoma leads to a systemic chronodisruption, which we suggest that could favor the metastatic process; 7) in human melanoma, we demonstrated the role of BMAL1 as a prognostic marker and a putative marker of immune therapy success. Taken altogether, these results significantly contributed to the literature as it brought to light new and interesting targets and processes, which will be explored in future projects / A pele possui um sistema que pode detectar luz de forma análoga à retina. Embora a presença deste sistema tenha sido inicialmente descrita quase há 20 anos, apenas no ano de 2011 estudos funcionais começaram a ser relatados. Sabe-se que o relógio biológico da pele também foi identificado no início do século, mas sua função e relevância ainda continuam pouco exploradas. Diante deste cenário, este projeto de doutorado foi desenhado para investigar a funcionalidade de ambos os sistemas em melanócitos e se perturbação dos mesmos estaria associada com o desenvolvimento de melanoma. Através do uso de abordagens in vitro, in vivo e de bioinformática, nós demonstramos que: 1) o relógio biológico de melanócitos malignos é mais responsivo à luz visível, radiação UVA, estradiol e temperatura comparado ao de células normais; 2) a radiação UVA é detectada por melanopsina (OPN4) e rodopsina (OPN2), que ativam uma via de sinalização dependente de GMPc, levando ao processo de pigmentação imediata (IPD) em melanócitos normais e malignos; 3) além de detecção de radiação UVA, a OPN4 também detecta energia térmica que, por sua vez, ativa o relógio biológico de melanócitos normais e malignos; 4) relativo ao relógio biológico, provamos por diferentes abordagens que, no melanoma, um cenário de cronoruputura está estabelecido em comparação a pele saudável e/ou melanócitos; 5) tumores in vivo apresentam um ritmo circadiano de baixa amplitude na expressão dos genes de relógio e um ritmo ultradiano oscilatório no conteúdo de melanina; 6) um melanoma não metastático leva a um quadro sistêmico de cronoruptura, o qual sugerimos favorecer o processo de metástase; 7) em melanoma humano, demonstramos o papel do gene BMAL11 como marcador de prognóstico e um possível indicador de sucesso de imunoterapias. Portanto, este projeto contribuiu de forma significante para a literatura científica uma vez que trouxe à luz novos e interessantes alvos terapêuticos e processos, os quais serão explorados em projetos futuros