A cada dia surgem novas tecnologias que possibilitam aos cientistas medirem a expressão de inúmeros genes em uma única experiência com uma alta rapidez e eficiência. No entanto, ainda não existem muitas metodologias que sirvam para a análise do funcionamento de células e tecidos que possibilitem diagnóstico, prevenção e terapias de doenças. Na presente tese propomos uma metodologia de análise de expressão gênica que mostra diferenças na performance da célula com o passar do tempo, e tem poder de diagnóstico quando uma célula mutada é comparada com uma célula normal. Partimos da ideia de que rotas bioquímicas podem ser representadas por uma rede de interações entre metabólitos, entre os quais muitos deles são proteínas codificadas a partir do genoma. Sendo assim, o funcionamento de uma célula implica em interações que compõem uma rede intricada e complexa. Reorganizamos a lista de genes em uma dimensão e reescrevemos a matriz de interação, sem a criação ou a destruição de interações, buscando correlacionar cada um dos genes com os seus respectivos vizinhos na lista unidimensional. Logo após a reorganização, encontramos módulos funcionais sobre a lista ordenada que são independentes do estado da célula estudada, é possível reconhecer os processos biológicos de cada módulo com o uso de banco de dados específicos. Com base nisto, sobrepondo dados de expressão gênica sobre o ordenamento (transcriptograma), teremos um perfil transcricional de um tecido no ato da medida experimental. Se medirmos a expressão gênica de células provenientes do mesmo tecido em diferentes estágios do ciclo celular podemos seguir as alterações metabólicas ao longo do ciclo celular. Também poderíamos analisar a expressão gênica de um tecido normal com um tecido alterado. Como resultado desta comparação saberíamos quais módulos estão super expressos e os subexpressos em relação ao tecido normal. Publicamos na internet um software que é capaz de reproduzir essas análises e gerar transcriptogramas para análise de expressão gênica. / Every day new technologies which allow scientists to measure the expression of numerous genes in a single experiment with a high speed and efficiency are emerging. However, there aren’t many methods which are used to analyze the functioning of cells and tissues which allow diagnosis, prevention and therapy of diseases. In this thesis we propose a methodology for gene expression analysis that presents those differences in cell performance over time, and has diagnostic power when comparing a mutant cell with a normal one. Starting from the idea that biochemical pathways can be represented by a network of interactions between metabolites, among which many are encoded proteins from the genome. Thus, the functioning of a cell involves interactions that make up an intricate and complex network. We reorganize the genes list in one dimension and rewrite the matrix of interaction, without the creation or destruction of interactions, seeking to correlate each gene with their respective neighbors in a one-dimensional list. Soon after the reorganization, we find functional modules on the ranked list that are state independent of the cell studied, it is possible to recognize the biological processes for each module by using specific databases. Based on this, overlapping gene expression data on reorganized gene list (transcriptogram), we obtain a transcriptional profile of a tissue at the experimental measurement time. If we measure the gene expression of cells from the same tissue at different celluar stages we can follow the metabolic changes during the cell cycle. We could also analyze the gene expression of normal tissue with a mutant tissue. As a result this comparison we would know what modules are super expressed and underexpressed when compared to normal tissue. We published on the Internet software which is able to reproduce these analysis and generate transcriptograms for gene expression analysis.

Na primeira etapa investigamos detalhadamente as propriedades de armazenamento de um modelo de redes de neurônios que apresenta uma organização em aglomerados semelhante àquela existente no Modelo Hierárquico de Dyson para ferromagnetismo. As memórias, neste modelo, são armazenadas através da Regra de Aprendizagem de Hebb, superposta à estrutura hieráquica. No caso de um número finito de padrões, mostramos que, junto com os padrões originais ou "ancestrais", o sistema é capaz de recuperar uma hierarquia de padrões "descendentes". Estes padrões diferem dos "ancestrais" nos sinais relativos das magnetizações nos diferentes blocos, e o número destas soluções cresce exponencialmente com o número de blocos, n(t) e0451, para grande. Para um número extensivo de padrões armazenados p = aN , onde N é o tamanho do sistema, nós investigamos a capacidade crítica de armazenamento do modelo tanto para "ancestrais" como para "descendentes". Usando dois métodos distintos, uma formulação de mecânica estatística de equilíbrio (campo médio) e uma análise de sinal-ruído, nós obtemos uma sucessão de capacidades de armazenamento que são sempre menores que o valor correspondente ao modelo de Hopfield. Usamos as razões entre estas capacidades e a do modelo de Hopfield para comparar os resultados dos dois métodos. Nós apresentamos o diagrama de fases no plano a — T para o caso especial de dois blocos e um único "descendente". A segunda parte é relacionada com o estudo do espaço de interações dos modelos de redes de neurônios. Neste caso nós buscamos determinar a máxima capacidade crítica de armazenamento para modelos que apresentem, de alguma forma, a mesma estrutura de blocos que discutimos antes. Para ter em conta esta estrutura foi preciso modificar o problema de Gardner. Para o armazenamento de padrões "ancestrais", obtivemos um valor de anc i". sempre menor que 2, o qual corresponde ao caso de modelos sem estrutura predefinida. Este resultado combina com aquele que encontramos anteriormente na análise de sinal-ruído. Por outro lado, mostramos que no caso especial de dois blocos esta estrutura pouco afeta a armazenagem conjunta de "ancestrais" e "descendentes". / In the first part we perform a detailed investigation of the storage properties of a model for neural networks that exhibits the same organization into clusters as Dyson's hierarchical model, for ferromagnetism, combined with Hebb's learning algorithm for p stored patterns. In the case of finite p, we show that together with the original stored patterns or "ancestors" the system retrieves also a hierarchy of "descendants". The "descendants" differ from the "ancestor" in the signs of the cluster overlaps, and the number of this solutions increases exponentially with the cluster number, n(t) ti e"", for large values of t. For an extensive number of stored patterns p = aN , where N is the size of the network, we investigate the criticai storage capacity of the model to both "ancestor" and "descendant" patterns. By using two different methods, a statistical mechanics formulation (mean-field) and a signal-to-noise analysis, we obtain a succession of criticai storage capacities that are below the corresponding value for Hopfield's model. We use the ratio of this criticai storage capacities to the same quantity as evaluated in Hopfield's model to compare the results in both methods. We present the phase diagram in the a — T plane for the particular case of two clusters and one descendant. The second part is related with the study of the space of interactions in neural network models. In this case we search for the maximal criticai storage capacity of models that present, in some sense, the same cluster struture that we discussed before. In order to take this structure in account we redefine the Gardner Program. Concerning the storage of "ancestors" we obtain a value of arx. always lower than 2, which corresponds to the original case of models without structure. This result agrees with that we found before in the signal-to-noise analysis. On the other side we show in the special case of two clusters that this structure barely affects the storage of "ancestors" and "descendants" together.

Orientador: João Ruggiero Neto / Banca: Fernando L. Barroso da Silva / Banca: Antônio Caliri / Banca: Jorge Chahine / Banca: Renko de Vries / Resumo: Na presente tese, a condensação-psi ("psi é a abreviação para a sentença em língua inglêsa "polymer and salt induced" - condensação induzida por polímero e sal") do DNA é estudada experimentalmente e teoreticamente em diferentes contextos. Experimentos utilizando espectroscopia de dicroísmo circular são realizados para elucidar a influência do peso molecular do polímero flexível na condensação e decondensação reentrante do DNA. O diagrama de fase completo da transição é determinado e comparado com predições teóricas existentes. Um acordo quantitativo completo é encontrado com relação à condensação, mas apenas um acordo qualitativo é obtido com relação à transição reversa devido às aproximações da teoria. Esse problema teórico é revisitado nesta tese e um modelo teórico menos restritivo é desenvolvido ao longo das linhas originais da teoria das interações de depleção propostas por Asakura e Oosawa. A decondensação reentrante é encontrada em um amplo espectro de concentrações do sal e a dependência da concentração crítica do polímero flexível (PEGcrit) com relação ao seu peso molecular para ambas as transições está em acordo qualitativo com os dados experimentais. É também discutido ao longo desta tese, o sinergismo experimentalmente observado entre as interações de depleção e a complexão de proteínas básicas com o DNA na condensação dessa macromolécula. Experimentos de eletroforese em gel de agarose e espalhamento dinâmico de luz são realizados para esclarecer esse sinergismo e propôr um modelo microscópico para a formação e estabilidade do nucleóide em células procarióticas. Por fim, é investigada experimentalmente e teoreticamente a influência da topologia do DNA na condensação-psi. Os valores do PEGcrit são experimentalmente determinadas para a forma superhelicoidal e a forma linear... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the present thesis, the DNA psi-condensation is studied both experimental and theoretically in several different contexts. Experiments using circular dichroism spectroscopy were performed in order to elucidate the influence of the flexible polymer's molecular weight on the DNA condensation and reentrant decondensation. The whole phase diagram was determined and compared with theoretical predictions. A full quantitative agreement is found for the condensation transitions; as far the reentrant decondensation transition is concerned, the model does not predict the entire phase diagram due to its assumptions. This theoretical problem is revisited in this thesis and a less restrictive model is developed along the lines of the original Asakura-Oosawa model for depletion interactions. The DNA reentrant decondensation is found within a wide range of salt concentration and the critical PEG (poly ethyleneglicol) concentrations (PEGcrit) dependence on the PEG's degree of polymerization is in qualitative agreement with the experimental data. We also discuss in this thesis, the synergism found between molecular crowding and the "histone-like" protein binding to DNA molecules in condensing DNA. An agarose gel electrophoresis assay and dynamic light scattering experiments were performed in order to elucidate this synergism and to propose a microscopic model for the formation and stability of the prokaryotic nucleoid. At last, we investigate both theoretical and experimentally the influence of the DNA topology on the DNA psi-condensation, namely we investigate the role of super-coiling on the polymer induced DNA condensation and compare the PEGcrit critical concentrations for the super-coiled DNA as well as for the linearized form. Both experiments and analytical estimatives show that supercoiling has a limited role on the phase separation which accounts for the DNA condensation... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-05Bitstream added on 2014-06-13T18:06:56Z : No. of bitstreams: 1 silva_fr_me_sjrp.pdf: 350193 bytes, checksum: 3c820db2a3d1863e41f00f641e837ec6 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho apresenta autovalores de energia para o potencial de Lennard-Jones (12,6) (um tipo de potencial de força central) e para o íon molecular H+2 , ambos confinados em cavidades esféricas e elípticas, respectivamente. Esses sistemas também foram estudados sem confinamento. Os resultados foram obtidos através da asssociação entre o Método Variacional e a Mecânica Quântica Supersimétrica, cabendo a supersimetria determinar as funções de onda variacionais. A Aproximação de Born-Oppenheimer é utilizada para simplificar o problema molecular, proporcionando a sua separação em duas partes: uma eletrônica e outra nuclear. Os resultados obtidos para a dinâmica eletrônica da molécula apresentaram um valor de confinamento onde o sistema é mais estável. Por fim, são discutidas possíveis aplicações para sistemas envolvendo sítios ativos de proteínas / This work presents the energy eigenvalues for the Lennard-Jones (12.6) potential )a type of central force potential) and molecular ion H+2, both confined in spherical and eliptical cavities, respectivelly. Those systems werw also studied without confinement. The results wre obtained through th Variation Method and Supersymmetric Quantum Mechanics association, allowing the supersymmetry determine the varational wave functions. The Born-Oppenheimer Aproximation is utilized to simplify the molecular problem, providing its separation in two parts: one electronic and other nuclear. The obtained results to the electronic dynamics of molecule presented a confinement value the system is more stable. Finally, possible applications for systemas involving protein active are discussed

Submitted by Gabriel Zazeri null (zazeri_@hotmail.com) on 2017-05-09T04:15:04Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_corrigida.pdf: 4328112 bytes, checksum: 56590044de63d1c243a10e2da1eb5fa3 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-05-10T18:21:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 zazeri_g_me_sjrp.pdf: 4328112 bytes, checksum: 56590044de63d1c243a10e2da1eb5fa3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-10T18:21:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 zazeri_g_me_sjrp.pdf: 4328112 bytes, checksum: 56590044de63d1c243a10e2da1eb5fa3 (MD5) Previous issue date: 2017-04-19 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Zeólitas são materiais policristalinos constituídos de aluminosilicatos que possuem sistemas de poros e cavidades, alta área superficial e carga negativa. Devido a essas propriedades físico-químicas, esses materiais podem ser utilizados como trocadores iônicos, peneiras moleculares, catalisadores heterogêneos e agentes hemostáticos coagulantes. No que diz respeito a aplicação desses materiais como agentes hemostáticos coagulantes, as propriedades físico-químicas descritas acima oferecem um ambiente favorável para que o processo de coagulação ocorra mais rapidamente, uma vez que as cargas negativas presentes na estrutura das zeólitas induzem o início da via intrínseca da cascata de coagulação, este fenômeno é conhecido como “glass effect”. Além disso, a alta área superficial facilita a adsorção de moléculas de água e como consequência, as proteínas e fatores coagulantes ficam concentrados facilitando o processo de formação do coágulo. O uso de nanozeólitas das famílias FAU e LTA como agente coagulante já foi reportado na literatura, no entanto não existem relatos de aplicação da nanozeólita MOR para tal finalidade. Sendo assim, um dos objetivos desta pesquisa foi avaliar o potencial coagulante desta zeolita. Para tanto, a síntese da nanozeólita é um processo fundamental e o desafio desta pesquisa foi reduzir o tempo de síntese e a escala do material utilizando a radiação de micro-ondas sem perder a cristalinidade e a pureza de fase. Para este estudo, a síntese da zeólita foi realizada seguindo a composição molar: 1Al2O3: 30SiO2: 6Na2O: 780H2O. O método utilizado para a síntese foi a técnica sol-gel e as fontes de aquecimento foram a convencional e a radiação de micro-ondas. O material sintetizado foi caracterizado pelas técnicas de difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de alta ransmissão (MET), potencial Zeta, BET, Microscopia de contraste de fase e os parâmetros de coagulação sanguínea foram testados utilizando um tromboelastógrafo (TEG). Os padrões de difrações das zeólitas revelaram que foram necessários 4 dias de síntese utilizando a fonte de aquecimento convencional, enquanto que foram necessárias apenas 5 horas de síntese quando utilizado a radiação de micro-ondas. Os parâmetros de coagulação sanguínea obtidos pelo TEG revelaram que o sangue humano sem adição do material zeolítico inicia a formação do coágulo com 9,8 minutos, por outro lado, quando adicionado material zeolítico no sangue este parâmetro reduziu para 3,8 minutos. Além da redução de tempo para a formação de coágulo, os parâmetros de elasticidade da rede de fibrina e a geração de trombina também foram otimizados quando o material foi adicionado ao sangue. / Zeolites are alluminosilicate polycristalline materials with properties such as nanosized pores, channels and large surface area. Due to these physicochemical properties, zeolitic materials can be used as ion exchangers, molecular sieves, heterogenous catalysts and hemostatic coagulation agent. Concerning the application of zeolites as hemostatic agentes, mordenite zeolite has physicochemical properties that offer a favorable environment that makes coagulation more efficient, such as negative charges, that induce the initialization of intrinsic via of clot cascade, this phenomenon is known as glass effect. Furthermore, the high surface area makes the adsorption of water molecules more efficient which concentrates proteins and coagulant factors, thus accelerating the formation of clot. The application of nanozeolite FAU as hemostatic coagulation agent has been reported in the literature, nevertheless as far as it’s concerned, nanozeolite MOR hasn’t been reported for this application. Therefore one of this research objectives was evaluate the hemostatic coagulation potential of nanozeolite MOR and to reach this objective, the synthesis of the material was fundamental. However the challenge of this research was decrease the synthesis time and decrease the size of material using microwave radiation without lose the cristalinity and phase purity. For this study, mordenite zeolite was synthetized with the following gel composition: 1Al2O3: 30SiO2: 6Na2O: 780H2O. The method used for the synthesis was sol-gel technique and the heat sources were both hidrothermal and microwave heating. The synthetized material was characterized by X-rays diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), High resolution transmission eléctron microscopy (HRTEM), Zeta potential, BET and Phase contrast microscopy. Thromboelastography (TEG) test in vitro was employed to determine the clotting efficiency of the made zeolite when it is in contact with blood. X-Rays diffraction patterns showed that synthesis employing conventional heating took 4 days to yield mordenite zeolite whereas employing microwave heating this synthesis time was decreased to 5 hours. The TEG profile and clotting parameters revealed that without the addition of zeolites, human blood begins to clot at about 9,8 minutes. Adding zeolites to the human blood, regardless of heating source employed, has decreased the clotting time to 3,8 minutes. Elastic properties of the formed clots by using mordenite zeolite as hemostatic agents and thrombin generation were also improved. / CNPq: 134007/2015-8

Orientador: Sandro Roberto Valentini / Banca: Maria Célia Bertolini / Banca: João Alexandre Ribeiro Gonçalves Barbosa / Banca: Francisco Javier Medrano Martin / Banca: Beatriz Amaral de Castilho / Resumo: Em um rastreamento por duplo-híbrido, dois parceiros físicos de eIF5A foram identificados: Dys1 e Lia1 (Ligante de eIF5A). Lia1 foi identificada mais tarde como desoxihipusina hidroxilase. As interações físicas evidenciadas por duplo-híbrido foram confirmadas por copurificação. Mapeamento do sítios de ligação de eIF5A revelou que ambos os domínios N- e C-terminal podem ligar-se a Dys1, enquanto que o domínio Cterminal é suficiente para a ligação com Lia1. Pela primeira vez foi demonstrado in vivo que a estrutura secundária em -hélice, presente na extremidade N-terminal da proteína Dys1, pode modular a atividade da enzima através do impedimento estérico da entrada do substrato eIF5A no sítio ativo. Experimentos de inativação gênica mostraram que, em contraste com eIF5A e Dys1, Lia1 não é essencial para a viabilidade celular. Superexpressão do gene LIA1 não suprime o fenótipo temperatura-sensível de mutantes condicionais de eIF5A. Além disso, os alelos de TIF51A não são sinteticamente letais com a deleção de LIA1. Assim como previamente demonstrado para a enzima humana DOHH, o ferro também é essencial para a atividade hidroxilásica de Lia1. O sítio ativo de Lia1 é compreendido pelos resíduos de aminoácidos H79, E80, H112, E113, E116, H237, E238, H270 e E271. A proteína recombinante é uma mistura de formas ligada e não ligada ao metal, as quais foram separadas por gel nativo ou gel filtração, sugerindo um raio hidrodinâmico maior para a apoenzima. A forma mais alongada adotada por Lia1 na ausência do metal foi confirmada por ensaios de "quenching" da fluorescência do triptofano por acrilamida e SAXS. Além da alteração conformacional e inativação da enzima, a perda do metal levou à maior instabilidade de Lia1 na desnaturação térmica ou química. Os resultados obtidos em conjunto mostram que, além de manter a estabilidade da proteína...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In a two-hybrid screen, two eIF5A binding partners were identified: Dys1 and Lia1 (Ligand of eIF5A). Lia1 was further identified as deoxyhypusine hydroxylase. The two-hybrid interactions were confirmed by GST pulldown. Mapping binding sites for these proteins revealed that both eIF5A domains can bind to Dys1, whereas the C-terminal domain is sufficient to bind Lia1. We demonstrate for the first time in vivo that the N-terminal α-helix of Dys1 can modulate enzyme activity by impairing eIF5A interaction. Gene disruption studies showed that, in contrast to the essential nature of eIF5A and Dys1, Lia1 is not essential for cell viability. Overexpression of LIA1 gene does not suppress temperature-sensitivity of eIF5A mutants. Moreover, these TIF51A alleles are not synthetically lethal with a knockout strain of LIA1. Recently, It was shown that LIA1 encodes the enzyme responsible for the final step of hypusine formation, the metalloenzyme deoxyhypusine hydroxylase. As the hydroxylation step in hypusine synthesis is not required for eIF5A activity, lack of genetic interactions between these two genes is expected. As previously demonstrated for the human enzyme DOHH, iron is also essential for Lia1 hydroxylase activity. Lia1 active site is formed by aminoa cid residues H79, E80, H112, E113, E116, H237, E238, H270 and E271. The recombinat protein is a mixture of iron-bound and iron-free forms, which were separated by native gel or gel filtration, suggesting a bigger hydrodynamic radius for the apoenzyme. The elongated shape adopted by Lia1 in the absence of the metal was confirmed by acrylamide quenching of tryptophan intrinsic fluorescence and SAXS. In addition to the conformational change and enzyme inactivation, loss of iron led to higher instability of Lia1 during thermal or chemical unfolding. Taken together, the results show that, besides the ability of iron to keep the stability of the protein...(Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Elso Drigo Filho / Banca: Frederico Vasconcellos Prudente / Banca: Regina Maria Ricotta / Resumo: Este trabalho apresenta autovalores de energia para o potencial de Lennard-Jones (12,6) (um tipo de potencial de força central) e para o íon molecular H+2 , ambos confinados em cavidades esféricas e elípticas, respectivamente. Esses sistemas também foram estudados sem confinamento. Os resultados foram obtidos através da asssociação entre o Método Variacional e a Mecânica Quântica Supersimétrica, cabendo a supersimetria determinar as funções de onda variacionais. A "Aproximação de Born-Oppenheimer" é utilizada para simplificar o problema molecular, proporcionando a sua separação em duas partes: uma eletrônica e outra nuclear. Os resultados obtidos para a dinâmica eletrônica da molécula apresentaram um valor de confinamento onde o sistema é mais estável. Por fim, são discutidas possíveis aplicações para sistemas envolvendo sítios ativos de proteínas / Abstract: This work presents the energy eigenvalues for the Lennard-Jones (12.6) potential )a type of central force potential) and molecular ion H+2, both confined in spherical and eliptical cavities, respectivelly. Those systems werw also studied without confinement. The results wre obtained through th Variation Method and Supersymmetric Quantum Mechanics association, allowing the supersymmetry determine the varational wave functions. The "Born-Oppenheimer Aproximation" is utilized to simplify the molecular problem, providing its separation in two parts: one electronic and other nuclear. The obtained results to the electronic dynamics of molecule presented a confinement value the system is more stable. Finally, possible applications for systemas involving protein active are discussed / Mestre

A análise quantitativa do transcriptoma de um organismo revela informações quanto ao estado em que este se encontra, e uma técnica bastante usada para esta medida é o microarranjo, considerada bastante ruidosa. Pode-se perguntar se é possível usar as informações que possuímos acerca do funcionamento celular para o desenvolvimento de um método capaz de reduzir o ruído da medida. Usando a rede de interações entre proteínas de um organismo, desenvolveu-se a técnica chamada de transcriptograma [1], um método de ordenamento desta que permite a análise da expressão gênica em escala de genoma completo. Apesar de ter sido demonstrado que tal método permite a obtenção de resultados relevantes, inexiste até o momento análise mais criteriosa se a redução do ruído é verdadeira. Mostramos aqui que a medida é sim efetiva ao reduzir ruído intrínseco à técnica, e mais notavelmente é capaz de aumentar a confiabilidade da medida. Apesar de não podermos comparar o transcriptograma com nenhum tipo de padrão de ouro, podemos definir algumas estratégias para descobrir qual a eficiência de um transcriptograma indiretamente. Calculando o quanto de sinal que estamos atenuando ao reduzir o ruído, mostramos que o perfil de expressão produzido por um transcriptograma aparenta ser melhor para um conjunto de parâmetros diferente daquele usado em trabalhos anteriores. Aplicando o método a um problema de diagnóstico, mostramos que de fato a qualidade da informação obtida é maior para ordenamentos com estrutura e características diferentes do que se acreditava até então. / Quantitative analysis of the transcriptome of an organism reveals information about its condition, and a widely used technique for this measure is the microarray, considered to be very noisy. One may ask whether it is possible to use the information we have about the cellular function for the method development to reduce the measurement noise. Using the network of interactions between proteins of an organism, it has been developed a technique called transcriptogram [1], an ordering method for this network that allows the gene expression analysis in whole genome scale. Although it was demonstrated that this method allows to obtain relevant results, a careful analysis to verify the method is still lacking. We show here that the method is effective at reducing the technique inherent noise and, most notably, is capable of increasing the the measurement reliability. Although we can not compare the transcriptogram with any gold standard, we can define some strategies to indirectly find out how efficient a transcriptogram is indirectly. Calculating how the signal is attenuated as noise is reduced, we show that the expression profile produced by a transcriptogram with the adequate set of parameters, is more efficient for diagnostic purposes, as compared to previous works. Furthermore, we propose in this work a method to obtain these optimal parameters. Finally, we apply the method to a diagnostic challenge and show that in fact the quality of the information obtained is higher for orderings with different structure and characteristics of what was believed until then.

A cada dia surgem novas tecnologias que possibilitam aos cientistas medirem a expressão de inúmeros genes em uma única experiência com uma alta rapidez e eficiência. No entanto, ainda não existem muitas metodologias que sirvam para a análise do funcionamento de células e tecidos que possibilitem diagnóstico, prevenção e terapias de doenças. Na presente tese propomos uma metodologia de análise de expressão gênica que mostra diferenças na performance da célula com o passar do tempo, e tem poder de diagnóstico quando uma célula mutada é comparada com uma célula normal. Partimos da ideia de que rotas bioquímicas podem ser representadas por uma rede de interações entre metabólitos, entre os quais muitos deles são proteínas codificadas a partir do genoma. Sendo assim, o funcionamento de uma célula implica em interações que compõem uma rede intricada e complexa. Reorganizamos a lista de genes em uma dimensão e reescrevemos a matriz de interação, sem a criação ou a destruição de interações, buscando correlacionar cada um dos genes com os seus respectivos vizinhos na lista unidimensional. Logo após a reorganização, encontramos módulos funcionais sobre a lista ordenada que são independentes do estado da célula estudada, é possível reconhecer os processos biológicos de cada módulo com o uso de banco de dados específicos. Com base nisto, sobrepondo dados de expressão gênica sobre o ordenamento (transcriptograma), teremos um perfil transcricional de um tecido no ato da medida experimental. Se medirmos a expressão gênica de células provenientes do mesmo tecido em diferentes estágios do ciclo celular podemos seguir as alterações metabólicas ao longo do ciclo celular. Também poderíamos analisar a expressão gênica de um tecido normal com um tecido alterado. Como resultado desta comparação saberíamos quais módulos estão super expressos e os subexpressos em relação ao tecido normal. Publicamos na internet um software que é capaz de reproduzir essas análises e gerar transcriptogramas para análise de expressão gênica. / Every day new technologies which allow scientists to measure the expression of numerous genes in a single experiment with a high speed and efficiency are emerging. However, there aren’t many methods which are used to analyze the functioning of cells and tissues which allow diagnosis, prevention and therapy of diseases. In this thesis we propose a methodology for gene expression analysis that presents those differences in cell performance over time, and has diagnostic power when comparing a mutant cell with a normal one. Starting from the idea that biochemical pathways can be represented by a network of interactions between metabolites, among which many are encoded proteins from the genome. Thus, the functioning of a cell involves interactions that make up an intricate and complex network. We reorganize the genes list in one dimension and rewrite the matrix of interaction, without the creation or destruction of interactions, seeking to correlate each gene with their respective neighbors in a one-dimensional list. Soon after the reorganization, we find functional modules on the ranked list that are state independent of the cell studied, it is possible to recognize the biological processes for each module by using specific databases. Based on this, overlapping gene expression data on reorganized gene list (transcriptogram), we obtain a transcriptional profile of a tissue at the experimental measurement time. If we measure the gene expression of cells from the same tissue at different celluar stages we can follow the metabolic changes during the cell cycle. We could also analyze the gene expression of normal tissue with a mutant tissue. As a result this comparison we would know what modules are super expressed and underexpressed when compared to normal tissue. We published on the Internet software which is able to reproduce these analysis and generate transcriptograms for gene expression analysis.

Na primeira etapa investigamos detalhadamente as propriedades de armazenamento de um modelo de redes de neurônios que apresenta uma organização em aglomerados semelhante àquela existente no Modelo Hierárquico de Dyson para ferromagnetismo. As memórias, neste modelo, são armazenadas através da Regra de Aprendizagem de Hebb, superposta à estrutura hieráquica. No caso de um número finito de padrões, mostramos que, junto com os padrões originais ou "ancestrais", o sistema é capaz de recuperar uma hierarquia de padrões "descendentes". Estes padrões diferem dos "ancestrais" nos sinais relativos das magnetizações nos diferentes blocos, e o número destas soluções cresce exponencialmente com o número de blocos, n(t) e0451, para grande. Para um número extensivo de padrões armazenados p = aN , onde N é o tamanho do sistema, nós investigamos a capacidade crítica de armazenamento do modelo tanto para "ancestrais" como para "descendentes". Usando dois métodos distintos, uma formulação de mecânica estatística de equilíbrio (campo médio) e uma análise de sinal-ruído, nós obtemos uma sucessão de capacidades de armazenamento que são sempre menores que o valor correspondente ao modelo de Hopfield. Usamos as razões entre estas capacidades e a do modelo de Hopfield para comparar os resultados dos dois métodos. Nós apresentamos o diagrama de fases no plano a — T para o caso especial de dois blocos e um único "descendente". A segunda parte é relacionada com o estudo do espaço de interações dos modelos de redes de neurônios. Neste caso nós buscamos determinar a máxima capacidade crítica de armazenamento para modelos que apresentem, de alguma forma, a mesma estrutura de blocos que discutimos antes. Para ter em conta esta estrutura foi preciso modificar o problema de Gardner. Para o armazenamento de padrões "ancestrais", obtivemos um valor de anc i". sempre menor que 2, o qual corresponde ao caso de modelos sem estrutura predefinida. Este resultado combina com aquele que encontramos anteriormente na análise de sinal-ruído. Por outro lado, mostramos que no caso especial de dois blocos esta estrutura pouco afeta a armazenagem conjunta de "ancestrais" e "descendentes". / In the first part we perform a detailed investigation of the storage properties of a model for neural networks that exhibits the same organization into clusters as Dyson's hierarchical model, for ferromagnetism, combined with Hebb's learning algorithm for p stored patterns. In the case of finite p, we show that together with the original stored patterns or "ancestors" the system retrieves also a hierarchy of "descendants". The "descendants" differ from the "ancestor" in the signs of the cluster overlaps, and the number of this solutions increases exponentially with the cluster number, n(t) ti e"", for large values of t. For an extensive number of stored patterns p = aN , where N is the size of the network, we investigate the criticai storage capacity of the model to both "ancestor" and "descendant" patterns. By using two different methods, a statistical mechanics formulation (mean-field) and a signal-to-noise analysis, we obtain a succession of criticai storage capacities that are below the corresponding value for Hopfield's model. We use the ratio of this criticai storage capacities to the same quantity as evaluated in Hopfield's model to compare the results in both methods. We present the phase diagram in the a — T plane for the particular case of two clusters and one descendant. The second part is related with the study of the space of interactions in neural network models. In this case we search for the maximal criticai storage capacity of models that present, in some sense, the same cluster struture that we discussed before. In order to take this structure in account we redefine the Gardner Program. Concerning the storage of "ancestors" we obtain a value of arx. always lower than 2, which corresponds to the original case of models without structure. This result agrees with that we found before in the signal-to-noise analysis. On the other side we show in the special case of two clusters that this structure barely affects the storage of "ancestors" and "descendants" together.