A família das serino proteases inclui diversas proteínas envolvidas em uma variedade de processos fisiológicos, como digestão protéica, regulação da pressão arterial e da coagulação sanguínea, entre outros. Quando disfuncionais, relacionam-se à condições patológicas graves como trombose vascular, embolismo pulmonar, infarto agudo do miocárdio, isquemia cerebral, bem como com o quadro da hemofilia B, ocasionada pela deficiência de fator IX. A investigação dos mecanismos de ação e a compreensão do funcionamento de serino proteases e de seus inibidores, as serpinas, é essencial para desvendar mecanismos de doenças e para a modelagem de fármacos mais específicos e eficientes. A pesquisa de fármacos anti-trombóticos busca desenvolver produtos capazes de interferir no processo hemostático que pode resultar no grave quadro trombo-embólico. A nitroforina-2 (NP-2), produzida na secreção salivar do inseto barbeiro Rhodnius prolixus, é uma proteína dotada de potente ação anti-hemostática, atuando como um inibidor específico do complexo tenase intrínseco (TF/FVIIa/FIX). Em trabalho anterior, nosso grupo identificou que o fragmento correspondente ao segmento 90-110 de NP-2 possui atividade anticoagulante. Um modelo do complexo fator IXa (fIXa)-NP-2 foi gerado a partir do “docking” do peptídeo de NP-2 na provável região de ligação com fIXa. Este complexo foi usado como ponto de partida para a simulação por dinâmica molecular e refinamento da estrutura. Novos peptídeos foram propostos como o objetivo de gerar estruturas com maior afinidade por fIXa. Identificamos o hexapeptídeo LKEADE como apresentando melhor afinidade por fIXa, o qual sugerimos como “template” para o planejamento racional de fármacos com ação anticoagulante e anti-trombótica. Numa outra vertente de nosso trabalho, estudamos a superfamília de proteínas denominada serpinas (serpins, ou “SERine Protease INhibitors”) que engloba um grande conjunto de proteínas dotadas de estruturas similares e provenientes de vários e distintos organismos. A função inicialmente identificada para as serpinas foi de inibição de serino proteases da coagulação sangüínea; entretanto, muitas serpinas perderam esta função.Nestes estudos foram usados modelos ocultos de Markov para criar modelos e descrições possibilitando classificar as serpinas em relação à sua função biológica. Foram criadas assinaturas para cada grupo: seqüências consenso e padrões de aminoácidos distintos para cada modelo/função correspondente. Um modelo específico para serpinas da coagulação sangüínea foi criado. Para este modelo, foi gerada a expressão regular [IVTLM]-[FLVA]- F-S-P-[VLWYF]-[SG]-[IV] que descreve tal função. Além disso, ela codifica a seqüência de uma importante região envolvida na mudança conformacional e no funcionamento da serpina. Tanto esta seqüência quanto a estrutura secundária correspondente podem ser melhor investigadas, por sugerirem um alvo para inibição ou ativação. / The protein family of serine proteases comprises molecules involved in a wide range of physiological processes, such as regulation of blood pressure and coagulation. Dysfunctional serine proteases are related to pathological conditions such as embolism, heart failure, cerebral ischemia and also hemophilia B (the latter being a consequence of factor IX deficiency). The understanding of serine proteases mechanism of action, as well as of their inhibitors is a key step to the discover and develop new drugs. In the study of homeostasis, the search for anti-thrombotic drugs seek to avoid thrombosis and related conditions. The protein nitrophorin-2 (NP-2), found in the salivary glands of the hematophagous insect Rodnius prolixus, is a specific inhibitor of the intrinsic tenase complex (TF/fVIIa/fIX). In previous studies, we identified the NP-2 fragment (amino acid sequence 90-110) showing anticoagulant activity. Models of the complex factor IXa (fIXa) – NP-2 were created. This complex was used as a starting point for the molecular dynamic simulations and structure refinement. New NP-2 peptides were suggested, in order to achieve higher affinity complexes. We identified the hexapeptide LKEADE as showing higher affinity for fIXa, which we suggest to be used on rational drug design studies for anticoagulant drugs. The superfamily of proteins known as serpins (“Serine Protease Inhibitors”) involve a number of similar structures, found in a wide variety of organisms. Its function was initially identified as an inhibitor of blood clotting serine proteases. However, many serpins have lost that function in the course of natural evolution. Hidden Markov models were then used to create profiles classifying those proteins due to their biological function. We created signatures for each group of functional serpins in the form of consensus sequences and distinct amino acid patterns. A blood clotting-specific model was generated, which has yielded the regular expression [IVTLM]-[FLVA]-F-S-P-[VLWYF]-[SG]-[IV]. Such pattern also codes for a region of the structure involved in an extensive conformational change. The change is related to the activation of the serpin, and, therefore, both pattern and sequence should be investigated. Combined, these information suggest a powerful target for blood clotting inhibition.

Este trabalho apresenta o estudo, investigação e realização de experimentos práticos, empregados na resolução do problema de reconhecimento de regiões promotoras em organismos da família Mycoplasmataceae. A partir disso, é proposta uma metodologia para a solução deste problema baseada nas Redes Neurais Artificiais. Os promotores são considerados trechos de uma seqüência de DNA que antecedem um gene, podem ser tratados como marcadores de uma seqüência de letras que sinalizam a uma determinada enzima um ponto de ligação. A posição onde se situa o promotor antecede o ponto de início do processo de transcrição, onde uma seqüência de DNA é transformada em um RNA mensageiro e, este potencialmente, em uma proteína. As Redes Neurais Artificiais representam modelos computacionais, inspirados no funcionamento de neurônios biológicos, empregadas com sucesso como classificadores de padrões. O funcionamento básico das Redes Neurais está ligado ao ajuste de parâmetros que descrevem um modelo representacional. Uma revisão bibliográfica de trabalhos relacionados, que empregam a metodologia de Redes Neurais ao problema proposto, demonstrou a sua viabilidade. Entretanto, os dados relativos à família Mycoplasmataceae apresentam determinadas particularidades de difícil compreensão e caracterização, num espaço restrito de amostras comprovadas. Desta forma, esta tese relata vários experimentos desenvolvidos, que buscam estratégias para explorar o conteúdo de seqüências de DNA, relativas à presença de promotores. O texto apresenta a discussão de seis experimentos e a contribuição de cada um para consolidação de um framework que agrega soluções robustas consideradas adequadas à solução do problema em questão.

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.

O crescente corpo de informações gerado pelo desenvolvimento de técnicas de altodesempenho, como sequenciamento de DNA em larga escala, técnicas de microarranjo de DNA, hibridização de proteínas, etc., tem evidenciado uma intrincada relação entre os diversos personagens que compõe os sistemas biológicos. Alguns dos sistemas bioquímicos presentes em organismos modernos surgiram há bilhões de anos e estavam presentes em organismos primitivos, ao passo que determinados sistemas são mais recentes e específicos de alguns grupos taxonômicos. O entendimento das relações entre os diferentes personagens dos sistemas biológicos apresenta-se como fundamental para a compreensão da vida e a avaliação dos aspectos evolutivos que permearam a constituição dos sistemas bioquímicos e suas intrincadas inter-relações pode auxiliar sobremaneira no estudo da biologia. Diversas teorias encontram-se bem estabelecidas no estudo evolutivo em nível de espécies e populações. Da mesma maneira, há um extenso acervo bibliográfico acerca da evolução de genes individuais. Entretanto, o surgimento, estabelecimento e evolução dos sistemas bioquímicos permanecem escassamente estudados. Na presente tese, partimos da análise de dois sistemas bioquímicos, o sistema de apoptose e o sistema de estabilidade genômica, os quais são bastante associados em mamíferos. Apesar da íntima relação entre esses sistemas, eles foram originados em momentos diferentes da evolução. Buscamos reconstruir o cenário evolutivo que uniu os sistemas de apoptose e estabilidade genômica, onde encontramos uma relação direta entre ancestralidade, essencialidade e clusterização. Os resultados também sugerem uma relação inversa entre essas três características e plasticidade. A análise de plasticidade efetuada na rede de apoptose e estabilidade genômica foi ampliada para 4850 famílias de proteínas em 55 eucariotos, apresentando basicamente os mesmos resultados, indicando um mecanismo geral de evolução do genoma. Subsequentemente, propusemos um modelo matemático de crescimento do genoma onde a novidade genética surge por duplicação de genes muito conectados e pouco clusterizados. A rede artificial obtida mimetiza diversos aspectos topológicos das redes biológicas conhecidas. Os resultados analisados em conjunto sugerem um mecanismo geral de evolução do genoma, onde a novidade genética surge na porção mais plástica do genoma, basicamente por duplicação gênica. Essa duplicação ocorre prioritariamente nos hubs intermodulares. / The increasing body of information generated by high-throughput techniques, such as DNA sequencing, genome-wide microarray, and two-hybrid system, has unveiled an intricate relationship among different components of biological systems. Some of the biological systems found in modern organisms have their origins billion years ago and were present in primitive organisms. On the other hand, some biological systems are more recent and specifically related to some taxa. The characterization of the relationships involving the different components of biological systems is crucial to the understanding of life. Additionally, the evaluation of evolutionary aspects which work in biochemical systems construction, modeling their intricate relationship, could help improve biological research field. Several theories are well-established in evolutionary research of species and population. Likewise, there is plenty of bibliography concerning individual gene evolution. However, there is paucity of data concerning the origin, establishment, and evolution of entire biological systems. In the present thesis, we start by analyzing two biochemistry systems: apoptosis and genome stability. These systems are considerably associated in mammals. Despite its entangled functioning, each system has emerged in different points of evolution. We reconstructed the evolutionary scenario which entangled both systems. We found a direct relationship among ancestrality, essentiality, and clustering. Our results also suggest an inverse relationship of these three proprieties with plasticity. The same plasticity analysis used in apoptosis and genome stability systems was amplified to 4850 gene families in 55 eukaryotes, showing basically the same results. It suggests a general mechanism of genome evolution. We then propose a genome growth model where genetic novelty arrives through gene duplication of highly connected but not so clustered genes. The resulting artificial network reproduces several known topological aspects of biological networks. The results, when simultaneously analyzed, suggest general genome evolution mechanisms, where the genetic novelty arrives in more plastic area of the genome, basically by gene duplication. That duplication occurs mainly in intermodular hubs.

Submitted by Ana Maria Fiscina Sampaio (fiscina@bahia.fiocruz.br) on 2012-07-16T20:46:25Z No. of bitstreams: 1 Domingos Ramon Moreau da Cunha Lasp-HIV1-Restool Desenvolvimento de uma ferramenta de bionformática para análise de resistencia do HIV-1 aos antirretrovirais.pdf: 2043486 bytes, checksum: 1cd7e640420b0a4675e14d21f7f04c9d (MD5) / Made available in DSpace on 2012-07-16T20:46:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Domingos Ramon Moreau da Cunha Lasp-HIV1-Restool Desenvolvimento de uma ferramenta de bionformática para análise de resistencia do HIV-1 aos antirretrovirais.pdf: 2043486 bytes, checksum: 1cd7e640420b0a4675e14d21f7f04c9d (MD5) Previous issue date: 2010 / Fundação Oswaldo Cruz. Centro de Pesquisas Gonçalo Moniz. Salvador, Bahia, Brasil / As terapias antirretrovirais (TARV) trouxeram um grande benefício para os pacientes infectados pelo HIV, porém não conseguem impedir totalmente o surgimento de formas virais resistentes, causadas principalmente pela elevada taxa mutacional do vírus. O desenvolvimento de resistência do HIV aos antirretrovirais é um fator limitante para o sucesso da TARV. Os portadores de vírus resistentes, além de não responderem adequadamente ao tratamento, podem também transmitir estes vírus mutantes, representando grave problema de saúde pública. O acúmulo de mutações de resistência aos antirretrovirais representa um desafio importante na melhoria do tratamento de pacientes com vírus multirresistentes. Atualmente, dois tipos de métodos estão estabelecidos para avaliação da resistência ou sensibilidade do HIV aos antirretrovirais: os testes fenotípicos e genotípicos de resistência. As análises de resistência do HIV aos antirretrovirais, avançaram muito nos últimos anos com o desenvolvimento dos algoritmos para avaliação de resistência. Atualmente, uma série de sistemas de interpretação de resistência fenotípica e genotípica do HIV aos antirretrovirais estão disponíveis na Internet. Estes sistemas identificam respectivamente os níveis de sensibilidade in vitro aos antirretrovirais e mutações associadas à resistência em sequêcias virais, e retornam o perfil de resistência do HIV, funcionando portanto, como importantes ferramentas para utilização em análises de resistência. No presente trabalho, foi desenvolvida uma ferramenta de bioinformática para análise de resistência do HIV-1 aos antirretrovirais, chamada de LASP-HIV1-ResTool. A ferramenta LASP-HIV1-ResTool é capaz de otimizar a análise de dados genômicos do HIV-1, é de fácil manuseio e está disponível no site da unidade de bioinformática do LASP/CPqGM/FIOCRUZ, Bioafrica e IOC/FIOCRUZ para domínio público. Esta ferramenta pode acessar um banco de dados com seqüências gênicas previamente armazenadas, extrair informações relativas à resistência aos antirretrovirais, comparar sequências de HIV-1 dos bancos de dados públicos, identificando mutações nos genes que codificam a transcriptase reversa e a protease e associar esses dados a resistência a cada antirretroviral utilizado nas terapias anti-HIV/AIDS. Adicionalmente, a ferramenta possibilita localizar sítios pós-traducionais e traçar um perfil de distribuição das sequências armazenadas no banco de dados local, tanto por resistência, quanto por sítios pós-traducionais, para servirem de parâmetro de comparação com as sequências iv submetidas pelos usuários da ferramenta. A ferramenta LASP-HIV1-ResTool apresenta uma tabela de quantidade e percentual de sequências brasileiras do HIV-1, dispostas por subtipo e outra tabela apresentando a quantidade e o percentual de seqüências das regiões Protease e Trasncriptase Reversa do HIV-1 armazenadas no Banco de Dados. Os usuários da ferramenta podem analisar sequências do banco de dados que compõe a ferramenta ou submeter suas próprias sequências de HIV-1 no formato FASTA. Durante o processamento das sequências, o sistema identifica a sequência através do número de acesso e localiza a posição inicial da sequência dentro da região gênica escolhida. Em seguida identifica a fase de leitura correta e realiza a conversão da sequência de nucleotídeos em sequência de aminoácidos. Inicia-se então o processo de localização de todas as mutações ocorridas, tanto na sequência de ácido nucléico como na sequência de aminoácido. O sistema então apresenta uma tabela apenas com as mutações que conferem a resistência do HIV-1 contra o antirretroviral. Além disso, exibe o grau de resistência de cada mutação e indica, ao final da tabela, se a amostra de HIV-1 submetida na análise é susceptível, apresenta resistência intermediária ou se é resistente ao antirretroviral. O sistema exibe dois gráficos que relacionam: a quantidade de sítios pós-traducionais em função do total de sequências submetidas e os padrões de resistência aos antirretrovirais (susceptível, intermediária e resistente) em função do total de sequências. Além de apresentar um gráfico de barras mostrando a quantidade de ocorrências de cada mutação de resistência no conjunto de sequências analisadas. A ferramenta LASP-HIV1-ResTool também gera uma página em formato XML contendo os dados das análises do usuário, que podem ser salvas em um arquivo. Os arquivos XML podem ser importados de outras ferramentas tais como: planilhas eletrônicas, programas de análise estatística e sistemas gerenciadores de bancos de dados. Para validação da aplicabilidade da ferramenta LASP-HIV1-ResTool foram utilizadas 111 amostras correspondentes a região gênica da protease e da transcriptase reversa derivadas da genotipagem da resistência do HIV-1 provenientes de pacientes infectados, que apresentavam falha virológica a TARV. Quando comparados os dados obtidos na ferramenta LASP-HIV1-ResTool com os dados obtidos através das análises realizadas com a ferramenta de Stanford, pode-se observar a similaridade entre os resultado. Por outro lado, pode-se observar diferenças entre os resultados das análises realizadas com a ferramenta LASP-HIV1-ResTool quando comparados com a ferramenta o sistema RENAGENO. / The antiretroviral therapy (HAART) has brought a great benefit to HIV-infected patients, but can not completely prevent the emergence of resistant viral forms, mainly caused by the high mutation rate of the virus. The development of HIV resistance to antiretroviral drugs is a limiting factor for the success of HAART. The patients with resistant virus, that do not respond adequately to treatment, may also transmit this virus mutants, representing a serious public health problem. The accumulation of resistance mutations to antiretroviral drugs represents a major challenge in improving the treatment of multiresistant virus. Currently, two types of methods are established to assess resistance or susceptibility of HIV to antiretroviral drugs: the phenotypic and genotypic resistance. However, the analysis of HIV resistance to antiretrovirals, have advanced greatly in recent years with the development of algorithms for evaluation of resistance. Currently, a number of systems for interpretation of HIV resistance to antiretrovirals, using algorithms, are available on the Internet. These systems identify the mutations associated with resistance, in amino acids sequences and return the viral resistance profile of HIV, acting therefore as, important tools for use in resistance analysis. In this study, we developed a bioinformatics tool for analysis of HIV-1 resistance to antiretrovirals. This tool is easy to use, will be available at the bioinformatics unit of LASP / CPqGM / FIOCRUZ, Bioafrica and IOC / FIOCRUZ in public domain and is able to optimize the analysis of genomic data of HIV-1. This tool can access a database of gene sequences previously stored, extract information, compare HIV-1 sequences from public databases, identifying mutations in genes that encode reverse transcriptase and protease, and associate that data with resistance to the individual anti -retroviral therapies used in anti-HIV/AIDS. Additionally, the tool allows locate post-translational sites and establish a distribution profile of the sequences stored in local databases, both for resistance and by post-translational sites to serve as parameter for comparison with the sequences submitted by users of the tool.

SOUSA, F. Y. M. Caracterização bioquímica e molecular da oxidase terminal da plastoquinona (PTOX) em Zea mays. 2008. 73 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2008. / Submitted by Francisco Lacerda (lacerda@ufc.br) on 2015-01-23T21:27:51Z No. of bitstreams: 1 2008_dis_fymsousa.pdf: 3276367 bytes, checksum: 8879b62998190a8cd28e217ce8a8c994 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa(jairo@ufc.br) on 2015-02-25T21:32:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_dis_fymsousa.pdf: 3276367 bytes, checksum: 8879b62998190a8cd28e217ce8a8c994 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-25T21:32:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_dis_fymsousa.pdf: 3276367 bytes, checksum: 8879b62998190a8cd28e217ce8a8c994 (MD5) Previous issue date: 2008 / The chloroplast is an organelle characteristic of photosynthetic organisms and their role in generating energy from carbon dioxide and water. This organelle may be functionally compromised when subjected to environmental stresses due to the fragility and complexity of the system. To avoid losses caused by stress there are several mechanisms of adaptation and adjustment of the reactions that occur in the chloroplast. Recently characterized most likely of these mechanisms has been called clororespiração. The clororespiração was clarified with the discovery of an enzyme similar to mitochondria that the alternative oxidase is called terminal plastid oxidase (PtOx). The function of chloroplast respiration remains uncertain, but one of the most accepted hypothesis is that the operation of clororespiração could prevent the formation of reactive oxygen species by recycling intermediate reducing the chloroplast. Characterized in this study was the presence of two genes coding for the terminal oxidase in plant plastid of Zea mays. Was also studied the differential expression of both genes in response PtOx or water stress, and the characterization of clororespiração through the activity of the NADH dehydrogenase plastid (NDH) polyacrylamide gel. The molecular characterization of genes PtOx showed homology of 60% when comparing the sequences of genes and 79% when compared to the pre-translated proteins. Genes of this protein have similar structures are composed of eight introns and exons 9. A study of regions of the promoters of the genes showed that there were common elements but the presence of different elements as the cis elements that MBS is responssivo drought, could reveal a differential regulation of genes. The differential response was confirmed by semiquantitative RT-PCR. The gene was called ptox1 stable expression could be considered a constitutive gene, whereas the gene was called ptox2 increased expression proportional to applied stress in both leaves and roots of corn plants. The analysis of the activity of NDH gel (zymogram) revealed the presence of this enzyme in chloroplasts corn confirming the presence of enzymes clororespiração. The phylogenetic analysis of cDNA sequences from databases showed that corn and sorghum in the group of monocots are closely related species which share two of the orthologous genes identified as PtOx ptox1 and ptox2. It appeared that the first time the presence of two genes PtOx into the maize genome, a C4 monocotiledôena metabolism. Genes were named ptox1 and ptox2. They were found in the roots and leaves and only ptox2 gene appeared to be induced in response to osmotic stress. / O cloroplasto é uma organela característica dos organismos fotossintetizantes sendo seu papel primordial na geração de energia a partir de gás carbônico e água. Essa organela pode ter seu funcionamento comprometido quando submetida a estresses ambientais devido a fragilidade e complexidade do sistema. Para evitar perdas provocadas pelo estresse existem vários mecanismos de adaptação e regulação das reações que ocorrem no cloroplasto. Recentemente caracterizou-se mais um desses prováveis mecanismos que foi chamado de clororespiração. A clororespiração foi esclarecida com a descoberta de uma enzima similar a oxidase alternativa da mitocondria que chamou-se de oxidase terminal do plastídeo (PTOX). A função dessa respiração do cloroplasto permanece incerta, mas uma das hipóteses mais aceitas é que o funcionamento da clororespiração poderia prevenir a formação de espécies reativas de oxigênio através da reciclagem dos intermediários redutores do cloroplasto. No presente trabalho foi caracterizado a presença de dois genes que codificam para a oxidase terminal do plastídeo em plantas de Zea mays. Estudou-se também a expressão diferencial de ambos genes da PTOX em resposta ou estresse hídrico, além da caracterização da clororespiração através da atividade da NADH desidrogenase plastidial (NDH) em gel de poliacrilamida. A caracterização molecular dos genes da PTOX mostrou homologia de 60% quando comparadas as sequências dos genes e de 79% quando comparadas as pré-proteínas traduzidas. Os genes dessa proteína têm estruturas similares, sendo compostos por oito introns e 9 éxons. Um estudo das regiões dos promotores dos genes mostrou que existiam elementos comuns porém a presença de elementos diferentes como, o elementos cis MBS que é responssivo à seca, poderia revelar uma regulação diferencial dos genes. A resposta diferencial foi confirmada através de RT-PCR semiquantitativo. O gene chamado de ptox1 teve sua expressão estável, podendo ser considerado um gene constitutivo, enquanto que o gene chamado de ptox2 teve um aumento da expressão proporcional ao estresse aplicado tanto em folhas como em raízes de plantas de milho. A análise da atividade da NDH em gel (zimograma) revelou a presença dessa enzima em cloroplastos de milho confirmando a presença das enzimas da clororespiração. O estudo filogenético de sequencias de cDNA de bancos de dados mostraram que milho e sorgo pertencentes ao grupo das monocotiledôneas, são espécies muito próximas e que compartilham dois genes ortólogos da PTOX identificados como ptox1 e ptox2. Concluiu-se pela primeira vez a presença de dois genes da PTOX no genoma do milho, uma monocotiledôena de metabolismo C4. Os genes foram denominados de ptox1 e ptox2. Eles foram encontrados em raízes e folhas e apenas o gene da ptox2 pareceu ser induzido em resposta ao estresse osmótico.

Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia. Núcleo de Pesquisas em Ciências Biológicas, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-12-09T15:49:52Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_OtimizaçãoPeriodicidadesFracas.pdf: 2409585 bytes, checksum: f6c5582e68fe17edc6d95f5b2a5c8edc (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-12-09T20:19:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_OtimizaçãoPeriodicidadesFracas.pdf: 2409585 bytes, checksum: f6c5582e68fe17edc6d95f5b2a5c8edc (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-09T20:19:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_OtimizaçãoPeriodicidadesFracas.pdf: 2409585 bytes, checksum: f6c5582e68fe17edc6d95f5b2a5c8edc (MD5) Previous issue date: 2013 / Transformadas de Fourier discretas e os seus espectros de potˆencia associados são utilizados em biologia molecular e na bioinformática para a detecção de periodicidades e regiões codificastes no DNA. Tipicamente, o genoma primeiramente é mapeado para uma série numérica, então é feita sua transformada de Fourier, que será monitorada em busca de periodicidades biologicamente relevantes. A detecção de uma determinada periodicidade é criticamente dependente da forma como o genoma foi convertido numa sequência numérica. Uma vez que existem inúmeras maneiras de se mapear uma sequência de DNA, periodicidades biologicamente importantes podem passar despercebidas. Aqui apresentamos um método que utiliza um algoritmo genético para otimizar o mapeamento numérico que maximizará um pico em dada frequência do espectro de potências de Fourier. Nós mostramos que o método tem a capacidade de detectar periodicidades fracas que são normalmente perdidas com esquemas de mapeamento tradicionais, e dessa forma, aumenta em muito a sensibilidade de técnicas baseadas na transformada de Fourier discreta. Para exemplificar o uso deste novo método, nós o aplicamos para encontrar as periodicidades de 3 e 10 nucleotídeos em trechos dos genomas do Plasmodium falciparum e Drosophila melanogaster, além de aplicá-lo também em sequências promotoras de Homo sapiens, que foram recentemente analisadas para a detecção do período de 10 nucleotídeos. Trabalhos anteriores publicaram afirmações conflitantes sobre a presença desta periodicidade em torno dos sítios de iniciação de transcrição (TSS) de promotores humanos. Nós mostramos que esta periodicidade está realmente presente nessas sequências e também que o nosso método é robusto e eficiente para descobrir periodicidades fracas em genomas. ______________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Discrete Fourier transforms and their associated power spectra are used in molecular biology and bioinformatics for detecting periodicities and protein-coding genes. Typically, the genome is mapped into a numerical series which is Fourier-transformed and monitored for biologically relevant periodicities. The detection of a given periodicity is critically dependent on how the genome was converted into a numerical sequence. Since there are numerous ways of mapping the sequence, biologically important periodicities may go undetected. Here we present a method which employs a genetic algorithm to detect periodicities by optimising a given frequency peak of the Fourier power spectrum. We show that the method has the capability of detecting weak periodicities which are ordinarily missed with traditional mapping schemes, therefore greatly enhancing the sensitivity of discrete-Fourier-transform based techniques. To exemplify the use of this new method we apply it to find periodicities of 3 and 10 nucleotides on the Plasmodium falciparum and Drosophila melanogaster genomes and Homo sapiens promoter sequences, which were recently analysed for the detection of period 10. Previous works made confliting assertions about the presence of this periodicity around human TSS. We show that this periodicity is indeed present in these sequences and show that our method is robust and efficient to uncover weak periodicities in genomes.

A família das serino proteases inclui diversas proteínas envolvidas em uma variedade de processos fisiológicos, como digestão protéica, regulação da pressão arterial e da coagulação sanguínea, entre outros. Quando disfuncionais, relacionam-se à condições patológicas graves como trombose vascular, embolismo pulmonar, infarto agudo do miocárdio, isquemia cerebral, bem como com o quadro da hemofilia B, ocasionada pela deficiência de fator IX. A investigação dos mecanismos de ação e a compreensão do funcionamento de serino proteases e de seus inibidores, as serpinas, é essencial para desvendar mecanismos de doenças e para a modelagem de fármacos mais específicos e eficientes. A pesquisa de fármacos anti-trombóticos busca desenvolver produtos capazes de interferir no processo hemostático que pode resultar no grave quadro trombo-embólico. A nitroforina-2 (NP-2), produzida na secreção salivar do inseto barbeiro Rhodnius prolixus, é uma proteína dotada de potente ação anti-hemostática, atuando como um inibidor específico do complexo tenase intrínseco (TF/FVIIa/FIX). Em trabalho anterior, nosso grupo identificou que o fragmento correspondente ao segmento 90-110 de NP-2 possui atividade anticoagulante. Um modelo do complexo fator IXa (fIXa)-NP-2 foi gerado a partir do “docking” do peptídeo de NP-2 na provável região de ligação com fIXa. Este complexo foi usado como ponto de partida para a simulação por dinâmica molecular e refinamento da estrutura. Novos peptídeos foram propostos como o objetivo de gerar estruturas com maior afinidade por fIXa. Identificamos o hexapeptídeo LKEADE como apresentando melhor afinidade por fIXa, o qual sugerimos como “template” para o planejamento racional de fármacos com ação anticoagulante e anti-trombótica. Numa outra vertente de nosso trabalho, estudamos a superfamília de proteínas denominada serpinas (serpins, ou “SERine Protease INhibitors”) que engloba um grande conjunto de proteínas dotadas de estruturas similares e provenientes de vários e distintos organismos. A função inicialmente identificada para as serpinas foi de inibição de serino proteases da coagulação sangüínea; entretanto, muitas serpinas perderam esta função.Nestes estudos foram usados modelos ocultos de Markov para criar modelos e descrições possibilitando classificar as serpinas em relação à sua função biológica. Foram criadas assinaturas para cada grupo: seqüências consenso e padrões de aminoácidos distintos para cada modelo/função correspondente. Um modelo específico para serpinas da coagulação sangüínea foi criado. Para este modelo, foi gerada a expressão regular [IVTLM]-[FLVA]- F-S-P-[VLWYF]-[SG]-[IV] que descreve tal função. Além disso, ela codifica a seqüência de uma importante região envolvida na mudança conformacional e no funcionamento da serpina. Tanto esta seqüência quanto a estrutura secundária correspondente podem ser melhor investigadas, por sugerirem um alvo para inibição ou ativação. / The protein family of serine proteases comprises molecules involved in a wide range of physiological processes, such as regulation of blood pressure and coagulation. Dysfunctional serine proteases are related to pathological conditions such as embolism, heart failure, cerebral ischemia and also hemophilia B (the latter being a consequence of factor IX deficiency). The understanding of serine proteases mechanism of action, as well as of their inhibitors is a key step to the discover and develop new drugs. In the study of homeostasis, the search for anti-thrombotic drugs seek to avoid thrombosis and related conditions. The protein nitrophorin-2 (NP-2), found in the salivary glands of the hematophagous insect Rodnius prolixus, is a specific inhibitor of the intrinsic tenase complex (TF/fVIIa/fIX). In previous studies, we identified the NP-2 fragment (amino acid sequence 90-110) showing anticoagulant activity. Models of the complex factor IXa (fIXa) – NP-2 were created. This complex was used as a starting point for the molecular dynamic simulations and structure refinement. New NP-2 peptides were suggested, in order to achieve higher affinity complexes. We identified the hexapeptide LKEADE as showing higher affinity for fIXa, which we suggest to be used on rational drug design studies for anticoagulant drugs. The superfamily of proteins known as serpins (“Serine Protease Inhibitors”) involve a number of similar structures, found in a wide variety of organisms. Its function was initially identified as an inhibitor of blood clotting serine proteases. However, many serpins have lost that function in the course of natural evolution. Hidden Markov models were then used to create profiles classifying those proteins due to their biological function. We created signatures for each group of functional serpins in the form of consensus sequences and distinct amino acid patterns. A blood clotting-specific model was generated, which has yielded the regular expression [IVTLM]-[FLVA]-F-S-P-[VLWYF]-[SG]-[IV]. Such pattern also codes for a region of the structure involved in an extensive conformational change. The change is related to the activation of the serpin, and, therefore, both pattern and sequence should be investigated. Combined, these information suggest a powerful target for blood clotting inhibition.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2017. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2017-06-23T15:58:25Z No. of bitstreams: 1 2017_MichelJunioFerreiraRosa.pdf: 5524444 bytes, checksum: 5d5619de97abe6264644960d0d2da01c (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-08-04T19:59:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_MichelJunioFerreiraRosa.pdf: 5524444 bytes, checksum: 5d5619de97abe6264644960d0d2da01c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-04T19:59:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_MichelJunioFerreiraRosa.pdf: 5524444 bytes, checksum: 5d5619de97abe6264644960d0d2da01c (MD5) Previous issue date: 2017-08-04 / A computação em nuvem concebeu um modelo computacional interessante, que fornece um conjunto de recursos tais como armazenamento, banco de dados e poder de processamento, todos disponibilizados como serviços. Recentemente, o conceito de computação em nuvem se estendeu para a computação em nuvens federadas, nas quais diferentes provedores se interconectam para disponibilizarem mais recursos de maneira integrada e transparente ao usuário final. Assim, o uso de plataformas de nuvem tem sido amplamente incentivado em aplicações que demandam muito poder de processamento e/ou armazenamento, como por exemplo os workflows de bioinformática. Todavia, os usuários que operam tais workflows se deparam com uma variedade e quantidade muito grande de recursos disponíveis, sendo difícil a escolha correta dos mesmos para um determinado workflow. Esse dimensionamento está longe de ser trivial e, para tratar desse problema, este trabalho propõe uma abordagem chamada sPCR (Serviço de Predição de Custos e Recursos Computacionais), que mescla a metaheurísticas GRASP e o método de regressão linear múltipla, com o objetivo de dimensionar os recursos para os usuários de forma transparente, ao informar o custo financeiro e o tempo de execução antes mesmo de iniciar o workflow. Além disso, o sPCR permite que o usuário possa interagir e escolher entre execuções de alto desempenho, de baixo orçamento, ou definir o quanto quer pagar e em quanto tempo quer a finalização do workflow, tudo de forma automática e transparente. Os resultados mostram a adequação do sPCR para estimar os recursos, custos e tempos de execução dos workflows testados. / Cloud computing provides an interesting computational model which provides a set of features, such as storage, database, and processing power, all made available as services. Recently, the concept of cloud computing has been extended to cloud federations in which different providers interconnect to provide more resources to the end user in an integrated and transparent way. The use of cloud platforms has been widely encouraged in applications that require a lot of processing and / or storage power, such as bioinformatics workflows. However, users who operate such workflows are faced with a very large variety and quantity of available resources, making it difficult to choose the correct ones for a certain workflow. This design is far from trivial and, in order to address this problem, this work proposes an approach called sPCR (Service of Costs and Computational Resources Prediction) which merges GRASP metaheuristics and the multiple linear regression method, with the purpose of transparently measuring resources for users by reporting the financial cost and runtime before even starting the workflow. In addition, sPCR allows the user to interact and choose between high-performance, low-budget runs, or set how much to pay and how long to finish the workflow, all automatically and transparently. The results show the adequacy of the sPCR to estimate the resources, costs and execution times of the tested workflows.

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.