O sistema de secreção tipo IV (T4SS) da família de bactérias Xanthomonadaceae transfere efetores (X-Tfes) com a capacidade de matar outras bactérias, conferindo uma vantagem em comunidades bacterianas mistas para colonizar diferentes nichos como o solo ou as superfícies das plantas. Os X-Tfes possuem diferentes domínios putativos com atividades hidrolíticas contra componentes do envelope celular bacteriano do tipo: glicohidrolases, transglicosilases, amidases e lipases. Os X-Tfes por sua atividade biológica inata podem ocasionar dano intracelular para a bactéria que os produz. Para se proteger contra estas atividades, também são produzidas lipoproteínas com função inibitoria (X-Tfis) localizadas no periplasma. Os genes que codificam os X-Tfes e os X-Tfis estão organizados em operons, o que permite gerar os pares efetor/inibidor simultaneamente. Entre os potenciais X-Tfes do fitopatógeno Xanthomonas citri estão Xac1918 e Xac0574. Xac1918 é uma proteína com um domínio da superfamília da lisozima e um domínio conhecido como RTX (Repeats in Toxin) de ligação ao cálcio, enquanto Xac0574 tem um domínio da superfamília da lipase 3. Os seus possíveis inibidores, Xac1917 e Xac0573 respectivamente, apresentam um peptídeo sinal no N-terminal contendo o lipobox representativo das lipoproteínas. As proteínas Xac0574 e Xac0573 são monômeros em solução que formam um complexo estável 1:1, favorecido termodinamicamente (ΔG°= -12 Kcal/mol) com uma constante de dissociação de 2,45 nM, garantindo que a bactéria fique protegida contra os efeitos nocivos de Xac0574 quando é produzida intracelularmente. Xac0574 é uma fosfolipase A1, sem atividade lisofosfolipase, com a capacidade de hidrolisar os três fosfolipídios majoritários que compõem a membrana celular bacteriana, fosfatidilglicerol (PG), cardiolipina e fosfatidiletanolamina (PE), mostrando uma aparente preferência pelo último. A atividade enzimática de Xac0574 explica a forte inibição do crescimento celular em E. coli após da sua indução heteróloga, já que gera uma diminuição de quase 10 vezes da população celular comparada com a cultura não induzida com a mesma construção. Poroutro lado, Xac0573 inibe efetivamente a atividade enzimática de Xac0574 ao formar o complexo, além de não ter atividade fosfolipase nem lisofosfolipase. Foram produzidos cristais da Xac1918 e Xac0573 que difrataram com uma resolução de 3,0 e 2,5 Å, respectivamente. Porém, só foi gerado um modelo de Xac0573. Xac0573 está composta por duas folhas β antiparalelas com uma topologia característica de β sanduíche Com uma pequena hélice e duas voltas. Um alinhamento de homólogos de Xac0573 identificou nas extremidades da proteína as regiões conservadas, constituindo duas possíveis interfaces de interação que podem ser as responsáveis por bloquear o acesso dos fosfolipídios ao sítio catalítico ou impedir os rearranjos estruturais de Xac0574 que são necessários para a sua atividade enzimática. Adicionalmente, a topologia da Xac0573 é semelhante do domínio C2, conhecido em eucariotos como domínio de ligação ao lipídio e ao cálcio, e está envolvido em processos de sinalização de segundos mensageiros lipídicos, proteínas de trafego de membranas e mecanismos de fusão de membranas. Nossos resultados apontam para uma nova função biológica do domínio C2 como um inibidor enzimático intracelular em bactérias. / The type IV secretion system (T4SS) of the bacteria family Xanthomonadaceae transfers effectors (X-Tfes) with that can kill other bacterial cells, conferring an advantage to the bacterial community during colonization of different niches in the soil or on the plant surface. The X-Tfes possess different putative domains with hydrolytic activity against components of the bacterial cellular envelope, including glycohydrolase, transglycolase, amidase and lipase domain. The innate biological activity of X-Tfes can cause intracellular damage. Therefore, the bacteria that produce them also produce lipoproteins with inhibitor function (X-Tfis) located in the periplasm for their protection. The genes that code for X-Tfes and X-Tfis are organized in operons that allow for their simultaneous expression. Among the X-Tfes of the phytopathogen Xanthomonas citri are Xac1918 and Xac0574. Xac1918 is carries a lysozyme superfamily domain, as well as a domain known as RTX (Repeats in Toxic) predict to bind calcium, while, Xac0574 has a domain belonging to the lipase 3 superfamily. Their possible inhibitors, Xac1917 e Xac0573 respectively, carry an N-terminal signal peptide containing a lipobox found in bacterial lipoproteins. The Xac0574 and Xac0573 proteins are both monomers in solution, They can form a stable 1:1 complex, that is thermodynamically favored (ΔG°= -12 Kcal/mol) with a dissociation constant of 2,45 nM. This affinity ensure that the bacterium is protected against the harmful effects of Xac0574 when it is produced intracellularly. We show that Xac0574 is a phospholipase A1, without lisophospholipase activity, and is able to hydrolyze the three most common phospholipids found in the membranes of Gram negative bacteria, namely phosphatidylglycerol (PG), cardiolipin and phosphatidylethanolamine (PE), presenting an apparent preference for PE. The enzymatic activity of Xac0574 explains the strong inhibition of growth of E. coli cells after its heterologous induction: a nearly 10-fold decrease in the cell population is observed when compared to the non-induced culture with the same construct. On the other hand, Xac0573 effectively inhibits the enzymatic activity of Xac0574. Furthermore, Xac0573 does not possess when forming the complex, besides not having phospholipase nor lysophospholipase activity.Crystals of Xac1918 and Xac0573 were produced which diffracted with to resolution of 3.0 and 2.5 Å, respectively. However, we were able to resolve the structure of only Xac0573. Xac0573 is composed of two anti-parallel sheet that form a β-sandwich with three small helices. An alignment to Xac0573 homologs identified conserved regions at the ends of the protein that constitute two possible interfaces of interaction that may be responsible for blocking the access of the phospholipids to the catalytic site or impede the structural rearrangements of Xac0574 that are necessary for its enzymatic activity. Additionally, the topology of Xac0573 is similar to that to C2 domains, known in eukaryotes to bind lipids and calcium and to be involved in signaling processes mediated by lipid second messengers, membrane trafficking and membrane fusion mechanisms. Our results point to a new biological function of the C2 domain as an intracellular enzyme inhibitor in bacteria.

O sistema de secreção tipo IV (T4SS) da família de bactérias Xanthomonadaceae transfere efetores (X-Tfes) com a capacidade de matar outras bactérias, conferindo uma vantagem em comunidades bacterianas mistas para colonizar diferentes nichos como o solo ou as superfícies das plantas. Os X-Tfes possuem diferentes domínios putativos com atividades hidrolíticas contra componentes do envelope celular bacteriano do tipo: glicohidrolases, transglicosilases, amidases e lipases. Os X-Tfes por sua atividade biológica inata podem ocasionar dano intracelular para a bactéria que os produz. Para se proteger contra estas atividades, também são produzidas lipoproteínas com função inibitoria (X-Tfis) localizadas no periplasma. Os genes que codificam os X-Tfes e os X-Tfis estão organizados em operons, o que permite gerar os pares efetor/inibidor simultaneamente. Entre os potenciais X-Tfes do fitopatógeno Xanthomonas citri estão Xac1918 e Xac0574. Xac1918 é uma proteína com um domínio da superfamília da lisozima e um domínio conhecido como RTX (Repeats in Toxin) de ligação ao cálcio, enquanto Xac0574 tem um domínio da superfamília da lipase 3. Os seus possíveis inibidores, Xac1917 e Xac0573 respectivamente, apresentam um peptídeo sinal no N-terminal contendo o lipobox representativo das lipoproteínas. As proteínas Xac0574 e Xac0573 são monômeros em solução que formam um complexo estável 1:1, favorecido termodinamicamente (ΔG°= -12 Kcal/mol) com uma constante de dissociação de 2,45 nM, garantindo que a bactéria fique protegida contra os efeitos nocivos de Xac0574 quando é produzida intracelularmente. Xac0574 é uma fosfolipase A1, sem atividade lisofosfolipase, com a capacidade de hidrolisar os três fosfolipídios majoritários que compõem a membrana celular bacteriana, fosfatidilglicerol (PG), cardiolipina e fosfatidiletanolamina (PE), mostrando uma aparente preferência pelo último. A atividade enzimática de Xac0574 explica a forte inibição do crescimento celular em E. coli após da sua indução heteróloga, já que gera uma diminuição de quase 10 vezes da população celular comparada com a cultura não induzida com a mesma construção. Poroutro lado, Xac0573 inibe efetivamente a atividade enzimática de Xac0574 ao formar o complexo, além de não ter atividade fosfolipase nem lisofosfolipase. Foram produzidos cristais da Xac1918 e Xac0573 que difrataram com uma resolução de 3,0 e 2,5 Å, respectivamente. Porém, só foi gerado um modelo de Xac0573. Xac0573 está composta por duas folhas β antiparalelas com uma topologia característica de β sanduíche Com uma pequena hélice e duas voltas. Um alinhamento de homólogos de Xac0573 identificou nas extremidades da proteína as regiões conservadas, constituindo duas possíveis interfaces de interação que podem ser as responsáveis por bloquear o acesso dos fosfolipídios ao sítio catalítico ou impedir os rearranjos estruturais de Xac0574 que são necessários para a sua atividade enzimática. Adicionalmente, a topologia da Xac0573 é semelhante do domínio C2, conhecido em eucariotos como domínio de ligação ao lipídio e ao cálcio, e está envolvido em processos de sinalização de segundos mensageiros lipídicos, proteínas de trafego de membranas e mecanismos de fusão de membranas. Nossos resultados apontam para uma nova função biológica do domínio C2 como um inibidor enzimático intracelular em bactérias. / The type IV secretion system (T4SS) of the bacteria family Xanthomonadaceae transfers effectors (X-Tfes) with that can kill other bacterial cells, conferring an advantage to the bacterial community during colonization of different niches in the soil or on the plant surface. The X-Tfes possess different putative domains with hydrolytic activity against components of the bacterial cellular envelope, including glycohydrolase, transglycolase, amidase and lipase domain. The innate biological activity of X-Tfes can cause intracellular damage. Therefore, the bacteria that produce them also produce lipoproteins with inhibitor function (X-Tfis) located in the periplasm for their protection. The genes that code for X-Tfes and X-Tfis are organized in operons that allow for their simultaneous expression. Among the X-Tfes of the phytopathogen Xanthomonas citri are Xac1918 and Xac0574. Xac1918 is carries a lysozyme superfamily domain, as well as a domain known as RTX (Repeats in Toxic) predict to bind calcium, while, Xac0574 has a domain belonging to the lipase 3 superfamily. Their possible inhibitors, Xac1917 e Xac0573 respectively, carry an N-terminal signal peptide containing a lipobox found in bacterial lipoproteins. The Xac0574 and Xac0573 proteins are both monomers in solution, They can form a stable 1:1 complex, that is thermodynamically favored (ΔG°= -12 Kcal/mol) with a dissociation constant of 2,45 nM. This affinity ensure that the bacterium is protected against the harmful effects of Xac0574 when it is produced intracellularly. We show that Xac0574 is a phospholipase A1, without lisophospholipase activity, and is able to hydrolyze the three most common phospholipids found in the membranes of Gram negative bacteria, namely phosphatidylglycerol (PG), cardiolipin and phosphatidylethanolamine (PE), presenting an apparent preference for PE. The enzymatic activity of Xac0574 explains the strong inhibition of growth of E. coli cells after its heterologous induction: a nearly 10-fold decrease in the cell population is observed when compared to the non-induced culture with the same construct. On the other hand, Xac0573 effectively inhibits the enzymatic activity of Xac0574. Furthermore, Xac0573 does not possess when forming the complex, besides not having phospholipase nor lysophospholipase activity.Crystals of Xac1918 and Xac0573 were produced which diffracted with to resolution of 3.0 and 2.5 Å, respectively. However, we were able to resolve the structure of only Xac0573. Xac0573 is composed of two anti-parallel sheet that form a β-sandwich with three small helices. An alignment to Xac0573 homologs identified conserved regions at the ends of the protein that constitute two possible interfaces of interaction that may be responsible for blocking the access of the phospholipids to the catalytic site or impede the structural rearrangements of Xac0574 that are necessary for its enzymatic activity. Additionally, the topology of Xac0573 is similar to that to C2 domains, known in eukaryotes to bind lipids and calcium and to be involved in signaling processes mediated by lipid second messengers, membrane trafficking and membrane fusion mechanisms. Our results point to a new biological function of the C2 domain as an intracellular enzyme inhibitor in bacteria.

A citricultura é de grande importância para as atividades agrícolas brasileiras, uma vez que o Brasil é o principal produtor e exportador de suco de laranja. O cancro cítrico, causado pela bactéria Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac) é um grave problema nesse setor, causando um elevado prejuízo na produção de frutos e seus derivados. O fator sigma é a subunidade da RNA polimerase que tem a função de direcionar o núcleo da RNA polimerase a uma classe específica de sequências promotoras. Como a maioria das bactérias sintetiza diversos fatores sigma, essa característica proporciona à bactéria a oportunidade de manutenção basal da sua expressão gênica, assim como, a regulação em resposta a alterações ambientais e a sinais durante o desenvolvimento bacteriano. O genoma de Xac codifica para 14 fatores sigma. Nesse presente trabalho, detectamos interações dos fatores σECF (Xac2814. Xac3989, Xac0922, Xac1319, Xac1380, Xac1682, Xac4129 e Xac2191) e seus fatores anti-σ cognatos (Xac2815. Xac3988, Xac0921, Xac1320, Xac1379, Xac1681, Xac4130 e Xac2192). Além disso, observamos interações entre o fator σFliA (Xac1933) e o anti-σFlgM (Xac1989), seu fator anti-σ cognato. A caracterização das cepas nocautes para alguns fatores σ apontaram o envolvimento do fator σ54Xac1969 no mecanismo de formação de flagelo, a contribuição do fator σECFXac1682 na resposta ao choque térmico e a participação do fator σECFXac2191 no crescimento bacteriano em condições de carência de ferro. / Citriculture is an important sector of the economy of the State of São Paulo. Citrus canker, caused by Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac), is a devastating disease responsible for large agribusiness losses every year. several sigma factors. The sigma factor is the subunit of RNA polymerase that serves to direct the RNA polymerase core to a specific class of promoter sequences. Most bacteria code for more than one sigma factor, which provides the cell with the means by which to maintain basal gene expression while at the same time modulate the expression of specific genes in response in environmental changes and signals during bacterial growth. The Xac genome codes for 14 sigma factors which are the objects of study in this thesis. We demonstrate that many of the sigma factors of the σECF family (Xac2814, Xac3989, Xac0922, Xac1319, Xac1380, Xac1682, Xac4129 e Xac2191) interact with cognate anti- factors (Xac2815, Xac3988, Xac0921, Xac1320, Xac1379, Xac1681, Xac4130 e Xac2192). These sigma-anti-sigma pairs are all coded by neighboring genes. Interactions between the sigma factor σFliA (Xac1933) and anti-σFlgM (Xac1989) were also observed. Xac strains with gene knockouts for several sigma factors were produced. The characterization some these knockout strains point to the involvement of σ54Xac1969 in the biosynthesis of flagella, participation of σECFXac1682 in the ability to survive heat shock and involvement of σECFXac2191 in the response to iron deficiency.

Aeromonas spp. são bastonetes Gram negativos amplamente distribuídos nos ambientes aquáticos, com relatos de isolamento em água de abastecimento público e alimentos. Este micro-organismo possui potencial de causar doenças intestinais e extraintestinais cuja patogenicidade está associada a sua virulência multifatorial. Diversos determinantes de virulência de Aeromonas já foram identificados, incluindo sistemas de secreção de proteínas. O sistema de secreção tipo VI (SST6) é o mais recente sistema de secreção de proteínas identificado em bactérias cuja presença em estirpes no gênero Aeromonas pode implicar atividades de citotoxicidade para o hospedeiro, pois esse sistema é capaz de injetar moléculas efetoras dentro da célula, interferindo diretamente nos processos celulares. A fim de determinar a presença e analisar a distribuição dos genes hcp e vgrG codificadores das proteínas efetoras do SST6 em Aeromonas spp. o presente estudo examinou 119 cepas isoladas de diversas origens pela técnica da PCR após o desenho de oligonucleotídeos iniciadores específicos. Objetivamos ainda analisar a variabilidade genética interespecífica dos genes hcp e vgrG a partir de dados de sequenciamento. Os resultados obtidos indicaram a distribuição dos genes vgrG e hcp em 46% das cepas de Aeromonas hydrophila e Aeromonas caviae de diferentes origens. Entre as cepas de A. hydrophila a maior frequência foi observada nas cepas isoladas de humanos, onde todas foram positivas para os iniciadores que amplificaram um produto de 541 pb do gene vgrG e 418 pb do gene hcp. Entre as cepas de A. caviae, a incidência de genes vgrG e hcp foi mais elevada nas cepas isoladas de alface (60%) e peixes (50%). As cepas analisadas de origem ambiental apresentaram índice total de 36% de positividade, apresentando frequência de 60% e 22% em A. hydrophila e A. caviae, respectivamente. Os dados obtidos da análise de cepas de origem alimentar mostraram a presença dos genes vgrG e hcp em 67% (A. hydrophila) e 60% (A. caviae) das cepas isoladas de folhas de alface. Nas cepas isoladas de queijo os genes foram encontrados em 67% e 12,5% das cepas de A. hydrophila e de A. caviae, respectivamente. O alinhamento múltiplo entre as sequências dos segmentos dos genes hcp e vgrG obtidas no sequenciamento indicou grau de identidade nucleotídica de 75 a 100% entre as sequências de hcp e 80 a 100% entre as sequências de vgrG. Em conclusão, nossos resultados indicaram que os iniciadores desenhados foram capazes de detectar suas sequências alvo em cepas de A. caviae e outras espécies de Aeromonas, sugerindo a existência de homologia entre os genes nas diferentes espécies, confirmada após sequenciamento de DNA. Os dados indicaram que esses genes estão distribuídos em várias espécies de Aeromonas e em cepas isoladas de diversas fontes. Ressaltamos a prevalência de cepas de A. hydrophila PCR-positivas em isolados clínicos, sugerindo a participação do SST6 no complexo universo da virulência multifatorial que permeia esse micro-organismo / Aeromonas species are Gram negative bacilli distributed widely in aquatic environments, with reports of isolation of this microorganism in water for public supply and food. Aeromonas have the potential to cause intestinal and extra intestinal infections whose pathogenicity is associated with multifactorial virulence. A number of virulence determinants have already been identified in Aeromonas, including protein secretion systems. The type VI secretion system (T6SS) is the most recent pathway to secrete proteins identified in bacteria. The presence of T6SS in Aeromonas strains may involve activities of cytotoxicity to the host, since this system is capable of injecting effectors molecules into the cell, interfering directly with a variety of cellular processes. The present study examined 119 strains of different origins by PCR, after the design of specific primers, to determine the distribution of vgrG and hcp genes encoding the effector proteins of T6SS in Aeromonas spp. We aimed to further analyze the interspecific sequence variation of hcp and vgrG genes based on sequencing data. The results show the presence of hcp and vgrG genes in 46% of A. hydrophila and A. caviae strains from different sources. All A. hydrophila strains isolated from humans were positive for the primers used to amplify a product of 541 bp and 418 bp of vgrG and hcp genes, respectively. Among A. caviae strains, the incidence of hcp and vgrG genes was high in the strains isolated from lettuce (60%) and fish (50%). The overall PCR-positive rate of strains from environmental source was 36%, with a frequency of 60% and 22% in A. hydrophila and A. caviae, respectively. The data obtained from analysis of food-borne strains showed the presence of hcp and vgrG genes in 67% (A. hydrophila) and 60% (A. caviae) of strains isolated from lettuce, while in the strains isolated from cheese the frequency was 67% (A. hydrophila) and 12.5% (A. caviae). The multiple alignment of hcp and vgrG sequences obtained revealed nucleotide identity rate between 75-100% among the hcp sequences and 80-100% in vgrG sequences. In conclusion, our results indicate that the primers designed were able to detect their target sequences in strains of A. caviae and other Aeromonas species, suggesting the existence of homology between genes in different species, as confirmed after DNA sequencing. The data indicate that these genes are distributed in various Aeromonas species from different sources. We emphasize the prevalence of PCR-positive A. hydrophila strains in clinical samples suggesting the involvement of T6SS in the complex universe of multifactorial virulence, which permeates this microorganism

Symbioses between microbes and multicellular eukaryotes are found in all biomes, and encompass a spectrum of symbiotic lifestyles that includes parasitism and disease, commensalism, and mutually beneficial interdependent host-microbe relationships. Regardless of outcome, these symbiotic lifestyles are governed by a complex molecular "courtship" between microbe and potential host. This courtship is the primary determinant of the host range of a given microsymbiont. Host immunity poses a formidable barrier to the establishment of host-microbe relationships, and the majority of microbial suitors will be thwarted by it. Only by successfully "wooing" the host cell's immune defenses with the appropriate molecular signals can a microsymbiont successfully colonize its host. A strategy common to microsymbionts across the spectrum of symbiotic lifestyles and host organisms is the delivery of microbial-encoded effector proteins into the cytoplasm of host cells to manipulate the host cell's molecular machinery for the purposes of subverting host immunity. Bacteria, in particular, have adapted a number of secretion systems for this purpose. The most well-characterized of these is the type III secretion system (T3SS), a molecular apparatus that specializes in injecting type III effector (T3Es) proteins directly into host cells. The work in this thesis focuses on T3Es of plant-associated bacteria, with particular emphasis on mutualistic bacteria. We present evidence that collections of T3Es from Sinorhizobium fredii and Bradyrhizobium japonicum are, in stark contrast to those of phytopathogenic bacteria, in a co-evolutionary equilibrium with their hosts. This equilibrium is characterized by highly conserved T3E collections consisting of many "core" T3Es with little variation in nucleotide sequence. The T3Es of Mesorhizobium loti MAFF303099 suggest a completely different picture of the evolution of T3Es. MAFF303099 recently acquired its T3SS locus, and the work in this thesis provides an evolutionary snapshot of a mutualist that is innovating a T3E collection primarily through horizontal gene transfer. Collectively, this work represents the first comprehensive catalog of T3Es of rhizobia and, in the case of Sinorhizobium and Bradyrhizobium, the first evidence of purifying selection for T3Es. / Graduation date: 2012

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / ExoU, uma citotoxina produzida pelo patógeno oportunista Pseudomonas aeruginosa e translocada para o citossol de células hospedeiras via sistema de secreção do tipo III, é associada à gravidade de infecções agudas. Estudos anteriores realizados em nosso laboratório relataram a potente atividade pró-inflamatória de ExoU, responsável por um intenso recrutamento de neutrófilos para o sítio de infecção. No presente trabalho, o efeito de ExoU na modulação da ativação do fator transcricional NF-κB e na regulação da expressão e da secreção da quimiocina para neutrófilos IL-8 foi avaliado em culturas de células epiteliais respiratórias e endoteliais humanas infectadas com a cepa PA103 de P. aeruginosa (produtora de ExoU) ou com a mutante deletada no gene exoU, PA103κexoU. Análises por RT-PCR semi-quantitativo mostraram que a infecção pela cepa produtora de ExoU levou ao aumento dos níveis de mRNA de IL-8, enquanto ensaios de alteração da mobilidade eletroforética (EMSA), supershift e com gene repórter mostraram que ExoU induziu a translocação nuclear do heterodímero transativador p65/p50 de NF-κB e a ativação da transcrição de genes dependente deste fator transcricional. Adicionalmente, o tratamento das culturas celulares com um inibidor de NF-κB antes da infecção bacteriana reduziu significativamente os níveis de mRNA de IL-8 e da secreção desta quimiocina. Em conjunto, estes resultados mostram que ExoU ativa NF-κB e, consequentemente, estimula a expressão e a secreção de IL-8 por células epiteliais respiratórias e células endoteliais infectadas com P. aeruginosa / ExoU, a cytotoxin produced by the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa that is translocated into host cell cytosol by the type three secretory system, has been associated with severity of acute infections. We have previously described the potent ExoU proinflammatory activity, which accounts for a market recruitment of neutrophils to infected tissues. In this present study, the effect of ExoU on the activation of the transcriptional factor NF-B and on the regulation of the expression and secretion of the chemokine IL-8 was investigated in human epithelial respiratory and endothelial cell cultures infected with the ExoU-producing PA103 P. aeruginosa or with the bacterial mutant with the deletion of the exoU gene PA103exoU. By semi-quantitative RT-PCR, ExoU was shown to significantly increase the expression of IL-8 mRNA. By electrophoretic mobility shift assay (EMSA), supershift and reporter assay ExoU was shown to induce the nuclear translocation of the NF-κB p65/p50 transactivator heterodimer as well as the NF-κB-dependent transcriptional activity. In addition, treatment both the IL-8 mRNA expression and the protein secretion. Together, our results show that ExoU activates NF-B and stimulates IL-8 expression and secretion by P. aeruginosa-infected human epithelial respiratory and endothelial cells

Submitted by JULIE ANNE ESPÍNDOLA AMORIM (julie__anne@hotmail.com) on 2018-06-05T18:33:56Z No. of bitstreams: 1 Tese_23-03-18-final_corrigida_05-06-2018_Juliecorrigidapdf.pdf: 3073465 bytes, checksum: 1673cd431dca7fe8472ab9ce8185182f (MD5) / Approved for entry into archive by Alexandra Maria Donadon Lusser Segali null (alexmar@fcav.unesp.br) on 2018-06-05T18:59:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 amorim_jae_dr_jabo.pdf: 3073465 bytes, checksum: 1673cd431dca7fe8472ab9ce8185182f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-05T18:59:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 amorim_jae_dr_jabo.pdf: 3073465 bytes, checksum: 1673cd431dca7fe8472ab9ce8185182f (MD5) Previous issue date: 2018-04-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O cancro cítrico tipo A, causado pela bactéria Xanthomonas citri subsp. citri (XccA), é uma das doenças de citros mais importantes, afetando todas as cultivares comerciais, para a qual não existem ainda estratégias de controle eficientes. Os genes ntrB e ntrC codificam, respectivamente, a histidina quinase (HK) e o regulador de respostas (RR), pertencentes a um sistema de dois componentes (TCSs), que atuam no sistema regulador de nitrogênio (NTR). Porém, o possível papel desses genes na virulência da XccA e de outros fitopatógenos ainda não foi elucidado. Este estudo teve como objetivo investigar os efeitos dos genes ntrB e ntrC no desenvolvimento do cancro cítrico em limão-cravo (Citrus limonia Osbeck), bem como a possível relação desses genes com a regulação da expressão de genes do sistema de secreção tipo 3 (SST3), considerado um dos principais fatores de virulência da XccA. Os mutantes ΔntrB e ΔntrC foram obtidos pela técnica de mutagênese sítio-dirigida por reação em cadeia da polimerase de extensão por sobreposição. A mutação dos genes causou redução na sintomatologia do cancro cítrico e diminuição da população bacteriana no espaço intercelular do tecido foliar da planta. A análise das curvas de crescimento in vitro revelou que a ausência do gene ntrB não alterou a viabilidade da bactéria, enquanto a mutação do gene ntrC afetou o “fitness” bacteriano em meio de cultura NB. Análises in vitro indicaram que o mutante ΔntrC formou duas vezes mais biofilme e produziu cinco vezes mais goma xantana do que a XccA 306 in vitro. A expressão dos genes (hpa1, hrpG, hrpX, hrpE, hrpW e hrpD6) do SST3 avaliados foi significativamente maior (p < 0,05) no mutante ΔntrC do que na XccA 306 e no ΔntrB, indicando que ntrC possa atuar na regulação do SST3. Porém, o nível de expressão desses genes no mutante ΔntrB não apresentou diferença significativa (p > 0,05) em relação à XccA 306. A modelagem molecular revelou semelhança estrutural entre as regiões receptoras de NtrC e HrpG, sugerindo que a fosforilação de HrpG por NtrB possa ocorrer in vivo. Em síntese, os resultados obtidos neste estudo indicam que a mutação dos genes ntrB e ntrC afeta o desenvolvimento do cancro cítrico em limão-cravo e que o gene ntrC pode atuar na regulação dos mecanismos de formação de biofilme, produção de goma xantana e expressão de genes do SST3 e/ou que a ausência desse gene ocasione um desequilíbrio celular na XccA 306, resultando na alteração desses mecanismos, enquanto NtrB pode apresentar papel na regulação de genes do SST3 por meio da fosforilação de HrpG. / The citrus canker type A, provoked by the bacterium Xanthomonas citri subsp. citri (XccA), is one of themost important citrus diseases, affecting all the commercial cultivars, for which there are no effective control strategies. The ntrB and ntrC genes encode a histidine kinase (HK) and the response regulator (RR), respectively, belong to a two-component system (TCSs), related to the nitrogen regulatory system (NTR). However, the possible role of ntrB and ntrC genes in the virulence of XccA and other phytopathogens has not yet been elucidated. Therefore, the aim of this study was to investigate the impact of the ntrB and ntrC genes on the development of citrus canker in rangpur lime (Citrus limonia Osbeck), as well as the possible relation of ntrB and ntrC genes with the regulation of the type 3 secretion system (T3SS) gene expression, which is considered one of the main virulence factors of XccA. The ΔntrB and ΔntrC were obtained by site-directed mutagenesis through overlap extension polymerase chain reaction. The mutation of the ntrB and ntrC genes caused a reduction of the citrus canker symptoms, and decrease of the bacterial population in the intracellular space of the foliar tissue of the plant. In vitro growth curves analysis revealed that the ΔntrB did not affect the viability of the bacterium, whereas the ΔntrC affected the bacterial fitness in NB culture medium. In vitro analysis indicated that the ΔntrC formed 2x more biofilm, and produced 5x xanthan gum compared to the XccA 306. The T3SS related genes (hpa1, hrpG, hrpX, hrpE, hrpW and hrpD6) expression was significantly higher (p <0.05) in the ΔntrC than in the XccA 306 and the ΔntrB, indicating that ntrC can modulate the regulation of T3SS. However, the level of expression of these genes in the ΔntrB did not differ (p> 0.05) in relation to the XccA 306. Molecular modeling revealed structural similarity between NtrC and HrpG receptors motifs, suggesting that phosphorylation of HrpG by NtrB may occur in vivo. Overall, the results obtained in this study strongly suggest that the mutation of the ntrB and ntrC genes affect the development of rangpur lime citrus canker and that ntrC gene may play an important role in the regulation of the mechanisms of biofilm formation, xanthan gum production and T3SS gene expression and/or that the absence of this gene causes a cellular imbalance in XccA 306 resulting in the alteration of these mechanism, whereas the NtrB may have a role with the regulation of T3SS genes by phosphorylation of HrpG. / 3385/2013

P. aeruginosa é um importante agente de infecções relacionadas à assistência em saúde. Habitualmente, o estabelecimento de infecções agudas é precedido pela colonização das mucosas dos pacientes. Não se sabe, porém, se os processos infecciosos são causados pelas próprias cepas bacterianas colonizadoras ou por outras com que os pacientes entrem em contato, dotadas ou não de maior potencial de virulência ou de resistência a antimicrobianos que as tornem mais eficientes como agentes infecciosos. Assim, este estudo teve como objetivos i) investigar a existência de potenciais diferenças entre amostras de P. aeruginosa que causaram apenas colonização e aquelas responsáveis por infecção, isoladas de um mesmo paciente, quanto a seus fenótipos de virulência e de não susceptibilidade a antimicrobiamos; ii) pesquisar a existência de associação entre características dos paciente, incluindo o tipo de evolução clínica, com as demais variáveis estudadas. No estudo foram incluídos 21 pacientes que desenvolveram infecção por P. aeruginosa durante sua internação no Centro de Terapia Intensiva do Hospital Universitário Clementino Fraga Filho, entre abril de 2007 e abril de 2008. De cada paciente foram selecionadas duas amostras bacterianas: a primeira isolada durante o episódio de infecção e a amostra colonizadora obtida imediatamente antes da ocorrência da infecção. As amostras selecionadas foram estudadas quanto a i) expressão de três mecanismos de virulência (citotoxicidade, aderência a células epiteliais respiratórias humanas e capacidade de formação de biofilme); ii) presença de genes codificadores das proteínas efetoras do sistema de secreção do tipo 3 (SST3 - exoS, exoT, exoU e exoY); iii) perfil de susceptibilidade a antimicrobianos, iv) perfil de fragmentação do DNA cromossômico por eletroforese em gel de campo pulsado (PFGE). As amostras bacterianas obtidas de infecções agudas foram significativamente mais citotóxicas que aquelas obtidas de colonização. Embora sem diferença estatística, a citotoxicidade das amostras que causaram infecção em pacientes que evoluíram para óbito foi superior à citotoxicidade das amostras de pacientes que sobreviveram. O gene que codifica a toxina ExoU foi detectado em 16 amostras (38%), sendo nove de colonização e sete de infecção. Não houve diferença significativa entre as amostras de colonização e infecção quanto à aderência, produção de biofilme, expressão dos genes do SST3 e não-susceptibilidade às diferentes classes de antimicrobianos. Também não foi encontrada associação entre a não-susceptibilidade à quinolona, ou a outras classes de antimicrobianos, e a presença do gene exoU. As 42 amostras de P. aeruginosa estudadas foram incluídas em 20 genótipos. Em 10 deles foi detectado o gene exoU. Amostras de um mesmo genótipo foram uniformes quanto à expressão dos genes do SST3 e a não-susceptibilidade aos antimicrobianos, mas não quanto às outras variáveis estudadas. Em apenas sete pacientes (33,3%), as amostras de colonização e de infecção pertenciam ao mesmo genótipo. Assim, nesse estudo, o estabelecimento do processo infeccioso resultou não da perda do equilíbrio estabelecido entre os mecanismos de agressão das amostras colonizadoras e os de defesa do hospedeiro e sim da introdução de nova cepa bacteriana no organismo hospedeiro, cepa esta dotada de maior potencial citotóxico. / P. aeruginosa is an important agent of healthcare-associated infections. The establishment of acute infectious episodes is usually preceded by colonization of patient mucosa. However, it remains unknown whether the infectious processes are caused by bacterial strains previously colonizing the patient or by additional strains the patient may come into contact. These new isolates may carry greater virulence potential or antibiotic resistance that makes them more efficient as an infecting agent. Thus, the objetives of the present study were i) to investigate the existence of potential differences between P. aeruginosa isolates obtained from a colonized mucosa and isolates accounting for infectious processes, recovered from the same patient, with respect to virulence phenotypes and non-susceptibility to antimicrobial agents; ii) to investigate the existence of association between patient features, including the type of clinical outcome, with bacterial characteristics. The study included 21 patients who developed P. aeruginosa infection during their stay in the Intensive Care Unit of the University Hospital Clementino Fraga Filho, from April 2007 to April 2008. Two P. aeruginosa isolates were selected from each patient: the first isolate recovered from the infectious episode and the colonizing isolate obtained immediately before the onset of the infection. Features from the isolates investigated included: i) expression of three virulence mechanisms (cytotoxicity, adherence to human respiratory epithelial cells and biofilm formation); ii) presence of the genes encoding type III secretion system effector proteins (TTSS, exoS , exoT , exoU and exoY); iii) antimicrobial susceptibility profile; iv) profile of the bacterial chromossomic DNA fragmentation following analysis by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE). The bacterial isolates obtained from acute infections were significantly more cytotoxic than colonizing strains. Moreover, bacteria accounting for infectious episodes in patients who died were more cytotoxic than those recovered from patients who survived, although the differences were not statistically significant. The ExoU toxin encoding gene was detected in 16 (38%) P. aeruginosa isolates: nine colonizing and seven infecting strains. There was no significant difference between colonizing and infecting samples in their adherence, biofilm production, expression of TTSS genes and non- susceptibility to different classes of antimicrobials. There was also no association between non-susceptibility to quinolone, or to any other class of antimicrobial agents, and the presence of the exoU gene. Twenty PFGE genotypes were identified. Isolates from 10 genotypes harboured the exoU gene. Isolates included in the same PFGE genotype exhibited a similar profile of TTSS genes and non-susceptibility to antimicrobials, but not always a similar profile of expression the other variables investigated. In only seven patients (33.3%), the colonizing and infecting isolates belonged to a same genotype. Thus, in this study, the establishment of the infectious process did not result from the loss of the equilibrium established between the aggression mechanisms of colonizing bacteria and host defense but rather from the introduction, in the host organism, of a new bacterial strain, endowed with a greater cytotoxic potential.