Thesis
O papel das proteínas dedo de zinco TcZC3H39, TcZC3H29 e TcZC3HTTP no metabolismo de RNA do Trypanosoma cruzi
Registro en:
ROMAGNOLI, Bruno Accioly Alves. O papel das proteínas dedo de zinco TcZC3H39, TcZC3H29 e TcZC3HTTP no metabolismo de RNA do Trypanosoma cruzi. 2020. 101 f. Tese (Doutorado em Biociências e Biotecnologia) - Instituto Carlos Chagas, Fundação Oswaldo Cruz, Curitiba, 2020.
Autor
Romagnoli, Bruno Accioly Alves
Resumen
A regulação pós-transcricional da expressão gênica é essencial para a adaptação e sobrevivência do Trypanosoma cruzi às diferentes condições impostas pelos seus hospedeiros durante seu ciclo de vida. Parte dessa regulação é exercida por proteínas de ligação ao RNA (RBPs) que interagem com os RNAs e coordenam seus destinos na célula. Dentre as diferentes famílias de proteínas que compõem o repertório de RBPs no T. cruzi, estão as que apresentam o domínio dedo de zinco C3H. As proteínas TcZC3H39, TcZC3H29 e TcZC3HTTP possuem esse domínio e foram objetos de estudo de trabalhos anteriores, os quais avaliaram a expressão, localização celular e os possíveis transcritos alvos dessas proteínas. Uma estratégia que permite avaliar um fenótipo associado a um gene específico é a utilização de abordagens de genética reversa como o nocaute gênico. Recentemente a implementação do sistema de edição gênica CRISPR/Cas9 emergiu como um método alternativo às estratégias existentes, em geral de baixa eficiência, para realização de nocaute gênico em T. cruzi. Sendo assim, como forma de avaliar o papel dessas três proteínas dedo de zinco na regulação da expressão gênica desse parasito, propôs-se utilizar o sistema CRISPR/Cas9 para nocautear os genes de TcZC3H39, TcZC3H29 e TcZC3HTTP e avaliar os respectivos fenótipos associados. Inicialmente, propôs-se uma adaptação às estratégias descritas anteriormente para o nocaute gênico via sistema CRISPR/Cas9 em T. cruzi. Após o estabelecimento dessa metodologia, partiu-se para o nocaute dos genes tczc3h39 e tczc3h29 e tczc3http. A indução do nocaute dessas RBPs promoveu grandes alterações morfológicas no ciclo celular, além do comprometimento da viabilidade dos parasitos afetados, sugerindo que esses genes poderiam ser essenciais para o T. cruzi. No entanto, apesar das evidências de disrupção dos genes tczc3h29 e tczc3http a nível proteico, não foi possível confirmar a edição desses genes a nível de DNA. Para contornar essa situação, implementou-se na estratégia de nocaute desenvolvida a presença de uma molécula de DNA simples fita (DNA donor), contendo um sítio de restrição enzimático e sequência correspondente a códons de paradas, para direcionar o reparo e garantir a disrupção gênica dos genes alvos. A incorporação do DNA donor à estratégia reduziu, mas não eliminou, a presença dos fenótipos aberrantes encontrados na indução do nocaute dessas RBPs, indicando, portanto, uma relação entre os fenótipos observados e os genes afetados. A partir dessa nova adaptação, foi observada a presença de parasitos hemi-nocautes para TcZC3H39, TcZC3H29 ou TcZC3HTTP. Uma nova eletroporação, com gRNAs e DNA donors para edição do alelo remanescente, resultou na obtenção de clones nocautes para TcZC3HTTP. Apesar de viáveis, os parasitos apresentaram uma redução na proliferação na ausência de TcZC3HTTP. Os clones hemi-nocautes para TcZC3H39 e TcZC3H29 também impactaram negativamente na curva de crescimento de T. cruzi, sustentado a possibilidade desses genes serem essenciais para esse parasito. Todavia, novas tentativas de se obter mutante nulos para essas duas RBPs estão em curso. Dessa forma, a partir desses resultados, novas perspectivas se abrem para o aprofundamento do estudo não só das proteínas TcZC3H39, TcZC3H29 e TcZC3HTTP, mas também para todas as RBPs em T. cruzi. Gene expression regulation is essential for Trypanosoma cruzi to adapt to the different conditions the parasite faces during its life cycle. In trypanosomatids, this control is mainly mediated by post-transcriptional mechanisms which act on the metabolism of mRNAs and proteins. In this context, RNA binding proteins (RBPs) are key players due to their interaction with the mRNA by coordinating its fate in the cell. The RBPs repertoire of T. cruzi comprises different groups of proteins, including those with the C3H zinc finger domain. TcZC3H39, TcZC3H29 and TcZC3HTTP are proteins that have this domain and have been the object of study in previous studies, which evaluated the expression, cell location and possible transcripts associated to these proteins. One strategy that allows the evaluation of a phenotype associated with a specific gene is the use of reverse genetic approaches such as gene knockout. Recently, the implementation of the CRISPR / Cas9 gene editing system has emerged as an alternative method to existing strategies, that in general presents low efficiency, for performing gene knockout in T. cruzi. Therefore, as a way to evaluate the role of these three zinc finger proteins in gene expression regulation of this parasite, it was proposed to use the CRISPR / Cas9 system to knock out the TcZC3H39, TcZC3H29 and TcZC3HTTP genes and evaluate the respective associated phenotypes. Initially, an adaptation to previously described strategies for gene knockout via CRISPR / Cas9 system in T. cruzi was adopted. After establishing this methodology, we started to knock out tczc3h39 and tczc3h29 and tczc3http genes. The knockout induction of these RBPs promoted major morphological changes in cell cycle, in addition to compromised viability of affected parasites, suggesting that these genes could be essential for T. cruzi. However, despite the evidences regarding disruption of tczc3h29 and tczc3http proteins, it was not possible to visualize the edition at DNA level. To circumvent this situation, the presence of a single stranded DNA molecule (donor DNA), containing an enzymatic restriction site and sequence corresponding to stop codons, was introduced in the developed knockout strategy to direct the repair and ensure gene disruption of target genes. The incorporation of donor DNA into the strategy reduced, but did not eliminate, the presence of aberrant phenotypes found in these RBPs knockout, indicating that there is a connection between observed phenotypes and affected genes. From this new adaptation, presence of hemi-knockout parasites for TcZC3H39, TcZC3H29 or TcZC3HTTP was observed. A new electroporation, with gRNAs and DNA donors to edit the remaining allele, resulted in obtaining knockout clones for TcZC3HTTP. Although viable, the parasites showed a reduction in proliferation in the absence of TcZC3HTTP. The hemi-knockout clones for TcZC3H39 and TcZC3H29 also negatively impacted T. cruzi’s growth curve sustaining the possibility of these genes being essential for this parasite. However, new attempts to obtain null mutants for these two RBPs are underway. From these results, new perspectives open up for a deeper study not only of the TcZC3H39, TcZC3H29 and TcZC3HTTP proteins, but also for all RBPs in T. cruzi.
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