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Tesis Doctoral
DOI
https://doi.org/10.11606/T.42.2019.tde-12012024-182559
Documento
Autor
Nombre completo
Rosana Beatriz Duque Araujo
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2019
Director
Tribunal
Wunderlich, Gerhard (Presidente)
Costa, Fábio Trindade Maranhão
Dutra, Marcos Leoni Gazarini
Malnic, Bettina
Título en portugués
Estudo sobre o mecanismo de transcrição dos genes rif (repetitive interspersed family) no Plasmodium falciparum e o papel da demetilase putativa LSD1, como possível modificador de histonas em&n.
Palabras clave en portugués
desmetilases
genes rif
P. berghei
Plasmodium falciparum
Resumen en portugués
Todas as espécies de Plasmodium possuem famílias de genes variantes que podem mediar o escape do sistema imune do hospedeiro vertebrado. No Plasmodium falciparum, a família dos genes rif codifica para antígenos variantes que são parcialmente expostos na superfície das hemácias infectadas e podem funcionar como fatores de virulência por meio da interação com os receptores das células hospedeiras. O controle da expressão dos genes rif, no entanto, não é claro e vários estudos relataram resultados contraditórios. Aqui, abordamos o modo de transcrição de rif usando duas abordagens, a primeira foi um vetor plasmídico com dois marcadores de resistência a drogas. Neste vetor, uma região a upstream rif 5' controlava a expressão de um dos marcadores de resistência, enquanto as linhas de parasitas transfectantes são selecionadas com o segundo marcador, expresso constitutivamente. Ao testar três diferentes regiões upstream rif 5', descobrimos que uma era impossível de ser ativada, a segunda era constitutivamente expressa, enquanto uma terceira região upstream apresento atividade que variava amplamente com a pressão da droga aplicada na cultura. Essa construção também se integrou ao genoma. Quando a transcrição global de genes rif nesses transfectantes foi comparada na presença ou ausência das drogas de seleção, observamos que a ativação /silenciamento de todos os outros loci rif não mudou profundamente entre as cepas. Na segunda abordagem, foi usado o plasmídeo prifGFPHA2A-BSDglmS. Este plasmídeo possui um marcador de resistência expresso constitutivamente, permitindo a seleção de linhas de parasitas transfectadas. O segundo marcador é então usado para selecionar/promover a expressão dos genes rif alvo. O segundo marcador só é transcrito se ocorrer um knockin no gene alvo, o que levou à criação de um gene híbrido, contendo o gene alvo, gfp-ha e o marcadador de resistência, ambos controlados pelo promotor genômico original do gene rif alvo. Quando ocorreu a recombinação, devido à região de homologia da seqüência rif, os parasitas modificados produziram uma proteína fundida, RIFIN-GFP-HA-2A-BSD. Essa construção também tinha a seqüência glmS, que forma uma ribozima uma vez que o RNA é sintetizado, permitindo truncar condicionalmente o transcrito de rif-gfpha-2a-bsd. Após a integração em um dos locos rif, observamos que, apesar da funcionalidade do construto 2A-BSD-glms, não conseguimos obter RNA suficiente para realizar qualquer ensaio funcional. Provavelmente, o promotor rif alvo produziu pouco transcrito para produzir blasticidina desaminase suficiente e manter os níveis adequados de parasitemia. Em esta parte do trabalho, concluímos que ou não há crosstalk entre os loci rif ou que, diferente aos promotores var, apenas a região 5' upstream a dos genes rif não é capaz de promover o mecanismo de transcrição por exclusão alélica nos genes rif. Também é possível que a subfamília B dos genes rif seja regulada de uma maneira diferente em comparação com a subfamília rif A. Entre os fatores que podem afetar a transcrição de genes variantes em P. falciparum estão a metilação do DNA, modificações de cromatina, proteínas de ligação à cromatina e talvez RNAs não codificantes. P. falciparum possui duas famílias desmetilases de lisina de histona que empregam dois mecanismos moleculares diferentes de desmetilação, e no seu genoma contém pelo menos uma LSD1. A proteína PfLSD1 desmetila especificamente histona 3 mono ou dimetilada na lisina 4 ou 9. Neste trabalho, exploramos a função da LSD1 putativa do P. falciparum na dinâmica de transcrição de genes variantes e outras famílias de genes, bem como sua interação com outras proteínas. Foi gerada a linhagem de parasitas transgênicos PfLSD1GFPHAglmS. A eficiência do knockdown ao nível transcricional foi avaliada via RT-qPCR e ao nível proteico por ensaios de Western blot. Foi realizada uma análise de espectrometria de massa (MS) após o pull-down da PfLSD1 marcada com HA para explorar as interações proteicas, e para explorar a resposta transcricional ao nível global do parasita quando o PfLSD1 era abolida, foi feita uma análise de seqüenciamento por RNA-Seq. Observamos que o knockdown de PfLSD1 leva a uma diminuição significativa do nível de transcrição do Pflsd1, no entanto, não afetou a viabilidade do parasita pelo menos durante o estágio eritrocitário. O resultado do ensaio de MS sugeriu uma interação entre a PfLSD1 e a histona H3 e outras proteínas de remodelação da cromatina no estágio de trofozoíto. Na análise por RT-qPCR e RNA-Seq, não foi possível observar nenhuma alteração significativa no perfil transcricional dos genes variantes. Em vez disso, os genes que mostram alteração mais significativa foram os genes relacionados ao metabolismo do DNA e desenvolvimento sexual. Nossos resultados sugerem que a PfLSD1 não participa da dinâmica transcricional da variação antigênica. No entanto, no knockout do roedor P. berghei LSD1 a linhagem de parasitas P.berghei PbOokluc-LSD1KO mostrou uma formação atrasada ou incompleta de formas de oocineto. De acordo com os dados do transcriptoma de estudos, sugerimos que as proteínas LSD1 dos parasitas Plasmodium podem participar da regulação epigenética dos estágios sexuais dos parasitas, possivelmente das formas oocineto.
Título en inglés
Studies on the transcription mechanism of rif (repetitive interspersed family) genes of Plasmodium falciparum and the role of the putative Lysine Specific Demethylase 1 (LSD1) as possible histone modifier in Plasmodium spp.
Palabras clave en inglés
Plasmodium falciparum
demethylases
P. berghei
rif genes
Resumen en inglés
All Plasmodium species possess variant gene families which may mediate immune escape in the vertebrate host. In Plasmodium falciparum, the rif gene family encodes variant antigens which are partly exposed on the infected red blood cell surface and may function as virulence factors through interaction with host cell receptors. The expression control of rif genes, however, is unclear and several studies reported contradictory results. Herein, we addressed the mode of rif transcription using two approaches, the first one was a plasmid vector with two drug resistance markers. In this vector a rif 5' upstream region controlled the expression of one drug resistance marker while transfectant parasite lines are selected with the second, constitutively expressed marker. When testing three different rif 5' upstream regions, we found that one was impossible to be activated, the second was constitutively expressed while a third region showed activity that largely varied with the drug pressure applied in the culture. This construct had also integrated in the genome. When the global transcription of rif genes in these transfectants was compared in the presence or absence of drugs, we observed that the activation/silencing of all other rif loci did not change profoundly between strains. In the second approach, the prifGFPHA2A-bsdglmS plasmid was employed. This plasmid has one constitutively expressed resistance marker permitting the selection of transfected parasite lines. The second marker is then used to select/promote the expression of targeted rif genes. The second marker is only transcribed if a knockin in the target gene occurred, which led to the creation of a hybrid gene, containing the target gene, gfp-ha and the resistance, both of which controlled by the original genomic rif target gene promoter. When a single recombination event occurred, due to the rif homology region, the modified parasites produced a fused protein, RIFIN-GFP-HA-2A-BSD. This construct also had the glmS sequence, which forms a ribozyme once the RNA is synthesized, permitting to conditionally deplete the rif-gfpha-2a-bsd transcript. After the integration in one of the rif loci, we observed that despite the functionality of the 2A-BSD-glms construct, we were unable to obtain enough RNA to perform any functional assay. Probably, the targeted rif promoter produced too few transcript to produce enough blasticidin deaminase and to maintain the adequate levels of parasitemia. For this part of the work, we conclude that either there is no crosstalk between rif loci or that - unlike var promoters - solely the 5' upstream region of rif genes is not able to engage in a yet elusive system of allelic exclusion of rif gene transcription. Also is possible that the B subfamily of rif genes is differentially regulated compared to the rif A subfamily. Between the factors that could affect variant gene transcription in P. falciparum are DNA methylation, dynamic chromatin modifications, chromatin binding proteins and perhaps non-coding RNAs. P. falciparum possess two families of histone lysine demethylases that employ two different molecular mechanisms of demethylation, and its genome contains at least one LSD1. The PfLSD1 protein specifically demethylates mono- or dimethylated histone H3 lysine 4 and H3 lysine 9. In this work, we explore the function of the putative P. falciparum LSD1 on variant gene transcription dynamics and other gene families, as well its interaction with other proteins. We generated PfLSD1GFPHAglmS-transgenic parasites lines. The efficiency of the transcriptional knockdown was evaluated via RT-qPCR and western blot assays. A mass spectrometry analysis after pull-down of HA-tagged PfLSD1 was performed to explore its protein interactions and RNA-Seq analysis to explore the global transcriptional response of the parasite when PfLSD1 was knocked down. We observed that PfLSD1 knockdown leads to a significant decrease of its transcript level, however, it did not affect the parasite viability at least during the erythrocyte stage. An interaction between HA-tagged LSD1 and the histone H3 and different chromatin remodeling proteins was suggested by MS assay at the trophozoite stage. In RT-qPCR and RNA-Seq analysis we couldnt observe any significant alteration in the transcriptional profile of variant genes. Instead, the genes that show most significant alteration were genes related with DNA metabolism and sexual development. Our results suggest that the PfLSD1 does not participate in antigenic variation dynamics. Nevertheless, the knockout of rodent P. berghei LSD1 in a P. berghei PbOokluc-LSD1KO parasite line, led to a delayed or incomplete formation of ookinete forms. In agreement with transcriptome data from other studies, we suggest that Plasmodium LSD1 proteins may participate in the epigenetic regulation of sexual stages of Plasmodium parasites, possibly downstream of ookinete forms.
 
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Fecha de Liberación
2026-01-11
Fecha de Publicación
2024-01-16
 
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