LIMA, Karine Thiers Leitão. Polimorfismos do gene da plastoquinol oxidase (PTOX) em ecotipos de Arabidopsis thaliana (projeto 1001 genomas): correlações de expressão gênica e de variantes estruturais da proteína com a distribuição geográfica dos ecotipos. 2017. 110 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-03-28T19:52:31Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_ktllima.pdf: 4068096 bytes, checksum: f6b3738f233a7c99cf008ea14382bf0d (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-03-28T19:56:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_ktllima.pdf: 4068096 bytes, checksum: f6b3738f233a7c99cf008ea14382bf0d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-28T19:56:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_ktllima.pdf: 4068096 bytes, checksum: f6b3738f233a7c99cf008ea14382bf0d (MD5) Previous issue date: 2017 / Arabidopsis thaliana was the first plant to have its entirely genome sequenced and fits as the main model for plant studies. In addition, it inhabits several environments making it an interesting target to investigate genetic variations, such as polymorphisms. The study of DNA polymorphisms is important for research because it helps to identify and develop specific molecular markers. The single nucleotide polymorphisms (SNPs) are the main types of polymorphisms explored and once identified are used to understand the adaptation and evolution of species, in addition contribute to the improvement of a particular cultivar. Plastoquinol oxidase (PTOX) is an oxidoreductase that acts on the stress response in plants. Thus, investigating the SNPs in this gene in A. thaliana may contribute to the discovery of molecular markers and suggests it as a possible target gene for plant breeding. The aim of this study was to identify the SNPs in the PTOX gene of 1190 accessions of A. thaliana, to predict the three-dimensional structures for the main polymorphisms, to analyze the gene expression in several conditions and to correlate them with the environment. We collected the genomic data and annotated the PTOX gene manually. And using the Columbia-0 ecotype as a reference all non-synonymous SNPs were identified. The coordinates of the accessions were used to classify the climate, rainfall and geographical morphology. The three-dimensional structure was predicted by the servers PHYRE2, I-TASSER and Modeller 9.16; and the polymorphic structural variants were performed by the PyMOL mutagenesis tool. The structures were submitted to molecular docking by the DockThor server. Gene expression was performed by TopHat software. In the bioinformatics analyzes 32 SNPs were found, of which 16 were non-synonyms and of these 11 changed to a different class amino acid. The amino acids from positions 13, 78, 81 and 323 were those with the highest mutation rate of all: 40%, 31%, 31% and 49%, respectively, and were found associated with rainfall and light intensity. The modified structure at position 323 seems favors a stronger interaction of the enzyme with the substrate, plastoquinol, than Columbia-0. For expression data the PTOX gene is constitutively expressed under normal conditions and induced under stress conditions, especially those involving light intensity. We concluded that the changes (SNPs) in the PTOX gene sequence suggest to be related to the environmental adaptation, that is, this influences the selection of mutant genotypes. / Arabidopsis thaliana foi a primeira planta a ter seu genoma inteiramente sequenciado e se encaixa como principal modelo para estudos de plantas. Além disso, habita vários ambientes tornando-se um alvo interessante para investigar variações genéticas, como os polimorfismos. Esse estudo de polimorfismos no DNA é importante para a pesquisa, pois ajuda a identificar e desenvolver marcadores moleculares específicos. Aqueles polimorfismos de um único nucleotídeo (SNPs) são os principais tipos de polimorfismos explorados e uma vez identificados são utilizados para compreender a adaptação e evolução da espécie, além de contribuir no melhoramento de determinado cultivar. A plastoquinol oxidase (PTOX) é uma oxidoredutase que atua na resposta ao estresse em plantas. Dessa forma, investigar os SNPs nesse gene em A. thaliana podem contribuir para descoberta de marcadores moleculares e indicá-lo como possível gene alvo para melhoramento em plantas. O objetivo deste estudo foi identificar os SNPs no gene PTOX de 1190 acessos de A. thaliana, prever as estruturas tridimensionais para os principais polimorfismos, analisar a expressão gênica em diversas condições e correlacioná-los com o ambiente. Coletamos os dados genômicos e anotamos o gene da PTOX manualmente, tomando como referência o ecotipo Columbia-0. Em seguida, todos os SNPs não-sinônimos foram identificados. As coordenadas dos acessos foram utilizadas para classificar o clima, a pluviosidade e a morfologia geográfica. A estrutura tridimensional foi predita pelo servidor PHYRE2, I-TASSER e Modeller 9.16; e as variantes estruturais polimórficas foram realizadas pela ferramenta mutagênese do PyMOL. As escolhidas foram submetidas ao “docking” molecular pelo servidor DockThor. A expressão gênica foi realizada pelo software TopHat. Nas análises de bioinformática 32 SNPs foram encontrados, dentre estes 16 foram não-sinônimos e destes 11 acarretaram a mudança para um aminoácido de classe diferente. Os aminoácidos das posições 13, 78, 81 e 323 foram aqueles que apresentaram maior taxa de mutação de todos: 40%, 31%, 31% e 49%, respectivamente, e apresentaram associação com a pluviosidade e a intensidade da luz. A estrutura modificada na posição 323 parece favorecer uma interação mais forte da enzima com o substrato, o plastoquinol, do que Columbia-0. Para os dados de expressão o gene da PTOX é expresso constitutivamente em condições normais e induzido em condições de estresse, especialmente aquelas que envolvem intensidade de luz. Concluímos que as mudanças (SNPs) na sequência do gene da PTOX sugerem estar relacionadas com a adaptação ambiental, ou seja, esta influencia a seleção de genótipos mutantes.

Doctora en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química / Las nuevas industrias han incorporado el uso de enzimas psicrófilas dentro de sus procesos de producción, lo que les ha permitido reducir tanto el consumo de sustratos como la producción de compuestos tóxicos, además de ahorrar energía, permitiendo una disminución de costos e impacto ambiental y por ello un aumento en la rentabilidad del proceso. Estas enzimas tienen un alto potencial a nivel industrial biotecnológico, y dentro de éstas, las lipasas son foco de atención dada su alta capacidad de sintetizar e hidrolizar enlaces ésteres y su exquisita selectividad de sustratos. Sus aplicaciones involucran la producción de alimentos, detergentes, fármacos, cosméticos, síntesis de compuestos químicos como biopolímeros y agroquímicos y su uso como biosensores, entre otras. En este trabajo, se determinó el modelo tridimensional de una lipasa activa a bajas temperaturas mediante modelamiento por homología. Este modelo presentó una evaluación positiva lo que permitió trabajar con él para caracterizar a esta enzima. Con este modelo se logró identificar y estudiar la participación de tres aminoácidos en la triada catalítica: Ser 239, His 391 y Asp 361, los cuales presentaban una acertada distribución espacial. Mediante docking molecular se estudió la unión y acoplamiento de estos tres aminoácidos con 4 tipos de sustratos diferentes, presentando preferencia por sustratos con cadenas aciladas de 6 carbonos. Se generaron mutaciones para cada uno de los aminoácidos candidatos, se realizaron modelos de su estructura tridimensional y se analizaron las distribuciones de cargas y energías. Así mismo, las mutaciones fueron sometidas a docking molecular para conocer la interacción de la triada mutada con estos cuatro sustratos. En todos los casos, las energías de interacción fueron drásticamente menores a la energía presentada por la lipasa nativa, demostrando la importancia de esta triada específica. Para validar estos resultados, cada uno de los residuos fue reemplazado utilizando mutagénesis sitio dirigida y se estudio su efecto en la actividad enzimática. Todas las mutaciones presentaron perdidas de la actividad, probando que ser239-asp361-his391 corresponde a la triada catalítica. Finalmente, se estudió el fenómeno de activación interfacial que acompaña a la actividad catalítica en gran parte del grupo de lipasas y esterasas. La comparación con modelos de enzimas que presentaron estructuras secundarias tipo tapas, reveló dos posibles estructuras α8 y G2 en la lipasa estudiada, que podrían estar participando en este fenómeno. Se concluye entonces, que la estructura de esta lipasa que fue predicha en base al alineamiento con otras lipasas de estructuras tridimensionales conocidas, corresponde al tipo α/β hidrolasa. Además, este trabajo logró predecir correctamente que los aminoácidos que forman la triada catalítica son Ser239, Asp361, e His391 lo cual fue validado mediante mutagénesis sitio-dirigida, reflejando la falta de actividad de mutantes con la triada modificada. Finalmente, los análisis del modelo tridimensional creado mostraron dos posibles estructuras que podrían mediar la activación interfacial.

El bioetanol es un combustible complementario a las gasolinas, producido mediante fermentación de azúcares simples derivados de sacarosa, almidón o celulosa. Debido a su gran abundancia el material celulósico es particularmente atractivo como fuente de combustible. La hidrólisis de la celulosa puede realizase utilizando métodos químicos (ácidos o bases) o enzimáticos. La hidrólisis enzimática genera productos más puros y consume menos energía; sin embargo, debido a su bajo rendimiento se requiere usar grandes cantidades de enzima, lo cual eleva considerablemente los costos de producción. Las endoglucanasas son glicosil hidrolasas que rompen enlaces β-1,4 en polímeros de glucosa. Actúan sobre enlaces internos de la celulosa amorfa generando su despolimerización. La estructura de las celulasas incluye un módulo catalítico, unido a un dominio que actúa como centro de anclaje a la celulosa, por lo que se le ha denominado Modulo de Unión a Carbohidrato (CBM por su sigla en Inglés). Estudios previos han demostrado que una alta afinidad a celulosa se correlaciona con un aumento en la hidrólisis de ésta. En el presente trabajo se proponen mutaciones en el CBM de la endo β-1,4 glucanasa de Trametes versicolor (TvEG), que aumenten la adsorción de la enzima sobre celulosa, buscando de este modo aumentar la hidrólisis de ésta. Se generó un modelo tridimensional del CBM de la endoglucanasa de T. versicolor mediante modelación comparativa. La estructura obtenida está formada por tres hojas beta antiparalelas unidas entre sí mediante dos puentes disulfuro. El modelo generado se utilizó para llevar a cabo estudios de Docking Molecular, para identificar regiones de interacción celulosa–CBM. Usando los resultados de la simulación computacional de la interacción CBM-celulosa, se identificaron dos zonas de unión. La primera concuerda con la reportada previamente para CBM’s de la familia I, mientras que no existen reportes en la literatura sobre interacción de la celulosa con la segunda zona identificada. A continuación se simuló mediante Docking Molecular, la interacción de celulosa con variantes de CBM que contenían diferentes aminoácidos en las posiciones clave de la segunda zona de interacción; los valores de energía libre de unión entregados por la simulación permitieron sugerir tres variantes de secuencia de CBM. Las variantes seleccionadas fueron: variante 1 (G7Y, F10W), variante 2 (G7Y, F10W, G12Q) y variante 3 (G7Y, G9Q, F10W, G12Q), donde G es glicina, Y tirosina, F fenilalanina, W triptófano y Q glutamina. Se generó un sistema de expresión recombinante de TvEG mediante clonamiento del gen silvestre de la enzima en el vector pET22b(+) y transformación en E. coli BL21(DE3); la proteína se acumuló intracelularmente en forma activa. Las mutaciones planteadas fueron construidas exitosamente mediante mutagénesis sitio dirigida, utilizando la metodología de mutación por extensión de superposición. De esta forma, se deja planteado un sistema de expresión recombinante de las variantes construidas, de modo de en el futuro cuantificar experimentalmente la adsorción de los CBM mutados y validar los resultados del análisis realizado in sílico. Se concluye que la estrategia utilizada permitió simular apropiadamente la interacción CBM-celulosa. Los resultados permitieron proponer en base a los estudios de DM, una estrategia de doble anclaje del CBM a celulosa, que si bien es cierto debe ser comprobado experimentalmente, resulta ser novedoso. Además, permitió proponer variantes del CBM de TvEG que potencialmente se adsorberán con mayor afinidad sobre celulosa. Si bien estas mutaciones deben ser validadas experimentalmente, fueron planteadas a partir de un diseño racional lo que aumentaría la probabilidad que éstas presenten mayor afinidad a celulosa.

P2X receptors (P2XRs) are trimeric cation channels activated by extracellular ATP. Human P2XRs (P2X1-7) are expressed in nearly all mammalian tissues, and they are an important drug target because of their involvement in inflammation and neuropathic pain. The aim of this thesis is to address the following questions. P2XR crystal structures have revealed an unusual U-shape conformation for bound ATP; how does the U-shape conformation of ATP and its derivatives affect channel activation? Where and how do the selective, non-competitive inhibitors AZ10606120 and A438079 bind to P2X7R? What is the structure of the hP2X1R intracellular domain in the closed state? Molecular modelling and bioinformatics were used to answer these questions, hypotheses resulting from this work were tested in collaboration with Prof. Evans. Investigating the binding modes of ATP and its deoxy forms in hP2X1R showed that the ribose 2′-hydroxyl group is stabilising the U-shape conformation by a hydrogen bond to the γ-phosphate. The reduced ability of 2′-deoxy ATP to adopt the U-shape conformation could explain its weak agonist action in contrast to full agonists ATP and 3′-deoxy ATP. Ligand docking of AZ10606120 and A438079 into the hP2X7R predicted an allosteric binding site, this site has meanwhile been confirmed by P2X7R/antagonist X-ray structures. MD simulations suggested that unique P2X7R regions (residues 73-79 and T90/T94) contribute to an increase of the allosteric pocket volume compared to the hP2X1R. This difference in size might be the key for selectivity. The hP2X1R intracellular domain in the closed state was modelled ab initio, and interpreted in context of chemical cross-links (collaboration with Prof. Evans). This suggests a symmetrical arrangement of two short b-antiparallel strands within the Nterminal region and short a-helix in the C-terminal region and additional asymmetrical states.

Orientador: Cláudia Aparecida Rainho / Resumo: A própolis é uma substância de origem natural, de aspecto resinoso, produzida pelas abelhas a partir de diferentes plantas, que determina a sua composição química. Centenas de componentes foram identificados em diferentes amostras de própolis, cujo extrato exerce uma diversidade de efeitos biológicos e farmacológicos. Alguns estudos demonstraram que este produto pode interferir em vias de sinalização de oncogenes, inibir o crescimento, reduzir a proliferação celular, induzir apoptose e apresentar efeito antiangiogênico. O câncer de mama é uma doença complexa, caracterizada por heterogeneidade em nível molecular, histológico e clínico. O câncer de mama triplo-negativo é caracterizado pela ausência de expressão dos receptores hormonais ER (receptor de estrogeno) e PgR (receptor de progesterona), bem como pela baixa expressão da proteína Her-2; esse subtipo de câncer de mama é um problema do ponto de vista clínico devido ao seu pior prognóstico quando comparado aos outros subtipos, alta agressividade e ausência de terapias que possuam alvos específicos. Estudos prévios demonstraram que os compostos de origem natural podem inibir a atividade de enzimas da maquinaria epigenética, como as DNA metiltransferases e, consequentemente, aumentar a expressão de genes supressores de tumor silenciados por hipermetilação no câncer. Portanto, o presente estudo investigou a hipótese de que os efeitos antitumorais da própolis são, em parte, mediados por mecanismos epigenéticos. Primeiramente, u... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Propolis is a natural resinous substance produced by honeybees from several parts of plants, which are related to its chemical composition. Hundreds of chemical substances have been identified in different samples of propolis, which extract shows a plethora of biological and pharmacological activities. Generally, it has been demonstrated that this complex mixture can disrupt oncogene signaling pathways, inhibit cell growth and proliferation, induces apoptosis, and shows antiangiogenic effects. Breast cancer is a complex disease characterized by molecular, histological, and clinical heterogeneity. Triple-negative breast cancer, characterized by absence of expression of the receptors ER (estrogen receptor), PgR (progesterone receptor), and HER2 (erb-b2 receptor tyrosine kinase 2), presents a significant clinical problem due to its poor prognosis, aggressiveness and lack of targeted therapies. Previous studies reported that compounds of natural origin target epigenetic modifying enzymes, such as DNA methyltransferases (DNMTs), and reactivate methylation-silenced genes in cancer. Thus, we hypothesized that the effects of propolis in cancer cell lines are, in part, mediated by epigenetic mechanisms. Therefore, this study aims to demonstrate the possible hypomethylating effect of propolis or its compounds on triple negative breast cancer cell lines. Initially, we used an in silico approach based on molecular docking to find propolis-derived molecules able to interact with the MTAse... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-04-15T14:00:46Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) GriDoMol_dissertacao_final_definitiva.pdf: 3189365 bytes, checksum: 4e40c0bceaf848cd426c93d77d325502 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-15T14:00:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) GriDoMol_dissertacao_final_definitiva.pdf: 3189365 bytes, checksum: 4e40c0bceaf848cd426c93d77d325502 (MD5) Previous issue date: 2013-02-21 / FACEPE / A utilização de computadores no desenvolvimento de produtos ligados à inovação terapêutica tem tomado proporções significativas, particularmente na área de planejamento molecular baseado em métodos computacionais. Estima-se que o uso destas metodologias pode reduzir os custos e o tempo de desenvolvimento de um novo fármaco em até 50%. Isto ocorre porque muitas vezes o número de moléculas que precisam ser sintetizadas e testadas experimentalmente passa a ser drasticamente reduzido por conta da alta preditividade e confiabilidade dos métodos computacionais (in silico). O docking molecular determina se pode haver interação energética favorável entre duas moléculas (ligante e alvo biológico), no intuito de elucidar as razões moleculares responsáveis pela potência farmacológica destes fármacos em potencial. Ocorre que estes métodos podem apresentar, por vezes, uma alta demanda computacional quando o número de ligantes e alvos a serem testados é alto e quando se busca alta precisão nos resultados numéricos obtidos. Este trabalho apresenta a plataforma GriDoMol para execução de cálculos de docking molecular no ambiente distribuído através de um grid computacional. O programa GriDoMol pode ser usado tanto com o programa AutoDock quanto com o programa AutoDock Vina, para realizar os cálculos de docking. Através da interface intuitiva do GriDoMol é possível acompanhar o andamento com dados do conjunto de cálculos de docking e criar o arquivo Job Description File (JDF) contendo a lista de cálculos de docking que será realizado em paralelo no ambiente de grid computacional. Tanto no programa AutoDock quanto no AutoDock Vina, o tempo necessário para a realização de 500 cálculos de docking molecular foi reduzido em até 97% do tempo necessário quando comparado a não utilizar nenhuma estratégia de paralelização, ou de computação distribuída.

A hipercolesterolemia familial (HF) é uma doença autossômica dominante considerada como uma das formas mais graves de hiperlipidemia, assim como, a principal causa de morbi-mortalidade por ser o principal fator desencadeante da aterosclerose. A alteração primária e mais freqüente da HF incide no gene do receptor da LDL (LDLr), sabe-se que mais de 1600 mutações são descritas na literatura e a principal consequência dessas alterações resultam no comprometimento da remoção da LDL, aumentando a concentração plasmática. Atualmente, o ultrasequenciamento genômico permite gerar muitos dados, que podem identificar novas mutações gênicas de forma eficiente, reprodutiva e rápida. No entanto, somente a validação da nova mutação por atividade funcional pode realmente estabelecer a associação com a doença. O presente estudo tem como objetivo realizar a análise da atividade do receptor da LDL, identificadas através do sequenciamento de alto rendimento, no gene LDLr realizado pelo nosso grupo de pesquisa e correlacionar com dados clínicos, in vitro, in silico e estrutural. Para cumprir esta meta, os linfócitos T dos portadores de HF foram isolados do sangue periférico, cultivados e submetidos a estímulo para a expressão de receptores da LDL, incubados com LDL marcada para avaliação de ligação e interiorização pelas células de cada paciente. Dos 30 pacientes selecionados para esse estudo, 63% apresentaram mutação no LDLR, sendo que quase todas as variantes (p.Gly373Asp, p.Asp601His, p.Ile488Thr, p.Gly549Asp, p.Gly592Glu e Gly681Asp) são localizadas no segundo domínio entre os éxons 7 ao 14. De acordo com o docking molecular a variante p.Gly592Glu (rs137929307), que já foi identificada na população polonesa, espanhola e brasileira, já relacionada com a HF, pode aumentar a interação do LDLr com a ApoB e consequentemente o modo de interação entre as proteínas, no estudo in vitro foi possível notar um aumento tanto na média de fluorescência da ligação e da ligação e interiorização em relação a quantidade de LDLr na superfície celular. / Familial hypercholesterolemia (HF) is an autosomal dominant disease considered as one of the most severe forms of hyperlipidemia, as well as the main cause of morbidity and mortality because it is the main triggering factor for atherosclerosis. The primary and more frequent alteration of the HF affects the LDL receptor gene (LDLr), it is known that more than 1600 mutations are described in the literature and the main consequence of these alterations results in the compromise of the LDL removal, increasing the plasma concentration. Nowadays, genomic ultrasequencing allows the generation of many data, which can identify new gene mutations efficiently, reproductively and rapidly. However, only the validation of the new functional activity mutation can actually establish association with the disease. The aim of the present study was to analyze LDL receptor activity, identified by high-throughput sequencing, in the LDLr gene performed by our research group and to correlate with clinical, in vitro, in silico and structural data. To meet this goal, the T lymphocytes from the HF carriers were isolated from the peripheral blood, cultured and challenged for the expression of LDL receptors, incubated with labeled LDL for binding assessment and internalization by the cells of each patient. Of the 30 patients selected for this study, 63% had a mutation in LDLR, and almost all variants (p.Gly373Asp, p.Asp601His, p.Ile488Thr, p.Gly549Asp, p.Gly592Glu and Gly681Asp) are located in the second domain between exons 7 to 14. According to the molecular docking the variant p.Gly592Glu (rs137929307), which has already been identified in the Polish, Spanish and Brazilian population, already related to HF, can increase the interaction of LDLr with ApoB and consequently the mode of interaction between proteins, in the in vitro study it was possible to note an increase in both the mean fluorescence of binding and binding and internalization in relation to the amount of LDLr on the cell surface.

Vários problemas do mundo real podem ser analisados como problemas de otimização. Na bioinformática, em especial, como exemplos podem ser citados o alinhamento múltiplo de sequências, a filogenia, a predição de estruturas de proteínas e RNA, entre outros. As Meta-heurísticas Populacionais (MhP) são técnicas baseadas em interações de conjuntos de soluções candidatas, como elementos de uma população, utilizadas na otimização de funções. Seu uso é especialmente interessante na otimização de problemas onde há conhecimento parcial ou nenhum do espaço de busca. O objetivo deste trabalho é investigar o uso de auto-organização da população de um sistema imunológico artificial (AIS) a fim de aplicá-lo no problema de docking, que pode ser visto como um problema de otimização multimodal complexo. O AIS é um tipo de MhP inspirado na microevolução do sistema imunológico adaptativo de organismos complexos. Neste, as soluções candidatas representam células do sistema imunológico que busca se adaptar para a eliminação de um patógeno. O desenvolvimento do algoritmo foi baseado no opt-aiNet, que utiliza dos princípios das teorias de seleção clonal e maturação de afinidade para realizar a otimização de funções. Adicionalmente, o opt-aiNet, inspirado na teoria de redes imunológicas, realiza uma etapa de supressão, que busca eliminar soluções semelhantes, aumentando assim a diversidade populacional. Esta etapa é computacionalmente custosa, dado que é feito o cálculo da distância entre todos os possíveis pares de células (soluções) afim de eliminar aquelas próximas de acordo com um dado critério. A proposta deste trabalho é o desenvolvimento de um algoritmo de supressão auto-organizável, inspirado no fenômeno da criticalidade auto-organizada, buscando diminuir a influência da seleção de parâmetros e a complexidade da etapa de supressão. O algoritmo proposto foi testado em um conjunto de funções contínuas conhecidas e comumente utilizadas pela comunidade de computação evolutiva. Os resultados obtidos foram comparados com aqueles de uma implementação do opt-aiNet. Em adição, foi proposta a utilização de operadores de mutação com distribuição q-gaussiana nos AISs desenvolvidos. O algoritmo foi também aplicado no problema de docking rígido baseado em complementaridade de superfícies e minimização de colisões, especificamente no docking de proteínas. Os resultados foram comparados com aqueles de um algoritmo genético, resultando em um melhor desempenho obtido pelo algoritmo proposto. / Many real world problems can be described as optimization problems. In bioinformatics in special, there is multiple sequence alignment, filogeny and RNA and Protein structure prediction, among others. Population based metaheuristics are techniques based in the interaction of a set of candidate solutions as elements of a population. Its use is specially interesting in optimization problems where there is little or no knowledge of the search space. The objective of this work is to study the use of self-organization of population in an artificial imune system for use in the docking problem, considered a complex multimodal optimization problem. The artificial imunme system is a type of population based methaheuristics inspired in the microevolution of the adaptive immune system of complex organisms. Candidate solutions represent cells of the immune system adapting its antibodies to eliminate a pathogen. The development of the algorithm was based in the opt-aiNet, based in the principles of clonal selection and affinity maturation for function optimization. Additionally, the opt-aiNet, inspired in theories of immune network, makes a suppression stage to eliminate similiar solutions and control diversity. This stage is computationally expensive as it calculates the distance between every possible pair of cells (solutions) eliminating those closer than a threshold. This work proposes a self-organized suppression algorithm inspired in the self-organized criticality, looking to minimize the influence of parameter selection and complexity of the suppression stage in opt-aiNet. The proposed algorithm was tested in a set of well-known functions in the evolutionary computation community. The results were compared to those of an implementation of the opt-aiNet. In addition, we proposed a mutation operator with q-Gaussian distribution for the artificial immune systems. The algorithm was then applied in the rigid protein docking problem based in surface complementarity and colision avoidance. The results were compared with a genetic algorithm and achieved a better performance.

Orientador: Karina Alves de Toledo / Banca: Aripuanã Sakurada Aranha Watanabe / Banca: Luciane Alarcão Dias-Melício / Resumo: O Vírus Sincicial Respiratório Humano (hRSV) atua como um dos principais agentes etiológicos das mais de 15 milhões de infecções do trato respiratório inferior em crianças e idosos anualmente. A despeito de décadas de inúmeras pesquisas em busca de compostos anti-hRSV, atualmente não existem vacinas ou medicamentos eficazes contra esta infecção viral. Dentre os leucócitos presentes nas vias aéreas de indivíduos acometidos por hRSV, os neutrófilos são predominantes e se mostram em estado de ativação, incluindo a indução da liberação das NETs. As NETs, compostas por DNA e proteínas granulares/nucleares tem sido descritas como eficientes na captura e eliminação de diversos microrganismos. Em relação ao hRSV, o vírus induz a liberação das NETs no tecido pulmonar de indivíduos infectados, mas as consequências desse evento ainda não foram elucidadas. O objetivo deste trabalho foi investigar se as NETs possuem algum efeito anti-hRSV. Para tanto, foram realizados ensaios in vitro e in silico. NETs geradas a partir do estímulo com PMA e avaliadas por eletroforese apresentaram longos fragmentos de DNA e proteínas de peso molecular próximos daqueles determinados para elastase, catepsina G, mieloperoxidase e histonas. As NETs apresentaram índices de citotoxicidade celular abaixo de 50%, com uma CC50 >67μg/mL. Ensaio virucida realizado com diferentes MOIs (0.1, 0.5 e 1.0), mostraram eficiência das NETs (CE50 ≅ 1 e IS ≅ 66). As interações obtidas in silico demonstram forte interação entre... / Abstract: Annualy the Human Respiratory Syncytial Virus (hRSV) acts as one of the main etiological agents of more than 15 million infections in the lower respiratory tract of children and elderly. Despite decades of extensive research in search of anti-hRSV compounds, there are currently no vaccines or effective drugs against this viral infection. Among the present leukocytes in the airways of individuals affected by hRSV, the neutrophils are predominant and are shown in activation state, including the induction of the release of NETs. NETs, composed by DNA and glanular/nuclear proteins have been described as efficient in capturing and eliminating several microorganisms. Regarding hRSV, the virus induces the release of NETs in the lung tissue of infected individuals, but the consequences of this event have not yet been elucidated. The goal of this study was to investigate whether the NETs have some anti-hRSV effect. For that purpose, assays were performed in vitro and in silico. NETs generated from the stimulation with PMA and evaluated by electrophoresis showed long DNA fragments and proteins of molecular weight close to those determined for elastase, cathepsin G, myeloperoxidase, and histones. The NETs presented cellular cytotoxicity indices below 50%, with CC50 >67µg/mL. Virucide assay performed with different MOIs (0.1, 0.5 and 1.0), showed efficiency of the NETs (CE50 ≅ 1 and IS ≅ 66). The interactions obtained in silico demonstrate strong interaction between elastase and histone proteins with the F-hRSV protein, pre and postfusion, in important regions for the infection/replication of the virus. The data obtained up to date indicate that the NETs have a promising antiviral role and this effect may be related to its direct action in the capture of viral particles and/or interference of the fusion activity of F protein. In conclusion, our results associated with previous literature ... / Mestre

Orientador: Luis Paulo Barbour Scott. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Engenharia da Informação.