As respostas das plantas ao ambiente são orquestradas por fatores genéticos, bem como sua flexibilidade metabólica, uma vez que essas são sésseis. As respostas das plantas ao ambiente são regidas por fatores genéticos, bem como sua flexibilidade metabólica, uma vez que essas são sésseis. A forma com que os padrões gênicos e metabólicos redundam entre as células, refletem nos diferentes níveis organizacionais (célula, tecido, órgão e até o organismo como um todo). Por isso, para entendermos as respostas das plantas em determinados estágios de desenvolvimento ou condições é importante explorarmos ao máximo os diferentes níveis de regulação. Neste sentido, tem crescido a quantidade de dados biológicos obtidos através de métodos que produzem dados em larga escala, visando um estudo de forma sistêmica. Embora existam várias ferramentas para a integração de dados biológicos, elas estão desenvolvidas para organismos modelos, inviabilizando análises para outros, como a cana-de-açúcar, que possui vários dados biológicos disponíveis, mas com genoma complexo e incompleto. Tendo em vista a importância econômica da cana-de-açúcar e o interesse em entendermos o processo de degradação da parede celular, desenvolvemos a ferramenta SIT (Systems Integration Tool), para integração dos dados disponíveis (transcritoma, proteoma e atividade enzimática). A implementação da ferramenta foi realizada utilizando as linguagens de programação Perl e Java. SIT possui uma interface gráfica, podendo ser executada localmente, a qual possibilita a integração de até seis diferentes conjuntos de dados. A visualização do resultado é obtida na forma de redes complexas, permitindo ao usuário a visualização e edição dinâmica da integração. O uso da SIT permitiu no presente estudo, entre outros, a identificação de elementos chave na degradação da parede celular, presentes nos diferentes conjuntos de dados explorados, apontando portanto, potenciais alvos de estudos experimentais. SIT pode ser aplicada à diferentes conjuntos de dados, a qual poderá auxiliar em estudos futuros em várias áreas do conhecimento. / Plant are sessile organisms, and their responses to environmental stimuli are orchestrated by genetic factors, as well as by their metabolic flexibility. Inside the cell, there are genetic and metabolic patterns responsible for cell redundancy, and that reflects on different organizational levels (cell, tissue, organ, until a whole organism). Thus, to understand plant responses to certain conditions, it is important to understanding different regulatory levels. Recently, there was a large increase in availability of biological data. This happened due to the advance in next-generation sequencing techniques, which now enables more profound system biology studies. Despite the availability of several integration tools for analysis of biological data, these were developed for organism modeling. However, such tools are partially effective for sugarcane, for which there are large amounts of data, but has incomplete genome data. Due to the economic importance of sugarcane and aiming at understanding cell wall degradation process, we develop the software Systems Integration Tool (SIT). The tool integrates available data (transcriptomics, proteomics, and enzymatic activity). The implementation was performed in Perl and Java. SIT has a graphical interface, standalone execution, enabling integration until six layers of data. Integration results are generated as complex networks, allowing the users to visualize and dynamically edit the networks. The present study allowed the identification of key cell wall regulatory elements present on different data sets pointing out to potential targets for experimental validation. SIT can be applied to various data sets being capable of helping future studies in different areas of knowledge.

A dengue é uma infecção viral sistêmica que pode se manifestar clinicamente de diversas formas, desde febres leves a hemorragia e síndrome do choque, condições potencialmente fatais. Diversos estudos já foram publicados investigando as mudanças globais de expressão que ocorrem durante a evolução da doença nesses diferentes quadros clínicos. Porém, nenhum desses estudos analisou o papel dos RNAs não codificadores longos (lncRNAs) na progressão da doença. Neste projeto, foi realizada uma metanálise dos dados de expressão provenientes desses estudos de dengue focando na expressão de lncRNAs e seus possíveis mecanismos de regulação gênica. Foram identificados dezenas de lncRNAs cuja expressão aumenta ou diminui em pacientes infectados com dengue comparado com pessoas saudáveis. Através de análise de \"guilty-by-association\", procurou-se identificar genes codificadores de proteína possivelmente regulados por esses lncRNAs ou genes que os regulem. Nossos resultados fornecem evidência de novos mecanismos de regulação entre lncRNAs e mRNAs. / Dengue fever is a systemic viral infection that can manifest clinically in a variety of ways, from mild fever to potentially fatal conditions such as hemorrhage and shock syndrome. Several studies have already been published investigating the global changes in expression that occur during the evolution of the disease in these different clinical settings. However, none of these studies analyzed the role of long non-coding RNAs (lncRNAs) in disease progression. In this project, we performed a meta-analysis of transcriptome data obtained from these dengue studies and focused on the expression of lncRNAs and their possible mechanisms of gene regulation. Dozens of lncRNAs have been identified whose expression increases or decreases in patients infected with dengue compared to healthy individuals. Through guilty-by-association analysis, we identified several lncRNAs that possibly regulate protein coding genes. Our results provide evidence of novel regulatory mechanisms between lncRNAs and mRNAs.

A dengue é uma infecção viral sistêmica que pode se manifestar clinicamente de diversas formas, desde febres leves a hemorragia e síndrome do choque, condições potencialmente fatais. Diversos estudos já foram publicados investigando as mudanças globais de expressão que ocorrem durante a evolução da doença nesses diferentes quadros clínicos. Porém, nenhum desses estudos analisou o papel dos RNAs não codificadores longos (lncRNAs) na progressão da doença. Neste projeto, foi realizada uma metanálise dos dados de expressão provenientes desses estudos de dengue focando na expressão de lncRNAs e seus possíveis mecanismos de regulação gênica. Foram identificados dezenas de lncRNAs cuja expressão aumenta ou diminui em pacientes infectados com dengue comparado com pessoas saudáveis. Através de análise de \"guilty-by-association\", procurou-se identificar genes codificadores de proteína possivelmente regulados por esses lncRNAs ou genes que os regulem. Nossos resultados fornecem evidência de novos mecanismos de regulação entre lncRNAs e mRNAs. / Dengue fever is a systemic viral infection that can manifest clinically in a variety of ways, from mild fever to potentially fatal conditions such as hemorrhage and shock syndrome. Several studies have already been published investigating the global changes in expression that occur during the evolution of the disease in these different clinical settings. However, none of these studies analyzed the role of long non-coding RNAs (lncRNAs) in disease progression. In this project, we performed a meta-analysis of transcriptome data obtained from these dengue studies and focused on the expression of lncRNAs and their possible mechanisms of gene regulation. Dozens of lncRNAs have been identified whose expression increases or decreases in patients infected with dengue compared to healthy individuals. Through guilty-by-association analysis, we identified several lncRNAs that possibly regulate protein coding genes. Our results provide evidence of novel regulatory mechanisms between lncRNAs and mRNAs.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-08-30T11:53:59Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ReconstrucaoModelagemSilico.pdf: 1615944 bytes, checksum: fd70334c4cf9d3608beb1b9294e63cdf (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-08-30T16:33:29Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ReconstrucaoModelagemSilico.pdf: 1615944 bytes, checksum: fd70334c4cf9d3608beb1b9294e63cdf (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-30T16:33:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ReconstrucaoModelagemSilico.pdf: 1615944 bytes, checksum: fd70334c4cf9d3608beb1b9294e63cdf (MD5) Previous issue date: 2016-04-04 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A modelagem matemática in silico baseada em restrições é uma abordagem adotada pela Biologia de Sistemas para analisar redes metabólicas. A bactéria Gram-positiva Exiguobacterium antarticum B7 é um extremófilo capaz de sobreviver em ambientes frios como gelo glacial e permafrost. A capacidade de adaptação ao frio desses micro-organismos vem despertando grande interesse biotecnológico. Um fator importante para o entendimento do processo de adaptação ao frio está relacionado à modificação química de ácidos graxos que constituem a membrana celular das bactérias psicotróficas. A finalidade é manter a fluidez da membrana para evitar o congelamento da bactéria. Neste trabalho, a via metabólica de biossíntese de ácidos graxos da bactéria E. antarticum B7 foi reconstruída a partir do genoma anotado disponível. As ferramentas de software KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) e RAST (The Rapid Annotation Server) foram utilizadas para gerar o modelo preliminar da rede. O passo seguinte foi a etapa de cura manual baseada na combinação de informações genômicas, bioquímicas e fisiológicas disponíveis em diversos bancos de dados e literatura especializada. Durante este processo, as enzimas FabZ e DesK, responsáveis por adicionar insaturações na cadeia carbono-carbono ao longo da síntese de ácidos graxos, foram identificadas no genoma, entretanto de forma truncada. O fluxoma da via metabólica foi definido com a descrição das rotas das principais reações, desde o metabólito de entrada, o Acetil-CoA, até o produto final, o ácido Hexadecenóico. A modelagem computacional foi feita com o uso do software MATLAB® juntamente com toolboxes e funções específicos para biologia de sistemas. A quantificação de metabólitos produzidos pela via foi realizada por meio do método baseado em restrições Análise de Balanço de Fluxos (ABF). Para avaliar a influência da expressão gênica na análise do fluxoma, o método ABF foi calculado usando os valores de log2FC obtidos na análise transcriptoma a 0ºC e 37ºC. A via de biossíntese de ácido graxos possui um total de 13 rotas identificadas pelo método Modo Elementar, quatro das quais apresentam caminhos para a produção de ácido hexadecenóico. A via reconstruída demonstrou a capacidade da E. antarcticum B7 em produzir moléculas de ácidos graxos. Sob a influência do transcriptoma, o fluxoma foi alterado, estimulando a produção de cadeia curta em ácidos graxos. Os modelos obtidos contribuem para um melhor entendimento da adaptação bacteriana a ambientes frios. / Mathematical modeling in silico based restrictions is an approach adopted by systems biology to analyze metabolic networks. The Gram-positive bacterium Exiguobacterium antarticum B7 is an extremophile organism able to survive in cold environments as glacial ice and permafrost. The ability of these microorganisms of adaptation to cold attracts great biotechnological interest. An important factor for the understanding of cold adaptation process is related to the chemical modification of fatty acids constituting the cell membrane of psicotrophic bacteria in order to maintain membrane fluidity to avoid freezing ofthe bacteria. In this work, the metabolic pathway of fatty acid biosynthesis of the bacterium E. antarticum B7 was rebuilt from its annotated genome. The software tools KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) and RAST (The Rapid Annotation Server) were used to generate a preliminary network model. The next step was to cure manually the genomic, biochemical and physiological informations available in different databases and specific literature. During this process, the FabZ and DesK enzymes responsible for adding carbon-carbon unsaturations in the fatty acid chain during synthesis have been identified in the genome, though in a truncated form. The fluxome metabolic pathway was defined, describing the routes of the main reactions since the first monomer, Acetyl-CoA, to the final product, the Hexadecenoic acid. A computational modeling was done using the software MATLAB® with toolboxes and specific tools for systems biology. The quantification of metabolites produced via was performed by the method constraint-based Flux Balance Analysis (FBA). To evaluate the influence of the gene expression in the fluxome analysis, the FBA method was also calculated using the log2FC values obtained in the transcriptome analysis at 0ºC and 37ºC. The fatty acid biosynthesis pathway showed a total of 13 elementary flux modes, four of which showed routes for the production of hexadecenoic acid. The reconstructed pathway demonstrated the capacity of E. antarcticum B7 to produce fatty acid molecules. Under the influence of the transcriptome, the fluxome was altered, promoting the production of short-chain fatty acids. The calculated models contributes to better understand the bacterial adaptation at cold environments.

A própolis é uma mistura resinosa complexa de várias substâncias coletada de plantas pelas abelhas. Ela tem atraído atenção devido à variedade de suas propriedades biológicas e terapêuticas. Diversos estudos têm mostrado a conexão existente entre a morte celular tipo-apoptose em fungos e importantes processos biológicos como desenvolvimento, envelhecimento, resposta a estresse e patogênese. Neste contexto, este projeto avaliou a atividade antifúngica da própolis, com o objetivo de ampliar os conhecimentos acerca das vias metabólicas de morte celular em fungos, como S. cerevisiae e C. albicans, e também em relação à utilização da própolis como uma terapia antifúngica mais efetiva. Inicialmente, utilizou-se S. cerevisiae com o objetivo de compreender como a própolis afeta fungos ao nível celular. Foi observado que ela é capaz de induzir uma resposta de morte celular apoptótica. No entanto, a exposição aumentada à própolis promove um correspondente aumento na resposta tipo necrose. Verificou-se ainda que o citocromo c, mas não a endonuclease G Nuc1p, está envolvido na morte celular mediada por própolis em S. cerevisiae. Também foi observado que o gene da metacaspase YCA1 é importante para a morte celular induzida por esta substância natural. Para elucidar as funções dos genes que poderiam ser necessários para a sensibilidade à própolis em eucariotos, realizou-se um screening da coleção completa com cerca de 4800 cepas haplóides com genes únicos deletados de S. cerevisiae. Foram identificadas 138 cepas que apresentaram diferentes graus de sensibilidade à própolis quando comparadas com a cepa do tipo selvagem correspondente. Na análise deste screening por biologia de sistemas e também através do perfil transcripcional de S. cerevisiae exposto à própolis, foram observados genes envolvidos na cadeia de transporte de elétrons mitocondrial, da acidificação vacuolar, da regulação negativa da transcrição do promotor da RNA polimerase II, da regulação da macroautofagia associada com a proteína alvo para vacúolo e da resposta celular à privação de nutrientes. Os estudos de validação indicaram que a sensibilidade da própolis é dependente da função mitocondrial e que a acidificação vacuolar e autofagia são importantes para a morte causada por própolis em leveduras. Para o fungo patogênico C. albicans, foi observado que a própolis induz uma morte celular do tipo necrose; observou-se ainda que o gene IPF4847 (homólogo para o gene da metacaspase YCA1 de S. cerevisiae) é importante para a morte celular mediada por própolis. Além disso, com o objetivo de tentar esclarecer algumas funções de genes que poderiam estar envolvidos na sensibilidade à própolis de C. albicans, 800 mutantes deletados de C. albicans foram escaneados e destes, 51 apresentaram maior sensibilidade a própolis quando comparados com as cepas do tipo selvagem correspondente. Vários genes observados em nosso \"screening\" estão envolvidos na transição dimórfica em C. albicans. Desta forma, foi realizado um ensaio a fim de se verificar o papel da própolis na inibição da transição dimórfica e foi observado que este composto inibe não só a transição dimórfica como também o crescimento de todos os morfotipos (levedura, hifa, e pseudohifa) de C. albicans. Desta maneira, o uso da própolis para o tratamento clinico da candidíase pode ter grande aplicação, principalmente por afetar um mecanismo importante para a patogenicidade deste fungo / Propolis is a complex mixture of several resinous substances which are collected thorn plants by bees. Propolis has attracted the attention of researchers because of its variety of biological and therapeutic properties. Studies have shown the connection between Propolis and apoptosis-like cell death in fungi and other important biological processes such as development, aging, stress response and pathogenesis. In this context, this project evaluated the antifungal activity of Propolis, With the aim of expanding the knowledge about the metabolic pathways of cell death in fungi such as S. cerevisiae and C. albicans, and also in relation to the use of propolis as an effective antifungal therapy. For this, initially we utilised S. cerevisiae as a model organism to study the genetics, cell biology and genomics that determine how propolis affects fungi at the cellular level. Propolis is able to induce an apoptosis cell death response. However, increased exposure to propolis provides a corresponding increase in the necrosis response. We showed that cytochrome c, but not endonuclease G (Nuc1p), is involved in propolis-mediated cell death in S. cerevisiae. We also observed that the metacaspase YCA1 gene is important for propolis-mediated cell death. To elucidate the gene functions that may be required Or propolis sensitivity in eukaryotes, the full collection of approximately 4,800 haploid S. cerevisiae deletion strains was screened for propolis sensitivity. We were able to identify 138 deletion strains that have different degrees of propolis sensitivity compared to the corresponding wild-type strains. Systems biology revealed enrichment for genes involved in the mitochondrial electron transport chain, vacuolar acidification, negative regulation of transcription from RNA polymerase II promoter, regulation of macroautophagy associated with protein targeting to vacuoles, and cellular responses to starvation. Validation studies indicated that propolis sensitivity is dependent on mitochondrial function and. that vacuolar acidification and autophagy are important for S. cerevisiae cell death caused by propolis. For the pathogenic fungus C. albicans it was observed that propolis induces cell death like necrosis. It was also observed that the IPF4847 gene (homologous to the YCA1 metacaspase gene of S. cerevisiae) was also important for cell death mediated by propolis in C. albicans. Furthermore, aiming to clarify some of the functions of genes that could be involved in C. albicans sensitivity to propolis, 800 C. albicans deletion mutants were screened, and 51 showed greater sensitivity to propolis compared with the corresponding wild-type strains. Several genes found in our screening were involved in the dimorphic transition of C. albicans. Thus, an assay was performed in order to verify the role of propolis in the inhibition of the dimorphic switch. It was observed that propolis can inhibit the dimorphic transition and the growth of all its morphotypes (budding hyphal and pseudohyphal) in C. albicans. So, the use of propolis for clinical treatment of Candidiasis may have a wide application, principally by affecting an important mechanism for the pathogenicity of fungi

A diversidade de interações que ocorre dentro de sistemas biológicos, considerando desde as organelas de uma célula até toda a biosfera, pode ser modelada por meio da teoria de redes. A dinâmica das interações entre os elementos é uma propriedade intrínseca desses sistemas. Diversas ferramentas foram propostas para comparar redes, que representam os muitos estados assumidos por um sistema. Porém, nenhuma delas é capaz de comparar características estruturais de mais de duas redes simultaneamente. Devido à grande quantidade de estados que um sistema pode assumir, construímos uma ferramenta estatística para comparar duas ou mais redes e indicar variáveis chave no processo estudado. A principal proposta deste trabalho foi comparar redes de correlação usando medidas baseadas nos espectros dos grafos (conjunto de autovalores das matrizes de adjacência), como a distribuição espectral. Essa medida está associada a diversas características estruturais das redes como o número de caminhos, diâmetro e cliques. Além da distribuição espectral, também comparamos as redes por entropia espectral, distribuição dos graus e pelas centralidades dos nós. Usamos dois diferentes conjuntos de dados biológicos (expressão gênica de células tumorais e metabolismo vegetal) para realizar os testes de desempenho da ferramenta e para os estudos de caso. O método proposto está implementado em um pacote do programa R, chamado BioNetStat, com interface gráfica para o usuário leigo em programação. Constatamos que os testes são eficientes em diferenciar mais de duas redes. Além disso, o aumento do número de redes comparadas e a queda dos números de unidades amostrais, diminui o poder estatístico do teste. Mostramos ainda que ocorre uma economia de tempo significativa ao realizarmos uma única análise para comparar muitas redes ao invés de compará-las par-a-par. Além disto, o método apontou grupos de variáveis com papel central nos sistemas biológicos estudados que não foram encontrados nas análises onde apenas a expressão ou concentração dos elementos foi estudada. Foi possível assim diferenciar células de tipos cancerígenos ou órgãos de organismos vegetais através das centralidades das redes. As variáveis levantadas possibilitam ao usuário gerar hipóteses sobre seus papeis nos processos em estudo. O BioNetStat pode assim ajudar a detectar possíveis novas descobertas associadas a mecanismos de funcionamento de sistemas. / The diversity of interactions, which are among elements of the biological systems, can be studied based on the networks theory. Moreover, the dynamic of these interactions is an inherent trait of those systems. In this sense, several tools have been proposed to compare networks, in that each network represents a state assumed by the system. However, the biological systems generally can assume much more than two biological states and none of the tools are able to compare structural characteristics among more than two networks simultaneously. To solve this issue, we developed a statistical tool to compare two or more networks and highlight key variables of a system. Here we describe the new method, called BioNetStat, that is able to compare correlation networks using traits that are based on graph spectra (the group of eigenvalues of the adjacency matrix), such as the spectral distribution. This measure is associated with several structural characteristics of networks such as the number of walks, diameter, and cliques. In addition to the spectral distribution, BioNetStat can also compare networks to the node centralities. We used two different biological datasets, tumoral cells genes expressions and plant metabolism, to evaluate the performance of BioNetStat and as case studies. The tool is implemented in an R package, and it also has a user-friendly interface. We showed that BioNetStat is efficient in distinguishing more than two networks. In comparison with a similar tool (GSCA), the increase in the number of compared networks reduces less the statistical power of the BioNetStat than the GSCA. Furthermore, BioNetStat is able to find signaling pathways in a bigger proportion than the GSCA, complementing tools proposed in the literature. In the case studies, the method pointed out variables, and sets of variables, with a central role in biological systems, which were not highlighted when only gene expression pattern or metabolomics were studied. For instance, BioNetStat allowed us to differentiate among cancer types and plant organs. The BioNetStat results bring new findings on what differentiate the states, giving us a systemic view of our study subject and affording the proposition of new hypotheses about the studied processes.

Uma dieta rica em carboidratos aparece como um dos poucos fatores ambientais capazes de interferir tanto na longevidade quanto no envelhecimento de um organismo. Neste sentido, a geração aumentada e o acúmulo dos AGEs (do inglês Advanced glycation end-products), formados por reações não enzimáticas entre os monossacarídeos glicose e frutose e/ou seus intermediários metabólicos com os ácidos nucleicos e grupos amina de proteínas, determinam a importância que estes produtos representam para a duração do ciclo de vida dos organismos. Os AGEs aparecem associados a uma série de patologias relacionadas com a longevidade e com a ocorrência do envelhecimento precoce, aparecendo em número aumentado nos casos de diabetes melito e nas doenças neurodegenerativas como o Alzheimer e o Parkinson. Nesta dissertação de mestrado buscou-se mostrar uma associação entre as proteínas do metabolismo de carboidratos e as vias de reparação do DNA. Os dados obtidos evidenciaram uma importante interação entre as principais enzimas do metabolismo de carboidratos com as proteínas de reparação de DNA e mostraram que ambos parecem ser essenciais para a manutenção da integridade genômica em leveduras. Nesta dissertação também foi verificado o tempo de vida cronológico de diferentes linhagens da levedura Saccharomyces cerevisiae frente a diferentes fontes de carbono e os resultados obtidos foram relacionados com a atuação do metabolismo de carboidratos e com as vias de reparação do DNA. Soma-se ao trabalho os dados de idade cronológica associados com a ausência do complexo Tor1 (Target of Rapamycin), uma via relacionada com a indução de autofagia e que está associada com os mecanismos promotores da longevidade e do envelhecimento. Os dados gerados por esta dissertação também permitiram relacionar informações importantes sobre o metabolismo de carboidratos e sua interferência nos mecanismos genéticos e bioquímicos associados com a longevidade e com o envelhecimento de leveduras, abrindo caminhos para a realização de novos estudos que visem buscar maiores conhecimentos sobre a caracterização dos mecanismos genéticos associados com a longevidade dos organismos. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-22T17:00:00Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fernanda Barea.pdf: 625512 bytes, checksum: 6e37386b24cc1eb8e2338a52150f535d (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-22T17:00:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fernanda Barea.pdf: 625512 bytes, checksum: 6e37386b24cc1eb8e2338a52150f535d (MD5) / A diet rich in carbohydrates is one of the few environmental factors capable of interfering in longevity and in an aging of organisms. In this sense, the increased generation and/or accumulation of AGES (Advanced glycation end-products) formed by reactions between monosaccharides glucose and fructose and/or their metabolic intermediates with nucleic acid and amine group of proteins determine the importance of these products for the lifespan. The AGES appear to be associated with a series of diseases related with longevity and aging. In addition, it has been reported an increased in AGEs in diabetes mellitus and neurodegenerative diseases, e.g. Alzheimer´s and Parkinson´s diseases. In this work we search for an association between carbohydrate metabolism and DNA repair mechanisms. The data showed a significant interaction between key enzymes of carbohydrates metabolism with DNA repair mechanisms and indicated that both processes seems to be essential for the maintenance of genomic integrity in yeast. In this work it was also verificated the chronological lifespan (CLS) in several strains of yeast Saccharomyces cerevisiae grown on different carbon sources. The results generated were related with carbohydrate metabolism and DNA repair mechanisms. In addition, CLS was associated with the absence of Tor1 (Target Of Rapamycin), a genetic mechanism that has been associated with aging and longevity. Furthermore, the data generated by the current study allowed to obtain important data about carbohydrate metabolism and its association with longevity and the aging of yeast.

Uma dieta rica em carboidratos aparece como um dos poucos fatores ambientais capazes de interferir tanto na longevidade quanto no envelhecimento de um organismo. Neste sentido, a geração aumentada e o acúmulo dos AGEs (do inglês Advanced glycation end-products), formados por reações não enzimáticas entre os monossacarídeos glicose e frutose e/ou seus intermediários metabólicos com os ácidos nucleicos e grupos amina de proteínas, determinam a importância que estes produtos representam para a duração do ciclo de vida dos organismos. Os AGEs aparecem associados a uma série de patologias relacionadas com a longevidade e com a ocorrência do envelhecimento precoce, aparecendo em número aumentado nos casos de diabetes melito e nas doenças neurodegenerativas como o Alzheimer e o Parkinson. Nesta dissertação de mestrado buscou-se mostrar uma associação entre as proteínas do metabolismo de carboidratos e as vias de reparação do DNA. Os dados obtidos evidenciaram uma importante interação entre as principais enzimas do metabolismo de carboidratos com as proteínas de reparação de DNA e mostraram que ambos parecem ser essenciais para a manutenção da integridade genômica em leveduras. Nesta dissertação também foi verificado o tempo de vida cronológico de diferentes linhagens da levedura Saccharomyces cerevisiae frente a diferentes fontes de carbono e os resultados obtidos foram relacionados com a atuação do metabolismo de carboidratos e com as vias de reparação do DNA. Soma-se ao trabalho os dados de idade cronológica associados com a ausência do complexo Tor1 (Target of Rapamycin), uma via relacionada com a indução de autofagia e que está associada com os mecanismos promotores da longevidade e do envelhecimento. Os dados gerados por esta dissertação também permitiram relacionar informações importantes sobre o metabolismo de carboidratos e sua interferência nos mecanismos genéticos e bioquímicos associados com a longevidade e com o envelhecimento de leveduras, abrindo caminhos para a realização de novos estudos que visem buscar maiores conhecimentos sobre a caracterização dos mecanismos genéticos associados com a longevidade dos organismos. / A diet rich in carbohydrates is one of the few environmental factors capable of interfering in longevity and in an aging of organisms. In this sense, the increased generation and/or accumulation of AGES (Advanced glycation end-products) formed by reactions between monosaccharides glucose and fructose and/or their metabolic intermediates with nucleic acid and amine group of proteins determine the importance of these products for the lifespan. The AGES appear to be associated with a series of diseases related with longevity and aging. In addition, it has been reported an increased in AGEs in diabetes mellitus and neurodegenerative diseases, e.g. Alzheimer´s and Parkinson´s diseases. In this work we search for an association between carbohydrate metabolism and DNA repair mechanisms. The data showed a significant interaction between key enzymes of carbohydrates metabolism with DNA repair mechanisms and indicated that both processes seems to be essential for the maintenance of genomic integrity in yeast. In this work it was also verificated the chronological lifespan (CLS) in several strains of yeast Saccharomyces cerevisiae grown on different carbon sources. The results generated were related with carbohydrate metabolism and DNA repair mechanisms. In addition, CLS was associated with the absence of Tor1 (Target Of Rapamycin), a genetic mechanism that has been associated with aging and longevity. Furthermore, the data generated by the current study allowed to obtain important data about carbohydrate metabolism and its association with longevity and the aging of yeast.

A própolis é uma mistura resinosa complexa de várias substâncias coletada de plantas pelas abelhas. Ela tem atraído atenção devido à variedade de suas propriedades biológicas e terapêuticas. Diversos estudos têm mostrado a conexão existente entre a morte celular tipo-apoptose em fungos e importantes processos biológicos como desenvolvimento, envelhecimento, resposta a estresse e patogênese. Neste contexto, este projeto avaliou a atividade antifúngica da própolis, com o objetivo de ampliar os conhecimentos acerca das vias metabólicas de morte celular em fungos, como S. cerevisiae e C. albicans, e também em relação à utilização da própolis como uma terapia antifúngica mais efetiva. Inicialmente, utilizou-se S. cerevisiae com o objetivo de compreender como a própolis afeta fungos ao nível celular. Foi observado que ela é capaz de induzir uma resposta de morte celular apoptótica. No entanto, a exposição aumentada à própolis promove um correspondente aumento na resposta tipo necrose. Verificou-se ainda que o citocromo c, mas não a endonuclease G Nuc1p, está envolvido na morte celular mediada por própolis em S. cerevisiae. Também foi observado que o gene da metacaspase YCA1 é importante para a morte celular induzida por esta substância natural. Para elucidar as funções dos genes que poderiam ser necessários para a sensibilidade à própolis em eucariotos, realizou-se um screening da coleção completa com cerca de 4800 cepas haplóides com genes únicos deletados de S. cerevisiae. Foram identificadas 138 cepas que apresentaram diferentes graus de sensibilidade à própolis quando comparadas com a cepa do tipo selvagem correspondente. Na análise deste screening por biologia de sistemas e também através do perfil transcripcional de S. cerevisiae exposto à própolis, foram observados genes envolvidos na cadeia de transporte de elétrons mitocondrial, da acidificação vacuolar, da regulação negativa da transcrição do promotor da RNA polimerase II, da regulação da macroautofagia associada com a proteína alvo para vacúolo e da resposta celular à privação de nutrientes. Os estudos de validação indicaram que a sensibilidade da própolis é dependente da função mitocondrial e que a acidificação vacuolar e autofagia são importantes para a morte causada por própolis em leveduras. Para o fungo patogênico C. albicans, foi observado que a própolis induz uma morte celular do tipo necrose; observou-se ainda que o gene IPF4847 (homólogo para o gene da metacaspase YCA1 de S. cerevisiae) é importante para a morte celular mediada por própolis. Além disso, com o objetivo de tentar esclarecer algumas funções de genes que poderiam estar envolvidos na sensibilidade à própolis de C. albicans, 800 mutantes deletados de C. albicans foram escaneados e destes, 51 apresentaram maior sensibilidade a própolis quando comparados com as cepas do tipo selvagem correspondente. Vários genes observados em nosso \"screening\" estão envolvidos na transição dimórfica em C. albicans. Desta forma, foi realizado um ensaio a fim de se verificar o papel da própolis na inibição da transição dimórfica e foi observado que este composto inibe não só a transição dimórfica como também o crescimento de todos os morfotipos (levedura, hifa, e pseudohifa) de C. albicans. Desta maneira, o uso da própolis para o tratamento clinico da candidíase pode ter grande aplicação, principalmente por afetar um mecanismo importante para a patogenicidade deste fungo / Propolis is a complex mixture of several resinous substances which are collected thorn plants by bees. Propolis has attracted the attention of researchers because of its variety of biological and therapeutic properties. Studies have shown the connection between Propolis and apoptosis-like cell death in fungi and other important biological processes such as development, aging, stress response and pathogenesis. In this context, this project evaluated the antifungal activity of Propolis, With the aim of expanding the knowledge about the metabolic pathways of cell death in fungi such as S. cerevisiae and C. albicans, and also in relation to the use of propolis as an effective antifungal therapy. For this, initially we utilised S. cerevisiae as a model organism to study the genetics, cell biology and genomics that determine how propolis affects fungi at the cellular level. Propolis is able to induce an apoptosis cell death response. However, increased exposure to propolis provides a corresponding increase in the necrosis response. We showed that cytochrome c, but not endonuclease G (Nuc1p), is involved in propolis-mediated cell death in S. cerevisiae. We also observed that the metacaspase YCA1 gene is important for propolis-mediated cell death. To elucidate the gene functions that may be required Or propolis sensitivity in eukaryotes, the full collection of approximately 4,800 haploid S. cerevisiae deletion strains was screened for propolis sensitivity. We were able to identify 138 deletion strains that have different degrees of propolis sensitivity compared to the corresponding wild-type strains. Systems biology revealed enrichment for genes involved in the mitochondrial electron transport chain, vacuolar acidification, negative regulation of transcription from RNA polymerase II promoter, regulation of macroautophagy associated with protein targeting to vacuoles, and cellular responses to starvation. Validation studies indicated that propolis sensitivity is dependent on mitochondrial function and. that vacuolar acidification and autophagy are important for S. cerevisiae cell death caused by propolis. For the pathogenic fungus C. albicans it was observed that propolis induces cell death like necrosis. It was also observed that the IPF4847 gene (homologous to the YCA1 metacaspase gene of S. cerevisiae) was also important for cell death mediated by propolis in C. albicans. Furthermore, aiming to clarify some of the functions of genes that could be involved in C. albicans sensitivity to propolis, 800 C. albicans deletion mutants were screened, and 51 showed greater sensitivity to propolis compared with the corresponding wild-type strains. Several genes found in our screening were involved in the dimorphic transition of C. albicans. Thus, an assay was performed in order to verify the role of propolis in the inhibition of the dimorphic switch. It was observed that propolis can inhibit the dimorphic transition and the growth of all its morphotypes (budding hyphal and pseudohyphal) in C. albicans. So, the use of propolis for clinical treatment of Candidiasis may have a wide application, principally by affecting an important mechanism for the pathogenicity of fungi

As Escherichia coli produtoras da toxina Shiga (STEC) são importantes patógenos humanos, causando desde diarréias até a síndrome hemolítica urêmica (SHU). Há diversos sorotipos associados a SHU, tais como O157:H7 e O113:H21. No Brasil o sorotipo O113:H21 ainda não aparece associado a SHU, embora seja frequentemente isolado de carcaças e fezes bovinas. Nosso grupo já investigou comparativamente as redes de coexpressão gênica (RCG) de STEC EH41 (associado à SHU) e Ec472/01 (isolado de fezes bovinas). A análise comparativa do perfil transcricional de EH41 e Ec472/01 revelou que somente EH41 expressa um conjunto de genes que inclui o regulador transcricional dicA. A maioria destes genes está situada em um único módulo transcricional e podem estar associados a fatores de virulência. Assim, este trabalho centrou-se numa abordagem de biologia de sistemas, integrando análises genômica e fenotípica da resposta de enterócitos Caco-2 à EH41 e Ec472/01. A análise genômica baseou-se no estudo temporal de RCG para compreender os mecanismos moleculares envolvidos na patogenicidade desses dois isolados. As alterações fenotípicas ocorridas nas células Caco-2 ao longo da exposição a cada um dos isolados de STEC foram visualizadas através de MEV. A análise genômica mostrou que o mecanismo molecular da resposta de Caco-2 durante a interação com EH41 ou Ec472/01 é claramente distinto. Nas redes do grupo Caco-2/EH41 as alterações topológicas incluíram a perda do status scale free e a sua recuperação, com o estabelecimento de uma nova hierarquia de genes na rede. Esses resultados se enquadram no modelo de redes para transição saúde-doença: a nova rede representa a resposta adaptativa da célula ao patógeno, o que não significa um retorno à normalidade. Já no grupo Caco-2/Ec472 as redes, após a perda do status scale free, não recuperam esse status até o final do período estudado, o que sugere um estado de transição mais prolongado para reorganização da hierarquia da rede. Mais ainda, através da caracterização dos módulos transcricionais, foi possível compreender dinamicamente os mecanismos moleculares envolvidos na resposta diferencial de Caco-2 aos dois isolados aqui estudados. STEC EH41 induz rapidamente a resposta inflamatória e apoptótica a partir da primeira hora de interação enterócito-bactéria. Por outro lado, células Caco-2 em contato com Ec472/01 ativam, a partir de uma hora, a fagocitose e, a partir da segunda hora, expressam moduladores da homeostase imune. A análise fenotípica das células Caco-2 mostrou, de forma nítida, uma maior destruição dos microvilos dos enterócitos em contato com EH41 do que com Ec472/01. Integrando os resultados genômicos e fenotípicos pode-se concluir que EH41 induz em Caco-2 - em comparação com Ec472/01 - maiores e mais rápidas alterações na expressão gênica global, além de uma resposta inflamatória e apoptótica excessiva, levando assim a alterações morfológicas mais pronunciadas nas células Caco-2. Em seu conjunto, esses resultados contribuem para uma melhor compreensão dos mecanismos moleculares envolvidos na patogenicidade das STECs associadas à SHU. Assim, as perspectivas de desenvolvimento deste trabalho deverão incluir a investigação de fatores de virulência e vias moleculares envolvidas na indução das respostas imunes que podem conduzir à SHU / Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) O113:H21 strains are associated with human diarrhea and some of these strains may cause hemolytic uremic syndrome (HUS). In Brazil O113:H21 strains are commonly found in cattle but, so far, were not isolated from HUS patients. Previously, our group conducted comparative gene co-expression network (GCN) analyses of two O113:H21 STEC strains: EH41, isolated from a HUS patient in Australia, and Ec472/01, isolated from bovine feces in Brazil. Differential transcriptome profiles for EH41 and Ec472/01 revealed a gene set exclusively expressed in EH41, which includes the dicA putative virulence factor regulator. GCN analysis showed that this set of genes constitutes an EH41 specific transcriptional module which may be associated to virulence factors. Therefore, in the present work a system biology approach was conducted to investigate the differential Caco-2 response - genomic and phenotypic - to EH41 (Caco-2/EH41) or to Ec472/01 (Caco- 2/Ec472) along enterocyte-bacteria interaction. The genomic analysis was based on temporal GCN data in order to gain a better understanding on the molecular mechanisms underlying the capacity to cause HUS. The phenotypic alterations in Caco-2 during enterocyte-bacteria interaction were assessed by scanning electronic microscopy (SEM). The genomic analysis showed that the molecular mechanism of Caco-2 response to EH41 or to Ec472/01 during enterocyte-bacteria interaction is clearly different. The GCN topological analyses for Caco-2/EH41 group revealed loss of the scale-free status after one hour of interaction, persistence of this condition along the second hour and establishment of a new gene hierarchy thereafter. These events resemble the network mechanism of health-disease transition. The new established network represents an adaptive cell response to the pathogen and not the return to a \"normal\" state. Conversely, the networks for Caco-2/Ec472 group showed a slow and progressive loss of the scale-free status without its restoration at the end of the time interval here studied. Through transcriptional module characterization it was possible to reveal the dynamic of the molecular mechanism involved in the Caco-2 differential responses to the STEC isolates. EH41 induces a rapid inflammatory and apoptotic response just after the first hour of enterocyte-bacteria interaction. Instead, the Caco-2 response to Ec472/01 is characterized by phagocytosis activation at the first hour, followed by the expression of immune response modulators after the second hour. SEM phenotypic analysis of Caco-2 cells along enterocyte-bacteria interaction showed more intense microvilli destruction in cells exposed to EH41, when compared to cells exposed to Ec472/01. The integration of genomic and phenotypic data allowed us to conclude that EH41, comparatively to Ec472/01, induces greater and precocious global gene expression alterations in Caco-2, what is related to excessive inflammatory and apoptotic responses. These responses are associated with the pronounced morphological alterations observed by SEM in Caco-2 cells exposed to EH41. Altogether, these results contribute for a better understanding of the molecular mechanism involved in STEC pathogenicity associated to HUS. Therefore, the future perspectives for the development of the present work should include the investigation of virulence factors and molecular pathways involved in the induction of immune responses leading to HUS