Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_RaquelLopesCosta.pdf: 18200395 bytes, checksum: 43feaef8d856d7407f2c1362a1e32956 (MD5) Previous issue date: 2010-06-01 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / Viruses evolve at a fast rate, allowing them to accumulate genetic variation in a range of time accessible to epidemyological studies. Among RNA viruses, the dengue virus Flavivirus is the agent of the most widespread viral disease transmited by a insect borne vector of the Aedes genus and affects tropical and subtropical zones. The MCMC Bayesian inference was used in this study assessed the patterns of the viral distribution and molecular evolution of four serotypes of dengue virus (DENV-I, II, III and IV). In total, 603 samples of the envelope from 71 countries that have been isolated for 64 years (1944-2008) were evaluated. Our results show similarities for the average rate of evolution of each serotype (about 7.5 x 10^-4 subst/site/year), with a considerable 95% superposition of HPD. When samples are taken together, the analysis coalescence suggests that the first divergence among serotypes happened at about 330 AD. Extinctions, expansions and the emergence of new lineages are responsible by the intra-serotypical diversity currently observed. Analysis of population show high rate of epidemic increase related to the introduction of new serotypes in Central and South America. Geographic distribution pattern show strong spatial and temporal subdivision, mainly in America and South Asia. / Os vírus, possuem uma rápida taxa evolutiva, acumulando variação genética em um intervalo de tempo acessível aos estudos epidemiológicos. Entre os vírus de RNA, o vírus da dengue Flavivirus é o agente da mais ampla doença viral transmitida por um inseto vetor do gênero Aedes que afeta países das regiões tropicais e subtropicais. Através de técnicas de inferência bayesianas por cadeia de Markov Monte Carlo, este estudo avaliou padrões de distribuição viral e evolução molecular dos quatro sorotipos de vírus da Dengue (DENV-I, II, III e IV) em 603 amostras da região do envelope distribuídas em 71 países e isolados por um período de 64 anos (1944 a 2008). Os resultados mostraram semelhanças nas taxas médias de evolução dos sorotipos (em torno de 7.5 x 10^-4 substituições/por sítio/por ano) com uma considerável sobreposição de 95% de probabilidade posterior. A coalescência das amostras conjuntas sugere que a primeira divergência entre os sorotipos aconteceu por volta de 330 d.C com processos de extinção, aparecimento e expansão de novas linhagens responsáveis pela diversidade intrasorotípica atualmente observada. As análises populacionais revelaram altas taxas de crescimento epidêmico relacionadas com introduções de sorotipos ocorridos principalmente nas Américas Central e do Sul. Padrões de distribuição geográfica mostraram forte estrutura espaço-temporal, principalmente no sudeste asiático e nas Américas.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_aline.pdf: 3429789 bytes, checksum: 82cf452f7244c55bd99e241aadcec89f (MD5) Previous issue date: 2007-05-07 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / The extracelullar matrix (ECM) is formed by an assembly of proteins and glycoproteins which surrounds the cells, in various tissues. The laminin is a glycoprotein localized in the ECM that consists of three polypeptidic chains cross- shaped. It functions by anchoring epithelial cells to basal lamin, through associations with integrins, collagen, elastin and fibronectin. Integrins are adhesion receptors localized on cellular surface, that mediate interactions between cells and ECM. The interactions between proteins of ECM and cellular proteins are crucial for many normal biological processes such as cell differentiation, signal transduction, immune responses, wound healing and metastasis formation. The nature of interactions between laminin and integrin has not been fully identified yet. The present work aims to analyze, in an molecular scale, the interaction between human α6β1 integrin and laminin 111. In this work we conducted many studies, including: i) structural and sequential alignments of β-propeller and βA regions in lacking I-domain integrins; ii) model building of β-propeller e βA regions of α6β1 integrin complexed with small ECD or RGD peptide antagonists; iii) sequential alignment of various laminin LG domains; iv) model building of laminin 111 LG1 domain; and v) model building of the first described complex between the N-terminal portion of α6β1 integrin and laminin 111 LG1 domain. In order to do this, homology modeling and molecular dynamics techniques were applied, together with alignments between integrins α and β chains, and laminin LG domains. Our initial results show that the loop between blades 3 and 4 of α6 integrin subunit discriminates ligands by electrostatic interactions. Therefore we assumed that α6β1 integrin preferentially interacts with ECDF based peptides. It was demonstrated that the laminin 111 LG1 domain interacts with α6β1 integrin by the contact of this H β strand and α6 β-propeller. Further, by its electrostatic function and proximity to H β strand, LG1 residue Asp82 adheres to Mg+2 containing MIDAS in α6β1 integrin. This interaction appears to be indispensable for α6β1 and laminin 111 binding. / A matriz extracelular (ECM) é definida como um complexo de proteínas e glicoproteínas que envolve as células nos mais diversos tecidos. A laminina é uma glicoproteína que é formada por três cadeias polipeptídicas dispostas em cruz. Sua função é a de ancorar as células epiteliais à ECM, da qual faz parte, através de associações a outras proteínas como as integrinas, o colágeno, a elastina e a fibronectina. As integrinas são receptores de adesão localizadas na superfície celular, que medeiam a interação célula-ECM. Estas interações são cruciais para diversos processos biológicos, tais como a diferenciação celular, a transdução de sinais, a resposta imunológica, a cicatrização de ferimentos e a formação de metástases. Porém a forma estrutural com que a interação entre a integrina e a laminina ocorre ainda não foi esclarecida. Neste contexto este trabalho visa analisar, em escala molecular, a forma com que a integrina α6β1 e a laminina 111 humanas interagem. Assim, foram conduzidos vários estudos, entre eles: i) alinhamentos estruturais e seqüenciais das regiões β-propeller e βA de integrinas não-possuidoras de domínio I; ii) construção do modelo das regiões β-propeller e βA da integrina α6β1 em complexo com pequenos inibidores peptídicos do tipo ECD ou RGD; iii) alinhamento entre os domínios LG de lamininas; iv) construção do modelo do domínio LG1 da laminina 111; e v) construção do primeiro modelo descrito do complexo formado pela porção N- terminal da integrina α6β1 e o domínio LG1 da laminina 111. Para tanto, foram aplicadas as técnicas de modelagem por homologia e dinâmica molecular, além de alinhamentos entre as cadeias α e β de integrinas, e dos domínios LG de lamininas. Inicialmente os resultados mostraram que o loop que corresponde à região entre os subdomínios D2 e D3 da cadeia α6 discrimina ligantes por interações eletrostáticas, e a partir disso, que a integrina α6β1 possui interação preferencialmente com peptídeos do tipo ECDF. Foi mostrado que o domínio LG1 de laminina 111 interage com a integrina α6β1 pelo contato da fita β H com o β-propeller de α6. Além disso, por seu caráter eletrostático e proximidade à fita β H , o resíduo Asp82 de LG1 se adere ao íon Mg+2 do MIDAS da integrina α6β1, e que esta interação é indispensável à ligação entre as duas proteínas.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Corrigida_Final_Gregorio_2011.pdf: 7241946 bytes, checksum: cb82d524114ee5f3199d1239571fb2cd (MD5) Previous issue date: 2011-12-09 / The problem of predicting the native structure of proteins from their amino acid sequence is one of the major challenges of computational biology and implies very high computational cost. Several attempts have been made in the search for efficient algorithms and simplified models for protein structure prediction. In this respect, the inclusion and the correct description of the effects of protein solvent interaction are essential for the success of these methods, considering that the solvent plays a key role in the folding process and structural stability of proteins. Despite recent progress, the modelling of protein-solvent interactions in computer simulations remains a challenge. Implicit solvation models use different strategies to reproduce the effects of the solvent without representing their molecules discretely, doing this with a direct estimate of the solvation free energy. This work aimed to implement and carry out a comparative analysis of implicit solvation models described in the literature, and evaluate the impact of such models in the predictive capacity of the GAPF protein structure prediction suite ( Genetic Algorithms for Protein Folding ), developed in our research group GMMSB/LNCC. As some of the solvation models require the value of solvent accessible surface area (SASA) in their calculations, it was also necessary to implement a method that unites accuracy and computational efficiency. The methodology used in the POPS program was implemented for the calculation of the SASA, and the program MSMS is used as a reference for validation. Four solvation models were analyzed: EAS, I-SOLV, EEF1 e GBobc (used as reference). The thermal unfolding of 15 proteins via molecular dynamics (using the GROMACS simulation package) was carried out to evaluate the solvation models before these were placed in the context of a program for protein structure prediction. Seeking to evaluate the impact of each solvation model on GAPF, large scale tests on the ab initio prediction of structures of a set of 24 proteins were performed. The results show that: (i) the use of the POPS methodology is a good alternative for calculating the SASA; (ii) the solvation models I-SOLV, EEF1 and GBobc reflect the behavior of the SASA in their solvation free energies; (iii) with the exception of EAS, all the models were able to discriminate folding from unfolding structures; (iv) no model was able to discriminate close to native structures from structures with similar compression but with high RMSD (folded incorrectly); (v) the I-SOLV and EEF1 were the solvation models that came closest to the reference model GBobc; (vi) the solvation models I-SOLV and EEF1 provided an improvement in RMSD of predicted structures in the program GAPF with respect to experimental structures; (vii) the I-SOLV and EAS have the lowest computational cost among the evaluated solvation models, being faster than GBobc. The solvation models I-SOLV and EEF1 are the best alternative among those studied to model the effects of the solvation in the protein structure prediction. / O problema da predição da estrutura nativa de proteínas a partir da sua seqüência de aminoácidos é um dos grandes desafios da biologia computacional e implica em altíssimo custo computacional. Várias tentativas vêm sendo realizadas na busca de algoritmos e de modelos simplificados e eficientes para a predição de estruturas de proteínas. Nesse sentido, a inclusão e a correta descrição dos efeitos das interações entre a proteína e o solvente são essenciais para o sucesso desses métodos, haja vista que o solvente tem um papel fundamental no processo de enovelamento e estabilidade estrutural das proteínas. Apesar dos recentes progressos, a modelagem da interação proteína-solvente em simulações computacionais ainda é um desafio. Os modelos implícitos de solvatação utilizam diferentes estratégias para reproduzir os efeitos do solvente sem representar de forma discreta suas moléculas, e o fazem através de uma estimativa direta da energia livre de solvatação. O objetivo geral deste trabalho foi implementar e realizar uma análise comparativa de modelos implícitos de solvatação descritos na literatura, além de avaliar o impacto de tais modelos na capacidade preditiva do programa de predição ab initio de estruturas de proteínas GAPF, desenvolvido no GMMSB/LNCC. Como alguns modelos de solvatação requerem o valor da área de superfície acessível ao solvente (SASA) em seus cálculos, tornou-se também necessário, a implementação de um método que atrele acurácia e eficiência computacional. A metodologia utilizada no programa POPS foi implementada para o cálculo da SASA e o programa MSMS foi usado como referência para a validação da mesma. Quatro modelos de solvatação foram analisados: EAS, I-SOLV, EEF1 e GBobc (usado como referência). O desenovelamento térmico de 15 proteínas via dinâmica molecular (utilizando o pacote de simulação GROMACS) foi realizado com o objetivo de avaliar os modelos de solvatação antes desses serem inseridos no contexto de um programa de predição de estrutura de proteínas. Buscando apreciar o impacto de cada modelo de solvatação no programa GAPF, foram realizados testes em larga escala para a predição ab initio de estruturas de um conjunto de 24 proteínas. Os resultados obtidos mostram que: (i) o uso da metodologia do POPS apresenta-se como uma boa alternativa para o cálculo da SASA; (ii) os modelos de solvatação I-SOLV, EEF1 e GBobc refletem o comportamento da SASA nas suas energias livres de solvatação; (iii) com exceção do EAS, os demais modelos se mostram capazes de discriminar estruturas enoveladas de estruturas desenoveladas; (iv) nenhum dos modelos foi capaz de discriminar de forma satisfatória estruturas enoveladas de estruturas com compactação similar e alto RMSD (enoveladas incorretamente); (v) os modelos I-SOLV e EEF1 foram os que mais se aproximaram do modelo de referência GBobc; (vi) os modelos de solvatação I-SOLV e EEF1 proporcionaram uma melhora no RMSD das estruturas preditas no programa GAPF em relação às estruturas experimentais; (vii) o ISOLV e o EAS apresentam o menor custo computacional dentre os modelos de solvatação avaliados, sendo mais rápidos que o GBobc. Os modelos de solvatação ISOLV e EEF1 apresentam-se como as melhores alternativas, dentre as estudadas, para a modelagem dos efeitos da solvatação na predição de estrutura de proteínas.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GOLIATT_PVZC_thesis.pdf: 13370494 bytes, checksum: 2621901d59798613ae8fdb2d938dda20 (MD5) Previous issue date: 2011-06-27 / The knowledge of the three-dimensional (3D) conformation of the native structure of proteins has assisted biotechnological researches as those focused on protein design and structure based drug design. As an alternative to the techniques of experimental prediction and theoretical prediction via comparative modeling, the theoretical prediction via ab initio technique has been increasingly exploited. In the ab initio technique, the 3D protein structure prediction (PSP) is performed based only on its amino acid sequence and in their physicochemical properties. However, to obtain solutions that represent native structures, methods of ab initio PSP require a large number of function evaluations which limits their use in studies of more complex proteins. In the CG model, the representation of each amino acid is reduced to a set of few interaction sites, significantly reducing the number of degrees of freedom to be treated, and thus reducing the computational cost needed to evaluate each structure during the optimization process. In this work, we developed and implemented a CG model applied to the PSP problem, including the ability to simulate the presence of disulfide bonds. This model was adapted to the GAPF program (Genetic Algorithm for Protein Folding), previously developed by the "Grupo de Modelagem Molecular de Sistemas Biológicos" (GMMSB/ LNCC) and originally implemented for the PSP via ab initio technique using an all-atom model representation. The CG model has been tested on a set of 36 structures with sizes ranging from 18 to 106 amino acid residues, and covering the different classes of proteins (i.e. mainly alpha, alpha+beta and mainly beta). The results showed that the CG model proposed promoted improvements in predictive ability of GAPF program, now being able to predict β-sheet structures, and a decrease of approximately 80% of computational time. / O conhecimento da conformação tridimensional (3D) da estrutura nativa de uma proteína tem auxiliado pesquisas biotecnológicas como as voltadas à engenharia de proteínas e ao desenho racional de fármacos. Como alternativa às técnicas de predição experimental e à técnica de predição teórica via modelagem comparativa, a técnica de predição teórica via ab initio tem sido cada vez mais explorada. Na técnica ab initio, a predição da estrutura 3D de uma proteína (PSP) é feita baseando-se apenas na sua sequência de resíduos de aminoácidos e nas propriedades físico-químicas dos mesmos. Entretanto, os métodos de PSP ab initio, para chegarem à soluções que representem estruturas nativas, requerem um grande número de avaliações de função o que limita suas aplicações em estudos de proteínas mais complexas. Uma possível solução para este problema é o uso de uma representação simplificada do sistema (modelo coarse-grained - CG). No modelo CG, a representação de cada aminoácido é reduzida a um conjunto de poucos sítios de interação, diminuindo significativamente o número de graus de liberdade a serem tratados e, portanto, reduzindo o custo computacional necessário na avaliação de cada estrutura durante o processo de otimização. Neste trabalho, foi desenvolvido e implementado um modelo CG aplicado ao problema de predição de estruturas 3D de proteínas, incluindo-se a possibilidade de simular a presença de ligações dissulfídicas. Este modelo foi adaptado ao programa GAPF (Genetic Algorithm for Protein Folding), previamente desenvolvido no Grupo de Modelagem Molecular de Sistemas Biológicos (GMMSB/ LNCC) e originalmente implementado para a PSP via técnica ab initio usando um modelo de representação de todos os átomos do sistema. O modelo CG desenvolvido foi testado em um conjunto de 36 estruturas, de tamanhos variando entre 18 e 106 resíduos de aminoácidos, e abrangendo as distintas classes de proteínas (i.e. preferencialmente alfa, alfa+beta e preferencialmente beta). Os resultados obtidos mostraram que o modelo CG proposto resultou em melhorias na capacidade preditiva do programa GAPF, sendo agora capaz de predizer conformações em folha-β, e na redução de aproximadamente 80% do tempo computacional.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_alex.pdf: 2178182 bytes, checksum: 4e4873404ccf1ab02089a71aff029235 (MD5) Previous issue date: 2012-04-11 / At the American continent several hantavirus cause hantavirus pulmonary syndrome, considered an emerging and important public health problem. In Brazil, since the first outbreak at the beginning of the 1990s, more than 1440 cases have been documented in 14 of the 27 states, with a mortality rate of 40 to 70%. Interestingly, despite the absence of reported cases at states of the Espírito Santo, Mato Grosso do Sul and Rio de Janeiro which bordering states with high incidence, different studies conducted had identified infected rodents reservoirs with pathogenic hantaviruses at this places, leading to a series of questions that couldn't be answered until this moment. The main objective of this study was to contribute to an understanding to the genetic diversity of hantaviruses identified in Brazil analyzing the complete sequence of genomic S segment. Initially a survey was conducted in online databases (GenBank) in order to obtain the complete nucleotide sequences of the S segment of different hantavirus, with emphasis on Brazilian sequences. From a total of 334 sequences retrieved, only 14 belonged to Brazil, all sequences recovered from human samples; 12 were genotype Araucaria (Juquitiba) and two, genotype Araraquara,. With this result, biological seroreactive animal samples, stored at Laboratório de Hantaviroses e Rickettsioses IOC FIOCRUZ, were selected and submitted to PCR. Primers were designed and developed to amplify the entire genomic S segment. The sequencing of 23 samples of wild rodents in endemic and non-endemic areas from seven Brazilian states made possible to provide (i) the first description and molecular characterization of a hantavirus in the state of the Espírito Santo, (ii) the first description of the genotype Juquitiba in the rodent species Oligoryzomys fornesi in Brazil, (iii) the complete sequence of the first S segment Jabora genotype. The phylogenetic analysis showed, in a unpublished way, the wide genetic diversity of Brazilian hantavirus. It wasn t possible to observe an association pattern between host or geography, confirming results obtained in available recent studies. / No continente americano vários hantavírus causam síndrome pulmonar por hantavírus, um emergente e importante problema de saúde pública nas Américas. No Brasil, desde o primeiro surto da doença no inicio da década de 1990, mais de 1.440 casos já foram documentados em 14 dos 27 estados brasileiros, com uma taxa de letalidade de 40 a 70%. Curiosamente, apesar da ausência de notificação de casos, nos estados como Espírito Santo, Mato Grosso do Sul e Rio de Janeiro, localizados na divisa de estados de elevada incidência, estudos desenvolvidos têm identificado roedores reservatórios infectados com hantavírus patogênicos, levando a uma série de questionamentos que, até a presente data, não pode ser respondido. O objetivo principal deste trabalho foi contribuir para o conhecimento da diversidade genética dos hantavírus identificados no Brasil a partir das sequências completas do segmento genômico S. Inicialmente um levantamento foi realizado em bases de dados on-line (GenBank®) visando à obtenção das sequências completas de nucleotídeos do segmento S dos diferentes hantavírus, com ênfase nas sequências brasileiras. De um total de 334 sequências recuperadas, somente 14 sequências foram de hantavírus brasileiros sendo 12 delas do genótipo Araucária (Juquitiba) e duas do genótipo Araraquara, todas recuperadas de amostras humanas. Diante deste resultado, amostras biológicas de animais sororreativos acondicionadas no Laboratório de Hantavíroses e Rickettsioses IOC FIOCRUZ foram selecionadas e submetidas à PCR. Para isso, iniciadores (primers) foram desenhados e desenvolvidos para amplificação de todo o segmento genômico S. O sequenciamento de 23 amostras de roedores silvestres em áreas endêmicas e não endêmicas, em sete estados brasileiros, possibilitou a (i) primeira descrição e caracterização molecular de um hantavírus no estado do Espírito Santo; (ii) a primeira descrição do genótipo Juquitiba no roedor da espécie Olygorizomys fornesi no Brasil; (iii) a primeira sequência completa do segmento S do genótipo Jaborá. Na avaliação filogenética foi observada, em caráter inédito, a ampla diversidade genética dos hantavírus brasileiros. Não foi possível visualizar um padrão de associação hospedeiro ou geográfico, corroborando com os resultados obtidos em estudos recentes disponíveis.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:58:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO_PAULO_WERDT.pdf: 21786566 bytes, checksum: 03a53ac9704356741edfa085dc1c0f81 (MD5) Previous issue date: 2014-04-28 / The prediction of the three-dimensional structure of proteins (PSP) has been one of the most challenging fields of computational biology, both for its applicability in the field of medicine and drug design, as for its high complexity and computational cost. The main objective of this work was to implement and investigate the predictive potential in the context of the program GAPF (Genetic Algorithm for Protein Folding), the use of a Coarse Grained (CG) model, coupled with a genetic algorithm of multiple minimum, designed specifically to predict protein structures, using restraints of distance and angles obtained from experiments of Nuclear Magnetic Resonance (NMR). A second objective was, using structures determined by NMR and deposited in the Protein Data Bank (PDB), to identify, classify and generate statistics of those NMR restraints that might be more relevant in a process of predicting protein structures. In this sense, programs were developed, in C++ language, to read, interpret, analyze and engage the NMR information contained in the PDB files, making it possible to use the restraints contained in these files, by the program GAPF. A visualization program was also developed, using the OpenGL library, which allows the observation of protein structures with their respective NMR restraints. Simulations were performed on a test group of ten proteins with known structure, and the results were compared with those obtained using an all atom model. The results obtained with the use of the CG model were equivalent or, in most cases, exceeded the results achieved with the all atom force field. Besides allowing a significant reduction in computational cost, the use of the CG model enabled a significant reduction of the number of NMR restraints necessary for the prediction of a structure with a folding considered correct or satisfactory. / A predição da estrutura tridimensional de proteínas (PSP) tem se mostrado um dos campos mais desafiadores da biologia computacional, tanto pela sua aplicabilidade no campo da medicina e no desenho de fármacos, quanto pela sua alta complexidade e custo computacionais. O objetivo principal deste trabalho foi implementar e investigar o potencial preditivo, no contexto do programa GAPF (Genetic Algorithm for Protein Folding), do uso de um modelo Coarse Grained (CG) acoplado com um algoritmo genético de múltiplos mínimos desenvolvido especificamente para predizer estruturas de proteínas, utilizando restrições de distância e de ângulos advindas de experimentos de Ressonância Magnética Nuclear (RMN). Um segundo objetivo foi, utilizando estruturas determinadas por RMN depositadas no Protein Data Bank (PDB), identificar, classificar e gerar estatísticas sobre as restrições de RMN que possam ser mais relevantes em um processo de predição de estruturas de proteínas. Neste sentido, foram desenvolvidos programas, na linguagem C++, para ler, interpretar, analisar e acoplar as informações de RMN contidas nos arquivos do PDB, tornando possível a utilização das restrições, contidas nestes arquivos, pelo programa GAPF. Também foi desenvolvido um programa de visualização que, utilizando a biblioteca OpenGL, permite a observação das estruturas de proteínas com as suas respectivas restrições de RMN. Foram realizadas simulações em um grupo teste de dez proteínas, de estrutura já conhecida, e os resultados foram comparados com aqueles obtidos com o uso do modelo all-atom. Os resultados obtidos com o uso do modelo CG conseguiram ser equivalentes ou, na maioria dos casos, superar os resultados obtidos com o modelo all-atom. Além de permitir uma redução significativa no custo computacional, o uso do modelo CG possibilitou uma redução significativa do número de restrições de RMN necessárias para a predição de uma estrutura com um enovelamento considerado correto ou satisfatório.

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It is an approach widely used by the pharmaceutical industry and the academic community for identification and optimization of lead compounds, contributing to the reduction of cost, time and failures in the development of new drugs. Current docking methods and the associated scoring functions exhibit good performances in identifying experimental binding modes. However, the detection of active compounds among a decoy set of ligands and the accurate prediction of binding affinity remain challenging tasks. The DockThor program developed in our group has obtained promising results in comparative studies with other well established and widely used protein-ligand docking programs for predicting experimental binding modes. Despite useful for pose prediction, the current scoring function implemented in DockThor is not suitable for predicting binding affinities of protein-ligand complexes, obtaining no correlation with measured affinity data. In this work, we develop several scoring functions with physically-based features for predicting binding affinities of protein-ligand complexes trained with diverse machine learning techniques. The final scoring functions consist of force-field based terms related to the intermolecular interactions (electrostatic and van der Waals potentials), an original term for the ligand entropy (number of frozen rotatable bonds), ligand and protein desolvation and the hydrophobic effect. Then, we developed general and target-classes scoring functions, the last to account for binding characteristics associated with a target class of interest, focusing on proteases, kinases and protein-protein interactions complexes (PPIs). The scoring functions were derived using linear regression (MLR) and seven more advanced machine learning techniques for nonlinear problems. The training and testing were carried out using high-quality datasets composed of experimental structures of diverse protein-ligand complexes with binding affinities data available (Kd or Ki). Additionally, we also derived general scoring functions trained with redocking results from the DockThor program. The scoring functions trained with docking results obtained promising performances when evaluated in both experimental and docking structures, indicating that they are reliable to be used in real virtual screening experiments. The scoring functions developed in this work have demonstrated to be competitive with the best-evaluated linear and nonlinear scoring functions in benchmarking studies described in the literature. The scoring functions derived for specific classes of targets also exhibited promising performances, achieving great improvements when using nonlinear approaches compared to the linear models. Moreover, the consensus scoring strategy investigated in this work exhibited impressive results, ranking among the top-three models with the best predictive performances on all cases. The development of the scoring functions implemented in this thesis is a crucial step to make the DockThor an even more competitive program, enabling the development of the high-throughput virtual screening program and portal DockThor-VS. / Atracamento molecular é uma metodologia que tem por objetivo prever a conformação e a afinidade de uma pequena molécula no sítio de ligação do receptor alvo de interesse. É uma abordagem amplamente utilizada pela indústria farmacêutica e pela comunidade acadêmica para identificação e otimização de compostos líderes, contribuindo para a redução de custo, tempo e falhas no desenvolvimento de novos fármacos. As metodologias atuais de atracamento molecular e as funções de avaliação associadas possuem bom desempenho em identificar modos de ligação. Entretanto, a detecção de compostos ativos dentre inativos e a predição acurada da afinidade de ligação ainda são grandes desafios. O programa DockThor, desenvolvido pelo nosso grupo de pesquisa, tem obtido resultados promissores em estudos comparativos com outros programas de atracamento molecular bem estabelecidos e amplamente utilizados pela comunidade científica para a predição de modos de ligação. Apesar de ser bastante útil para predição de poses, a função de avaliação atualmente implementada no DockThor não é adequada para prever afinidade de complexos proteína-ligante, não obtendo correlação com dados experimentais. Neste trabalho, nós desenvolvemos diversas funções de avaliação com características baseadas na física para prever afinidade de ligação de complexos proteína-ligante, treinadas com diversas técnicas de aprendizagem de máquina. As funções de avaliação finais consistem de termos baseados em campo de força relacionados com as interações intermoleculares (potenciais eletrostático e de van der Waals), um termo original para a entropia do ligante (número de ligações rotacionáveis congeladas), dessolvatação do ligante e da proteína e o efeito hidrofóbico. Desenvolvemos então funções de avaliação gerais e específicas para classes de alvos, esta para considerar características específicas associadas com a classe de alvo de interesse, focando em proteases, cinases e complexos de interações proteína-proteína (PPIs). As funções de avaliação foram derivadas utilizando regressão linear (MLR) e sete outras técnicas mais avançadas de aprendizagem de máquina para problemas não lineares. O processo de treinamento e teste foi realizado utilizando conjuntos de dados de alta qualidade compostos de estruturas experimentais de diversos complexos proteína-ligante com dados de afinidade de ligação disponíveis (Kd ou Ki). Adicionalmente, também derivamos funções de avaliação gerais treinadas com resultados do atracamento molecular com o programa DockThor. As funções treinadas com resultados de atracamento obtiveram desempenho promissor quando avaliadas tanto em estruturas experimentais quanto provenientes de atracamento molecular, indicando que elas são confiáveis para serem usadas em experimentos reais de triagem virtual. As funções desenvolvidas neste trabalho demonstraram ser competitivas com as melhores funções de avaliação lineares e não lineares em estudos comparativos descritas na literatura. As funções específicas para classes de alvos também exibiram desempenhos promissores, alcançando significativa melhoria quando utilizando abordagens não lineares comparadas com os modelos lineares. Além disso, a estratégia de avaliação consenso investigada neste trabalho exibiu resultados impressionantes, ficando entre os três melhores modelos com melhores desempenhos preditivos em todos os casos. O desenvolvimento das funções de avaliação implementadas nesta tese é um passo crucial para tornar o programa DockThor ainda mais competitivo, possibilitando o desenvolvimento do programa e do portal de triagem virtual em larga escala DockThor-VS.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-10-18T15:37:16Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseConformacionalEnzima.pdf: 2962750 bytes, checksum: a3dc63037d6a89e63bf949b46941a41e (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-11-14T14:05:55Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseConformacionalEnzima.pdf: 2962750 bytes, checksum: a3dc63037d6a89e63bf949b46941a41e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-14T14:05:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseConformacionalEnzima.pdf: 2962750 bytes, checksum: a3dc63037d6a89e63bf949b46941a41e (MD5) Previous issue date: 2017 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O Vírus da imunodeficiência humana (HIV), causador da síndrome da imunodeficiência adquirida (AIDS), é um retrovírus que possui glicoproteínas altamente virulentas que invadem o linfócito TCD4+ através de seus receptores CCR4 e CXCR5. O ciclo biológico do HIV é mediado pelas enzimas protease, transcriptase e integrase. A HIV-1 protease é uma enzima que está presente na fase final do ciclo biológico, onde ocorre a maturação do vírus e é um importante alvo farmacológico. O objetivo principal deste projeto é verificar os efeitos das mutações D30N, I84A e M46I na enzima protease HIV-1 e na formação do complexo com o inibidor nelfinavir através de técnicas de dinâmica molecular e bioinformática. Os resultados baseados nas análises estruturais mostraram diferenças estruturais entre os sistemas estudados. O sistema 1OHR apresentou uma conformação fechada, os sistemas D30N e D30N_I84A_M46I apresentaram conformação semi-aberta e o sistema D30N_I84A apresentou conformação aberta, em que o último apresentou menor valor de energia livre e maior instabilidade nas análises de RMSD, porém a maior flutuação de resíduos de aminoácidos. As análises teóricas mostraram a importância na resistência da dupla mutação D30N_I84A e a capacidade de reestruturação conformacional da mutação M46I e capacidade catalítica. / The Human Immunodeficiency Virus (HIV), which causes acquired immunodeficiency syndrome (AIDS), is a retrovirus that has highly virulent glycoproteins that invade the CD4 + T lymphocyte through its CCR4 and CXCR5 receptors. The biological cycle of HIV is mediated by the protease, transcriptase and integrase enzymes. HIV-1 protease is an enzyme that is present in the final phase of the biological cycle, where virus maturation occurs, and is an important pharmacological target. The main objective of this project is to verify the effects of the D30N, I84A and M46I mutations on the HIV-1 protease enzyme and the complex formation with the nelfinavir inhibitor through molecular dynamics and bioinformatics techniques. The results based on the structural analyzes showed structural differences between the studied systems. The 1OHR system presented a closed conformation, the systems D30N and D30N_I84A_M46I presented semi-open conformation and the D30N_I84A system presented open conformation, in which the latter presented lower free energy value and greater instability in the RMSD analyzes, however the greater flotation of residues Of amino acids. The theoretical analyzes showed the importance in the resistance of the double mutation D30N_I84A and the conformational restructuring capacity of the M46I mutation and catalytic capacity.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:59:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ieda Schleger.pdf: 2652464 bytes, checksum: d6b5e5be7baa4e50ef5c5874a9a4189d (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The family Characidae (Characiformes) is the most diverse in number of species among Neotropical fish. Many genera of this family, for no to present evidence of monophyly, are considered Incertae Sedis, such as Astyanax. This genus of fish groups popularly known as lambari, comprises 155 valid species. Astyanax serratus is considered endemic of the Iguaçu River, where is largely distributed. Astyanax laticeps occurs in coastal basins of the coastal region of Uruguay, south and southeast Brazil. These species are morphologically similar and are included in the complex A. scabripinnis. The purpose of this study was to determine A. serratus and A. laticeps are the same species in synonymy, or form distinct evolutionary units, but cryptic. Therefore, was used morphometric analysis, including measurements of body proportions relative to length of the body and of the head, counting number of teeth, cusps and fins. Cytogenetic analysis consisted in chromosome preparations conventional Giemsa staining, localization of constitutive heterochromatin by C-banding method, detection of nucleolar organizer regions (NORs) by impregnation with silver nitrate (Ag-NORs) and fluorescent in situ hybridization using DNA probes ribosomal (rDNA) 5S and 18S. The sequences used as DNA barcode, were obtained by partial amplification of cytochrome c oxidase I (COI) gene and the genetic distance calculated by the method of Kimura 2-parameters (K2P). The results of morphometric analysis revealed pre-jaw with two series of teeth, presence of hooks on anal and pelvic fins of males, elongated body with a humeral spot with narrow anteroventral extension in both species. Cytogenetic showed the same diploid number of 50 chromosomes, including the first pair of large metacentric chromosomes in relation to the others complements, the same karyotype formula (4m + 24sm + 6st + 16a) and even fundamental number (84). The markings of 5S rDNA coincide in the centromeric region of chromosome 19 pair and were evidenced multiple sites of 18S rDNA, located in the telomeric regions of the chromosomes in both species analyzed. The Ag-NORs showed to be coincident with 18S sites in most cases. The distribution of constitutive heterochromatin blocks occurred preferentially in the centromeric and terminals regions of chromosomes, coincident with the location of ribosomal sites and Ag-NORs in telomeric regions. The analysis of DNA barcode through the COI gene revealed an interspecific genetic divergence to 0.2%, a rate below the threshold considered for the separation of fish species (2%). These different levels of analysis suggest that A. serratus and A. laticeps are synonymous species, increasing the occurrence of A. laticeps for the Iguaçu River basin and enhancing the hypothesis of fauna sharing, caused by tectonic activities of crystalline shield. The interspecifc variations found in the mapping of constitutive heterochromatin, Ag-NORs and 18S rDNA are common in Astyanax and derived of events no robertsonian, while the differences may reflect the vicariant process, with geographic isolation of watersheds and gene flow restriction among the population of the Iguaçu River and coastal populations. / A Família Characidae (Characiformes) é a mais diversa em número de espécies entre os peixes neotropicais. Muitos gêneros dessa Família, por não apresentarem evidências de monofiletismo, são considerados como Incertae Sedis, como é o caso de Astyanax. Este gênero agrupa peixes popularmente conhecidos como lambaris, sendo composto por 155 espécies válidas. Astyanax serratus é considerada endêmica do Rio Iguaçu, onde está amplamente distribuída. Astyanax laticeps ocorre nas bacias costeiras da região litorânea do Uruguai, sul e sudeste brasileiro. Estas espécies são morfologicamente semelhantes e estão incluídas no complexo Astyanax scabripinnis. O objetivo do presente estudo foi verificar se A. serratus e A. laticeps constituem uma mesma espécie, em sinonímia, ou formam unidades evolutivas distintas, mas crípticas. Assim, foi empregada análise morfométrica, incluindo medições das proporções corporais em relação ao comprimento do corpo e da cabeça, contagem do número de dentes, cúspides e de raios nas nadadeiras. A análise citogenética consistiu em preparações cromossômicas com coloração convencional por Giemsa, localização de heterocromatina constitutiva pelo método de bandamento C, detecção das regiões organizadoras de nucléolos por impregnação com nitrato de prata (Ag-RONs) e hibridação in situ fluorescente com sondas de DNA ribossomal (rDNA) 5S e 18S. As sequências utilizadas como DNA barcode foram obtidas através da amplificação parcial do gene citocromo c oxidase I e a distância genética calculada pelo método Kimura 2 Parâmetros (K2P). Os resultados da análise morfométrica revelaram pré-maxilar com duas séries de dentes, presença de ganchos nas nadadeiras anal e pélvicas de machos, corpo alongado, com uma mancha umeral com prolongamento anteroventral estreito em ambas as espécies. A citogenética evidenciou mesmo número diplóide, de 50 cromossomos, incluindo o primeiro par de cromossomos metacêntricos de grande porte em relação aos demais do complemento, mesma fórmula cariotípica (4m + 24sm + 6st + 16a) e mesmo número fundamental (84). As marcações de rDNA 5S coincidiram na região centromérica do par cromossômico 19 e foram evidenciados sítios múltiplos de rDNA 18S, localizados nas regiões teloméricas dos cromossomos em ambas as espécies analisadas. As Ag-RONs mostraram-se coincidentes com os sítios de 18S na maioria dos casos. A distribuição dos blocos de heterocromatina constitutiva ocorreu preferencialmente nas regiões centroméricas e terminais dos cromossomos, coincidentes com a maioria dos sítios ribossomais e das Ag-RONs nas regiões teloméricas. A análise do DNA barcode através do gene COI revelou uma divergência genética interespecífica de 0,2%, índice abaixo do considerado limiar para a separação de espécies de peixes (2%). Estes diferentes níveis de análise sugerem que A. serratus e A. laticeps são espécies sinônimas, ampliando a ocorrência de A. laticeps para a bacia do Rio Iguaçu e reforçando a hipótese de compartilhamento de fauna, provocado pelas atividades tectônicas do escudo cristalino. As variações interespecíficas encontradas no mapeamento de heterocromatina constitutiva, Ag-RONs e rDNA 18S são comuns em Astyanax e derivam de eventos não robertsonianos, mas também podem refletir um processo de vicariância, com o isolamento geográfico das bacias hidrográficas e restrição de fluxo gênico entre a população do rio Iguaçu e populações litorâneas.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:59:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Helena Pistune.pdf: 2191433 bytes, checksum: d64e158aacb1b4070276bdafd47d03ce (MD5) Previous issue date: 2010-03-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The origin, maintenance and frequency of B chromosomes present in some population of Astyanax have been arousing interest of cytogeneticists groups about a possible beneficial or deleterious effect for the species. These chromosomes generally shows intra and interindividual numerical variation. The aim of this work was to perform a cytogenetical analysis on the origin and molecular differentiation of the B chromosomes of Astyanax scabripinnis from “Das Pedras” stream, Campos do Jordão, SP. The analysis showed a diploid number of 50 chromosomes, karyotypic formula 6m, 22sm, 10st and 12a, besides the intra and interindividual variation of a B macrochromosome. The heterochromatic B macrochromosome shows shape and size similar to the major pair of the A complement (1st metacentric pair). In spermatogonial metaphase was possible to observe three great metacentric chromosomes in cells with 2n=51 chromosomes. However, was observed in pachitene cells with 26 chromosomical elements only one great bivalent, showing that the B chromosome performs arm-to-arm pairing. In situ localization with a B chromosome probe showed this element entirely marked, in addittion to small pericentromerics and terminal sites in the A chromosomes complement, among them, the 24th pair. Besides, the As51 probe showed localization in the major part of the B chromosome, and also 14 autossomical sites. Between the As51 sites there is an interstitial marking in the long arm of the 24th acrocentric pair. On the other hand, the localization of the repetitive sequences Cot-1 DNA, obtained from individuals without B chromosome, showed signals on the pericentromeric and terminal regions of almost all chromosomes, including the B chromosome and the 24th pair. No rDNA site was observed on B chromosome. This data corroborate the hypothesis of the origin of B chromosome through the formation of an isochromosome of the 24th acrocentric pair. Even, the cytogenetical analysis in meiotic cells shows that the B chromosome performs arm-to-arm pairing, a mechanism that can contribute to the transposition of sequences, rising thus the molecular differentiation of the B chromosome in relation to the A complement. Therefore, this work contributes to a better comprehension of the molecular nature of the B chromosome in A. scabripinnis, as well as its origin and evolutionary trends. / A origem, manutenção e frequência dos cromossomos B presentes em algumas populações de Astyanax têm despertado interesse de grupos de citogeneticistas sobre um possível efeito benéfico ou deletério para a espécie. Estes cromossomos geralmente apresentam variações numéricas intra e interindividuais. O objetivo deste trabalho foi realizar uma análise citogenética da origem e diversificação molecular do cromossomo B de Astyanax scabripinnis, proveniente do córrego das Pedras, Campos do Jordão-SP. As análises mostraram um número diplóide de 50 cromossomos, fórmula cariotípica: 6m, 22sm, 10st e 12a, além da variação intra e interindividual de um macrocromossomo B. O macrocromosomo B heterocromático tem forma e tamanho similar ao maior par do complemento A (1o par metacêntrico). Em metáfase espermatogonial foi possível observar três metacêntricos grandes em células com 2n=51 cromossomos. Já em paquíteno com 26 elementos cromossômicos foi observado apenas um bivalente grande, evidenciando que o cromossomo B realiza pareamento braço a braço. A localização in situ da sonda cromossomo B evidenciou este elemento totalmente marcado, além de pequenos sítios pericentroméricos e terminais nos cromossomos do complemento A, entre eles o par 24. Já a sonda As51 mostrou localização na maior parte do cromossomo B, além de 14 sítios autossômicos. Entre os sítios As51 está uma marcação intersticial do braço longo do par acrocêntrico 24. Por sua vez, a localização das sequências repetitivas Cot-1 DNA, obtidas de exemplares sem cromossomo B, mostraram sinais nas regiões pericentroméricas e terminais de quase todos os cromossomos, incluindo o cromossomo B e o par 24. Nenhum sítio de rDNA foi observado no cromossomo B. Esses dados corroboram a hipótese da origem do cromossomo B a partir da formação de isocromossomo do par acrocêntrico 24. Ainda, a análise citogenética em meiose evidencia que o cromossomo B realiza pareamento braço a braço, mecanismo que pode contribuir para a transposição de sequências, auxiliando assim a diversificação molecular do cromossomo B em relação ao complemento A. Dessa forma, este trabalho contribui para uma melhor compreensão da natureza molecular do cromossomo B em A. scabripinnis, bem como de sua origem e suas tendências evolutivas.