In diverse eukaryotic organisms, double-stranded RNA (dsRNA) induces robust silencing of cellular RNA cognate to either strand of the input dsRNA; a phenomenon now known as RNA interference (RNAi). Within the RNAi pathway, small, 21 nucleotide (nt) duplexed RNA, dubbed small interfering RNAs (siRNAs), derived from the longer input dsRNA, guide the RNA induced silencing complex (RISC) to destroy its target RNA. Due to its ability to silence virtually any gene, whether endogenous or exogenous, in a variety of model organisms and systems, RNAi has become a valuable laboratory tool, and is even being heralded as a potential therapy for an array of human diseases. In order to understand this complex and unique pathway, we have undertaken the biochemical characterization of RNAi in the model insect, Drosophila melanogaster. To begin, we investigated the role of ATP in the RNAi pathway. Our data reveal several ATP-dependent steps and suggest that the RNAi reaction comprises as least five sequential stages: ATP-dependent processing of double-stranded RNA into siRNAs, ATP-independent incorporation of siRNAs into an inactive ~360 kDa protein/RNA complex, ATP-dependent unwinding of the siRNA duplex to generate an active complex, ATP-dependent activation of RISC following siRNA unwinding, and ATP-independent recognition and cleavage of the RNA target. In addition, ATP is used to maintain 5´ phosphates on siRNAs, and only siRNAs with these characteristic 5´ phosphates gain entry into the RNAi pathway. Next, we determined that RISC programmed exogenously with an siRNA, like that programmed endogenously with microRNAs (miRNAs), is an enzyme. However, while RISC behaves like a classical Michaelis-Menten enzyme in the presence of ATP, without ATP, multiple rounds of catalysis are limited by release of RISC-produced cleavage products. Kinetic analysis of RISC suggests that different regions of the siRNA play distinct roles in the cycle of target recognition, cleavage and product release. Bases near the siRNA 5´ end disproportionately contribute to target RNA-binding energy, whereas base pairs formed by the central and 3´ region of the siRNA provide helical geometry required for catalysis. Lastly, the position of the scissile phosphate is determined during RISC assembly, before the siRNA encounters its RNA target. In the course of performing the kinetic assessment of RISC, we observed that when siRNAs are designed with regard to 'functional asymmetry' (by unpairing the 5´ terminal nucleotide of the siRNA's guide strand, i.e. the strand anti-sense to the target RNA), not all of the RISC formed was active for target cleavage. We observed, somewhat paradoxically, that increased siRNA unwinding and subsequent accumulation of single-stranded RNA into RISC led to reduced levels of active RISC formation. This inactive RISC did not act as a competitor for the active fraction. In order to characterize this non-cleaving complex, we performed a series of protein-siRNA photo-crosslinking assays. From these assays we found that thermodynamic stability and termini structure plays a role in determining which proteins an siRNA will associate with, and how association occurs. Furthermore, we have found, by means of the photo-crosslinking assays, that siRNAs commingle with components of the miRNA pathway, particularly Ago1, suggesting overlapping functions or crosstalk for factors thought to be involved in separate, distinct pathways.

La région fos de la souche d’Escherichia coli pathogène aviaire BEN2908 permet le métabolisme des fructanes, des prébiotiques largement utilisés en alimentation humaine et animale. Ce métabolisme contribue à l’implantation de BEN2908 dans son réservoir, l’intestin. La région fos, située au sein de l’îlot génomique AGI-3, est composée de 6 gènes codant pour un transporteur de sucre et des enzymes impliquées dans le métabolisme des fructanes, et d’un gène transcrit de façon divergente codant pour FosR, un régulateur transcriptionnel de la famille LacI/GalR. Nous avons montré que l’expression des gènes fos est réprimée par FosR, contrôlée par la répression catabolique et induite en présence de fructanes. FosR se lie à 2 séquences opératrices de la région promotrice de l’opéron fos et cette liaison est inhibée en présence de fructanes, surtout par le 1-kestose. La région fos confère un avantage de croissance en présence de contenu cæcal et contribue à la colonisation des cæca in vivo. De plus, AGI-3 est mobile et transférable, ce qui suggère une possible diffusion du métabolisme des fructanes au sein de l’espèce E. coli. / The fos region of the avian pathogenic Escherichia coli strain BEN2908 is involved in fructan metabolism, prebiotics widely used commercially in food products for both humans and animals. This metabolism contributes to the establishment of BEN2908 in its reservoir, the intestine. The fos region, located within the genomic island AGI-3, is composed of six genes encoding a sugar transporter and enzymes involved in fructan metabolism, and of a divergently transcribed gene encoding a transcriptional regulator, FosR, belonging to the LacI/GalR family. We demonstrated that the expression of fos genes is repressed by FosR, controlled by catabolite repression and induced in the presence of fructans. FosR binds to two operator sequences of the fos operon promoter region. This binding to DNA is inhibited in the presence of fructans, especially by 1-kestose. The fos region strongly benefits growth on cecal content and colonization of the ceca in vivo. Moreover, AGI-3 is mobile and transferable, suggesting a possible dissemination of fructan metabolism within the species E. coli.

Historically, sperm has been considered merely as a carrier of genetic material at fertilisation. However, it is known that sperm supports embryonic development better than other cell types, suggesting that it might also have additional important, non-genetic contributions to embryonic development. The work described in this dissertation focuses on identifying the molecular determinants of developmental programming of sperm. First, the development of embryos derived from sperm and spermatids, immature precursors of sperm was compared. Sperm-derived embryos developed significantly better than spermatid-derived embryos. Further research aiming to identify the reasons for the developmental advantage of sperm led to the identification of proteins that are present specifically in sperm and not in spermatids. Moreover, egg factors which are preferentially incorporated into the sperm, but not into the spermatid chromatin were identified with the use of egg extracts, suggesting that the chromatin of sperm could be programmed to interact with the components of the egg. Subsequently, the reasons for developmental failure of spermatid-derived embryos were investigated. By comparing the sperm with spermatids it was shown that the programming of sperm to support efficient development is linked to its special ability to regulate expression of developmentally-important embryonic genes, and not to its ability to support DNA replication or rRNA production. Further characterisation of the sperm and spermatid chromatin with the use of genome-wide sequencing allowed me to link the correct regulation of gene expression in the embryo with a certain combination of epigenetic marks in the sperm, but not in the spermatid chromatin. Finally, it is shown that enzymatic removal of epigenetic modifications at fertilisation leads to misregulation of gene expression. This therefore suggests that epigenetic information contained in parental genomes at fertilisation is required for a proper regulation of embryonic transcription. My results support the hypothesis that the sperm is not only a carrier of genetic material, but also provides the embryo with epigenetic information for regulation of transcription after fertilisation. I believe that these findings advance our current understanding of the nature and mechanisms of sperm programming for embryonic development, and are important contributions to the emerging field of transgenerational inheritance of epigenetic traits in general.

Submitted by Karin Goebel (karing@fiocruz.br) on 2014-11-25T18:05:56Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Bruna Hilzendeger Marcon.pdf: 6455497 bytes, checksum: 8ea632ce91cdf16edd8b86a624972dba (MD5) / Approved for entry into archive by Karin Goebel (karing@fiocruz.br) on 2014-11-25T18:06:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação Bruna Hilzendeger Marcon.pdf: 6455497 bytes, checksum: 8ea632ce91cdf16edd8b86a624972dba (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-25T18:06:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação Bruna Hilzendeger Marcon.pdf: 6455497 bytes, checksum: 8ea632ce91cdf16edd8b86a624972dba (MD5) Previous issue date: 2014 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Curitiba, PR, Brasil / As células-tronco (CTs) caracterizam-se por possuírem a capacidade de se autorrenovar e de dar origem a um ou mais tipos celulares diferenciados. Nos últimos anos, diversos trabalhos mostraram a existência de CTs em tecidos adultos, tornando-as uma alternativa interessante para uso em terapias celulares. Contudo, para melhor utilizar as CTs, é preciso primeiramente compreender como ocorre a diferenciação em um tipo celular específico e, principalmente, como é regulada a expressão gênica durante este processo. Em 2009, Ingolia e colaboradores apresentaram uma nova técnica conhecida como ribosome profiling, a qual consiste no isolamento e sequenciamento em larga escala dos fragmentos de RNA associados e protegidos pelos ribossomos, os quais têm um tamanho aproximado de 30 nucleotídeos (conhecido com footprint ribossomal). Ao mapear as sequências obtidas, é possível obter informações não apenas sobre quais sequências estão sendo traduzidas, mas também sobre a cinética da tradução e sua extensiva rede de regulação. Assim, o objetivo deste trabalho foi aplicar a técnica de ribosome profiling ao estudo do processo de diferenciação de CTs adultas. Como modelo de estudo, foram utilizadas CTs obtidas de tecido adiposo antes (t=0) e após a indução para diferenciação adipogênica por 3 dias (t=72h). O primeiro passo do trabalho foi a adaptação do protocolo de ribosome profiling para o estudo de CTs adultas, o qual consiste na lise celular, digestão do lisado com uma RNA nuclease (a qual irá degradar o RNA exposto, preservando os fragmentos protegidos pelo ribossomo), ultracentifrugação do homogenato sobre colchão de sacarose 1 M para sedimentação dos ribossomos, extração de RNA e isolamento dos fragmentos de 30 nucleotídeos. Também foi feita extração do RNA poliA. As amostras foram sequenciadas (SOLiD™) e os dados obtidos foram triados e mapeados contra um banco de dados de RNAm, utilizando-se a ferramenta CLC Genomics Workbench. Foram identificados mais de 8.000 transcritos para as amostras de ribosome profiling e mais de 17.000 para as de poliA. Ao calcular o fold change entre as condições t=0 e t=72h, foi possível verificar que mais de 50% dos genes foram detectados como diferencialmente expressos apenas por ribosome profiling. Observou-se que genes relacionados com vias de diferenciação adipogênica e de metabolismo de lipídeos encontravam-se regulados positivamente em ambas as amostras de RNA. Por outro lado, observou-se que vias de regulação do citoesqueleto de actina e de adesão focal estavam reguladas negativamente apenas nas amostras de ribosome profiling. Isso é interessante, uma vez que a inibição destas vias já foi descrita como importante para o processo de adipogênese. Além disso, foi observada uma forte redução na eficiência de tradução de genes relacionados com a tradução após 72 horas de indução para diferenciação. Os resultados obtidos no presente trabalho reforçam as evidências de que os mecanismos de regulação pós-transcricionais e traducionais têm um papel muito importante na regulação da diferenciação celular de CTs, sendo que a técnica de ribosome profiling permitiu obter informações mais detalhadas de como este processo pode estar acontecendo. / Stem cells (SC) are characterized by their capacity of both self-renewing and giving rise to new differentiated cells. SC are found in adult tissues, which are considered a putative source for cell therapy. However, little is known about the mechanisms involved in the trigger of SCs differentiation into a specific cell type. Understanding adult SCs differentiation process is a fundamental step to better use and to take advantage of their potential. In 2009, Ingolia and collaborators presented a new methodology of transcriptome analysis named ribosome profiling, which consists on the isolation and deep-sequencing of the mRNA fragments enclosed by ribosomes. When lysed cells are submitted to nuclease digestion, unprotected mRNA is degraded, while fragments within ribosomes are preserved and have a known footprint of 30 nucleotides. Sequencing these ribosome-protected fragments results in a high-precision measurement of in vivo translation, providing precise information about translation kinetics and its extensive regulation. The objective of this work was to apply the ribosome profiling methodology to the study of adipogenic differentiation in adult SCs. SCs were isolated from human adipose tissue from three donors and were cultured in a control medium (t=0) and induced to adipogenic differentiation for 72 hours (t=72h). The first step was to adapt and optimize the ribosome profiling protocol to the SC model, which consists in cell lysis, cell lysate digestion by nuclease (to degrade unprotected RNA, preserving ribosome-protected fragments), ultracentrifugation over a 1M sucrose cushion to pellet ribosomes, RNA extraction and 30 nucleotides fragments isolation. poliA RNA was also isolated. Samples were submitted to deep-sequencing (SOLiD™) and the reads obtained were trimmed and mapped onto the reference mRNA database using the CLC Genomics Workbench. Over 8000 transcripts were identified in ribosome profiling samples and over 17000 in poliA samples. Fold change analysis between t=0 and t=72h of both RNA samples showed that differential expression of more than 50% of the genes was identified only by ribosome profiling. Pathways related to adipogenesis and lipid metabolism were upregulated in both RNA samples. However, regulation of the actin cytoskeleton and focal adhesion proteins were downregulated only in ribosome profiling samples. Interestingly, downregulation of these pathways was already described as an important phenomenon to cell adipogenesis. Besides, we observed a strong reduction of translational efficiency of genes involved in translation at t=72h. Our results reinforce previous data, suggesting that posttranscriptional and translational regulation play a fundamental role in the regulation of SC differentiation process and that ribosome profiling is an important tool to better understand this process.

L’inhibition, par p16INK4a, de la progression du cycle cellulaire est considérée comme liée à un arrêt de la progression en phase G1 du à l’inhibition de l’activité de CDK4/6. Nous montrons que l’expression ectopique de p16INK4a dans trois lignées cellulaires malignes, p16-/- et pRb+/+, issues de tissus différents, provoque un allongement de la durée de la phase S et du cycle cellulaire total. L’ensemble de nos travaux sur p16INK4a sauvage et son mutant p16G101W indique que p16INK4a induit un allongement de la phase S i) indépendamment de l’origine tissulaire des cellules analysées et ii) en partie lié aux conséquences de l’inhibition de l’activité de CDK4/6 et peut-être des MAP-kinases. Dans sa localisation nucléaire, p16INK4a interviendrait dans la régulation du cycle cellulaire indépendamment de sa liaison à CDK4. L’expression de CDK1 est inhibée par p16INK4a dans les trois lignées analysées. Dans les cellules MCF7 et U87, cette inhibition est post-transcriptionnelle, médiée par la région 3’non traduite de l’ARNm de CDK1, et est associée à une modification de l’équilibre d’expression, tissu-spécifique, des microARN régulant potentiellement CDK1. Nous démontrons que CDK1 est une cible de miR- 410 et miR-650 induits par p16INK4a et le rôle de l’inhibition de la voie pRb/E2F par p16INK4a dans l’induction de miR-410. Ainsi, p16INK4a régule l’expression des gènes à différents niveaux en modifiant l’équilibre fonctionnel des facteurs de transcription et, en conséquence, des miARN. / The inhibition of cell cycle progression by p16INK4a, have been considered to result from arrest in G1 phase due to inhibition of CDK4/6 activity. We show that ectopic expression of p16INK4a in three human malignant cell lines, p16-/- and pRb +/ +, derived from different tissues, led to an increase in the length of S phase and of the entire cell cycle. Our studies using wild-type p16INK4a and p16G101W mutant indicated that p16INK4a induces a lengthening of S phase i) independently of tissue origins and ii) partly linked to the inhibition of CDK4/6 activity and possibly MAP-kinases. In the nucleus, p16INK4a may intervene in regulating the cell cycle independently of binding to CDK4. The expression of CDK1 is inhibited by p16INK4a in three cell lines analyzed. In MCF7 and U87cells, this inhibition is post-transcriptional, mediated by the 3' non translated region of CDK1 mRNA, and is associated with changes in the balance of the expression of microRNAs, which regulate potentially CDK1. We demonstrate that CDK1 is a target of miR-410 and miR-650, both induced by p16INK4a and the role of the inhibition of pRb/E2F pathway by p16INK4a in the induction of miR-410. Thus, p16INK4a regulates gene expression at different levels by modifying the functional balance of transcription factors and, consequently, the microRNAs

Orientador: Ney Lemke / Resumo: MicroRNAs (miRNAs) são pequenas moléculas de RNA que regulam pós-transcricionalmente a expressão de genes, modelando o transcriptoma e a produção de proteínas. Em geral, os miRNAs são conservados no genoma de eucariotos, sendo considerados elementos vitais em diversos processos biológicos durante o desenvolvimento, tais como crescimento, diferenciação e morte celular. A grande diversidade de miRNAs identificados está restrita a poucas espécies e apenas uma parte do total de alvos de miRNAs preditos foi caracterizada funcionalmente. Nesse contexto, o uso da tecnologia de sequenciamento de alto rendimento (high throughput sequencing) atrelada à análise de nível transcricional por RT-qPCR possibilitam a identificação do microRNoma. A tilápia do Nilo, Oreochromis niloticus, é considerada um excelente modelo biológico para o estudo de miRNAs em vertebrados devido à sua importância econômica e evolutiva. O presente trabalho teve como objetivos: organizar os dados do sequenciamento dos miRNAs da tilapia do Nilo; disponibilizá-los em forma de uma base de dados para a comunidade científica; integrar as informações dos miRNAs identificados com outros bancos de dados de miRNAs; analisar os dados através de análises de bioinformática para determinação de agrupamentos definidos pelo nível de expressão de cada miRNA em seis tipos de tecido (músculo branco, músculo vermelho, testículo, ovário, fígado, olho, cérebro e coração) com distinção entre os gêneros e nas fases do desenvolvimento (2,... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Nesta tese propomos um modelo estocástico multimodal para regulação da expressão gênica em nível de transcrição. A definição de um espaço de parâmetros que contém o conteúdo biológico do sistema aliada à escolha apropriada de uma base para construir a matriz de acoplamento entre os estados do sistema levaram à obtenção de soluções exatas do modelo. Tais soluções são obtidas transformando as equações mestras em equações diferenciais parciais usando a técnica das funções geradoras e escrevendo os coeficientes das equações parciais em termos dos parâmetros biológicos do modelo. No regime estacionário obtivemos uma relação de recorrência para os coeficientes das séries de potências que definem as funções geradoras e a especificação das configurações de equilíbrio do sistema permite que estas séries sejam calculadas exatamente. Com as soluções exatas calculadas não só as distribuições de probabilidade foram obtidas como os momentos das distribuições. As distribuições de probabilidade de equilíbrio apresentam estruturas multimodais com vários picos e a análise do ruído (flutuação) mostra que a existência de um estado intermediário de eficiência transcricional leva a redução do ruído global do sistema. A inspeção dos autovalores da matriz de acoplamento mostrou que existem regiões onde a dinâmica dos momentos é de caráter oscilatória com amortecimento. Diferentes esquemas de acoplamento levam à diferentes regimes transientes, tal característica revela que o sistema multimodal apresentam maior flexibilidade adaptativa quando comparado com sistemas de um ou dois estados. / In this thesis we propose a stochastic model for multimodal regulation of gene expression at the transcriptional level. The definition of a parameter space that contains the contents of the biological system coupled with the appropriate choice of a base to build the coupling matrix between the states of the system led to the exact solutions of the model. Such solutions are obtained by transforming master equations in partial differential equations using the technique of generating functions and writing the coefficients of partial equations in terms of biological parameters of the model. In the steady a recurrence relation for the coefficients of power series defining the generating functions was obtained and specification of the equilibrium configurations of the system allows the exact calculation of these series. With the exact solutions calculated not only the probability distributions were obtained but also the moments of the distributions. The equilibrium distributions probability is multimodal and presents several peaks. Analysis of the noise (fluctuation) shows that the existence of an state with intermediate transcriptional efficiency leads to a reduction of the overall system noise. Inspection of the eigenvalues of the coupling matrix showed that there are regions where the dynamics of the moments is damped oscillating. Different coupling schemes lead to different transient regimes, this feature reveals that the multimodal system have greater adaptive flexibility when compared to systems of one or two states.

Orientador: Celso Eduardo Benedetti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-11T01:25:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barbosa_RosiclerLazaro_D.pdf: 3769373 bytes, checksum: ba15f76eb9d63f64834d030ffed2482a (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O gene XF0767 de Xylella fastidiosa está localizado num operon composto por mais quatro genes classificados como proteínas hipotéticas (XF0768-XF0767-XF0766-XF0765-XF0764). Este operon está conservado em uma série de bactérias associadas a plantas, incluindo Agrobacterium tumefaciens, Mezorhizobium loti e Sinorhizobium meliloti. A região upstream ao códon de iniciação deste operon possui seqüências canônicas correspondentes a sítios -35 e ¿10 de regiões promotoras reguladas por fatores sigma70. O objetivo deste trabalho foi caracterizar o sistema de regulação do operon pela proteína XF0767, nomeada BigR (biofilm growth-associated repressor), visando à compreensão deste sistema e sua importância para a bactéria. A proteína BigR se liga na seqüência repetida invertida (9-4-9) localizada na região ¿10 do promotor do operon XF0768-0764, denominada BigRbox. BigR inibe a atividade do operon reprimindo a expressão do gene repórter GFP em Escherichia coli, Agrobacterium tumefaciens e Xylella fastidiosa. Mutações no BigRbox dos promotores de Xylella e Agrobacterium afetam a ligação do repressor e abole a transcrição do gene repórter. Esses dados indicam, portanto, que BigR compete com a RNA polimerase pelo mesmo sítio de ligação ao DNA, revelando assim o mecanismo de regulação do operon. BigR apresenta similaridade com fatores transcricionais de bactérias contendo domínio HTH (helix-turn-helix) de ligação ao DNA. Apesar de BigR ter sido inicialmente classificada como uma proteína da família SmtB/ArsR, as quais regulam operons relacionados à resistência a metais, nossos dados indicam que BigR não atua como sensor de metal. A adição de cádmio, ferro e cobre na mistura de ligação causam uma aparente dissociação do complexo DNA/BigR, entretanto, estudos in vivo na presença de metais não evidenciaram nenhuma alteração na expressão do gene repórter. Mutantes deficientes em BigR também não apresentam diferença de crescimento na presença de metais. O gene XF0768 codifica uma proteína nomeada BLH (beta-lactamase-like hydrolase) por pertencer à superfamília das metalo-beta-lactamases. Dada a presença de BigR e BLH no operon de Xylella e Agrobacterium, a atividade do operon foi analisada em diferentes condições como crescimento das células repórter in planta, co-cultivo com bactérias endofíticas e deficiência nutricional. Entretanto, uma maior atividade do operon em Xylella e Agrobacterium foi detectada apenas na condição de biofilme. Células de Agrobacterium aderidas em raiz de tabaco também apresentaram maior expressão do gene repórter quando comparadas às células em suspensão. Mutantes de Agrobacterium deficientes em BigR (bigR-) apresentam maior expressão do gene repórter, confirmando que BigR age como o repressor transcricional do operon. A quantificação da formação de biofilme das células mutante e selvagem revelou uma maior densidade de biofilme no mutante bigR- em superfície de vidro e também maior quantidade de células aderidas em raiz de tabaco, indicando que o operon pode estar envolvido com o processo de adesão ou desenvolvimento do biofilme bacteriano. Do ponto de vista estrutural, foi mostrado que a proteína BigR truncada no N-terminal (?BigR) encontra-se estruturada na forma de trímero, diferindo do observado para as proteínas com domínio HTH que em geral formam dímeros e monômeros. BigR é estável termicamente, começando a perder estrutura à 74oC, mas retendo um sinal residual de a-hélice até 90oC. Tratamentos com altas concentrações de (NH4) SO 2 4 interferiram na ligação da proteína ao DNA alvo e no conteúdo de estrutura secundária sem alterar, contudo, sua estabilidade térmica. A purificação e cristalização da proteína ?BigR resultou na coleta de alguns conjuntos de dados da proteína nativa e derivada, através de soaking ou marcada com SeMet. Apesar dos dados obtidos serem de boa qualidade, até o momento, não foi possível a resolução da estrutura cristalográfica desta proteína / Abstract: The XF0767 gene from Xylella fastidiosa is located in an operon composed by a set of genes (XF0768-XF0767-XF0766-XF0765-XF0764) of unknown function. This operon is conserved in a number of plant-associated bacteria including Agrobacterium tumefaciens, Mezorhizobium loti e Sinorhizobium meliloti. The DNA region upstream of the operon has canonical sequences corresponding to ¿35 and ¿10 elements found in sigma70-regulated promoters. The aim of this work was to elucidate the biological function of the protein encoded by XF0767, named BigR (biofilm growth-associated repressor), as a transcriptional regulator and its importance to the bacteria. BigR binds to an inverted repeat sequence (9-4-9) located in the ¿10 region of the XF0768-0764 operon promoter. This sequence was named BigRbox. BigR repressed transcription of its own operon upon binding to the BigRbox in Xylella fastidiosa and Agrobacterium tumefaciens. Mutations in the BigRbox significantly affected the repressor binding and abolished transcription of the reporter gene in both bacteria, indicating that BigR compete with the RNA polymerase for the same promoter site. BigR is similar to HTH transcriptional factors of the SmtB/ArsR family, which control tolerance and detoxification of heavy metals in prokaryotes. Despite the similarities, BigR does not appear to function as a metal sensor, as initially predicted. Although binding of BigR to its target DNA was diminished in the presence of cadmium, copper and iron, operon regulation in response to metals was not demonstrated in vivo. In addition, Agrobacterium mutants deficient in BigR did not show changes in growth rates in the presence of metals. BLH is an unusual beta-lactamase-like hydrolase coded by the XF0768 gene. To gain insights into the possible function of the operon, the activity of reporter cells was observed in the presence of different compounds and conditions including in planta growth, effect of endophytic competition and nutrient deficiency. Significantly, an increased operon activity was observed in Xylella and Agrobacterium biofilms. Agrobacterium cells attached to tobacco roots also showed high levels of reporter gene expression in comparison to cells in suspension. A. tumefaciens mutants deficient in the BigR showed constitutive expression of the operon, confirming that BigR acts as a transcriptional repressor. Biofilm quantification showed increased biofilm formation in glass surfaces as well as in tobacco roots, indicating that the operon may play a role in cell adherence or biofilm development. Structurally, the truncated BigR protein (?BigR) is a trimmer in solution, as opposed to most HTH regulators known, which are usually found as dimmers or monomers. BigR is stable at high temperatures (74oC); however, treatments with high concentrations of ammonium sulfate interfere with the protein secondary structure and its DNA binding capacity, without affecting its thermal stability. Good quality X-ray diffraction data were collected for the native and derivative ?bigR protein; however, structure resolution was not possible probably due to problems with the crystals / Doutorado / Genetica de Microorganismos / Doutor em Genetica e Biologia Molecular

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2015-11-12T18:06:58Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Iane de Oliveira Pires Porto - 2014.pdf: 1352493 bytes, checksum: 3e4c1213c96035cbae32d6eeccdd14e5 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-11-13T10:33:50Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Iane de Oliveira Pires Porto - 2014.pdf: 1352493 bytes, checksum: 3e4c1213c96035cbae32d6eeccdd14e5 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-13T10:33:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Iane de Oliveira Pires Porto - 2014.pdf: 1352493 bytes, checksum: 3e4c1213c96035cbae32d6eeccdd14e5 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-02-19 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / MicroRNAs (miRNAs) are small non-coding RNAs involved in post-transcriptional expression regulation by inducing mRNA degradation or translation inhibition. Some miRNAs are known to regulate HLA-G expression, an important immunemodulatory molecule that inhibits both Natural Killer and cytotoxic T cells through interaction with inhibitory receptors. The HLA-G is associated with maternal-fetal tolerance, tissue acceptance in transplants and the progression of tumors. The mechanisms underlying HLA-G expression control are not completely understood, however, its 3’untranslated region (3’UTR) is reported to play an important role on gene regulation influencing mRNA stability and interacting with miRNAs such as miR-148a-3p. In this study, we performed a systematic analysis of all miRNAs that are good candidates to act as HLA-G regulators. In order to determine the miRNAs with the highest potential to influence HLA-G expression, we compared the outputs of three distinct algorithms - miRanda, RNAhybrid and Pita. For this purpose, a method of miRNA inference was developed using Perl scripts to compare and filter results and a scoring system was created in order to evaluate both the binding stability of the miRNA/mRNA interaction and the miRNA specificity to its target sequence. Then, a panel of miRNAs with great potential of controlling HLA-G expression was generated. / MicroRNAs (miRNAs) são pequenos RNAs não codificantes envolvidos na regulação gênica pós-transcricional por meio da degradação da molécula de RNA mensageiro ou da inibição da tradução. Alguns miRNAs foram relatados como sendo responsáveis pela regulação da expressão do gene HLA-G, um importante imunomodulador que inibe a ação de células Natural Killer e células T citotóxicas ao interagir com receptores inibitórios. Este gene está associado à tolerância maternofetal, aceitação de tecidos após transplantes e progressão de tumores. Os mecanismos subjacentes à regulação da expressão de HLA-G não foram completamente elucidados, mas sabe-se que sua região 3’ não traduzida (3’NT) possui um papel importante na regulação gênica tanto por manter a estabilidade da molécula de mRNA quanto por interagir com miRNAs como miR-148a-3p. Neste estudo, foram inferidos miRNAs que são bons candidatos para atuarem como reguladores do gene HLA-G. Para determinar os miRNAs com o maior potencial de operarem no controle pós-transcricional dos níveis de HLA-G, comparamos os resultados de três algoritmos distintos – miRanda, RNAhybrid e Pita. Para tanto, foi desenvolvida uma estratégia de inferência de miRNAs que utiliza scripts em Perl para comparação e filtragem dos dados e um sistema de pontuação que permite avaliar tanto a estabilidade da interação miRNA/mRNA quanto a especificidade do miRNA à sua sequência alvo. Assim, um painel confiável de miRNAs com grande possibilidade de influenciar a expressão de HLA-G foi gerado considerando as regiões polimórficas e não polimórficas da região 3’NT do gene HLA-G individualmente.

Quinases dependentes de ciclinas (CDKs) compreendem uma família de proteínas que podem ser subdivididas em dois grupos funcionais majoritários baseados na sua função no ciclo celular e/ou controle transcricional. Já foram identificadas mais de 30 CDKs humanas. A CDK10 é uma proteína quinase dependente de ciclina pertencente ao grupo de quinases relacionadas à Cdc2. CDK10 é essencial na fase G2/M do ciclo celular, possivelmente no progresso dessa fase, monitorando a replicação completa do DNA e permitindo que as células passem desse ponto de restrição. Essa proteína é um importante determinante de resistência à terapia endócrina para câncer de mama. Portanto, é um alvo potencial para o desenvolvimento de inibidores, uma vez que está presente em células cancerosas. O estudo da estrutura e função da CDK10 deverá ser realizado após sua clonagem, expressão e purificação. O cDNA da CDK10 foi amplificado por reação em cadeia da polimerase (PCR), e posteriormente, o produto foi aplicado em gel de agarose para análise e purificação. O vetor de clonagem recombinante foi obtido, o qual foi clonado em células competentes e sequenciado. A obtenção do plasmídeo recombinante para expressão deu-se pela inserção do DNA nos vetores de expressão pET28a(+) e pET23a(+) (Novagen). A proteína foi expressa em células competentes e analisada por eletroforese em gel de poliacrilamida. Em seguida, a proteína obtida foi purificada em coluna de afinidade por níquel e em coluna de afinidade por ATP. Com a otimização dos resultados obtidos, será possível, futuramente, caracterizar bioquimicamente a CDK10 e elucidar suas estruturas secundária e terciária. O estudo da CDK10 irá contribuir para o entendimento da sua relação estrutura-função e sua relação com oncogenes e supressores de tumor, e o estudo estrutural para o desenvolvimento de inibidores químicos de baixo peso molecular que possa inibir especificamente a CDK10. / Cyclin-dependent kinases (CDKs) comprise a family of proteins that can be subdivided into two major groups based on their functional role in cell cycle and / or transcriptional control. Over 30 human CDKs have been identifies. CDK10 is a cyclin-dependent kinase protein that belongs to the cdc2-related kinases group. CDK10 is essential in phase G2 / M of the cell cycle, possibly in the progress of this phase, monitoring the complete DNA replication and allowing the cells to pass through this restriction point. This protein is an important determinant of resistance to endocrine therapy for breast cancer. Therefore, it is a potential target for the development of inhibitors, since it is present in cancerous cells. The study of the structure and function of CDK10 must be performed after its cloning, expression and purification. cDNA of CDK10 was amplified by polymerase chain reaction (PCR) and then the product was applied into agarose gel for analysis and purification The cloning vector was obtained, which was cloned into competent cells and sequenced. The obtaining of the recombinant plasmid for expression was due to the insertion of DNA into expression vectors pET28a(+) and pET23a(+) (Novagen). The protein was expressed in competent cells and analyzed by electrophoresis on polyacrylamide gel. Then, the obtained protein was purified by nickel affinity column and ATP affinity column. With the optimization of the results obtained, it will be possible, in the future, to biochemically characterize CDK10 and elucidate its secondary and tertiary structures. The study of CDK10 will contribute to the understanding of its structure-function relationship and its relationship with oncogenes and tumor suppressors, and the structural study for the development of low molecular weight chemical inhibitors that can specifically inhibit CDK10. The structural studies will contribute to the development of chemical inhibitors of low molecular weight that may this and other CDKs.