Orientador: Ney Lemke / Resumo: A doença de Crohn é um subtipo de doença inflamatória intestinal caracterizada pela inflamação intestinal e disbiose da microbiota. A doença é causada uma manifestação atípica da resposta imune à presença de proteínas microbianas alteradas na interface da mucosa intestinal. Várias análises meta-ômicas têm sido executadas para caracterizar a microbiota intestinal em casos de doença de Crohn. Entretanto, devido à limitações das tecnologias e desvantagens inerentes aos métodos experimentais existentes, os mecanismos mediados pelas proteínas do microbioma alterado de doença de Crohn ainda não foram exploradas. Para analisar essa interação a nível molecular, executamos uma abordagem computacional que combina conjuntos de dados de metaproteômica publicados de um estudo clínico de pares de gêmeos com predições de interação entre proteínas microbianas e humanas. Essa predição baseia-se em características estruturais, inferências de regiões desordenadas, vias de sinalização e redes de interação para determinar as possíveis funções mediadas pelas proteínas microbianas. Como resultado, foi obtida uma rede de interação microbioma-hospedeiro que inicia sua sinalização com proteínas bacterianas que interagem com proteínas humanas de superfície celular. A expansão desse sinal foi modelada em direção ao núcleo da célula, onde observamos potenciais pontos de modulação de genes de autofagia: um dos processos celulares mais modificados em células de doença de Crohn em comparação às saudáveis. E... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Crohn’s disease (CD) is a subtype of inflammatory bowel disease (IBD) characterized by intestinal inflammation and microbiome dysbiosis. The disease is caused by an atypical manifestation of immune response to altered microbial proteins located in the intestinal mucosa. Various meta-omic based analyses have been carried out to profile and characterize the gut microbiota upon onset of CD. However, the molecular mechanisms mediated by the altered CD microbiome wasn’t explored yet due to the technology limitations and disavantages of the experimental methods. In order to analyse this interactio in a molecular level, we performed a computational approach which uses metaproteomic datasets from a twin-pair CD cohort study and prediction of the interaction between human and bacterial proteins. This prediction relies on structural feature based interaction prediction between microbial and host receptor proteins, disordered region inferences, signalling pathways and interaction networks to determine the possible functions mediated by the microbial proteins. As a result, we obtained a host-microbiome interaction network which starts the molecular signal with bacterial proteins interacting with human receptor proteins interactions. The expansion of this signal was modeled in direction to the cellular nucleus, where reaches autophagy genes modulation spots, hence autophagy is one of the key cellular processes to CD development. This model revealed potential differences between CD and hea... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Guilherme Targino Valente / Resumo: A crescente demanda por combustíveis fósseis e as instabilidades econômicas relacionadas à sua utilização despertam o interesse no desenvolvimento de biocombustíveis tais como o bioetanol. O processo de produção mais comum do bioetanol é a tecnologia de primeira geração, no qual o organismo mais amplamente utilizado é a levedura Saccharomyces cerevisiae. No entanto, a alta concentração de etanol gera toxicidade para S. cerevisiae e constitui um dos fatores limitantes na produção deste bioetanol. Assim, a produção de linhagens mais resistentes a esse estressor constitui um ponto chave no desenvolvimento dos processos biotecnológicos relacionados ao bioetanol. Nesse contexto, análises sistêmicas são pouco empregadas para o entendimento do fenômeno de tolerância ao etanol, deixando a busca por genes candidatos algo bastante laborioso e custoso. Assim, as diferenças entre linhagens pouco tolerantes (LT) e altamente tolerantes (HT) ao etanol (EtOH) foram analisadas por meio de ferramentas de bioinformática como a biologia de sistemas e a análises de transcriptomas. Os resultados mostraram que as linhagens HT e LT utilizam inicialmente um sistema de resposta à estresse comum, mas que devido as mudanças na estrutura das redes metabólicas, regulatórias e de interação proteína-proteína de cada linhagem, mecanismos de resposta ao estresse por etanol distintos são ativados em cada grupo. As linhagens LT mantém a homeostase da célula com o ciclo celular ativo, efetuando o ajuste dos meta... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The increasing demand and economic instabilities related to the use of fossil fuels raised interest in the development of biofuels such as bioethanol. The most common bioethanol production process is from the first generation technology, in which the most widely used organism is the yeast Saccharomyces cerevisiae. However, the high concentration of ethanol generates toxicity to S. cerevisiae and this is one of the limiting factors in the bioethanol production. Thus, the production of more resistant strains to this stressor is crucial to the development of biotechnological processes related to bioethanol. The systems analyzes are poorly explored to understand the ethanol tolerance phenomenon, leading the search for candidate genes labor intensive and expensive. Thus, the differences between low tolerant (LT) and high tolerant (HT) strains to ethanol (EtOH) were analyzed using bioinformatics tools like systems biology and transcriptome analysis. The results showed that HT and LT strains initially used a common stress response system but due to changes in the network structure of metabolic, regulatory, and protein-protein interactions of each strain, different mechanisms of stress response are activated in each group. LT strains maintain the cellular homeostasis activating cell cycle, and adjusting metabolisms, despite activation of transposable elements and disruption of important anti-oxidant agents production, allowing the occurrence of DNA damage. HT strains disrupt the cell... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2017-05-04T13:17:54Z No. of bitstreams: 1 Tese - LNCC - Pablo Ivan Pereira Ramos.pdf: 25881844 bytes, checksum: 3737e5c6b0b1a08ca20ed86f209a96d7 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2017-05-04T13:18:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese - LNCC - Pablo Ivan Pereira Ramos.pdf: 25881844 bytes, checksum: 3737e5c6b0b1a08ca20ed86f209a96d7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-04T13:18:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese - LNCC - Pablo Ivan Pereira Ramos.pdf: 25881844 bytes, checksum: 3737e5c6b0b1a08ca20ed86f209a96d7 (MD5) Previous issue date: 2016-06-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) / The emergence of clinically important bacteria presenting a wide spectrum of antibiotic resistance represents a global concern. Although bacterial resistance was reported in the literature from the beggining of antibiotic use, early in the 20th century, we currently face the threat of pan-resistance, pathogens that can escape the action of all currently available antibiotic classes. A better understanding of virulence and resistance mechanisms, as well as new therapeutic options, are of paramount importance. This thesis proposal is based on the study of Klebsiella pneumoniae Kp13, a clinical isolate obtained in 2009 during a clonal outbreak in South Brazil which had its complete genome determined by our group. This strain is multidrug resistant and presents high-level resistance against polymyxin B (MIC 32 mg L􀀀1), a \last resort" drug for the treatment of Gram-negative multidrug-resistant bacteria. Using techniques from bioinformatics, transcriptomics (RNA-seq), systems biology and molecular modeling, we sought to better understand the gene expression response in K. pneumoniae in face of changes in abiotic characteristics and polymyxin B exposure. How these factors influence the metabolic repertoire of K. pneumoniae was also object of research. We also aimed to delineate a computational strategy for priorization of metabolic pathways that could serve as new targets for therapeuticals, by integrating expression, metabolic and structural reconstruction data. In parallel, this strategy was also applied to the study of Mycobacterium tubercluosis H37Rv (Mtb), the best characterized strain of this bacteria. E orts were made to study the metabolic complement of this pathogen, identifying important pathways related to its growth and correlating to molecular targets from a structural standview. The transcriptomic analyses allowed the identi cation of novel intracellular targets (such as ArcA-ArcB) that go beyond the \classic" e ect of polymyxin B mode of action, based in membrane interaction, besides drug-induced metabolic modulation which may lead to fermentative pathways of growth. The computational strategy for whole-genome target priorization led to the nding of pathways already known as druggable, such as S-methyl 5'-adenosin, as well as pathways not previously classi ed as druggable, but which could serve as candidates for future development of therapeutical compounds. / A emergência de isolados clínicos bacterianos apresentando resistência a uma ampla gama de medicamentos antibióticos representa uma preocupação global. Embora bactérias resistentes a alguns antibióticos já tenham sido relatadas na literatura médica desde o princípio do uso destas substâncias, no início do século XX, atualmente enfrentamos bactérias ditas panresistentes com capacidade de evadir à ação de todas as classes de drogas hoje disponíveis. O melhor entendimento dos mecanismos de resistência e virulência, bem como o delineamento de novas estratégias para o desenvolvimento de opções terapêuticas alternativas torna-se, portanto, imperativo. A presente proposta de tese de doutoramento tem como objeto de estudo central a bactéria Klebsiella pneumoniae Kp13, isolada no Sul do Brasil em 2009 na ocasião de um surto clonal e cujo genoma foi completamente determinado por nosso grupo. Esta cepa possui resistência multi-droga incluindo polimixina B (MIC > 32 mg L􀀀1), antibiótico considerado de último recurso no tratamento de patógenos Gram-negativos multi-resistentes. Utilizando técnicas de bioinformática, transcritômica (RNA-seq), biologia de sistemas e modelagem molecular, busca-se maior entendimento da resposta da ativação/desativação gênica de K. pneumonia frente a variações do meio e a exposição à polimixina B e como estes infuenciam no repertório metabólico exibido por esta bactéria. Ademais, objetiva-se delinear uma estratégia computacional para priorização de vias metabólicas servir como novos alvos terapêuticos para o controle deste importante patógeno, utilizando uma estratégia que integra os dados de expressão, metabólicos e da reconstrução estrutural. Em paralelo, esta estratégia foi também aplicada ao estudo de Mycobacterium tuberculosis H37Rv (Mtb), a cepa mais bem caracterizada desta bactéria. Foi dado um foco no complemento metabólico de Mtb, realizando a reconstrução de vias metabólicas importantes ao seu crescimento, correlacionando-as com alvos proteicos do ponto de vista estrutural. A análise transcritômica permitiu identificar possíveis alvos intracelulares que vão além do efeito “clássico" de ação da polimixina, baseado em interação com a membrana externa, tais como o sistema ArcA-ArcB, al_em de modulação metabólica induzida pelo fármaco, levando ao crescimento fermentativo da bactéria. A priorização de alvos moleculares permitiu identificar vias reconhecidamente drogáveis, tais como o metabolismo de S-metil 5'-adenosina, além de vias anteriormente não identificadas como drogáveis, mas que poderiam servir como candidatos para o desenvolvimento de novos fármacos.

Gliomas são os tumores cefálicos mais comuns na vida adulta, geralmente estão associados a um mau prognóstico. A forma mais agressiva, o Glioblastoma Multiforme (GBM) leva metade de seus pacientes a morte em 12 a 14 meses, e os tratamentos pouco ou nada melhoram esta expectativa. O desenvolvimento de terapias é bastante complexo, uma vez que se trata de um tumor com alta diversidade de células, devido a sua instabilidade genômica. Esta instabilidade interfere no equilíbrio “estequiométrico” da transcrição gênica, implicando alterações na proporção entre proteínas atuantes em um mesmo complexo. Analisando proteínas que participam de um mesmo processo sob uma perspectiva de redes (de interação proteica), pode-se analisar a probabilidade de fluxo de informação entre proteínas conectadas, ponderando pela correlação de expressão gênica, assumindo que altos valores de correlação (de expressão – entre duas proteínas) correspondem a uma maior a probabilidade de fluxo de informação entre elas. Utilizando-se de uma medida de entropia chamada entropia local de rede, é possível analisar a organização do fluxo de informação entre uma determinada proteína e as demais com quem esta se relaciona. O aumento nestes valores de entropia é proposto enquanto uma assinatura sistêmica de tumores, tendo sido primeiramente demonstrada em tumores gástricos, de pulmão, bexiga, pâncreas, fígado e do colo uterino. Compreender como a informação flui ao longo de redes de interação proteica em glioblastomas pode trazer novas perspectivas de tratamento deste tumor. Portanto, este trabalho visa avaliar: I se há aumento da entropia local de rede em glioblastomas quando comparados ao tecido sadio; II: quais os genes responderiam pelo maior aumento de entropia e qual o papel biológico destes genes (em que rotas ou processos biológicos estariam atuando), III: se estas rotas ou processos biológicos apresentam alterações de expressão gênica, e IV: se algum dos genes alterados em nível de transcrição possui associação com prognóstico. Foi verificado: I: que Glioblastomas apresentam um aumento significativo da entropia local de rede em comparação a condição fisiológica normal. II: que os genes de maior ganho de entropia atuam em (28) processos biológicos relacionados com a biologia tumoral; III que estes processos biológicos têm alterações transcricionais (quando comparados com a situação fisiológica normal) em alguns de seus genes; IV que dentre todos os genes diferencialmente expressos nos (28) processos biológicos indicados pelos genes de entropia alterada, os genes PAK6 e MYC tiveram correlação com sobrevida em ambas as coortes analisadas. No entanto ao estratificar por idade, verificamos que esta relação se mantinha apenas em pacientes com idade inferior a 50 anos, onde verificou-se que PLCB1, MAPK8, CDK6 e MYD88 também tinha correlação com sobrevida, enquanto a expressão de duas formas da cinase dependente de cálcio/calmodulina (CAMK2A e CAMK2B) associou-se a um prognóstico ruim. Um estudo ainda mais aprofundado destes genes, bem como de outras enzimas chave nos processos identificados são promissores no sentido do desenvolvimento de estratégias de combate a glioblastomas. / Gliomas are the most common form of brain tumor in adults, being generally associated with dismal prognosis. Glioblastoma Multiform (GBM) is the most aggressive glioma subtype and – despite the recent advances in therapy regimens and patient care – median survival remains between 12 and 14 months after diagnosis, and the treatment is basically palliative. The development of GBM therapy is a difficult task, given that GBM possesses high levels of genomic instability, which consequently promotes the formation of a variety of highly proliferative, invasive and chemoresistant cell phenotypes. Such a genomic instability in tumors potentially impact the “stoichiometric” balance between functionally related proteins, mostly due to changes in transcriptional activity with these entities. Analyzing protein relations under a protein interaction network perspective allow studying the informational flux probability between linked proteins. It means that linked proteins with positive correlation are more prone to information flux than negatively correlated links. The local network entropy is an index which measures the “disorder” of the informational flux between a protein and its neighbors. Increased local network entropy was recently shown as a systemic hallmark of diverse tumors. However, to best of our knowledge, there are no studies investigating the significance of local network entropy changes in brain tumors thus far. We believe that understanding the network informational flux, and the biological processes affect in this context, can bring new insights on the pathobiology and drugable pathways in GBM. In this study, we aimed to investigate; i) whether the local network entropy of GBM differs from normal brain tissues; ii) which genes displayed increases in entropy and what biological pathways or processes they are involved in; iii) if the identified biological processes/pathways carry differentially expressed genes and; iv) whether some of the differentially expressed belonging to highly entropic pathways are correlated with GBM patients survival. In view of such a aims, our results showed that: i) GBMs showed a significant increase in local network entropy values when compared to non-tumor brain tissues; ii) genes with high entropy played a role in 28 biological processes potentially related to GBM physiopathology; iii) Several genes with the identified pathways were found overexpressed or down-regulated in tumor versus normal brain tissues and; iv) amidst them, the expressions of PAK6, PLCB1, MAPK8, CDK6 e MYD88 predicted better prognosis, while overexpression of two Calcium/Calmodulin Kinase isoforms (CAMK2A e CAMK2B) were correlated to poor prognosis; an effect only observed in patients younger (<50 years-old) at the age of diagnosis. In summary, this study shows that local network entropy in combination with pathway enrichment analysis are a useful strategy to improve our knowledge on the biological alterations as well as genes relevant to prognosis in GBM under a systems biology perspective.

Submitted by Edileide Reis (leyde-landy@hotmail.com) on 2014-09-09T13:06:02Z No. of bitstreams: 1 Fabiano de Souza Vieira.pdf: 1047164 bytes, checksum: f547f20c808c035c905e46caff6c88fa (MD5) / Approved for entry into archive by Fatima Cleômenis Botelho Maria (botelho@ufba.br) on 2014-09-09T17:10:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Fabiano de Souza Vieira.pdf: 1047164 bytes, checksum: f547f20c808c035c905e46caff6c88fa (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-09T17:10:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabiano de Souza Vieira.pdf: 1047164 bytes, checksum: f547f20c808c035c905e46caff6c88fa (MD5) / O problema da causação descendente é o problema de como um fenômeno de nível superior pode causar ou determinar ou ainda estruturar um fenômeno de nível inferior. Mais precisamente, o que está em jogo neste problema é o que Jaegwon Kim chamou de ‘causação descendente reflexiva’, que tem lugar quando alguma atividade ou evento envolvendo um todo tem uma influência causal sobre eventos que envolvem seus próprios micro-constituintes. A causação descendente é um conceito central no pensamento emergentista e altamente debatido na literatura sobre emergência e recentemente passou a ser incorporado em diversas áreas, como filosofia da mente, ciência cognitiva, teorias de auto-organização, teoria de sistemas, estudos de sistemas complexos, vida artificial, biologia evolutiva, etc. Esta incorporação foi diretamente responsável pela revitalização do emergentismo como uma tendência filosófica e, conseqüentemente, trouxe à ribalta o problema da causação descendente. A causação descendente pode desempenhar, em nossa visão, um importante papel na investigação atual de temas-chave da biologia e sua filosofia, tais como o entendimento das redes biológicas e das relações genótipo-fenótipo. Com o intuito de avançar na discussão sobre causação descendente, nós discutiremos as abordagens neo-aristotélicas, as quais apelam a outros modos causais diferentes da causação eficiente para dar conta deste fenômeno, particularmente a causação formal e funcional. Neste trabalho, consideraremos o papel heurístico que este conceito pode desempenhar ao lidar com as relações entre níveis superiores e inferiores da organização em sistemas vivos. Particularmente, discutiremos como abordagens neo-aristotélicas contribuíram com o avanço das discussões sobre causação descendente, recorrendo a outros modos causais, diferentes da causação eficiente – principalmente, causação formal e funcional – para explicar este fenômeno. Contudo, a idéia central deste trabalho é irmos para além das abordagens neoaristotélicas. Nós formulamos, então, uma abordagem diferente, na qual apelamos para outros modos de determinação, além da determinação causal, para entender a relação entre sistemas, como um todo, e seus componentes. Ao evitarmos o sistema aristotélico, nós argumentaremos, em acordo com Mark Bickhard e Donald Campbell, que o problema da causação descendente também requer uma mudança metafísica mais profunda, a saber, de uma metafísica de partículas para uma metafísica de processos. Nós tentaremos dar os primeiros passos na construção de uma teoria da determinação descendente, focando em duas questões centrais: (i) Quais são as ‘coisas’ que se afirma que determinam e são determinadas num caso de determinação descendente? (ii) Qual o significado de ‘determinar’ na determinação descendente? Nossa intenção é desenvolver uma explicação coerente sobre como princípios organizacionais restringem e, assim, parcialmente determinam o comportamento dos constituintes de nível inferior de um sistema. Nessa explicação de determinação descendente, um padrão organizacional de nível superior, interpretado como um princípio geral, é o determinante, enquanto processos particulares de nível inferior são determinados. A influência determinativa neste caso é do princípio geral organizador de nível superior sobre processos particulares de nível inferior e pode ser formulada nos seguintes termos: se a,b,c,...., n estão sob influência de W, então elas apresentarão uma tendência, uma disposição de instanciar um processo p ou um conjunto de processos {P}. Essas mudanças disposicionais na determinação descendente são tratadas por nós em termos da teoria das propensões de Popper, de tal maneira, que sua probabilidade não estaria somente em nossas abstrações lógicas, mas ao invés disso, presente no mundo. Dessa forma, evitamos a crítica de que as relações determinativas todo-parte possuem apenas valor epistemológico, mas não ontológico. Por último, nós argumentaremos que esta abordagem poderá oferecer alguma contribuição para a construção de um conjunto de ferramentas para facilitar o entendimento dos sistemas biológicos (e.g., sistema celular; redes metabólicas; sistema desenvolvimental; relações genótipo-fenótipo, sistema neuronal; sistema imunológico, ecossistemas, etc.), especialmente na área que tem sido denominada ‘biologia de sistemas’.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DanielCL_DISSERT.pdf: 3446622 bytes, checksum: 86a8ec4f8ed7a90274cc61a7f0f71422 (MD5) Previous issue date: 2012-09-25 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The Chromobacterium violaceum is a &#946;-proteobacterium Gram-negative widely found in tropical and subtropical regions, whose genome was sequenced in 2003 showing great metabolic versatility and biotechnological and pharmaceutical potential. Given the large number of ORFs related to iron metabolism described in the genome of C. violaceum, the importance of this metal for various biological processes and due to lack of data about the consequences of excess of iron in free-living organisms, it is important to study the response mechanism of this bacterium in a culture filled with iron. Previous work showed that C. violaceum is resistant to high concentrations of this metal, but has not yet been described the mechanism which is used to this survival. Thus, to elucidate the response of C. violaceum cultured in high concentrations of iron and expecting to obtain candidate genes for use in bioremediation processes, this study used a shotgun proteomics approach and systems biology to assess the response of C. violaceum grown in the presence and absence of 9 mM of iron. The analysis identified 531 proteins, being 71 exclusively expressed by the bacteria grown in the presence of the metal and 100 just in the control condition. The increase in expression of proteins related to the TCA cycle possibly represents a metabolic reprogramming of the bacteria caused by high concentration of iron in the medium. Moreover, we observed an increase in the activity assay of superoxide dismutase and catalase as well as in Total Antioxidant Activity assay, suggesting that the metal is inducing oxidative stress in C. violaceum that increases the levels of violacein and antioxidant enzymes to better adapt to the emerging conditions. Are also part of the adaptive response changes in expression of proteins related to transport, including iron, as well as an increased expression of proteins related to chemotaxis response, which would lead the bacteria to change the direction of its movement away from the metal. Systems Biology results, also suggest a metabolic reprogramming with mechanisms coordinated by bottleneck proteins involved in transcription (GreA), energy metabolism (Rpe and TpiA) and methylation (AhcY) / A Chromobacterium violaceum ? uma &#946;-proteobact?ria Gram-negativa encontrada amplamente em regi?es tropicais e subtropicais, cujo genoma foi sequenciado em 2003 mostrando grande versatilidade metab?lica e potencial biotecnol?gico e farmac?utico. Dada ? grande quantidade de ORFs relacionadas com o metabolismo de ferro descritas no genoma da C. violaceum, a import?ncia deste metal para diversos processos biol?gicos e devido ? car?ncia de dados a respeito das conseq??ncias do excesso do ferro em organismos de vida livre, ? importante estudar o mecanismo de resposta desta bact?ria em meio repleto com ferro. Trabalhos anteriores mostram que a C. violaceum apresenta resist?ncia a grandes concentra??es desse metal, embora ainda n?o tenha sido descrito qual mecanismo ? utilizado para esta sobreviv?ncia. Assim, visando elucidar a resposta da C. violaceum cultivada em alta concentra??o de ferro e esperando-se obter genes candidatos para serem utilizados em processos de biorremedia??o, o presente trabalho utilizou a abordagem de prote?mica em shotgun e Biologia de Sistemas para avaliar a resposta de C. violaceum cultivada na presen?a e aus?ncia de 9 mM de ferro. A an?lise identificou 531 prote?nas, sendo 71 expressas exclusivamente pela bact?ria cultivada na presen?a do metal e 100 apenas na condi??o controle. O aumento na express?o de prote?nas relacionadas com o ciclo do TCA possivelmente representa uma reprograma??o metab?lica na bact?ria causada pela grande concentra??o de ferro no meio. Al?m disso, foi observado um aumento no ensaio de atividade das enzimas Super?xido dismutase e Catalase, bem como no ensaio de Atividade Antioxidante Total, sugerindo que o metal est? induzindo um quadro de estresse oxidativo em C. violaceum, que passou a aumentar os n?veis de violace?na e enzimas antioxidantes para melhor se adaptar ? condi??o emergente. Tamb?m faz parte da resposta adaptativa a altera??o na express?o de prote?nas relacionados a transporte, inclusive de ferro, e com a resposta quimiot?xica, o que levaria a bact?ria a mudar a orienta??o de sua locomo??o afastando-se do metal. Os dados de Biologia de Sistemas tamb?m sugerem uma reprograma??o metab?lica com mecanismos coordenados por gargalos proteicos envolvidos com transcri??o (GreA), metabolismo energ?tico (Rpe e TpiA) e metila??o (AhcY)

Gliomas são os tumores cefálicos mais comuns na vida adulta, geralmente estão associados a um mau prognóstico. A forma mais agressiva, o Glioblastoma Multiforme (GBM) leva metade de seus pacientes a morte em 12 a 14 meses, e os tratamentos pouco ou nada melhoram esta expectativa. O desenvolvimento de terapias é bastante complexo, uma vez que se trata de um tumor com alta diversidade de células, devido a sua instabilidade genômica. Esta instabilidade interfere no equilíbrio “estequiométrico” da transcrição gênica, implicando alterações na proporção entre proteínas atuantes em um mesmo complexo. Analisando proteínas que participam de um mesmo processo sob uma perspectiva de redes (de interação proteica), pode-se analisar a probabilidade de fluxo de informação entre proteínas conectadas, ponderando pela correlação de expressão gênica, assumindo que altos valores de correlação (de expressão – entre duas proteínas) correspondem a uma maior a probabilidade de fluxo de informação entre elas. Utilizando-se de uma medida de entropia chamada entropia local de rede, é possível analisar a organização do fluxo de informação entre uma determinada proteína e as demais com quem esta se relaciona. O aumento nestes valores de entropia é proposto enquanto uma assinatura sistêmica de tumores, tendo sido primeiramente demonstrada em tumores gástricos, de pulmão, bexiga, pâncreas, fígado e do colo uterino. Compreender como a informação flui ao longo de redes de interação proteica em glioblastomas pode trazer novas perspectivas de tratamento deste tumor. Portanto, este trabalho visa avaliar: I se há aumento da entropia local de rede em glioblastomas quando comparados ao tecido sadio; II: quais os genes responderiam pelo maior aumento de entropia e qual o papel biológico destes genes (em que rotas ou processos biológicos estariam atuando), III: se estas rotas ou processos biológicos apresentam alterações de expressão gênica, e IV: se algum dos genes alterados em nível de transcrição possui associação com prognóstico. Foi verificado: I: que Glioblastomas apresentam um aumento significativo da entropia local de rede em comparação a condição fisiológica normal. II: que os genes de maior ganho de entropia atuam em (28) processos biológicos relacionados com a biologia tumoral; III que estes processos biológicos têm alterações transcricionais (quando comparados com a situação fisiológica normal) em alguns de seus genes; IV que dentre todos os genes diferencialmente expressos nos (28) processos biológicos indicados pelos genes de entropia alterada, os genes PAK6 e MYC tiveram correlação com sobrevida em ambas as coortes analisadas. No entanto ao estratificar por idade, verificamos que esta relação se mantinha apenas em pacientes com idade inferior a 50 anos, onde verificou-se que PLCB1, MAPK8, CDK6 e MYD88 também tinha correlação com sobrevida, enquanto a expressão de duas formas da cinase dependente de cálcio/calmodulina (CAMK2A e CAMK2B) associou-se a um prognóstico ruim. Um estudo ainda mais aprofundado destes genes, bem como de outras enzimas chave nos processos identificados são promissores no sentido do desenvolvimento de estratégias de combate a glioblastomas. / Gliomas are the most common form of brain tumor in adults, being generally associated with dismal prognosis. Glioblastoma Multiform (GBM) is the most aggressive glioma subtype and – despite the recent advances in therapy regimens and patient care – median survival remains between 12 and 14 months after diagnosis, and the treatment is basically palliative. The development of GBM therapy is a difficult task, given that GBM possesses high levels of genomic instability, which consequently promotes the formation of a variety of highly proliferative, invasive and chemoresistant cell phenotypes. Such a genomic instability in tumors potentially impact the “stoichiometric” balance between functionally related proteins, mostly due to changes in transcriptional activity with these entities. Analyzing protein relations under a protein interaction network perspective allow studying the informational flux probability between linked proteins. It means that linked proteins with positive correlation are more prone to information flux than negatively correlated links. The local network entropy is an index which measures the “disorder” of the informational flux between a protein and its neighbors. Increased local network entropy was recently shown as a systemic hallmark of diverse tumors. However, to best of our knowledge, there are no studies investigating the significance of local network entropy changes in brain tumors thus far. We believe that understanding the network informational flux, and the biological processes affect in this context, can bring new insights on the pathobiology and drugable pathways in GBM. In this study, we aimed to investigate; i) whether the local network entropy of GBM differs from normal brain tissues; ii) which genes displayed increases in entropy and what biological pathways or processes they are involved in; iii) if the identified biological processes/pathways carry differentially expressed genes and; iv) whether some of the differentially expressed belonging to highly entropic pathways are correlated with GBM patients survival. In view of such a aims, our results showed that: i) GBMs showed a significant increase in local network entropy values when compared to non-tumor brain tissues; ii) genes with high entropy played a role in 28 biological processes potentially related to GBM physiopathology; iii) Several genes with the identified pathways were found overexpressed or down-regulated in tumor versus normal brain tissues and; iv) amidst them, the expressions of PAK6, PLCB1, MAPK8, CDK6 e MYD88 predicted better prognosis, while overexpression of two Calcium/Calmodulin Kinase isoforms (CAMK2A e CAMK2B) were correlated to poor prognosis; an effect only observed in patients younger (<50 years-old) at the age of diagnosis. In summary, this study shows that local network entropy in combination with pathway enrichment analysis are a useful strategy to improve our knowledge on the biological alterations as well as genes relevant to prognosis in GBM under a systems biology perspective.

Gliomas são os tumores cefálicos mais comuns na vida adulta, geralmente estão associados a um mau prognóstico. A forma mais agressiva, o Glioblastoma Multiforme (GBM) leva metade de seus pacientes a morte em 12 a 14 meses, e os tratamentos pouco ou nada melhoram esta expectativa. O desenvolvimento de terapias é bastante complexo, uma vez que se trata de um tumor com alta diversidade de células, devido a sua instabilidade genômica. Esta instabilidade interfere no equilíbrio “estequiométrico” da transcrição gênica, implicando alterações na proporção entre proteínas atuantes em um mesmo complexo. Analisando proteínas que participam de um mesmo processo sob uma perspectiva de redes (de interação proteica), pode-se analisar a probabilidade de fluxo de informação entre proteínas conectadas, ponderando pela correlação de expressão gênica, assumindo que altos valores de correlação (de expressão – entre duas proteínas) correspondem a uma maior a probabilidade de fluxo de informação entre elas. Utilizando-se de uma medida de entropia chamada entropia local de rede, é possível analisar a organização do fluxo de informação entre uma determinada proteína e as demais com quem esta se relaciona. O aumento nestes valores de entropia é proposto enquanto uma assinatura sistêmica de tumores, tendo sido primeiramente demonstrada em tumores gástricos, de pulmão, bexiga, pâncreas, fígado e do colo uterino. Compreender como a informação flui ao longo de redes de interação proteica em glioblastomas pode trazer novas perspectivas de tratamento deste tumor. Portanto, este trabalho visa avaliar: I se há aumento da entropia local de rede em glioblastomas quando comparados ao tecido sadio; II: quais os genes responderiam pelo maior aumento de entropia e qual o papel biológico destes genes (em que rotas ou processos biológicos estariam atuando), III: se estas rotas ou processos biológicos apresentam alterações de expressão gênica, e IV: se algum dos genes alterados em nível de transcrição possui associação com prognóstico. Foi verificado: I: que Glioblastomas apresentam um aumento significativo da entropia local de rede em comparação a condição fisiológica normal. II: que os genes de maior ganho de entropia atuam em (28) processos biológicos relacionados com a biologia tumoral; III que estes processos biológicos têm alterações transcricionais (quando comparados com a situação fisiológica normal) em alguns de seus genes; IV que dentre todos os genes diferencialmente expressos nos (28) processos biológicos indicados pelos genes de entropia alterada, os genes PAK6 e MYC tiveram correlação com sobrevida em ambas as coortes analisadas. No entanto ao estratificar por idade, verificamos que esta relação se mantinha apenas em pacientes com idade inferior a 50 anos, onde verificou-se que PLCB1, MAPK8, CDK6 e MYD88 também tinha correlação com sobrevida, enquanto a expressão de duas formas da cinase dependente de cálcio/calmodulina (CAMK2A e CAMK2B) associou-se a um prognóstico ruim. Um estudo ainda mais aprofundado destes genes, bem como de outras enzimas chave nos processos identificados são promissores no sentido do desenvolvimento de estratégias de combate a glioblastomas. / Gliomas are the most common form of brain tumor in adults, being generally associated with dismal prognosis. Glioblastoma Multiform (GBM) is the most aggressive glioma subtype and – despite the recent advances in therapy regimens and patient care – median survival remains between 12 and 14 months after diagnosis, and the treatment is basically palliative. The development of GBM therapy is a difficult task, given that GBM possesses high levels of genomic instability, which consequently promotes the formation of a variety of highly proliferative, invasive and chemoresistant cell phenotypes. Such a genomic instability in tumors potentially impact the “stoichiometric” balance between functionally related proteins, mostly due to changes in transcriptional activity with these entities. Analyzing protein relations under a protein interaction network perspective allow studying the informational flux probability between linked proteins. It means that linked proteins with positive correlation are more prone to information flux than negatively correlated links. The local network entropy is an index which measures the “disorder” of the informational flux between a protein and its neighbors. Increased local network entropy was recently shown as a systemic hallmark of diverse tumors. However, to best of our knowledge, there are no studies investigating the significance of local network entropy changes in brain tumors thus far. We believe that understanding the network informational flux, and the biological processes affect in this context, can bring new insights on the pathobiology and drugable pathways in GBM. In this study, we aimed to investigate; i) whether the local network entropy of GBM differs from normal brain tissues; ii) which genes displayed increases in entropy and what biological pathways or processes they are involved in; iii) if the identified biological processes/pathways carry differentially expressed genes and; iv) whether some of the differentially expressed belonging to highly entropic pathways are correlated with GBM patients survival. In view of such a aims, our results showed that: i) GBMs showed a significant increase in local network entropy values when compared to non-tumor brain tissues; ii) genes with high entropy played a role in 28 biological processes potentially related to GBM physiopathology; iii) Several genes with the identified pathways were found overexpressed or down-regulated in tumor versus normal brain tissues and; iv) amidst them, the expressions of PAK6, PLCB1, MAPK8, CDK6 e MYD88 predicted better prognosis, while overexpression of two Calcium/Calmodulin Kinase isoforms (CAMK2A e CAMK2B) were correlated to poor prognosis; an effect only observed in patients younger (<50 years-old) at the age of diagnosis. In summary, this study shows that local network entropy in combination with pathway enrichment analysis are a useful strategy to improve our knowledge on the biological alterations as well as genes relevant to prognosis in GBM under a systems biology perspective.

A Febre de Chikungunya é uma doença sistêmica causada por arbovírus e estima-se que afete cerca de 1 milhão de pessoas anualmente. Os principais sintomas associados com esta doença são febre e poliartralgia, podendo esta última assumir um caráter crônico em cerca de metade dos casos. Devido aos inúmeros surtos que ocorreram nos últimos 50 anos, diversos estudos tiveram como objetivo determinar os mecanismos de replicação do vírus e da resposta imune. Mesmo assim, pouco se sabe sobre quais moléculas possibilitam o processo de infecção. Já foi demonstrada a importância de interferons, principalmente de tipo I, citocinas e quimiocinas na diminuição da replicação viral. Além disso, há uma preferência do vírus por tipos celulares específicos como células endoteliais e epiteliais. Porém, estudos mostram informações contraditórias referentes ao papel de células mononucleares do sangue periférico (PBMC), principalmente com relação a monócitos e células B e T. Diante deste contexto, o tratamento utilizado atualmente é direcionado apenas ao alívio de sintomas uma vez que não existem drogas ou vacinas licenciadas específicas para esta doença. Logo, o objetivo deste trabalho é estudar as modificações transcricionais que ocorrem em amostras humanas durante o processo de infecção pelo vírus de Chikungunya de modo a esclarecer os mecanismos utilizados pelo sistema imune em resposta a infecção. Além disso, este estudo tem como finalidade apontar possíveis diferenças transcricionais entre amostras crônicas e não-crônicas. / The Chikungunya Fever is a systemic disease transmitted by arboviruses and is estimated to affect 1 million people annually. The main symptoms associated with this disease are fever and polyarthralgia, which can develop to chronic features in about half of the cases. Due to outbreaks that occurred in the last 50 years, many studies had the goal of determining the mechanisms of virus replication and immune response. Nevertheless, it is still poorly understood which molecules enable the ocurrence of the infection process. It has already been shown the importance of interferons, mainly type I, cytokines and chemokines in restricting the viral replication. In addition, the Chikungunya virus shows a preference for specific cell types such as endothelial and epithelial cells. However, studies display contradictory information regarding the role of peripheral blood mononuclear cells (PBMC), mainly in relation to monocytes and B and T cells. Given this context, the treatment currently used is directed only to alleviate the symptoms since there are no specific licensed drugs or vaccines for this disease. Therefore, the objective of this work was to study the transcriptional modifications that occur in humans during the process of Chikungunya virus infection in order to clarify the mechanisms used by the immune system. In addition, it aims to point out possible transcriptional differences between sample from the Chronic and Non-Chronic acute phase of the infection.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-01-18T10:52:22Z No. of bitstreams: 1 IaraDantasDeSouza_DISSERT.pdf: 2361022 bytes, checksum: 9a172e308a03ac6a5069e610ed9829b8 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-01-22T15:02:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 IaraDantasDeSouza_DISSERT.pdf: 2361022 bytes, checksum: 9a172e308a03ac6a5069e610ed9829b8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-22T15:02:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IaraDantasDeSouza_DISSERT.pdf: 2361022 bytes, checksum: 9a172e308a03ac6a5069e610ed9829b8 (MD5) Previous issue date: 2017-12-14 / Desde a antiguidade, o chumbo (Pb) vem sendo utilizado pela humanidade em virtude das suas propriedades f?sico-qu?micas, como maleabilidade, ductilidade, resist?ncia ? corros?o, baixo ponto de fus?o e baixa condutividade el?trica. Entretanto, al?m de sua import?ncia econ?mica, o chumbo possui uma import?ncia quanto ? sa?de humana, uma vez que causa intoxica??o. Muitos efeitos da intoxica??o pelo chumbo j? foram relatados na literatura, sendo respons?vel pela toxicidade nos sistemas cardiovascular, imunol?gico, ?sseo, reprodutivo, hematopoi?tico, renal, gastrointestinal e, principalmente, no sistema nervoso. Embora haja evid?ncias sobre como o chumbo afeta a homeostase em n?vel celular, a descri??o das vias metab?licas afetadas na intoxica??o por chumbo n?o est? estabelecida. Para esclarecer os efeitos da intoxica??o, o objetivo deste estudo ? propor vias metab?licas das intera??es do chumbo com os componentes celulares, atrav?s da curadoria das informa??es presentes na literatura e em reposit?rios p?blicos. Ap?s a busca na literatura, encontramos um total de 23 prote?nas, incluindo o tripept?deo glutationa, as quais s?o capazes de interagir com o chumbo e est?o relacionadas com a base celular da intoxica??o. Estas informa??es, em conjunto com outras provenientes de reposit?rios especializados, permitiram a integra??o do conhecimento em uma via metab?lica da intoxica??o por chumbo. Por meio dela, observou-se que o chumbo atua de maneira sist?mica no organismo, em especial, interferindo na fun??o normal de prote?nas as quais se ligam a metais essenciais, como zinco e c?lcio. / Since ancient times, lead (Pb) has been used by mankind because of its physicochemical properties, such as malleability, ductility, corrosion resistance, low melting point and low electrical conductivity. However, in addition to its economic importance, lead is an important human health issue since it causes intoxication. Many effects of lead intoxication have been reported in the literature, affecting the organism as a whole and causing symptoms in cardiovascular, immune, skeletal, reproductive, hematological, renal, gastrointestinal and nervous systems. Although there is evidence on how lead affects cellular homeostasis, the description of the metabolic pathways affected in lead poisoning is not fully established. To elucidate the effects of lead poisoning, the aim of this study is to propose pathways of lead interactions with cell components, through manual curation of information present in literature and public repositories. After a search in literature, it was found a total of twenty-three proteins, including glutathione, which can directly interact with lead and are related to the cellular basis of intoxication. This knowledge taken together with the information present in pathways repositories allowed the integration of the current information in a map of lead poisoning. It was observed that lead acts in a systemic way, specially interfering with the normal function of metalloproteins which rely on essential metals to the organism, such as calcium and zinc.