A comprehensive overview of miRNA targeting drought stress resistance in plants / Uma visão geral abrangente do miRNA visando a resistência ao estresse hídrico em plantas

Abstract MicroRNAs (miRNAs) are essential nonprotein-coding genes. In a range of organisms, miRNAs has been reported to play an essential role in regulating gene expressions at post-transcriptional level. They participate in most of the stress responsive processes in plants. Drought is an ultimate abiotic stress that affects the crop production. Therefore understanding drought stress responses are essential to improve the production of agricultural crops. Throughout evolution, plants have developed their own defense systems to cope with the adversities of environmental stresses. Among defensive mechanisms include the regulations of gene expression by miRNAs. Drought stress regulates the expression of some of the functionally conserved miRNAs in different plants. The given properties of miRNAs provide an insight to genetic alterations and enhancing drought resistance in cereal crops. The current review gives a summary to regulatory mechanisms in plants as well as miRNAs response to drought stresses in cereal crops. Some possible approaches and guidelines for the exploitation of drought stress miRNA responses to improve cereal crops are also described.

Resumo MicroRNAs (miRNAs) são genes essenciais não codificadores de proteínas. Em uma variedade de organismos, foi relatado que miRNAs desempenham papel essencial na regulação da expressão gênica em nível pós-transcricional. Eles participam da maioria dos processos responsivos ao estresse nas plantas. A seca é um estresse abiótico final que afeta a produção agrícola. Portanto, compreender as respostas ao estresse da seca é essencial para melhorar a produção de safras agrícolas. Ao longo da evolução, as plantas desenvolveram seus próprios sistemas de defesa para lidar com as adversidades do estresse ambiental. Entre os mecanismos de defesa está a regulação da expressão gênica por miRNAs. O estresse hídrico regula a expressão de alguns dos miRNAs funcionalmente conservados em diferentes plantas. As propriedades dadas dos miRNAs fornecem uma visão das alterações genéticas e aumentam a resistência à seca nas safras de cereais. A revisão atual apresenta um resumo dos mecanismos regulatórios nas plantas, bem como a resposta dos miRNAs ao estresse hídrico nas plantações de cereais. Algumas abordagens e diretrizes possíveis para a exploração das respostas do miRNA ao estresse da seca para melhorar as safras de cereais também são descritas.

A comprehensive overview of miRNA targeting drought stress resistance in plants / Uma visão geral abrangente do miRNA visando a resistência ao estresse hídrico em plantas

MicroRNAs (miRNAs) are essential nonprotein-coding genes. In a range of organisms, miRNAs has been reported to play an essential role in regulating gene expressions at post-transcriptional level. They participate in most of the stress responsive processes in plants. Drought is an ultimate abiotic stress that affects the crop production. Therefore understanding drought stress responses are essential to improve the production of agricultural crops. Throughout evolution, plants have developed their own defense systems to cope with the adversities of environmental stresses. Among defensive mechanisms include the regulations of gene expression by miRNAs. Drought stress regulates the expression of some of the functionally conserved miRNAs in different plants. The given properties of miRNAs provide an insight to genetic alterations and enhancing drought resistance in cereal crops. The current review gives a summary to regulatory mechanisms in plants as well as miRNAs response to drought stresses in cereal crops. Some possible approaches and guidelines for the exploitation of drought stress miRNA responses to improve cereal crops are also described.

MicroRNAs (miRNAs) são genes essenciais não codificadores de proteínas. Em uma variedade de organismos, foi relatado que miRNAs desempenham papel essencial na regulação da expressão gênica em nível pós-transcricional. Eles participam da maioria dos processos responsivos ao estresse nas plantas. A seca é um estresse abiótico final que afeta a produção agrícola. Portanto, compreender as respostas ao estresse da seca é essencial para melhorar a produção de safras agrícolas. Ao longo da evolução, as plantas desenvolveram seus próprios sistemas de defesa para lidar com as adversidades do estresse ambiental. Entre os mecanismos de defesa está a regulação da expressão gênica por miRNAs. O estresse hídrico regula a expressão de alguns dos miRNAs funcionalmente conservados em diferentes plantas. As propriedades dadas dos miRNAs fornecem uma visão das alterações genéticas e aumentam a resistência à seca nas safras de cereais. A revisão atual apresenta um resumo dos mecanismos regulatórios nas plantas, bem como a resposta dos miRNAs ao estresse hídrico nas plantações de cereais. Algumas abordagens e diretrizes possíveis para a exploração das respostas do miRNA ao estresse da seca para melhorar as safras de cereais também são descritas.

A comprehensive overview of miRNA targeting drought stress resistance in plants

Abstract MicroRNAs (miRNAs) are essential nonprotein-coding genes. In a range of organisms, miRNAs has been reported to play an essential role in regulating gene expressions at post-transcriptional level. They participate in most of the stress responsive processes in plants. Drought is an ultimate abiotic stress that affects the crop production. Therefore understanding drought stress responses are essential to improve the production of agricultural crops. Throughout evolution, plants have developed their own defense systems to cope with the adversities of environmental stresses. Among defensive mechanisms include the regulations of gene expression by miRNAs. Drought stress regulates the expression of some of the functionally conserved miRNAs in different plants. The given properties of miRNAs provide an insight to genetic alterations and enhancing drought resistance in cereal crops. The current review gives a summary to regulatory mechanisms in plants as well as miRNAs response to drought stresses in cereal crops. Some possible approaches and guidelines for the exploitation of drought stress miRNA responses to improve cereal crops are also described.

Resumo MicroRNAs (miRNAs) são genes essenciais não codificadores de proteínas. Em uma variedade de organismos, foi relatado que miRNAs desempenham papel essencial na regulação da expressão gênica em nível pós-transcricional. Eles participam da maioria dos processos responsivos ao estresse nas plantas. A seca é um estresse abiótico final que afeta a produção agrícola. Portanto, compreender as respostas ao estresse da seca é essencial para melhorar a produção de safras agrícolas. Ao longo da evolução, as plantas desenvolveram seus próprios sistemas de defesa para lidar com as adversidades do estresse ambiental. Entre os mecanismos de defesa está a regulação da expressão gênica por miRNAs. O estresse hídrico regula a expressão de alguns dos miRNAs funcionalmente conservados em diferentes plantas. As propriedades dadas dos miRNAs fornecem uma visão das alterações genéticas e aumentam a resistência à seca nas safras de cereais. A revisão atual apresenta um resumo dos mecanismos regulatórios nas plantas, bem como a resposta dos miRNAs ao estresse hídrico nas plantações de cereais. Algumas abordagens e diretrizes possíveis para a exploração das respostas do miRNA ao estresse da seca para melhorar as safras de cereais também são descritas.

Distinct transcriptional profiles of Leptospira borgpetersenii serovar Hardjo strains JB197 and HB203 cultured at different temperatures

Background: Leptospirosis is a zoonotic, bacterial disease, posing significant health risks to humans, livestock, and companion animals around the world. Symptoms range from asymptomatic to multi-organ failure in severe cases. Complex species-specific interactions exist between animal hosts and the infecting species, serovar, and strain of pathogen. Leptospira borgpetersenii serovar Hardjo strains HB203 and JB197 have a high level of genetic homology but cause different clinical presentation in the hamster model of infection; HB203 colonizes the kidney and presents with chronic shedding while JB197 causes severe organ failure and mortality. This study examines the transcriptome of L. borgpetersenii and characterizes differential gene expression profiles of strains HB203 and JB197 cultured at temperatures during routine laboratory conditions (29°C) and encountered during host infection (37°C). Methodology/Principal findings: L. borgpetersenii serovar Hardjo strains JB197 and HB203 were isolated from the kidneys of experimentally infected hamsters and maintained at 29°C and 37°C. RNAseq revealed distinct gene expression profiles; 440 genes were differentially expressed (DE) between JB197 and HB203 at 29°C, and 179 genes were DE between strains at 37°C. Comparison of JB197 cultured at 29°C and 37°C identified 135 DE genes while 41 genes were DE in HB203 with those same culture conditions. The consistent DE of ligB, which encodes the outer membrane virulence factor LigB, was validated by immunoblotting and 2D-DIGE. Differential expression of lipopolysaccharide was also observed between JB197 and HB203. Conclusions/Significance: Investigation of the L. borgpetersenii JB197 and HB203 transcriptome provides unique insight into the mechanistic differences between acute and chronic disease. Characterizing the nuances of strain to strain differences and investigating the environmental sensitivity of Leptospira to temperature is critical to the development and progress of leptospirosis prevention and treatment technologies, and is an important consideration when serovars are selected and propagated for use as bacterin vaccines as well as for the identification of novel therapeutic targets.

Micro-RNAs differentially expressed in comparative analysis of sperm samples with high and low efficiency in the in vitro production of bovine (Bos Taurus) embryos / Micro-rnas diferencialmente expressos em análise comparativa de amostras de espermatozoides com alta e baixa efi ciência na produção in vitro de embriões bovinos (bos taurus )

Infertility or subfertility in bovine males may be related to spermatic microRNAs (miRNAs), whose function seems to be associated with the regulation of gene expression, degradation orstorage of messenger RNAs (mRNAs) for later translation into early embryonic development. Thus, the purpose of this study was to identify differentially expressed miRNAs in semen samples from bulls (Bos taurus) with low and high efficiency in the in vitro embryo production (IVEP) and to evaluate if they can be used as markers of semen efficiency for IVEPs. In order to identify miRNA markers of semen efficiency in thein vitro embryo production, eight semen samples from each animal, one bull with high and two bulls with low efficiency in IVEPs were used to perform the RNAseq technique for miRNAs. Initially the samples were washed with PBS to remove the extender semen and subsequently were submitted to RNA extraction protocols performed according to procedures described by mirVana™ miRNA Isolation Kit. Then, the amplification of the miRNAs was carried out, not to mention the preparation of the library (Ion Total RNA-Seq Kit v2), the PCR emulsion reaction, enrichment, as well as the injection of the sample on the chip by the Ion Chef equipment. The sequencing was done on Ion Proton equipment. The comparison between the samples was established using two methodologies for searching for targets to increase the robustness of the analytical procedure: the miRanda program using as cutoff minimum free energy of the hybridization -20 kcal/Mol, 100% of identity between nucleotides 2 and 8 of the miRNA, and the RNAhybrid program, using as cutoff minimum free energy of hybridization -20 kcal/mol. In sum, 1306 miRNAs were identified in the samples. The bta-miR-380-5p, bta-miR-155, bta-miR-30c and bta-miR-34a genes were identified by the Bioinformatics as being strongly differentially expressed between the groups, indicating that these genes may present themselves as possible efficiency markers. However, it has become clear that there is no single miRNA that marks different types and causes of fertility problems.

A infertilidade ou subfertilidade em machos bovinos pode estar relacionada a microRNAs espermáticos (miRNAs), cuja função parece estar associada à regulação da expressão gênica, degradação ou armazenamento de RNAs mensageiros (mRNAs), para posterior tradução no desenvolvimento embrionário inicial. Assim, o objetivo deste estudo foi identificar miRNAs diferencialmente expressos em amostras de sêmen de touros (Bos taurus) com baixa e alta eficiência na produção in vitro de embriões (PIVE) e avaliar se eles podem ser utilizados como marcadores de eficiência do sêmen em PIVEs. Para identificar miRNA marcadores da eficiência de sêmen em PIVE, oito amostras de sêmen de cada animal, sendo um touro com alto e dois touros com baixa eficiência, foram utilizados para realizar a técnica de RNAseq para miRNAs. Inicialmente as amostras foram lavadas com PBS para remover o diluente do sêmen e, posteriormente, foram submetidas a protocolos de extração de RNA realizados de acordo com os procedimentos descritos pelo Kit de isolamento de miRNA mirVana ™. Em seguida, foi realizada a amplificação dos miRNAs, a preparação da biblioteca (Ion RNA-Seq Kit v2), a reação de emulsão de PCR, enriquecimento e a injeção das amostras no chip apropriado utilizando o equipamento Ion. Chef. O sequenciamento foi realizado no equipamento Ion Proton. A comparação entre as amostras foi estabelecida utilizando duas metodologias de busca de alvos para aumentar a robustez do procedimento analítico: o programa miRanda utilizando como valor de corte a energia mínima livre de hibridização -20 kcal / Mol e 100% de identidade entre os nucleotídeos 2 e 8 do miRNA, e o programa RNAhybrid, utilizando como valor de corte a energia mínima livre de hibridização -20 kcal / mol. Em suma, 1306 miRNAs foram identificados nas amostras. Os genes bta-miR-380-5p, bta-miR-155, bta-miR-30c e bta-miR-34a foram identificados pela bioinformática como sendo fortemente diferencialmente expressos entre os grupos, indicando que esses genes podem se apresentar como possíveis marcadores de eficiência. No entanto, ficou claro que não existe um único miRNA que marque diferentes tipos e causas de problemas de fertilidade.

Regulação da expressão de pioverdina dependente de contato em pseudomonas aeruginosa / Regulation of surface-dependent pyoverdine expression in Pseudomonas aeruginosa

A gama-proteobactéria Pseudomonas aeruginosa é um patógeno oportunista humano frequentemente associado a pacientes com queimadura grave e aos portadores de fibrose cística. O estabelecimento de infecção depende de uma série de fatores que contribuem para a virulência deste patógeno, dentre eles a produção de sideróforos e outros sistemas de captação de ferro. Pioverdina é o principal sideróforo sintetizado por bactérias do gênero Pseudomonas e linhagens deficientes na sua produção são incapazes de estabelecer infecção em modelos animais. A regulação da biossíntese deste sideróforo envolve a agregação entre as células, indicando a dependência de contato para completa indução da sua produção. O contato com uma superfície altera o comportamento das células e diversos fenótipos são dependentes deste sinal mecânico. PrlC é uma oligopeptidase A putativamente envolvida na degradação de peptídeo-sinais e PA14_00800, uma pequena proteína com domínio de função desconhecida, codificada por um gene imediatamente à jusante de prlC. Existem poucos trabalhos na literatura sobre PrlC e seus homólogos e nenhuma informação sobre PA14_00800. Este trabalho teve como objetivo elucidar o envolvimento de PrlC e PA14_00800 na regulação da produção de pioverdina por células em contato com uma superfície. Para estabelecer uma correlação na expressão destes genes, um estudo da organização gênica foi realizado por RT-PCR, confirmando que eles fazem parte do mesmo operon e, portanto, que a expressão destes genes é regulada pelos mesmos fatores. Ensaios classicamente modulados pelo segundo mensageiro c-di-GMP, como formação de biofilme e motilidade, não apresentaram variações nas linhagens mutantes ΔprlC, ΔPA14_00800 ou Δoperon, indicando que a deleção destes genes não altera significativamente os níveis de c-di-GMP nas células. A motilidade do tipo swarming é, no entanto, severamente afetada na linhagem ΔPA14_00800 quando o meio de cultura não contém cloreto de cálcio e glicose, indicando um defeito na sinalização celular ou requerimento energértico desta linhagem nestas condições. PA14_00800 regula a fluorescência de P. aeruginosa em meio sólido e semissólido, mas não em meio líquido. Esta fluorescência depende tanto de pioverdina quanto de PQS, umamolécula de comunicação celular fluorescente, e a possibilidade de outros fatores estarem envolvidos neste fenótipo ainda está sob investigação. Análise do transcritoma por RNASeq com a linhagem ΔPA14_00800 comparada à linhagem parental foi realizada a partir de colônias destas linhagens crescidas em M9 modificado. Genes envolvidos no sistema de secreção do tipo III e do tipo VI e na biossíntese de PQS apareceram dentre os genes diferencialmente expressos, bem como genes para o catabolismo de glicose. Este trabalho foi o primeiro a investigar o papel de PA14_00800 na fisiologia de P. aeruginosa, e os conhecimentos adquiridos aqui podem ser transpostos, com cautela, para compreensão da função dos homólogos de PA14_00800 em outras bactérias

The gamma-proteobacterium Pseudomonas aeruginosa is a human opportunistic pathogen frequently associated with patients with severe burns and those with cystic fibrosis. The establishment of infection depends on several factors that contribute to the virulence of this pathogen, among them siderophore production and other iron uptake systems. Pyoverdine is the main siderophore synthesized by the bacteria of the genus Pseudômonas and pyoverdinedeficient strains are unable to establish infection in animal models. The regulation of biosynthesis of this siderophore involves cell aggregation, indicating contact dependency for complete induction of pyoverdine production. Surface contact alters cell behavior and several phenotypes are dependent on this mechanical cue. PrlC is an oligopeptidase A putatively involved in peptide-signals degradation and PA14_00800, a small protein with a domain of unknown function, encoded by a gene immediately downstream of prlC. There are few papers in the literature on PrlC and its homologues and no information on PA14_00800. This work aimed to elucidate the role of PrlC and PA14_00800 in surface-dependent regulation of pyoverdine production. To establish a correlation in the expression of these genes, a study of the gene organization was performed by RT-PCR, confirming that they are part of an operon and therefore the expression of these genes is regulated by the same factors. Traits classically modulated by the second messenger c-di-GMP, such as biofilm formation and motility, did not show variations in the ΔprlC, ΔPA14_00800 or Δoperon, indicating that the deletion of these genes does not significantly alter the levels of c-di-GMP within the cells. Swarming motility is, however, severely affected in the strain ΔPA14_00800 when the culture medium does not contain calcium chloride and glucose, indicating a cell signaling defect or energetic requirement under these conditions. PA14_00800 regulates surface-dependent fluorescence of P. aeruginosa, in solid and semi-solid medium. This fluorescence depends on both pyoverdine and PQS, a fluorescent cell-to-cell communication molecule, and the investigation of other putative factors involved in this phenotype is still under study. Transcriptomic analysis by RNASeq with the strain ΔPA14_00800 compared to PA14 was performed from colonies ofthese strains grown in modified M9 1% agar. Genes involved in the type III and type VI secretion systems, in PQS biosynthesis and glucose catabolism were differentially expressed. This work was the first to investigate the role of PA14_00800 in the physiology of P. aeruginosa, and the knowledge obtained here can be cautiously transposed to understanding the role of PA14_00800 homologues in other bactéria

Role of non-coding RNAs in non-aging-related neurological disorders

Protein coding sequences represent only 2% of the human genome. Recent advances have demonstrated that a significant portion of the genome is actively transcribed as non-coding RNA molecules. These non-coding RNAs are emerging as key players in the regulation of biological processes, and act as "fine-tuners" of gene expression. Neurological disorders are caused by a wide range of genetic mutations, epigenetic and environmental factors, and the exact pathophysiology of many of these conditions is still unknown. It is currently recognized that dysregulations in the expression of non-coding RNAs are present in many neurological disorders and may be relevant in the mechanisms leading to disease. In addition, circulating non-coding RNAs are emerging as potential biomarkers with great potential impact in clinical practice. In this review, we discuss mainly the role of microRNAs and long non-coding RNAs in several neurological disorders, such as epilepsy, Huntington disease, fragile X-associated ataxia, spinocerebellar ataxias, amyotrophic lateral sclerosis (ALS), and pain. In addition, we give information about the conditions where microRNAs have demonstrated to be potential biomarkers such as in epilepsy, pain, and ALS.

Regulation of aquaporins in plants under stress

Abstract Aquaporins (AQP) are channel proteins belonging to the Major Intrinsic Protein (MIP) superfamily that play an important role in plant water relations. The main role of aquaporins in plants is transport of water and other small neutral molecules across cellular biological membranes. AQPs have remarkable features to provide an efficient and often, specific water flow and enable them to transport water into and out of the cells along the water potential gradient. Plant AQPs are classified into five main subfamilies including the plasma membrane intrinsic proteins (PIPs), tonoplast intrinsic proteins (TIPs), nodulin 26 like intrinsic proteins (NIPs), small basic intrinsic proteins (SIPs) and X intrinsic proteins (XIPs). AQPs are localized in the cell membranes and are found in all living cells. However, most of the AQPs that have been described in plants are localized to the tonoplast and plasma membranes. Regulation of AQP activity and gene expression, are also considered as a part of the adaptation mechanisms to stress conditions and rely on complex processes and signaling pathways as well as complex transcriptional, translational and posttranscriptional factors. Gating of AQPs through different mechanisms, such as phosphorylation, tetramerization, pH, cations, reactive oxygen species, phytohormones and other chemical agents, may play a key role in plant responses to environmental stresses by maintaining the uptake and movement of water in the plant body.

Um novo gene de Pseudomonas aeruginosa envolvido em percepção de quórum / A novel gene involved in Pseudomonas aeruginosa quorum sensing

Pseudomonas aeruginosa é uma gamaproteobactéria com capacidade de colonizar diversos tipos de ambiente e infectar hospedeiros filogeneticamente distintos. Em humanos, comporta-se como um patógeno oportunista,estando frequentemente relacionada à infecções em indivíduos imunocomprometidos e indivíduos portadores de fibrose cística. Um mecanismo importante para a versatilidade de P. aeruginosa é o sistema de percepção de quórum (QS), onde a bactéria pode vincular expressão gênica à densidade populacional e às características do ambiente. Atualmente, sabe-se que muitos outros reguladores estão interligados com QS, entre eles, a proteína reguladora RsmA e os pequenos RNAs RsmZ e RsmY. Além disso, diversos fatores importantes para a patogenicidade da bactéria são reguladas por QS. Em P. aeruginosa PA14, um fator importante para a patogenicidade em diversos hospedeiros é a proteína KerV, cujo envolvimento com QS foi descrito pela primeira vez neste trabalho. A linhagem D12, que possui uma deleção no gene kerV, mostrou alterações em fenótipos regulados por QS, como a maior produção de piocianina, composto que contribui para virulência e persistência das infecções causada por P. aeruginosa. Por ser facilmente detectável e pela regulação de sua síntese não ter sido completamente explorada em PA14, a expressão dos genes responsáveis pela produção de piocianina é um interessante repórter na investigação do possível envolvimento de KerV com QS. Além de piocianina, D12 apresenta níveis reduzidos de ramnolipídeos. Esses fenótipos somados se assemelham aos fenótipos da mutação de rsmA, sugerindo o envolvimento de KerV com os sistemas QS e Gac-Rsm direta ou indiretamente. Neste trabalho, mostramos que KerV exerce um efeito negativo na regulação dos operons phz1 e phz2, responsáveis pela síntese de piocianina, alterando a expressão desses genes. KerV exerce também um efeito positivo na expressão da proteína RsmA, responsável pela repressão de diversos genes alvos, onde RsmA se liga ao sítio de ligação ao ribossomo no mRNA, impedindo a tradução. Ensaios de gel shift mostraram que a ligação direta de RsmA na sequência líder de phzA1 e phzA2 ocorre, elucidando a maneira pela qual KerV está envolvido na regulação da expressão dos operons phz em P. aeruginosa PA14. Mostramos também que phz2 é ativo e contribui para a síntese de piocianina, pois na ausência de phz1, os níveis do pigmento são maiores do que aqueles detectados em PA14. Isso sugere uma maior expressão de phz2 e uma regulação diferencial dos operons de acordo com as condições ambientais como possível estratégia para manter os níveis desse composto. Uma evidência dessa regulação diferencial é vista no mutante lasR. Na fase inicial de crescimento, esse mutante não produz piocianina, porém quando exposto a tempos mais longos de cultivo, a produção de piocianina é maior quando comparada a PA14. Isso é reflexo da ativação da expressão de phz1 no mutante lasR em fase estacionária tardia, enquanto phz2 permanece não expresso. Isso indica que phz2 é dependente de LasR, ainda que indiretamente. Já phz1, embora tenha sua expressão influenciada por LasR no estágio inicial de crescimento, na fase estacionária é regulado por outros fatores independentes de las

Pseudomonas aeruginosa is a gammaproteobacterium that colonizes several environments and infects phylogenetically distinct hosts. It behaves as an opportunistic pathogen in humans, often related to infection in immunocompromised individuals and cystic fibrosis patients. An important mechanism for P. aeruginosa versatility is the quorum sensing (QS) network, that allows bacteria to link gene expression to population density and environmental traits. Several additional regulators are interconnected with QS, as the regulatory mRNA binding protein RsmA and the non-coding small RNAs RsmZ and RsmY. Futhermore, key factors for pathogenicity are QS-regulated. In P. aeruginosa PA14, an important pathogenicity-related factor is the KerV protein, described for the first time here as involved in QS. D12 strain, that harbor a deletion in the kerV gene, shows alterations in QS-regulated phenotypes, such as high production of pyocyanin, a compound that contributes to virulence and persistence of P. aeruginosa infections. As the production of pyocyanin is easily detected and all mechanisms involved in its synthesis regulation are not fully described, the expression of genes responsible for production of this pigment is a good reporter to investigate KerV involvement in the QS network. Additionally, D12 also shows lower levels of rhamnolipids, another QS-regulated trait. Taken together, these phenotypes resemble the effects of a rsmA mutation, suggesting KerV involvement with QS and Gac-Rsm systems. In this work, we propose that KerV exerts a negative effect in the regulation of phz1 and phz2 operons, responsible for pyocyanin synthesis, by alterating the expression of these genes. KerV also has a positive effect on rsmA expression, responsible for the repression of several genes by blocking the ribosome binding site preventing the translation. Gel shift assays showed that RsmA binds directly in the leader sequence of phzA1 and phzA2, elucidating the manner in which KerV is involved in the regulation of phz operons expression in P. aeruginosa PA14. We also demonstrate that phz2 is actively expressed and contributes to pyocyanin production in PA14, since in the phz1 mutant the levels of pyocyanin are even higher than in the wild type strain. This suggests a phz2 higher expression and a differential regulation of phz operons according to environmental changes as a mechanism to maintain the levels of pyocyanin synthesis. An evidence for this regulation is the synthesis of pyocyanin by the lasR mutant, which does not make pyocyanin at early growth stages. However, at late stationary phase, pyocyanin production is even higher than in the wild-type strain, reflecting the LasR-independent regulation of phz1 expression, while phz2 operon remains silent

The central role of RNA in the genetic programming of complex organisms

Notwithstanding lineage-specific variations, the number and type of protein-coding genes remain relatively static across the animal kingdom. By contrast there has been a massive expansion in the extent of genomic non-proteincoding sequences with increasing developmental complexity. These non-coding sequences are, in fact, transcribed in a regulated manner to produce large numbers of large and small non-protein-coding RNAs that control gene expression at many levels including chromatin architecture, post-transcriptional processing and translation. Moreover, many RNAs are edited, especially in the nervous system, which may be the basis of epigenome-environment interactions and the function of the brain.

Apesar das variações linhagem-específicas, o número e tipo de genes codificadores de proteínas permanecem relativamente estáticos no reino animal. Em contraste, houve uma expansão maciça da quantidade de sequências genômicas não-codificadoras de proteínas com o aumento da complexidade do desenvolvimento. Essas sequências não codificadoras são, de fato, transcritas de maneira regulada para produzirem numerosos RNAs grandes e pequenos não-codificadores de proteínas que controlam a expressão de genes em vários níveis, incluindo a arquitetura da cromatina, o processamento pós-transcricional e a tradução. Além disso, muitos RNAs são editados, especialmente no sistema nervoso, o que pode ser a base de interações epigenoma-ambiente e a função do cérebro.

Aggregatibacter actinomycetemcomitansarcB influences hydrophobic properties, biofilm formation and adhesion to hydroxyapatite / arcB em Aggregatibacter actinomycetmcomitans influencia propriedades hidrofóbicas, formação de biofilme e aderência a hidroxiapatita

The regulation of gene expression in the oral pathogen Aggregatibacter actinomycetemcomitans is still not fully elucidated. ArcAB is a two-component system which allows facultative anaerobic bacteria to sense various respiratory growth conditions and adapt their gene expression accordingly. This study investigated in A. actinomycetemcomitans the role of arcB on the regulation of biofilm formation, adhesion to saliva coated hydroxyapatite (SHA) and the hydrophobic properties of the cell. These phenotypic traits were determined for an A. actinomycetemcomitansarcB deficient type and a wild type strain. Differences in hydrophobic properties were shown at early and late exponential growth phases under microaerobic incubation and at late exponential phase under anaerobiosis. The arcB mutant formed less biofilm than the wild type strain when grown under anaerobic incubation, but displayed higher biofilm formation activity under microaerobic conditions. The adherence to SHA was significantly lower in the mutant when compared with the wild type strain. These results suggest that the transmembrane sensor kinase arcB, in A. actinomycetemcomitans, senses redox growth conditions and regulates the expression of surface components of the bacterial cell related to biofilm formation and adhesion to saliva coated surfaces.

A regulação da expressão gênica do patógeno oral Aggregatibacter actinomycetemcomitans não está completamente descrita. O sistema de dois componentes ArcAB permite que bactérias anaeróbias facultativas percebam diferenças nas condições respiratórias durante sua multiplicação e adaptem a expressão de genes à estas condições. Este estudo investigou em A. actinomycetemcomitans o papel de arcB na regulação da formação de biofilme, aderência à hidroxiapatita recoberta por saliva (SHA) e nas propriedades hidrofóbicas celulares. Estas características fenotípicas foram determinadas para uma linhagem de A. actinomycetemcomitans deficiente em arcB e para uma linhagem selvagem. Foram observadas diferenças nas propriedades hidrofóbicas entre as linhagens quando estas foram cultivadas em ambiente microaerófilo até início e final de fase exponencial e quando foram cultivadas em ambiente anaeróbio até final de fase exponencial. A linhagem arcB mutante formou menos biofilme do que a linhagem selvagem quando estas foram cultivadas sob incubação anaeróbica, porém, apresentou maior formação de biofilme quando a incubação foi realizada em condições de microaerofilia. A aderência à SHA apresentada pela linhagem mutante foi significantemente menor do que a observada pela linhagem selvagem. Estes estudos sugerem que a quinase sensora arcB, em A. actinomycetemcomitans, percebe as condições redox de multiplicação e regula a expressão de componentes de superfície bacterianos relacionados à formação de biofilme e adesão a superfícies recobertas com saliva.

What new cell biology findings could bring to therapeutics: is it time for a phenome-project in Toxoplasma gondii?

"If you know the enemy and know yourself, you need not fear the result of a hundred battles. If you know yourself but not the enemy, for every victory gained you will also suffer a defeat" (SunTzu the Art of War, 544-496 BC). Although written for the managing of conflicts and winning clear victories, this basic guideline can be directly transferred to our battle against apicomplexan parasites and how to focus future basic research in order to transfer the gained knowledge to a therapeutic intervention stratey. Over the last two decades the establishment of several key-technologies, by different groups working on Toxoplasma gondii, made this important human pathogen accessible to modern approaches in molecular cell biology. In fact more and more researchers get attracted to this easy accessible model organism to study specific biological questions, unique to apicomplexans. This fascinating, unique biology might provide us with new therapeutic options in our battle against apicomplexan parasites by finding its Achilles' heel. In this article we argue that in the absence of a powerful high throughput technology for the characterisation of essential gene of interests a coordinated effort should be undertaken to convert our knowledge of the genome into one of the phenome.

Environmental exposures and gene regulation in disease etiology: [review]

Health or disease is shaped for all individuals by interactions between their genes and environment. Exactly how the environment changes gene expression and how this can lead to disease are being explored in a fruitful new approach to environmental health research, representative studies of which are reviewed here. We searched Web of Science and references of relevant publications to understand the diversity of gene regulatory mechanisms affected by environmental exposures with disease implications. Pharmaceuticals, pesticides, air pollutants, industrial chemicals, heavy metals, hormones, nutrition, and behavior can change gene expression through a broad array of gene regulatory mechanisms. Furthermore, chemically induced changes in gene regulation are associated with serious and complex human diseases, including cancer, diabetes and obesity, infertility, respiratory diseases, allergies, and neurodegenerative disorders such as Parkinson and Alzheimer diseases. The reviewed studies indicate that genetic predisposition for disease is best predicted in the context of environmental exposures. And the genetic mechanisms investigated in these studies offer new avenues for risk assessment research. Finally, we are likely to witness dramatic improvements in human health, and reductions in medical costs, if environmental pollution is decreased.

Saúde e doença resultam da interação entre genes e o ambiente em que os indivíduos vivem. Vários estudos analisados neste artigo vêm explorando, com bons resultados, o modo como o ambiente modifica a expressão dos genes e como isso pode provocar doenças. Buscamos nas bases de dados científicas e referências de publicações relevantes, estudos que nos levaram a entender a diversidade de formas pelas quais os mecanismos regulatórios dos genes são afetados por exposições ambientais e implicam adoecimento. Medicamentos, pesticidas, poluentes do ar, produtos químicos, metais pesados, hormônios, produtos de nutrição e comportamentos podem mudar a expressão genética por meio de uma quantidade enorme de mecanismos regulatórios dos genes. Ademais, mudanças quimicamente induzidas na regulação do gene estão associadas a enfermidades graves e complexas, como é o caso do câncer, diabetes, infertilidade, doenças respiratórias, alergias e problemas neurodegenerativos como o mal de Parkinson e Alzheimer. Os estudos revistos indicam que uma predisposição genética para determinada doença é melhor prevista no contexto das exposições ambientais. E os mecanismos genéticos examinados nesses estudos oferecem novos caminhos para pesquisas sobre avaliação de risco.

MicroRNAs: nova classe de reguladores gênicos envolvidos na função endócrina e câncer / MicroRNAs: novel class of gene regulators involved in endocrine function and cancer / MicroRNAs: novel class of gene regulators involved in endocrine function and cancer

MicroRNAs (miRNAs) representam uma nova classe de RNAs endógenos de ~22 nucleotídeos, que atuam como silenciadores pós-transcricionais, inibindo a tradução de RNAs mensageiros-alvo. Descobertos há pouco mais de uma década em Caenorhabditis elegans, os miRNAs são hoje reconhecidos como reguladores fundamentais da expressão gênica em plantas e animais. Até o momento, identificaram-se 462 genes de miRNA no genoma humano e estima-se que esse número supere 1000 miRNAs distintos. Análises bioinformáticas indicam que um único miRNA atue em diversos RNAs mensageiros, influenciando múltiplas vias de sinalização concomitantemente e apresentando enorme potencial regulatório. Apesar da biologia dos miRNAs ser ainda pouco entendida, essas moléculas já foram relacionadas a diversos processos biológicos. Além disso, a expressão anômala destes pequenos RNAs tem sido associada a diferentes patologias humanas, inclusive aquelas relacionadas ao sistema endócrino e câncer.

MicroRNAs (miRNAs) represent a novel class of endogenous ~22-nucleotide RNAs that negatively regulate gene expression by inhibiting translation of target RNAs. Discovered just over a decade ago in Caenorhabditis elegans, miRNAs are now recognized as one of the major regulatory gene families in plants and animals. In the human genome, 462 miRNA genes have been discovered and the estimated number of miRNAs is as high as 1000. Bioinformatics analysis indicated that a unique miRNA acts on several mRNA, influencing multiple signaling pathways concomitantly, thus presenting enormous regulatory potential. Although the biology of miRNAs is not well understood, recent evidences have linked these molecules to diverse biological processes. Moreover, aberrant expression of miRNAs has been associated to human disease, including that related to the endocrine system and cancer.

Cloning and characterization of the gene encoding the PepF endopeptidase from the aquatic bacterium Caulobacter crescentus

The metallopeptidases have a very important role in bacteria, being involved in several processes that rely on protein turnover, such as nutrition, degradation of signal peptides, protein localization and virulence. We have cloned and characterized the gene of the metalloendopeptidase PepF from the aquatic bacterium Caulobacter crescentus. The gene upstream of pepF (orf1) encodes a conserved hypothetical protein found in Mycobacterium and Streptomyces. pepF is co-transcribed with the gene downstream (orf3), which encodes a protein that belongs to the ABC1 protein kinase family, suggesting that these two proteins may share a common function in the cell. The C. crescentus PepF protein possesses the conserved HEXGH motif present in zinc binding domains of PepF homologs. Disruption of the pepF gene by insertion of a vector sequence did not produced any growth defect, but the mutant strain possesses only 30% of the specific activity of endopeptidases present in the wild type strain. Deletions and point mutations in the regulatory region showed that there are two putative promoter regions, and the operon expression is independent of the transcription regulator CtrA. The results indicate that PepF is not essential for either growth or development of this bacterium using peptides as the sole carbon source, suggesting that other peptidases can be sharing this function.

As metalopeptidases têm papel importante em bactérias, estando envolvidas em vários processos que dependem de reciclagem de proteínas, como nutrição, degradação de peptídios-sinal, localização de proteínas e virulência. Nós clonamos e caracterizamos o gene da metaloendopeptidase PepF da bactéria aquática Caulobacter crescentus. O gene a montante de pepF (orf1) codifica uma proteína hipotética conservada encontrada em Mycobacterium e Streptomyces. pepF é co-transcrito com o gene a juzante (orf3), que codifica uma proteína pertencente à família ABC1 de proteínas quinases, sugerindo que estas duas proteínas podem compartilhar uma função comum na célula. A proteína PepF de C. crescentus possui o motivo HEXGH presente nos domínios de ligação de zinco de homólogos de PepF. A interrupção do gene pepF por inserção de sequência de DNA de um vetor não gerou nenhum defeito de crescimento, mas a linhagem mutante possui apenas 30% da atividade especifica de endopeptidases presentes na linhagem selvagem. Deleções e mutações pontuais na região regulatória mostraram que há duas possíveis regiões promotoras, e a expressão do operon é independente do regulador de transcrição CtrA. Os resultados indicam que PepF não é essencial para o crescimento desta bactéria utilizando peptídios como fonte de carbono, sugerindo que outras peptidases possam estar realizando esta função.