Orientador: Renée Laufer Amorim / Coorientador: Andrigo Barboza De Nardi / Coorientador: Geovanni Dantas Cassali / Banca: Geórgia Modé Magalhães / Banca: Rolando André Rios Villacis / Banca: Sabryna Gouveia Calazans / Banca: Letícia Abrahão Anai / Resumo: Os tumores mamários são os principais tumores que acometem as cadelas, sendo também os tumores mais frequentes em mulheres e, entre ambas as espécies, são observadas semelhanças relacionadas ao comportamento biológico e molecular dessa neoplasia. Assim, as cadelas podem ser um excelente modelo comparativo para o entendimento do processo carcinogênico desta neoplasia. A metástase é uma consequência comum e a principal causa de mortalidade em decorrência dessa enfermidade, em ambas as espécies. O perfil de expressão gênica global permite o melhor entendimento do processo de carcinogênese e de metástases, por permitir a identificação de inúmeros genes que possam estar envolvidos com esses processos. Assim, o objetivo desse estudo foi a realização do estudo em larga escala, através da técnica de microarray, em amostras de tecidos mamários caninos, considerando amostras de glândulas mamárias normais, tumores mamários benignos e tumores mamários malignos (carcinomas simples e mistos), além da avaliação de carcinomas mamários metastáticos e não metastáticos, para identificação de genes diferencialmente expressos entre esses grupos e relacionados com a tumorigênese e o desenvolvimento de metástases dos tumores mamários caninos. Observou-se, aproximadamente 1000 genes diferencialmente expressos entre as amostras tumorais e as glândulas mamárias normais e 465 genes diferencialmente expressos entre os tumores mamários benignos e malignos, sendo observados genes relacionados com... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Mammary tumors are the main tumors that affect female dogs, as well as in women and in both species, it is observed similarity related to the biological and molecular behavior of this neoplasia. So, female dogs are considered an excellent model for the understanding of carcinogenesis process from mammary tumors. Metastasis occurs frequently and it is the main responsible for the mortality by this neoplasia in both species. Global gene expression profile allows the better understanding of carcinogenesis and metastasis process by the identification of several genes that may be involved with these processes. Therefore, the aim of study was to perform a large-scale study by microarray technique using samples from canine mammary tissues, as normal mammary gland, benign tumors and malignant tumors (simple and mixed carcinomas), beyond metastatic and non-metastatic mammary carcinomas for the identification of differentially expression genes among these groups and related to canine mammary tumors tumorigenesis and metastasis. It was observed next to 1000 differentially expression genes between tumors and normal mammary glands samples and 465 differentially expression genes between benign and malignant mammary tumors mostly related to cell cycle, mammary gland development and tumor suppressors. Related to metastatic and non-metastatic mammary carcinomas was identified 633 differentially expression genes. ATM and BRCA1, associated with tumor suppressor gene pathway, showed to play an i... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Dentre as aplicações mais comuns envolvendo microarrays, pode-se destacar a classificação de amostras de tecido, essencial para a identificação correta da ocorrência de câncer. Essa classificação é realizada com a ajuda de algoritmos de Aprendizagem de Máquina. A escolha do algoritmo mais adequado para um dado problema não é trivial. Nesta tese de doutorado, estudou-se a utilização de meta-aprendizagem como uma solução viável. Os resultados experimentais atestaram o sucesso da aplicação utilizando um arcabouço padrão para caracterização dos dados e para a construção da recomendação. A partir de então, buscou-se realizar melhorias nesses dois aspectos. Inicialmente, foi proposto um novo conjunto de meta-atributos baseado em índices de validação de agrupamentos. Em seguida, estendeu-se o método de construção de rankings kNN para ponderar a influência dos vizinhos mais próximos. No contexto de meta-regressão, introduziu-se o uso de SVMs para estimar o desempenho de algoritmos de classificação. Árvores de decisão também foram empregadas para a construção da recomendação de algoritmos. Ante seu desempenho inferior, empregou-se um esquema de comitês de árvores, que melhorou sobremaneira a qualidade dos resultados / Among the most common applications involving microarray, one can highlight the classification of tissue samples, which is essential for the correct identification of the occurrence of cancer and its type. This classification takes place with the aid of machine learning algorithms. Choosing the best algorithm for a given problem is not trivial. In this thesis, we studied the use of meta-learning as a viable solution. The experimental results confirmed the success of the application using a standard framework for characterizing data and constructing the recommendation. Thereafter, some improvements were made in these two aspects. Initially, a new set of meta-attributes was proposed, which are based on cluster validation indices. Then the kNN method for ranking construction was extended to weight the influence of nearest neighbors. In the context of meta-regression, the use of SVMs was introduced to estimate the performance of ranking algorithms. Decision trees were also employed for recommending algorithms. Due to their low performance, a ensemble of trees was employed, which greatly improved the quality of results

A vitamina D3 é um micronutriente obtido da dieta ou pela conversão do 7- dehidrocolesterol na epiderme após exposição à radiação UVB. A vitamina D (D2 ou D3) atua sobre o sistema renina-angiotensina-aldosterona, e sua deficiência vem sendo associada ao desenvolvimento da hipertensão. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da suplementação ou deficiência de vitamina D3 em ratos espontaneamente hipertensos (SHR - spontaneously hypertensive rats) e seus controles normotensos (Wistar Kyoto - WKY) sobre a pressão arterial sistólica, danos ao DNA e cromossomos, marcadores bioquímicos do estresse oxidativo, burst oxidativo dos neutrófilos, análise de fibrose no rim e perfil de expressão de genes relacionados com a hipertensão arterial no rim e coração. Os animais foram alimentados com dieta controle (1.000 UI/kg), suplementada (10.000 UI/kg) ou deficiente (0 UI/kg) em vitamina D3 ao longo de 12 semanas. A quantificação plasmática de vitamina D3 foi avaliada pelo método ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) e a pressão arterial sistólica foi aferida semanalmente, por método não invasivo de pletismografia da artéria caudal. Os danos ao material genético foram avaliados pelo ensaio do cometa nas células do sangue periférico, rim e coração e pelo teste do micronúcleo nos eritrócitos da medula óssea e sangue periférico; o estresse oxidativo foi avaliado pelos ensaios de quantificação das substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS - Thiobarbituric Acid Reactive Substances) e glutationa (GSH) no rim e coração; o burst oxidativo em neutrófilos do sangue periférico; a quantificação de fibrose por histologia renal e a expressão gênica por RT2 ProfilerTM PCR Arrays no rim e coração. Os resultados obtidos com os ratos SHR mostraram que a suplementação com vitamina D3 reduziu a pressão arterial sistólica, não induziu danos ao DNA e aos cromossomos, estresse oxidativo ou fibrose renal, e regulou a expressão de quatro genes envolvidos com a hipertensão arterial no rim (Ace, Agt, Ren e Edn1) e cinco genes no coração (Ace, Avp, Ephx2, Mylk3 e Ren). A deficiência em vitamina D3 aumentou a pressão arterial sistólica, os danos ao DNA e aos cromossomos, a peroxidação lipídica no rim e coração, o burst oxidativo dos neutrófilos, o percentual de fibrose no rim, e a expressão de treze genes envolvidos com a hipertensão arterial no rim (Ace, Acta2, Agt, Agtr1a, Agtr1b, Alox5, Cacna1c, Ece1, Ednra, Kcnma1, P2rx4, Scnn1g e Slc7a1) e nove genes no coração (Ace, Agtr1b, Cacna1c, Drd5, Mylk2, Nostrin, Scnn1a, Scnn1g e Sphk1). Nos animais WKY, a dieta suplementada alterou a expressão do gene Ren no rim e de dez genes no coração (Ace2, Bdkrb2, Drd3, Drd5, Itpr1, Itpr2, Itpr3, Ptgs1, Scnn1a e Scnn1g); e a dieta deficiente em vitamina D3 aumentou os danos ao DNA nos eritrócitos, induziu fibrose no rim e alterou a expressão de três genes no rim (Ace, Cps1 e Arg2) e de seis genes no coração (Ace, Cacna1c, Edrna, Ephx2, Itpr1 e Itpr2). Nos parâmetros pressão arterial sistólica, danos aos cromossomos, peroxidação lipídica e burst oxidativo, os ratos WKY alimentados com as dietas suplementada ou deficiente em vitamina D3 não diferiram em relação aos animais que receberam a dieta controle. Em conclusão, a variação da concentração de vitamina D3 da dieta alterou a fisiologia da hipertensão arterial, atuando como um anti-hipertensivo na suplementação e agravando os efeitos da hipertensão na deficiência. / Vitamin D3 is a micronutrient obtained from diet or by conversion of 7- dehydrocholesterol in the skin after exposure to UVB radiation. Vitamin D (D2 or D3) acts on the renin-angiotensin-aldosterone system, and its deficiency has been associated with hypertension development. This study aimed to evaluate the effect of vitamin D3 supplementation or deficiency in spontaneously hypertensive rats (SHR - spontaneously hypertensive rats) and their normotensive controls (Wistar Kyoto - WKY) on systolic blood pressure, DNA and chromosomes damage, biochemical markers of oxidative stress, oxidative burst in neutrophils, renal fibrosis and the gene expression profile of genes related to hypertension in kidney and heart. The rats were fed a vitamin D3 control diet (1,000 IU/kg) supplemented diet (10,000 IU/kg) or deficient diet (0 IU / kg) during 12 weeks. Vitamin D3 plasma quantification was performed by ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) technique and systolic blood pressure was measured weekly by noninvasive plethysmography of the caudal artery. DNA and chromosomal damage was evaluated by the comet assay in the peripheral blood, kidney and heart cells and by the micronucleus test in erythrocytes from bone marrow and peripheral blood; oxidative stress was evaluated by thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) and glutathione (GHS) assays in kidney and heart; oxidative burst in neutrophils of peripheral blood; renal fibrosis by histology and gene expression by RT2 ProfilerTM PCR Arrays in kidney and heart. The results obtained for SHR rats showed that vitamin D3 supplementation reduced systolic blood pressure, did not induced DNA or chromosomal damage, oxidative stress or renal fibrosis, and regulated the expression of four genes involved with hypertension in the kidney (Ace, Agt, Ren and Edn1) and five genes in the heart (Ace, Avp, Ephx2, Mylk3 and Ren). Vitamin D3 deficiency increased systolic blood pressure, DNA damage in erythrocytes, lipid peroxidation in kidney and heart, oxidative burst in neutrophils and the renal fibrosis, and regulates the expression of thirteen genes involved with hypertension in kidney (Ace, Acta2, Agt, Agtr1a, Agtr1b, Alox5, Cacna1c, Ece1, Ednra, Kcnma1, P2rx4, Scnn1g and Slc7a1) and nine genes in heart (Ace, Agtr1b, Cacna1c, Drd5, Mylk2, Nostrin, Scnn1a, Scnn1g and Sphk1). In WKY rats, vitamin D3 supplementation altered the expression of Ren gene in the kidney and of ten genes in the heart (Ace2, Bdkrb2, Drd3, Drd5, Itpr1, Itpr2, Itpr3, Ptgs1, Scnn1a and Scnn1g); and vitamin D3 deficiency increased DNA damage in erythrocytes and renal fibrosis, and altered the expression of three genes in the kidney (Ace, Cps1 and Arg2) and six genes in the heart (Ace, Cacna, Ednra, Ephx2, Itpr1 and Itpr2). In the parameters systolic blood pressure, chromosomal damage, lipid peroxidation and oxidative burst, WKY rats fed with vitamin D3 supplemented or deficient diet did not differ compared to rats that received vitamin D3 control diet. In conclusion, the variation of dietary vitamin D3 levels altered the physiology of hypertension, acting as an antihypertensive in supplementation and aggravating the hypertension effects in its deficiency.

Análise de agrupamento é um problema fundamental de aprendizado de máquina não supervisionado em que se objetiva determinar categorias que descrevam um conjunto de objetos de acordo com suas similaridades ou inter-relacionamentos. Na formulação tradicional do problema, busca-se por partições ou hierarquias de partições contendo grupos cujos objetos são de alguma forma similares entre si e dissimilares aos objetos dos demais grupos, segundo alguma medida direta ou indireta de (dis)similaridade que leva em conta o conjunto completo de atributos que descrevem os objetos na base de dados sob análise. Entretanto, apesar de décadas de aplicações bem sucedidas, existem situações em que a natureza dos agrupamentos contidos nos dados não pode ser representada segundo este tipo de formulação. Em particular, existem situações em que grupos de objetos se caracterizam como tais apenas segundo um subconjunto dos atributos que os descrevem, sendo que tal subconjunto pode ser distinto para cada grupo. Ao contrário de algoritmos de agrupamento tradicionais, algoritmos de bi-agrupamento são capazes de agrupar simultaneamente linhas e colunas de uma matriz de dados. Tais algoritmos produzem bi-grupos formados por subconjuntos de objetos e subconjuntos de atributos de alguma forma fortemente co-relacionados. Esses algoritmos passaram a atrair a atenção da comunidade científica quando se evidenciou a relevância da tarefa de bi-agrupamento em problemas de análise de dados de expressão gênica em bioinformática. Embora em menor grau, as abordagens de bi-agrupamento também têm ganho atenção em outros domínios de aplicação, tais como mineração de textos (text mining) e filtragem colaborativa em sistemas de recomendação. O problema é que uma variedade de algoritmos de bi-agrupamento têm sido propostos na literatura baseados em diferentes princípios e suposições sobre os dados, podendo chegar a resultados completamente distintos em uma mesma aplicação. Nesse cenário, torna-se importante a realização de estudos comparativos que possam contrastar o comportamento e desempenho dos diversos algoritmos. Neste trabalho é apresentado um estudo comparativo envolvendo 17 algoritmos de bi-agrupamento (representativos das principais categorias de algoritmos existentes) em coleções de bases de dados tanto de natureza real como simulada, com particular ênfase em problemas de análise de dados de expressão gênica. Diversos aspectos metodológicos e procedimentos para a avaliação experimental foram considerados, a fim de superar as limitações de estudos comparativos anteriores da literatura. Além da comparação em si, todo o arcabouço comparativo pode ser reutilizado para a comparação de outros algoritmos no futuro. / Data clustering is a fundamental problem in the unsupervised machine learning field, whose objective is to find categories that describe a dataset according to similarities between its objects. In its traditional formulation, we search for partitions or hierarchies of partitions containing clusters such that the objects contained in the same cluster are similar to each other and dissimilar to objects from other clusters according to a similarity or dissimilarity measure that uses all the data attributes in its calculation. So, it is supposed that all clusters are characterized in the same feature space. However, there are several applications where the clusters are characterized only in a subset of the attributes, which could be different from one cluster to another. Different than traditional data clustering algorithms, biclustering algorithms are able to cluster the rows and columns of a data matrix simultaneously, producing biclusters formed with strongly related subsets of objects and subsets of attributes. These algorithms started to draw the scientific communitys attention only after some studies that show their importance for gene expression data analysis. To a lesser degree, biclustering techniques have also been used in other application domains, such as text mining and collaborative filtering in recommendation systems. The problem is that several biclustering algorithms have been proposed in the past recent years with different principles and assumptions, which could result in different outcomes in the same dataset. So, it becomes important to perform comparative studies that could illustrate the behavior and performance of some algorithms. In this thesis, it is presented a comparative study with 17 biclustering algorithms (which are representative of the main categories of algorithms in the literature) which were tested on synthetic and real data collections, with particular emphasis on gene expression data analysis. Several methodologies and experimental evaluation procedures were taken into account during the research, in order to overcome the limitations of previous comparative studies from the literature. Beyond the presented comparison, the comparative methodology developed could be reused to compare other algorithms in the future.

Perdas gestacionais podem ser determinadas por vários fatores, dentre eles a endometriose, doença ginecológica comum caracterizada pela presença e crescimento de glândulas e estroma endometrial fora da cavidade uterina. Os principais sintomas da doença envolvem, além de problemas de fertilidade, dismenorréia, dispaneuria, dor pélvica crônica e irregularidades menstruais. Os locais mais freqüentes das lesões endometrióticas são o peritônio e os órgãos pélvicos, principalmente ovários. A incidência da endometriose é difícil de ser determinada devido à grande variabilidade de sintomas e à dificuldade para confirmação diagnóstica, que requer método cirúrgico. Estima-se que 15% da população feminina em idade reprodutiva seja afetada pela doença, sendo sua patogênese pouco conhecida. A hipótese mais aceita é a da menstruação retrógrada, onde os fragmentos endometriais descamados durante a fase menstrual seriam transportados através das tubas uterinas até a cavidade peritonial com implantação, crescimento e invasão local e de órgãos adjacentes. No entanto, apenas o refluxo não é suficiente para o estabelecimento da doença, sendo necessário que as células endometriais possuam certas características moleculares que favoreçam o aparecimento e a progressão da implantação ectópica. Vários estudos na literatura evidenciam que as principais divergências moleculares entre portadoras e não portadoras de endometriose estão relacionadas a processos envolvidos na apoptose, adesão celular, angiogênese, biosíntese de estrógeno, sistema imune, além de fatores de crescimento e metaloproteinases. Sendo assim, as pesquisas buscam a investigação de genes que se expressem diferencialmente (maior ou menor expressão) nas células de lesões endometrióticas por meio de várias técnicas. A hibridação subtrativa é uma metodologia de screening gênico que compara dois grupos celulares distintos, permitindo isolar moléculas de cDNA representantes do genoma de somente um dos dois grupos, pois remove as seqüências comuns entre eles. A técnica de hibridação subtrativa rápida (RaSH) simplifica e torna mais eficiente esse processo de subtração, identificando grande quantidade de seqüências diferencialmente expressas. Com objetivo de determinar possíveis marcadores moleculares para diagnóstico e tratamento da doença, aplicamos a técnica de RaSH para identificação de genes com expressão diferencial em 11 amostras de lesões endometrióticas (cinco de origem ovariana e seis de origem peritonial) e em 11 amostras de tecido endometrial tópico de mulheres sem a doença. Após análise dos dados referentes a 166 sequências de referência, os genes HTRA1, LOXL1, SPARC e SSAT foram selecionados para validação por meio da técnica de RT-PCR quantitativa em tempo real, sendo que apenas os dois primeiros mostraram diferença significativa entre os dois grupos estudados. Os genes HTRA1 e LOXL1 apresentaram expressão aumentada em lesões endometrióticas de pacientes afetadas, quando comparada aos níveis de expressão no tecido endometrial de mulheres não afetadas. Os resultados obtidos sugerem que os genes HTRA1 e LOXL1 podem ser considerados candidatos a marcadores moleculares para o diagnóstico. / Gestational losses can be determined by a number of factors including endometriosis, a common gynecological disease characterized by endometrial tissue found outside the uterine cavity. The main symptoms of the disease involve dysmenorrhea, dyspaneuria, chronic pelvic pain and menstrual irregularities, besides fertility problems. Endometriotic lesions are more frequently found in the peritoneum and in pelvic organs, mainly ovaries. Endometriosis incidence is difficult to be determined due to the wide variability of the symptoms and the difficult diagnostic confirmation, which requires a surgical method. Nevertheless, it is believed that around 15% of the female population in reproductive age is affected by the disease, although its pathogenesis remains unclear. The most accepted hypothesis is the retrograde menstruation, where endometrial fragments from the menstrual phase are transported through the uterine tubes to the peritoneal cavity, where they undergo implantation, growth, and adjacent tissues invasion. However, only reflux is not enough for the disease establishment, and it is necessary that endometrial cells present molecular characteristics favoring rise and progression of ectopic implantation. In the literature, a number of studies highlight that the main molecular divergences between women with and without endometriosis are related to processes involved in apoptosis, cellular adhesion, angiogenesis, estrogen biosynthesis, immunological system, growth factors and metalloproteinases. In doing so, a number of researches seek for the investigation of genes differently expressed (up or down regulated) in endometriotic lesions cells using a variety of methodologies. The subtractive hybridization is a gene screening methodology that compares two distinct cellular groups, allowing the isolation of cDNA molecules representative from the genome of only one of the two groups, because it removes common sequences among them. The rapid subtractive hybridization methodology (RaSH) makes the process of subtraction easier and more efficient, identifying a large amount of differently expressed sequences. In this study, RaSH was used to identify differently expressed genes in 11 samples of endometriotic lesions (five from ovarian origin and six from peritoneum origin), and in 11 samples from topic endometrial tissue from women without the disease to determine possible molecular markers for diagnosis and treatment. After data analysis related to 166 reference sequences, genes HTRA1, LOXL1, SPARC and SSAT were selected for validation using real time quantitative RT-PCR. Only HTRA1 and LOXL1 presented significant difference between the two studied groups. Genes HTRA1 and LOXL1 were up regulated in endometriotic lesions from affected patients when compared with the expression levels in the endometrial tissue of non-affected women. Our results suggest that the genes HTRA1 and LOXL1 can be considered candidate molecular markers for the diagnosis of endometriosis.

Nesta tese desenvolvemos um modelo estocástico para a transcrição do gene even-skipped de Drosophila melanogaster no qual a variável estocástica é o número de moléculas de mRNA transcritas. Nesse modelo, consideramos um gene com dois níveis de ativação sendo regulado externamente. As probabilidades de se encontrar o gene ligado ou desligado e com determinado número de moléculas de mRNA transcritas obedecem equações lineares dadas por processos markovianos de nascimento-e-morte (taxas de produção e degradação) e termos de chaveamento entre os níveis cujas dependências temporais são dadas por funções de Heaviside. Notamos que tal dependência é suficiente para garantir uma atividade transcricional inicial intensa seguida de uma súbita interrupção, conforme sugerem os dados experimentais. Desconsiderando efeitos difusivos e fenômenos de transporte, estendemos esse constructo às outras regiões do embrião, permitindo dependências espaciais apenas às termos de chaveamento, e o resultado gerado descreve os dados experimentais com boa concordância, indicando também que o aspecto binário do gene é suficiente para uma descrição semiquantitativa do fenômeno. Notavelmente, na região onde a listra se forma e concomitantemente a sua formação, o modelo prevê a redução do desvio quadrático (flutuação) e do ruído. Calculando a distribuição de probabilidade, verificamos que o regime estacionário é atingido antes da listra começar a desaparecer. Também estudamos uma conexão entre parâmetros do modelo e as proteínas envolvidas na regulação e, baseado em resultados da literatura, obtemos uma função com aproximadamente o mesmo efeito regulatório considerando gradientes de seis fatores de transcrição (Bcd, Hb, Gt, Kr, Kni e Tll) e apenas quatro sítios de ligação, o que sugere que a informação transcricional pode estar concentrada na regulação de poucos sítios. / In this thesis we develop a stochastic model to transcription of Drosophila melanogaster even-skipped gene in which the stochastic variable is the number of mRNA molecules transcribed. In this model we considered a gene with two activation levels being regulated externally. The probabilities of gene being on or off when there is a certain number of transcripts obey linear equations given by Markovian birth-and-death processes (production and degradation rates) and terms of switch between levels whose time-dependence is given by Heaviside functions. We note that is sufficient to ensure a strong transcriptional activity followed by a sudden disruption, as suggested by the experimental data. Disregarding diffusion effects and transport phenomena, we extend this construct to the others regions ot the embryo, allowing space-dependence only to terms of switch, and the results describe the experimental data with good agreement, indicating also that binary character of gene is sufficient to a semiquantitative description of the phenomenon. Notably, in the region where the stripe 2 is formed and simultaneously with its formation, the model predicts the reduction in standard deviation (fluctuation) and noise. By calculating the probability distribution, we find that stationary state is reached before stripe 2 starts to fade. We also study a connection between the parameters of the model and proteins involved in regulation and, based on results from the literature, we obtain a function with approximately the same regulatory effect considering six transcription factors (Bcd, Hb, Gt, Kr, Kni e Tll) and only four binding sites, suggesting that transcriptional information may be concentrated in regulation of few sites.

Atualmente, as cepas de S. cerevisiae utilizadas na produção industrial de álcool combustível no Brasil são leveduras diplóides que metabolizam a sacarose através da sua hidrolise extracelular pela invertase periplasmática, seguida pelo transporte para o interior da célula das moléculas de glicose e frutose formadas, e posterior metabolização pela glicólise. Neste trabalho, utilizando técnicas de engenharia genética e posteriores cruzamentos, foram desenvolvidas cepas diplóides de S. cerevisiae capazes de consumir este açúcar por meio da sua captação direta pelo transportador codificado pelo gene AGT1, e hidrólise intracelular pela invertase citoplasmática codificada por uma versão modificada do gene SUC2. Estas modificações permitiram alcançar um rendimento 10% maior na produção de etanol, além de aumentar a velocidade de consumo da sacarose e diminuir a quantidade de açúcares residuais ao final do processo. Estes resultados abrem novos horizontes para tornar a produção de etanol no Brasil mais eficiente. / Currently, the S. cerevisiae strains used in industrial production of fuel alcohol in Brazil are diploid yeasts that of metabolize sucrose through its extracellular hydrolysis by the periplasmic invertase, followed by the transport of the formed glucose and fructose into the cells, and further metabolism through glycolysis. In this study, utilizing genetic engineering techniques and further crosses, diploid strains of S. cerevisiae were developed that are able to consume this sugar through its direct uptake by the transporter encoded by the AGT1 gene, and intracellular hydrolysis by the cytoplasmic invertase encoded by a modified version of the SUC2 gene. These modifications allowed achieving a 10% higher yield in the production of ethanol, besides increasing the sucrose consumption rate and decreasing the amount of residual sugars at the end of the process. These results open new horizons to turn ethanol production in Brazil more efficient.

Rickettsia rickettsii é o agente etiológico da Febre Maculosa das Montanhas Rochosas, que no Brasil é transmitida pelos carrapatos Amblyomma cajennense e A. aureolatum. Para elucidar os mecanismos de virulência sobre seus vetores, construímos bibliotecas subtrativas utilizando RNA de A. aureolatum infectados ou não com o patógeno. Com a análise bioinformática, foram obtidas 56 sequências únicas com expressão induzida e 12 com expressão reprimida pela infecção. Após a validação dos dados por RT-qPCR 3 genes foram caracterizados por RNAi: uma hebraeína, uma proteína dissulfeto isomerase (PDI) e uma proteína com domínio Kunitz-type. Um maior número de carrapatos adquiriu R. rickettsii quando a expressão gênica da hebraeína e da PDI foi silenciada, sugerindo que elas participam na defesa do carrapato contra a infecção. Nenhum efeito foi observado sobre a transmissão da bactéria para o hospedeiro ou sobre o fitness de carrapatos nos três genes analisados. O presente estudo apontou genes importantes que possibilitam uma melhor compreensão da relação carrapato-riquétsia. / Rickettsia rickettsii is the etiological agent of Rocky Mountain Spotted Fever and, in Brazil, it is transmitted by Amblyomma cajennense and A. aureolatum. To elucidate mechanisms of virulence to its vectors, we construct cDNA libraries with RNA of ticks A. aureolatum infected or not with this pathogen. After bioinformatic analysis, 56 unique sequences were obtained representing up-regulated genes and 12 down-regulated by infection. After data validation by RT- qPCR, 3 genes were characterizated by RNAi: a hebraein, a protein disulfide isomerase (PDI), and a protein with Kunitz-type domain. A higher number of ticks acquired R. rickettsii when the gene expression of hebraein and PDI was silenced, suggesting that both proteins participate in the defense of the tick against infection. No effect on the transmission of the bacterium to the host or on the fitness of ticks was observed after knockdown of the 3 analyzed genes. Data obtained by the present study pointed out important genes that provide information to better understand of the tick-rickettsia relationship.

A ação das metaloproteinases de matriz (MMP-2, MMP-9 e MT1-MMP) é necessária para degradação da membrana basal em carcinomas da cérvice uterina. O objetivo deste trabalho consistiu na avaliação da expressão das metaloproteinases MMP -2, -9 e MT1-MMP, do gene supressor de metástase RECK e do inibidor tecidual de MMPs (TIMP-2) em modelo de células de neoplasia da cérvice-uterina cultivadas em substratos de matriz extracelular. As linhagens celulares de carcinoma de cérvice uterina SiHa, CaSki, ambas HPV 16 positivas, e C33A, HPV negativa, foram cultivadas em gel de colágeno tipo I, Matrigel e plástico. Avaliou-se o crescimento, invasão, expressão gênica, através de ensaios de real-time PCR, e atividade de metaloproteinases, através de ensaios de zimografia. Os resultados demonstraram que estas linhagens de carcinoma cervical quando cultivadas em gel de colágeno tipo I apresentaram uma diminuição no crescimento, morfologia modificada na presença de substrato de matriz extracelular, e que nas linhagens HPV positivas há um aumento da expressão de MMP-2, MT1-MMP e TIMP-2 e da atividade de pró-MMP-2 em relação à linhagem HPV negativa. Observou-se também que, RECK apresentou maior expressão gênica em CaSki associada à atividade de pró-MMP-2. MMP-9 apresentou muito baixa expressão gênica em todas as linhagens e condições estudadas. Quando analisamos as linhagens separadamente, observamos que o Matrigel influenciou a expressão gênica de MMP-2, e que o gel de colágeno tipo I aparece como indutor da atividade de pró-MMP-2 em todas as linhagens. Em conclusão, nossos resultados mostram que a expressão de MMP-2, MT1-MMP e TIMP-2 e que a atividade de pró-MMP-2 estão aumentadas nas células HPV positivas, sugerindo que o HPV está associado com a expressão de MMPs e TIMP-2. / Matrix metalloproteinases (MMPs) -2, -9, and MT1-MMP are required for basement membrane degradation in cervical carcinoma. We evaluated the expression and activity of MMPs and their inhibitors RECK and TIMP-2 in three human invasive cervical carcinoma cell lines. Two HPV-16- positive cell lines (SiHa and CaSki), HPV-negative cell line (C33A) were cultured either onto type-I collagen gel, Matrigel or plastic, in order to recreate their three-dimensional growth environment and evaluate the growth and invasion of the cells and expression of these genes using quantitative real-time PCR (Q-PCR). We also analyzed the gelatinolytic activity of MMP-2 and -9 by zymography. We found that the growth curves carcinoma cells are decreased and cells morphology are modified in ECM substrate. HPV-positive cell lines expressed higher levels of MMP-2, MT1-MMP and TIMP-2 than the HPV negative cell line. In addition, MMP-9 was expressed at very low levels in both HPV-negative and HPV-positive cell lines. We also observed that the expression of the RECK gene is higher in CaSki cells, being associated with pro-MMP-2 activity. The Matrigel substrate influence MMP-2 expression for SiHa and CaSki cells. On the other hand, we found that type-I collagen gel, but not Matrigel, can enhance pro-MMP-2 activity in all cell lines. Our results suggest that the presence of HPV is related to increased expression of MMP -2, MT1-MMP and TIMP-2 and pro-MMP-2 activity in HPV-positive cells than in HPV-negative cells.

Dermatófitos são fungos filamentosos que infectam substratos queratinizados como pele, unha e cabelo em busca de nutrientes para se desenvolverem e permanecerem no hospedeiro. Pertencem aos gêneros Epidermophyton, Microsporum ou Trichophyton, os quais, dependendo de seu habitat natural, são classificados em espécies geofílicas, zoofílicas ou antropofílicas. O uso indiscriminado de antifúngicos levou à seleção de cepas resistentes, e o comportamento invasivo desses patógenos em pacientes imunodeprimidos aumentou nos últimos anos, dificultando o tratamento das dermatofitoses. Há, portanto, a necessidade de estudos para um melhor entendimento da biologia dos dermatófitos devido as suas importâncias médica e/ou veterinária e o escasso conhecimento da interação destes patógenos com os hospedeiros. No presente trabalho, analisamos oito espécies de dermatófitos: Arthroderma benhamiae, Microsporum canis, Microsporum gypseum, Trichophyton interdigitale, Trichophyton equinum, Trichophyton rubrum, Trichophyton tonsurans e Trichophyton verrucosum. Análises de genômica comparativa e de expressão de genes potencialmente envolvidos na degradação de queratina foram realizadas. Além disso, efetuamos o sequenciamento genômico em larga escala de uma das linhagens. A estrutura dos genes sub3, sub5 e sub7, que codificam serina endopeptidases com atividade queratinolítica, mep3 e mep4, que codificam proteínas pertencentes ao grupo das metaloendopeptidases, dppV, lap1 e lap2, que codificam exopeptidases, foi analisada por meio de ferramentas computacionais. Essas análises revelaram que os genes que codificam proteases possuem alto grau de conservação em suas estruturas, que é menor quando comparadas apenas suas regiões não codificadoras. As análises permitiram também a identificação em regiões promotoras de consensos específicos a gêneros de dermatófitos. Observamos que o acúmulo de transcritos destes genes, avaliados durante o cultivo em queratina, mimetizando o processo infeccioso, não está correlacionado à similaridade das sequências gênicas entre as espécies. Não encontramos correlação entre o nicho preferencial dos dermatófitos e suas sequências gênicas ou níveis transcricionais. Observamos que, na grande maioria das vezes, genes que codificam endo e exopeptidases, possuem acúmulo de transcritos em períodos iniciais de degradação de queratina. Nossos resultados sugerem que diferenças pontuais na sequencia gênica, diferenças em regiões promotoras ou, até mesmo, expressão variável destes genes que codificam um conjunto proteico com funções sinérgicas e provavelmente compensatórias, contribuam para os diferentes graus de reações inflamatórias no hospedeiro, bem como para a especificidade patógeno-hospedeiro. / Dermatophytes are filamentous fungi that infect keratinized substrates such as skin, nail and hair, searching for nutrients for their development and permanence in the host. They belong to the genera Epidermophyton, Microsporum or Trichophyton, and, depending on their natural habitat, are classified into geophilics, zoophilics or anthropophilics species. The indiscriminate use of antifungals has led to the selection of resistant strains, and the invasive behaviour of these pathogens in immunocompromised patients increased in the last years, hampering the treatment of the dermatophytoses. Therefore, there is a need of studies for a better understanding of the biology of the dermatophytes due to their medical and/or veterinary importance and the scarce knowledge about the interaction of these pathogens with their hosts. In this work, we analyzed eight species of dermatophytes: Arthroderma benhamiae, Microsporum canis, Microsporum gypseum, Trichophyton interdigitale, Trichophyton equinum, Trichophyton rubrum, Trichophyton tonsurans, and Trichophyton verrucosum. Comparative genomics and gene expression analyses of genes potentially involved in keratin degradation were performed. Moreover, we performed a large-scale genome sequencing of one of the strains. The structure of the genes sub3, sub5, and sub7, which encode serine endopeptidases with keratinolytic activity, mep3, and mep4, which encode proteins belonging to the group of the metalloendopeptidases, dppV, lap1, and lap2, encoding exopeptidases, were analyzed by computational tools. These analyses revealed that the genes encoding proteases possesses high degree of conservation in their structures, which are lower when their non-coding regions are compared. The analyses also allowed the identification of consensus in promoter regions, specific of dermatophytes genera. We observed that the transcripts accumulation of these genes, evaluated during the cultivation in keratin, mimicking the infection process, is not correlated to the gene sequence similarities among the species. We have not found any correlation between the preferential niche of dermatophytes and their gene sequences or transcription levels. Most of the times, we observed that genes encoding endo and exopeptidases accumulated transcripts at the beginning of keratin degradation. Our results suggest that specific differences in the genic sequencing, differences in promoter regions, or even variable expression of these genes encoding a set of proteins with synergic and probably compensatory functions, contribute to different levels of inflammatory reactions in the host, as well as to the host-pathogen specificity.