Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-04-09T17:54:10Z No. of bitstreams: 1 2017_DanielSundfeldLima.pdf: 12850930 bytes, checksum: 3333336c19d2551133d18cdbd0f7a240 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-04-10T19:40:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_DanielSundfeldLima.pdf: 12850930 bytes, checksum: 3333336c19d2551133d18cdbd0f7a240 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-10T19:40:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_DanielSundfeldLima.pdf: 12850930 bytes, checksum: 3333336c19d2551133d18cdbd0f7a240 (MD5) Previous issue date: 2018-04-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / O alinhamento múltiplo primário de sequências biológicas é um problema muito importante em Biologia Molecular, pois permite que sejam detectadas similaridades e diferenças entre um conjunto de sequências. Esse problema foi provado NP-Completo e, por essa razão, geralmente algoritmos heurísticos são usados para resolvê-lo. No entanto, a obtenção da solução ótima é bastante desejada e, por essa razão, existem alguns algoritmos exatos que solucionam esse problema para um número reduzido de sequências. As sequências de RNA, diferente do DNA, não possuem dupla-hélice e podem dobrar-se, pois seus nucleotídeos podem formar pares de bases. É conhecido na Biologia Molecular que a função dessa estrutura está ligada à sua conformação espacial, e não à composição de seus nucleotídeos. Obter a estrutura secundária (2D) de uma sequência de RNA também exige uma grande quantidade de recursos computacionais, até mesmo para um pequeno número de sequências. Desta forma, as arquiteturas de alto desempenho são muito importantes para a obtenção dos resultados em um tempo factível. A presente tese visa investigar os problemas do alinhamento múltiplo primário e do alinhamento em pares secundário, utilizando arquiteturas de alto desempenho para acelerar a obtenção de resultados. Para o alinhamento primário ótimo de múltiplas sequências, propusemos na presente Tese o PA-Star, uma estratégia multithreaded baseada no algoritmo A-Star que usa uma política sensível à localidade de atribuição de trabalho às threads. De modo a lidar com o alto uso de memória, nossa estratégia PA-Star usa tanto memória RAM como disco. Para o alinhamento estrutural (2D) de sequências de RNA, propusemos o Foldalign 2.5, que é uma estratégia multithreaded heurística baseada no algoritmo exato de Sankoff, capaz de obter o alinhamento estrutural de grandes sequências em tempo reduzido. Finalmente, propusemos o CUDA-Sankoff, que é capaz de obter o alinhamento estrutural ótimo entre duas sequências de RNA em GPU (Graphics Processing Unit). / The primary multiple sequence Alignment is a very important problem in Molecular Biology since it is able to detect similarities and differences in a set of sequences. This problem has been proven NP-Hard and, for this reason, heuristic algorithms are usually used to solve it. Nevertheless, obtaining the optimal solution is highly desirable and there are indeed some exact algorithms that solve this problem for a reduced number of sequences. The RNA sequences are different than the DNA, they do not have double helix, their nucleotides can form base pairs and the sequence can fold on itself. It is known in the Molecular Biology that, the function of the RNA is related to its spatial structure. Calculating the secondary structure of RNA sequences also demand a high amount of computational resources, even for a small number of sequences. The High Performance Computing (HPC) Platforms can be used in order to produce results faster. The current thesis aims to investigate the primary multiple sequence alignment and the secondary pairwise sequence alignment, using High Performance Architectures to accelerate and obtaining results in reasonable time. For the primary multiple sequence alignment, we propose the PA-Star, a multithreaded solution based on the A-Star algorithm using a locality sensitive hash to distribute the workload among the threads. Due to the high RAM memory usage required by the algorithm, our strategy can also uses disk. For the RNA structural alignment, we proposed the Foldalign 2.5, a multithreaded solution that uses heuristics to reduce the Sankoff Algorithm complexity, and can obtain the pairwise structural alignment of large sequences in reduced time. Finally, we proposed CUDASankoff, that obtains the optimal pairwise structural alignment for RNA sequences using a GPU (Graphics Processing Unit).

As ataxias espinocerebelares (SCAs) constituem um grupo de doenças neurodegenerativas fatais que apresentam uma grande heterogeneidade clínica. A doença de Machado-Joseph (DMJ), ou ataxia espinocerebelar tipo 3 (SCA3), é causada por uma expansão de uma seqüência repetitiva CAG em um gene, denominado MJD1, localizado no braço longo do cromossomo 14, expansão codificadora de uma seqüência poliglutamínica constituinte da proteína ataxina 3. Indivíduos normais apresentam entre 12 a 41 repetições, enquanto indivíduos afetados apresentam 61 a 84 repetições CAGs neste gene. Este trabalho teve como objetivos principais a padronização de metodologias moleculares para o identificação e a quantificação do número de repetições CAG no gene responsável pela da DMJ. Um grupo de 112 pacientes, pertencentes a 77 famílias, com suspeita clínica de algum tipo de ataxia espinocerebelar foi avaliado no Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Após a extração de DNA destes pacientes, este material foi amplificado por PCR utilizando oligonucleotídeos iniciadores específicos para a região de interesse e posterior transferência destes fragmentos (1) para uma membrana de nylon pelo método de Southern blot, visando ao estabelecimento de um protocolo não-radioativo para detectar a presença do alelo normal e/ou mutante; e (2) análise em gel de poliacrilamida para quantificação do número de repetições presentes no alelo mutante. As análises laboratoriais identificaram um total de 77 pacientes com uma expansão CAG no gene da MJD1. Considerando-se apenas indivíduos não relacionados, a freqüência encontrada foi de 61% (47 indivíduos). Os protocolos estabelecidos demonstraram-se bastante eficazes e sensíveis para o diagnóstico da DMJ e quantificação do alelo expandido da respectiva doença.

Resumo não disonível

A caracterização molecular e morfofisiológica de 28 isolados de Metarhizium ssp. foi avaliada por análises de seqüências do espaçador transcrito interno (ITS1 e ITS2), presença de elementos dsRNA e taxa de crescimento e esporulação em diferentes temperaturas e pH. A patogenicidade de 19 isolados do fungo entomopatogênico Metarhizium ssp. foi avaliada para fêmeas ingurgitadas do carrapato Boophilus microplus. As alterações cronológicas durante o processo de infecção Metarhizium anisopliae isolado E6 em B. microplus foi avaliada em detalhe por microscopia óptica e eletrônica de varredura e transmissão. O seqüenciamento do espaçador transcrito interno confirmou a identidade taxonômica dos isolados avaliados como M. anisopliae var. anisopliae ou M. anisopliae var. majus e mostrou que dois isolados (CG291 e CG423), previamente classificados como Metarhizium flavoviride, são pertencentes a M. anisopliae var. anisopliae. Os testes sobre a influência da temperatura e pH no desenvolvimento e esporulação dos isolados evidenciaram que a melhor temperatura de crescimento para a maioria desses foi 28oC e que o crescimento foi ótimo na faixa de pH entre 4 a 9. Os bioensaios mostraram que três isolados (C14, CG47 e CG97) foram altamente patogênicos para fêmeas ingurgitadas de B. microplus sendo tão virulentos quanto o isolado E6, previamente analisado, causando cerca de 90-100% de mortalidade ao 4o dia de infecção. Outros isolados foram menos virulentos ou não mostraram virulência para o carrapato. A presença de dsRNA foi avaliada em 28 isolados e detectada em 21 isolados. Vários padrões de dsRNA foram observados baseados no tamanho molecular analisado por eletroforese em gel de agarose. Nenhuma correlação foi observada entre a presença de dsRNA e a virulência do fungo. As observações microscópicas evidenciaram que o fungo M. anisopliae isolado E6 invade seu hospedeiro por penetração direta da cutícula, sendo que este processo envolveu as etapas de adesão e germinação dos conídios, formação do apressório e penetração do fungo na cutícula do hospedeiro. A adesão e germinação dos conídios na superfície da cutícula se iniciou após 24 h de infecção. Neste mesmo tempo, ocorreu diferenciação do apressório, estrutura que exerce a pressão mecânica durante o processo de penetração, sendo que este processo é facilitado pela ação de enzimas hidrolíticas secretadas pelo fungo. A penetração de algumas hifas ocorreu até 24 h após a infecção do fungo, embora, neste mesmo tempo de infecção, a maioria dos conídios ainda estivesse em processo de germinação. A penetração em massa do fungo foi observada 72 h após a infecção e, após 96 h, as hifas emergiram na superfície da cutícula para originarem novos conídios e assegurarem a perpetuação do fungo. A intensa invasão das hifas nos tecidos adjacentes confirmou a eficácia do isolado E6 na infecção do carrapato B. microplus.

O aumento na prevalência da tuberculose (TB), a emergência de cepas resistentes a múltiplas drogas de Mycobacterium tuberculosis, o agente etiológico da TB, e o efeito devastador da coinfecção pelo HIV têm enfatizado a urgente necessidade no desenvolvimento de novos agentes antimicobacterianos. A análise completa da seqüência genômica do M. tuberculosis H37Rv mostrou a existência de genes envolvidos na via de biossíntese de aminoácidos aromáticos, a via do chiquimato, e evidências experimentais indicam que esta via é essencial para o M. tuberculosis e apresenta-se ausente no homem. Os produtos dos genes que são essenciais para o crescimento dos microrganismos fazem deles alvos atrativos para a ação de drogas, pois a inibição de sua função pode matar o bacilo. Previamente, nosso grupo relatou a clonagem do gene aroE de M. tuberculosis e a expressão do seu produto na forma solúvel, a enzima chiquimato desidrogenase (MtbSD), que catalisa o quarto passo na via do chiquimato. Neste trabalho apresentamos, no primeiro artigo, intitulado “Functional shikimate dehydrogenase from Mycobacterium tuberculosis H37Rv: purification and characterization”, a purificação da MtbSD solúvel e ativa por cromatografia líquida, o seqüenciamento do Nterminal, a espectrometria de massas, a determinação do estado oligomérico por cromatografia em gel filtração, a estabilidade térmica, a determinação de parâmetros cinéticos aparentes em estado estacionário para as reações direta e reversa, a constante de equilíbrio aparente e energia de ativação para a reação química catalisada pela MtbSD. No segundo artigo, intitulado “Shikimate Dehydrogenase from Mycobacterium tuberculosis H37Rv: Kinetic and Chemical Mechanisms”, descrevemos os parâmetros de velocidade inicial na reação direta, os estudos de inibição pelos produtos, os efeitos isotópicos cinéticos primários do deutério, os efeitos isotópicos cinéticos do solvente, os efeitos isotópicos cinéticos múltiplos, proton inventory, o efeito de pH na química ácido/base para a ligação e catálise dos substratos, e a estrutura 3D da MtbSD obtida in silicon pela modelagem por homologia. Esses resultados servem como base para os estudos cinéticos e estruturais que podem auxiliar no desenho racional de inibidores a serem testados como agentes antimicobacterianos. / The increasing prevalence of tuberculosis (TB), the emergence of multidrug-resistant strains of Mycobacterium tuberculosis, the causative agent of TB, and the devastating effect of coinfection with HIV have highlighted the urgent need for the development of new antimycobacterial agents. Analysis of the complete genome sequence of M. tuberculosis H37Rv shows the presence of genes involved in the aromatic amino acid biosynthetic pathway, the shikimate pathway, and experimental evidence showed that this pathway is essential for M. tuberculosis and it is absent in humans. The gene products that are essential for the growth of the microorganisms make them attractive drug targets since inhibiting their function may kill the bacilli. Our group has previously reported the cloning of M. tuberculosis aroE gene and the expression of the product in the soluble form, the shikimate dehydrogenase (MtbSD) enzyme, that catalysis the fourth reaction in the shikimate pathway. Currently, in the first manuscript “Functional shikimate dehydrogenase from Mycobacterium tuberculosis H37Rv: purification and characterization”, we present the purification of soluble and active MtbSD, N-terminal sequencing, mass spectrometry, assessment of the oligomeric state by gel filtration chromatography, thermal stability, determination of apparent steady-state kinetic parameters for both forward and reverse directions, apparent equilibrium constant, and energy of activation for the enzyme-catalyzed chemical reaction. In the second manuscript “Shikimate Dehydrogenase from Mycobacterium tuberculosis H37Rv: Kinetic and Chemical Mechanisms”, we describe the kinetic mechanism, initial velocity patterns in the forward direction, product inhibition studies, primary deuterium kinetic isotope effects, solvent kinetic isotope effects, multiple isotope effects, proton inventory, pH rate profile and the MtbSD 3D structure obtained in silicon by homology modeling. These results should be useful as a solid base for structural and kinetic studies, which can aid in the rational design of inhibitors to be tested as antimycobacterial agents.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Medicina, Programa de Pós-Graduação em Patologia Molecular, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-08-15T20:36:09Z No. of bitstreams: 1 2016_AnaLuisaPereiraMarques.pdf: 5793977 bytes, checksum: a015d6912df7b0099292e7fdc10328ec (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-09-02T13:51:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_AnaLuisaPereiraMarques.pdf: 5793977 bytes, checksum: a015d6912df7b0099292e7fdc10328ec (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-02T13:51:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_AnaLuisaPereiraMarques.pdf: 5793977 bytes, checksum: a015d6912df7b0099292e7fdc10328ec (MD5) / As infecções pelo Trypanosoma cruzi são um sério problema de saúde pública na América Latina, com alta morbidade e mortalidade. Cerca de oito a dez milhões de pessoas estão infectadas pelo parasito em todo o mundo e um terço irá desenvolver os sintomas da doença de Chagas. Para o diagnóstico dessa infecção, são usados principalmente métodos sorológicos que se baseiam em anticorpos específicos contra o parasito. Esses exames apresentam resultados duvidosos ou falsos positivos devido à reação cruzada com antígenos de outros microorganismos. A evolução na área da biologia molecular vem modificando e aperfeiçoando o diagnóstico da doença de Chagas, representando uma boa alternativa para complementar ou estabelecer o diagnóstico das infecções pelo T. cruzi. Diante do exposto, o objetivo deste trabalho foi realizar uma investigação teórica-experimental de protocolos de qPCR utilizados para o diagnóstico de infecções pelo T. cruzi. A revisão sistemática da literatura permitiu a identificação das condições experimentais (métodos de extração, iniciadores, enzimas amplificadoras, entre outros) mais utilizadas nos artigos científicos selecionados e a observação de que ainda não existe um procedimento padrão estabelecido. Assim, diferentes protocolos de qPCR para identificação do T. cruzi foram avaliados experimentalmente. Foram utilizados marcadores específicos para DNA nuclear (nDNA) e para minicírculos e maxicírculos de kDNA de T. cruzi. A população do estudo foi separada em três categorias - grupos positivo, negativo e duvidoso - de acordo com os testes sorológicos apresentados pelos indivíduos. Os resultados comparativos dos métodos sorológicos e moleculares apresentaram discordâncias peculiares, notadamente quando se utilizou marcadores para minicírculos de kDNA, fato que pode estar associado à integração dessas moléculas no genoma hospedeiro. Estabeleceu-se que a melhor escolha diagnóstica para identificação de infeção ativa pelo T. cruzi se dá com marcadores moleculares específicos para nDNA, o qual foi capaz de determinar a infecção em casos inconclusivos na análise sorológica. Os achados deste estudo reforçam a necessidade de um diagnóstico mais efetivo que possa ser utilizado como padrão-ouro para identificação das infecções pelo T. cruzi. / Trypanosoma cruzi infection is a serious public health problem in Latin America, with high morbidity and mortality. About eight to ten million people are infected with the parasite worldwide and one-third will develop the symptoms of Chagas disease. Its diagnosis is mainly based on serological methods that recognize specific antibodies against the parasite. Often, these tests have inconclusive results or false positives due to cross-reaction with antigens from other microorganisms. Development in molecular biology has been changing and improving the diagnosis of Chagas' disease, representing a good alternative to supplement or establish the diagnosis of T. cruzi infection. Thereby, the objective of the current study was to evaluate theoretically and experimentally qPCR protocols used for Chagas disease diagnosis. A systematic review of the literature allowed the identification of experimental conditions (extraction methods, primers, amplifying enzymes, etc) commonly used in scientific articles and the observation that there is no standard procedure established. Thus, different qPCR protocols for T. cruzi identification were experimentally assessed. Specific primers were used for nuclear DNA (nDNA), and mitochondrial DNA (minicircles and maxicircles). The study population was divided into three categories - positive, negative and doubtful groups - according to the serologic tests. Comparison between serologic and molecular results showed peculiar disagreements, especially when using primers for kDNA minicircle, which may be associated with the integration of these molecules into the host genome. It was established that the best choice for diagnosis T. cruzi active infection is by specific molecular markers to nDNA, which was able to establish infection in inconclusive serological analysis. Our findings reinforce the need of an effective diagnosis that can be used as the gold standard for identification of T. cruzi infection.

Submitted by Rosana Amâncio (rosana.amancio@ufcg.edu.br) on 2018-07-26T13:36:43Z No. of bitstreams: 1 RAFAELA BEZERRA DA SILVA - DISSERTAÇÃO PPGCNBio 2015..pdf: 1983101 bytes, checksum: b3bac7399ef1511132df3b9a76b369e7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-26T13:36:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RAFAELA BEZERRA DA SILVA - DISSERTAÇÃO PPGCNBio 2015..pdf: 1983101 bytes, checksum: b3bac7399ef1511132df3b9a76b369e7 (MD5) Previous issue date: 2015-07-23 / CNPq / O desenho racional de fármacos tem sido largamente utilizado para o desenvolvimento de medicamentos mais eficazes no tratamento de diversas doenças, inclusive o câncer. Este termo é utilizado para o conjunto de doenças ocasionadas pelo crescimento desordenado de células, que invadem tecidos e órgãos do próprio organismo, podendo se espalhar por todo o corpo, processo denominado metástase. Entre as diversas pesquisas direcionadas à formação de novas drogas para o tratamento de tumores está a terapia alvo molecular que se baseia na utilização de fármacos que inativam uma determinada proteína de uma célula cancerígena. A Biologia Molecular identificou várias proteínas relacionadas com o câncer, dentre estas estão a midkina (MK) e a glutationa S-transferase da classe Pi (GSTP1), associadas à capacidade de multiplicação e à resistência dos tumores, respectivamente. O desenvolvimento de um inibidor que apresente especificidade tanto para a MK quanto para a GSTP1 possibilitará um tratamento sem prejuízos às células normais e uma melhor qualidade de vida aos pacientes cancerosos. O presente trabalho objetivou projetar uma molécula capaz de inibir as atividades biológicas da MK e da GST na referida patologia. Utilizando como recursos o site de busca Protein Data Banc (PDB) para a obtenção das estruturas tridimensionais estudadas, o Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) para alinhamento e análise das sequências protéicas, o software Hex 8.0 para a realização dos testes de docking molecular e o WinCoot 0.7.1 para a identificação das interações intermoleculares hidrofóbicas e de hidrogênio analisadas nos complexos gerados. Para o desenvolvimento da molécula foram utilizados como modelo os inibidores 6-(7-Nitro-2,1,3-Benzoxadiazol-4-Ylthio) Hexanol (NBDHEX) e o 5-propiltio-1H-benzimidazol-2-il) carbamato (albendazol). O inibidor desenvolvido (RBT15) foi projetado através de estruturas previamente depositadas no PDB e recortadas para atenderem as características topológicas dos receptores. Os testes analisados evidenciaram que o ligante RBT15 é energeticamente mais favorável e demonstrou interação com um maior número de resíduos de interesse que os outros dois inibidores analisados. Os dados sugerem que a estrutura desenvolvida pode vir a ser um potencial inibidor das proteínas MK e GSTP1. Sendo, por esse motivo, uma promissora molécula para o desenvolvimento de fármacos mais eficientes e menos invasivos para o tratamento de câncer. / The rational design of drugs has been widely used for drug development more effective in the treatment of various diseases, including cancer. This term used and hair diseases caused set cluttered cell growth, tissues and organs to invade que own body and can spread throughout the body, process called metastasis. Between how several research aimed at new training drugs for tumor treatment is molecular target therapy, which is based on the use of drugs that inactivate a particular cancer cell protein. Molecular biology has identified several proteins related to cancer, among these are Midkina (MK) and Glutathione S-Transferase Pi class (GSTP1), associated with the multiplication capacity and resistance of tumors, respectively. The development of a specific inhibitor that present both for GSTP1 and MK as to enable a free damage to normal cells treatment and better quality of life for cancer patients. This study aimed to design a molecule capable of inhibiting the biological activity of MK and GST in that condition. Using resources like search website Protein Data Bank (PDB) for obtaining the studied three-dimensional structures, the Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) for alignment and analysis of protein sequences, the Hex 8.0 software for the realization of molecular docking test and WinCoot 0.7.1 to identify the hydrophobic intermolecular interactions and hydrogen generated in the analyzed complexes. For the development of the molecule were used as the template inhibitors 6-(7-nitro-2, 1, 3-benzoxadiazol-4-Ylthio) Hexanol (NBDHEX) and 5-propylthio-1H-benzimidazol-2-yl) carbamate (Albendazol). The developed inhibitor (RBT15) was designed using previously deposited in PDB structures and trimmed to meet the topological characteristics of the receivers. The tests showed that the analyzed RBT15 binder is energetically more favorable and demonstrated interaction with a larger number of residues of interest than the other two analyzed inhibitors. The data suggest that the developed structure might be a potential inhibitor of GSTP1 and MK proteins. Since, therefore, a promising molecule for the development of more efficient and less invasive drugs for the treatment of cancer.

Resumo: O objetivo deste trabalho é investigar a localização de energia e o aprisionamento do breather no modelo de Peyrard Bishop com o potencial original de Morse, potencial simétrico de Morse e potenciais quárticos em cadeias homogêneas e não homogêneas usando o Teorema do limite anticontinuum. No caso não homogêneo, a impureza é introduzida pela profundidade do potencial. Foi observado que o modelo SPB apresenta pequenas amplitudes e menor densidade de energia comparada com o modelo PB. Para potenciais quárticos simétricos e assimétricos foi verificado numericamente que não temos transição de fase usando o conceito de amplitude média das vibrações. Entretanto, um potencial híbrido formado por um quártico e Morse pode fornecer uma grande amplitude de vibração das fitas de DNA . Finalmente, no sistema não homogêneo, se verificou a hipótese de aprisionamento por meio de uma simulação de interação do breather móvel com a região de TATA box para uma cadeia longa de DNA, correspondente à seqüencia de nucleotídeos que codifica a insulina. Este resultado deve ajudar a estender a aplicação dos breathers discretos a sistemas biológicos que levam em conta reações bioquímicas localizadas (como, por exemplo, reações enzimáticas) em macromoléculas biológicas. O modelo PB pode ser modificado para explicar a existência de movimentos localizados de grande amplitude. O decaimento da função potencial para valores grandes mostraram uma vibração localizada no equilíbrio de grande amplitude. Isso é feito alterando o potencial on site. / Abstract: The objective of this work is to investigate the energy localization and the breather trapping in the Peyrard-Bishop model with the original Morse potential, symmetric Morse potential and quartics potentials in homogeneous and inhomogeneous chains. In the inhomogeneous case, the impurity is introduced by the depth of the potential. It was observed that the SPB model shows small amplitude and lower density of energy compared with the PB model. Quartics potentials, for symmetric and asymmetric cases, do not show phase transition. It is verified by numerical calculation using the concept of mean amplitude of the vibrations. Meanwhile, a potential hybrid formed by a quartic and Morse is ideal for DNA applications. Finally, it was verified the trapping hypotheses through the simulation of interaction of mobile breather with the region of TATA box for a long chain of DNA corresponding to the nucleotide sequence that encodes the insulin. This result should help to extend the application of discrete breathers the biological systems that take into account located biochemical reactions (such as enzymatic reactions) in biological macromolecules. In addition, the PB model can be modified to explain the existence of highly localized large amplitudes motions of the base pairs in DNA. We do this change the on site potential. / Orientador: Elso Drigo Filho / Coorientador: José Roberto Ruggiero / Banca: Gerald Weber / Banca: Regina Maria Ricotta / Banca: Jayme Vicente de Luca Filho / Banca: Masayoshi Tsuchida / Doutor

Orientador: Maria Célia Bertolini / Banca: Flávio Henrique da Silva / Banca: Nilce Maria Martinez Rossi / Banca: Maria Isabel Nogueira Cano / Banca: Nádia Monesi / Resumo: As células eucarióticas são capazes de responder e de se adaptar a diferentes condições ambientais estressantes tais como o choque térmico, modulando sua atividade metabólica. Na levedura Saccharomyces cerevisiae o choque térmico é conhecido por induzir múltiplos genes relacionados a esta forma de estresse, através dos elementos transativadores Hsf1p (Heat Shock Protein) e Msn2/4p, os quais se ligam, respectivamente, às seqüências consensos HSE e STRE, ativando a transcrição. A seqüência nucleotídica do gene da glicogênio sintase (gsn) de Neurospora crassa foi previamente isolada em nosso laboratório e uma análise da expressão gênica mostrou que a transcrição do gene foi diminuída na situação de choque térmico (30 para 45ºC). Uma análise da região 5' flanqueadora revelou a presença dos elementos de DNA CRE, HSE e STRE tanto na região promotora do gene quanto na 5'-UTR. Neste trabalho, nós investigamos o envolvimento destes elementos de DNA na regulação da transcrição na condição de choque térmico, através de ensaios de mobilidade em gel (EMSA) usando como sondas, fragmentos de DNA contendo os elementos transcricionais citados anteriormente. Para isto, foram utilizados como fonte de proteínas extratos nucleares brutos ou fracionados em coluna de Heparina-Sepharose, preparados a partir de micélios coletados antes e após choque térmico (amostras HS30). Os resultados obtidos mostraram a presença de proteínas capazes de reconhecer e ligar aos elementos de DNA testados sob a condição estressante analisada. A especificidade das bandas de mobilidade reduzida foi confirmada por diferentes ensaios de competição, tais como 1) adição prévia de sondas de DNA não marcadas antes da reação de ligação, 2) adição de oligonucleotídeo de DNA dupla fita contendo o elemento STRE do promotor gsn como competidor específico, 3) utilização...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Eukaryotic cells respond and adapt to environmental stressing conditions such as heat shock, by modulating metabolic responses to counteract them. In the yeast Saccharomyces cerevisiae heat shock activates multiple stressing related genes by the trans acting elements Hsfp (Heat shock factors) and Msn2/4p, which bind to the cis regulatory elements HSE (Heat Shock Element) and STRE (Stress Responsive Element), respectively, and activates the gene transcription. We have previously isolated the gene encoding the Neurospora crassa glycogen synthase (gsn) and demonstrated that the gene transcription was decreased under heat shock (30 to 45ºC). An analysis of the gsn 5' flanking region showed the presence of the DNA elements CRE, HSE, and STRE, in the promoter region and in the 5'-untranslated region. In this work we investigated the involvement of these DNA elements in gene transcription regulation under heat shock condition by performing electrophoretic mobility shift assays (EMSA) using, as probes, DNA fragments containing the regulatory elements, and crude or Heparin-Sepharose fractionated nuclear extracts prepared from mycelia collected before and after 30 min of heat shock (HS30 sample). Ours results showed the presence of nuclear proteins capable to recognize and bind to the DNA regulatory elements under heat stress. The specificity of the DNA shifts were confirmed by using 1) unlabelled DNA probes as specific competitor, 2) the gsn promoter STRE double-stranded oligonucleotide as specific competitor, 3) a mutated gsn promoter STRE probe, and 4) the HSE unlabelled probe in a cross-reaction competition assay with the gsn promoter STRE probe. The involvement of the regulatory CRE elements in the modulation of the gsn gene transcription was investigated by using EMSA in the wild type strain, and also in two N. crassa mutant strains defective in the cAMP-signaling pathway: one having hyperactive...(Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Vitor Barbanti Pereira Leite / Banca: Jorge Chahine / Banca: Laurent Emmanuel Dardenne / Banca: Pedro Geraldo Pascutti / Banca: Antonio Francisco P. de Araújo / Resumo: O enovelamento de proteínas acontece em um espaço de fase multidimensional, onde o número conformações possíveis é exponencialmente alta. Uma forma comum de representar essas conformações é utilizar uma coordenada de reação efetiva (por exemplo, fração de contatos nativos). Porém, como a informação de cada conformação não é representada neste tipo de aproximação estatistifica, alguns mecanismos do enovelamento de proteínas não são possíveis de ser descritos ou analisados. Neste trabalho, usou-se uma métrica para descrever a distancia entre quaisquer duas conformações, essa métrica é calculada levando em conta as distâncias internas dos aminoácidos presentes em cada estrutura. Utilizando-se um método de projeção efetiva é possível ir além da representação em uma dimensão e visualizar a superfície de enovelamento da proteína em duas ou três dimensões. Para aplicar essa metodologia realizou-se simulações computacionais do enovelamento de proteínas utilizando o modelo baseado em estrutura, com aproximação para Cα. Três proteínas foram analisadas: CI-2, o Domínio SH3 e a Proteína A. Dos resultados, foi possível observar que para cada tipo de "motifs"estrutural (folha-β e/ou α-hélice) projetou funis de enovelamento distintos. A partir da visualização foi possível analisar o processo de enovelamento em detalhes, sendo possível identificar a conectividade entre as conformações assim como, possíveis rotas de enovelamento (f olding pathsways). Analisou-se também as diferenças estruturais... / Abstract: Protein folding occurs in a very high dimensional phase space, in which an exponentially large number of states is represented in terms of one effective reaction coordinate. Since the role of each local minimum is not considered in this statistical approach, the folding mechanism is unveiled by describing the local minima in an effective onedimensional representation. In this work, we used a metric to describe the distance between any two conformations, which is based on internal distances between amino acids in each conformation. A effective projection method allows to go beyond the one-dimensional representation and visualizing a 2D folding funnel representation. Computer simulations of protein folding were performed using Cα structure-based model. Three proteins have been studied: CI2, SH3 Domain and Protein-A. Distinct funnels have been generated according to the major motifs in each proteins, (β-sheet or/and α-helix). The visualization allows assessing the folding process in detail, e.g. by identifying the connectivity between conformations and establishing the paths that lead to the native state and we analyzed structural differences in the dominant route of SH3 and the competitiveness between the native and mirror structures in protein A / Doutor