Submitted by Maurílio Figueiredo (maurilioafigueiredo@yahoo.com.br) on 2013-03-13T23:06:32Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_CaracterizaçãoMolecularInicial.PDF: 9043527 bytes, checksum: ec8797c765bb1bf67e3b219963d610be (MD5) / Approved for entry into archive by Neide Nativa (neide@sisbin.ufop.br) on 2013-03-18T18:23:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_CaracterizaçãoMolecularInicial.PDF: 9043527 bytes, checksum: ec8797c765bb1bf67e3b219963d610be (MD5) / Made available in DSpace on 2013-03-18T18:23:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_CaracterizaçãoMolecularInicial.PDF: 9043527 bytes, checksum: ec8797c765bb1bf67e3b219963d610be (MD5) Previous issue date: 2010 / O sucesso da parasitemia por Schistosoma mansoni apresenta uma relação direta com a adaptação do parasito a diferentes ambientes e hospedeiros durante um ciclo biológico completo. Um dos mecanismos que estão envolvidos na adaptação do parasito é a expressão estágio específica de um conjunto de genes que são expressos de maneira coordenada, cujo controle pode ser tanto a nível transcricional como traducional. Um bom exemplo destes mecanismos de regulação da expressão gênica estágio-específico é a transição de cercária a esquistossômulo onde a diferenciação e as mudanças morfológicas e bioquímicas acontecem independente de síntese protéica. Vaults são ribonucleoproteínas com 13MDa, altamente conservadas entre eucariotos inferiores e superiores e compostas por um conjunto de três proteínas: Major Vault Protein (MVP), Vault (PolyADP-Ribose) Polymerase (VPARP) e Telomerase-associated Protein (TEP1), além de um pequeno RNA não traduzido. Em células de mamíferos, o papel biológico de Vaults está associado ao fenótipo de resistência a múltiplas drogas, ao transporte núcleo-citoplásmico e a vias de transdução de sinal. Até o momento a função exata deste complexo é desconhecida. A análise genômica comparada mostrou que organismos modelos como Caenorhabditis elegans e Drosophila melanogaster não possuem genes codificadores para os constituintes de Vaults, homólogos ao de mamíferos. Entretanto, estas mesmas análises mostraram a existência de genes relacionados à Vaults em S. mansoni. Estas observações levantaram várias questões, dentre elas o envolvimento de Vaults nos mecanismos de adaptação do parasito no hospedeiro mamífero. Desta forma, o objetivo geral desse trabalho foi realizar a caracterização molecular inicial dos constituintes de Vaults em S. mansoni. Através de ferramentas de bioinformática, os possíveis componentes protéicos de Vaults foram recuperados do banco de dados e utilizados na identificação, por homologia, de suas ortólogas em organismos superiores e inferiores, seguida pela análise dos dados recuperados. Os resultados sugerem que os componentes SmMVP e SmTEP-1 são conservados e que a SmVPARP e os vRNAs de S. mansoni permanecem por serem identificados. Os níveis de expressão dos componentes de Vaults foram quantificados utilizando PCR convencional e confirmados por qRTPCR utilizando RNA total de verme adulto, ovos, cercária e esquistossômulos mecanicamente transformados (EMT) com 3,5 horas, 1, 2, 3, 5 e 7 dias de cultivo in vitro. Os resultados sugerem uma expressão equivalente em todos os estágios evolutivos analisados. Para avaliar se os níveis equivalentes dos transcritos para a SmMVP iriam refletir nos níveis protéicos, foram realizados experimentos de western blot. Os resultados sugerem níveis equivalentes da MVP corroborando com os resultados da analise da expressão gênica ao nível da transcrição. Em conjunto, os resultados sugerem que o complexo Vault pode estar envolvido na regulação de processos celulares relacionados ao sucesso do parasitismo tanto durante a rota de peregrinação como na manutenção da infecção no hospedeiro mamífero. __________________________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: The success of parasitemia by Schistosoma mansoni has a direct relation to the parasite adaptation to different environments and hosts during a complete life cycle. One of the mechanisms that are involved in the adaptation of the parasite is a stage-specific expression of a set of genes that are expressed in a coordinated manner, which can be controlled both the transcriptional and translational levels. A good example of mechanisms for stage-specific gene expression control is the cercariae-schistosomula transition in where the differentiation and morphological and biochemical changes occur independent of protein synthesis. Vaults are a 13MDa ribonucleoproteins, highly conserved between lower and higher eukaryotes and consist of a set of three proteins: Major Vault Protein (MVP), Vault (PolyADP ribose) polymerase (VPARP) and Telomerase-associated protein (TEP1), and a small untranslated RNA. In mammalian cell, the biological role of Vaults is associated with the phenotype of multidrug resistance, nuclearcytoplasmic transport and signal transduction pathways. To date, the exact function of this complex is unknown. The comparative genomic analysis showed that model organisms like Caenorhabditis elegans and Drosophila melanogaster does not possess genes coding for Vaults constituents, homologues to the mammalian. However, the same analysis showed the existence of related Vaults genes in S. mansoni. These observations raised several questions, among them the involvement of Vaults in the mechanisms of parasite adaptation in its mammalian host. Thus, the general objective of this work was the initial molecular characterization of the Vaults constituents in S. mansoni. Through bioinformatics tools, the putative Vaults protein components were recovered from database and used by search to identification of this orthologues in higher and lower organisms, followed by analysis of data retrieved. The results suggest that Vaults components SmMVP and SmTEP-1 are conserved and, for another hand SmVPARP and S. mansoni vRNA remain to be identified. The expression levels of the Vaults components were quantified using PCR and confirmed by qRT-PCR using total RNA from adult worms, eggs, cercariae and mechanically transformed schistosomula (MTS) at 3.5 hours, 1, 2, 3, 5 and 7 days of in vitro cultivation. The results suggest an equivalent expression in all developmental stages analyzed. To analyze whether equivalent levels of transcripts from SmMVP can be reflect on the protein levels, we performed western blot experiments. The results suggest equivalent levels of MVP corroborating the results of gene expression at transcriptional levels. Taken together, the results suggest that the Vault complex may be involved in cellular processes that are related to the success of parasitism during both peregrination as a maintenance of the infection in the vertebrate host.

Orientador : Prof. Dr. Roberto Tadeu Raittz / Coorientadores : Dra. Jeroniza Nunes Marchaukoski e Dr. Vinícius Almir Weiss / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Educação Profissional e Tecnológica, Programa de Pós-Graduação em Bioinformática. Defesa: Curitiba, 16/09/2016 / Inclui referências ao final dos capítulos / Resumo: Uma das principais análises envolvendo sequências biológicas, imprescindíveis e complexas, é a análise de homologia. A necessidade de desenvolver técnicas e ferramentas computacionais que consigam predizer com mais eficiência grupos de ortólogos e, ao mesmo tempo, lidar com grande volume de informações biológicas, ainda é um grande gargalo a ser superado pela bioinformática. Atualmente, não existe uma única ferramenta eficiente na detecção desses grupos, pois ainda requerem muito esforço computacional e tempo. Metodologias já consolidadas, como o BLAST 'todos contra todos', RBH e ferramentas como o OrthoMCL, demandam um alto custo computacional e falham quando há ortologia, necessitando de uma intervenção manual sofisticada. Diante desse cenário, neste trabalho, aprensentamos um breve review referente às técnicas, desenvolvidas entre 2011 até metade de 2017, para a detecção de ortólogos, descrevendo 12 ferramentas e contextualizando os principais problemas ainda a serem superados. A maioria das ferramentas utiliza o algoritmo BLAST como algoritmo padrão predição de homologia entre sequências. Apresentamos também uma nova abordagem para a clusterização de homólogos, a ferramenta RAFTS3groups. Para validarmos a ferramenta utilizamos como base de dados o UniProtKB/Swiss-Prot com outras ferramentas de clusterização o UCLUST e CD-HIT. RAFTS3groups mostrou-se ser mais de 4 vezes mais rápido que o CD-HIT e equiparável em volume de clusters e de tempo à ferramenta UCLUST. Para análise e consolidação de homologia, introduzimos uma nova aplicação auxiliar à ferramenta RAFTS3groups, na clusterização de ortólogos, o script DivideCluster. Comparamos com o método BLAST 'todos contra todos', analisando 9 genomas completos de Herbaspirillum spp. disponíveis no NCBI genbank. RAFTS3groups mostrou-se tão eficiente quanto o método, apresentando cerca de 96% de correlação entre os resultados de clusterização de core e pan genoma obtidos. Palavras-chave: homologia, clusterização, alignment-free, k-means, RAFTS3. / Abstract: One of the main tests involving biological sequences, essential and complex, is the analysis of homology. The study of homologous genes involved in processes such as cell cycle, DNA repair in simpler organisms, even with large evolutionary distance, there are genes that are shared between primates, yeasts and bacteria, which we call (core-genome). The need to develop computational tools and techniques that can predict more efficiently ortologs groups and handle large volume of biological information is still a problem to be resolved by Bioinformatics. We don't have a single powerful tool in detecting groups that still require a lot of effort and computing time. Tools, already consolidated, as the BLAST ' 'all-against-all' ', RBH, OrthoMCL, demand a high computational cost and fail when there is orthology, requiring manual intervention. In this scenario, in this work we presents a brief review on main techniques, developed between 2011 until early 2016, for the detection of orthologs groups, describing 12 tools and being developed currently and the main problems main problems still to be overcome. We note that most tools uses the BLAST as default prediction of homology between sequences. We also present a new approach for the analysis of homology, the RAFTS3groups tool. We use as the database UniProtKB /Swiss-Prot with the clustering tools the UCLUST and the CD-HIT. RAFTS3groups proved to be more than 4 times faster than CD-HIT and comparable in volume to clusters and time with UCLUST tool. In Homology analysis we introduced a new clustering strategy of orthology, the DivideCluster algorithm aplication built into the RAFTS3groups. Compared with the BLAST 'all-against-all', analyzing 9 complete genomes from Herbaspirillum spp. available by NCBI genbank. RAFTS3groups was shown to be as efficient as the method, showing approximately 96% of the correlation among the clustering results of core and pan genome obtained. Key-words: homology, clustering, alignment-free, k-means clustering, RAFTS3.

Orientador: João Meidanis / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T11:01:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_KarinaZupode_M.pdf: 15064313 bytes, checksum: a46cd0b3c6eebcfc48b81920aa2232db (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Contexto: A classificação de espécies começou sendo determinada pelas características fenotípicas dos organismos. Logo que o DNA foi descoberto, o sistema de classificação passou também a utilizar-se das características genotípicas. Ao longo dos últimos anos, avanços científicos permitiram que fossem sequenciados genomas completos. A cada ano, o número de genomas completamente sequenciados aumenta, e, com isso, é cada vez maior o número de trabalhos que tentam utilizar-se do maior número possível de genes para comparar dois ou mais organismos com o objetivo de melhor entender o relacionamento entre as diversas espécies. Experimento: Este trabalho executa comparações de pares de cromossomos de um grupo de 10 genomas completos da família Vibrionaceae e um genoma completo da bactéria Escherichia coli como externo ao grupo. As homologias entre as proteínas são determinadas através da base de famílias Protein Clusters (NCBI). A seguir, arvores ultramétricas e a classificação COG das proteínas são utilizadas para resolver as paralogias correspondentes. Após isto, as proteínas únicas, que representam os eventos de perda e ganho de genes, são eliminadas, de forma a igualar o conteúdo dos cromossomos. Tipicamente, 50% das proteínas originais do pares de organismos de mesma família 'sobrevivem" para serem utilizadas no cálculo da distância de rearranjo. Menos proteínas sobrevivem nas comparações com a bactéria externa ao grupo. A distância total é calculada pela soma do número de proteínas eliminadas e da distância de ordenação, medida através da distância de rearranjo dos cromossomos. Resultados: As comparações produziram matrizes de distâncias utilizadas para inferir árvores filogenéticas através do algoritmo Neighbor-Joining (NJ). As árvores filogenéticas encontradas mostraram-se congruentes em topologia com a árvore produzida pelo gene 16S rRNA. Isto mostra que a comparação de genomas completos é uma proposta sensata. Os desafios agora são aperfeiçoar os detalhes. O material suplementar (Apêndice A) contém uma implementação computacional dos experimentos / Abstract: Context: Species classification was originally determined by phenotypic characteristics. With the advent of DNA sequencing, the classification system started using genotypes as well. Over the last decades, scientific progress allowed complete sequencing of genomes. Each year, the number of genomes completely sequenced increases, and with it, the number of works trying to use as much genes as possible to compare two or more organisms, in order to get a better understand of the relationship between several species. Experiment: This work executes a pairwise chromosome comparison from a set of 10 complete genomes from the Vibrionaceae family and one complete Escherichia coli genome as an outgroup. In our experiment, the homologies between proteins are assessed using the Protein Clusters (NCBI) database. In the next step, paralogies are resolved using ultrametric trees and COG classification. In the sequel, the loss and gain events are treated, thus, proteins present in only one chromosome from the pair are eliminated, in order to equalize the set of families in both chromosomes. Typically, 50% of the original proteins survive in comparisons between organisms of the same family (comparisons with the outgroup yield less survivors). The total distance is calculated by adding the number of eliminated proteins with the order distance, which is measured by the rearrangement distance beetween the chromosomes. Results: Genome comparison produces distance matrices used to infer the phylogenetic trees through the Neighbor-Joining (NJ) algorithm. The phylogenetic trees generated are congruent regarding the topology with the tree inferred using the 16S rRNA gene. Also, in order to run a deeper investigation, the experiment was executed with some variations such as not resolving the paralogies using ultrametric trees or only classifying proteins using COG database. Supplemental material (Appendix A) contains the experiment computational implementation / Mestrado / Biologia Computaçional / Mestre em Ciência da Computação