Receptores nucleares formam uma superfamília de proteínas responsáveis pela regulação da expressão de genes. Estruturalmente, são formados por três domínios: um domínio N-terminal bastante variável, um domínio altamente conservado de ligação com o DNA e um domínio C-terminal, menos conservado, denominado domínio de ligação com o ligante (LDB). Diversos experimentos mostram que a interação com o ligante afeta a estrutura e a mobilidade da hélice C-terminal dos receptores nucleares (hélice 12 do domínio de ligação com o ligante), sendo o principal mecanismo de ativação e repressão da transcrição. As primeiras estruturas de LBDs de receptores nucleares revelaram importantes diferenças entre estruturas contendo ligantes (holo) e estruturas apo, principalmente no que diz respeito a posição da hélice 12: em estruturas apo, foi observada a H12 em uma conformação aberta, expondo o sítio de ligação com o ligante, enquanto que em estruturas holo, foi observada a H12 em uma conformação fechada, dobrada sobre o corpo do LBD e envolvendo completamente o ligante. Essa diferença sugeriu um mecanismo para a entrada e saída de ligantes do sítio de ligação denominado modelo da ratoeira, entretanto, esse modelo apresenta diversas inconsistências e tem sido desacreditado. Estudos experimentais e teóricos recentes mostram que a hélice 12 é mais móvel na ausência de ligantes, entretanto, esses estudos não fornecem evidencias de que o aumento da mobilidade da está associado com o deslocamento da H12 em relação ao corpo do LBD, como sugerido pelo modelo da ratoeira. Embora esteja claro que a hélice 12 é mais móvel na ausência de ligantes, a dimensão da variação conformacional sofrida pela hélice 12 ainda não está clara. Nesse trabalho buscamos a construção de um modelo capaz de dimensionar a mobilidade da hélice 12 através da comparação direta entre simulações de dinâmica molecular e experimentos de anisotropia de fluorescência resolvida no tempo. Utilizando simulações de dinâmica molecular reproduzimos experimentos de anisotropia de fluorescência acoplando a sonda cys-flúor a hélice 12 do PPARγ para estudar sua mobilidade. Mostramos que as observações experimentais só podem ser explicadas por conformações onde a sonda fluorescente permanece presa a superfície do LBD. Foi mostrado também que curvas de anisotropia com decaimentos comparáveis com os decaimentos experimentais estão associados a pequenas variações conformacionais de hélice 12. Simulações para dois modelos de apo-PPARγ com a H12 aberta em relação ao corpo do LBD e para as estruturas cristalográficas de apo-RXR e apo-ER, onde a H12 também adota uma conformação aberta, revelaram curvas de anisotropia com decaimentos mais rápidos que os experimentais. Esses resultados implicam em um modelo onde a H12 sofre alterações conformacionais locais, não apresentando variações tão dramáticas como o proposto pelo modelo da ratoeira. / Nuclear Hormone Receptors comprise a protein superfamily responsible for regulation of gene expression. Structurally, they are composed by three domains: a variable N-terminal domain, a highly conserved DNA-binding domain (DBD), and a less conserved C-terminal domain, known as ligand binding domain (LBD). Many experiments have shown that the interaction with ligands affects the structure and the mobility of nuclear receptors C-terminal helix (LBDs Helix 12), being the main mechanism of transcription activation and repression. The first nuclear receptor LBDs structures revealed important differences between ligand bound (holo) and apo-structures concerning the position of the H12: in apo structures, H12 adopted an open conformation, exposing the ligand binding pocket, whereas in holo structures, the H12 was closed, packed over the body of the LBD, burying completely the ligand. This difference suggested a mechanism for ligand entry and exit from the binding pocket called mouse-trap model, however this model has several inconsistencies and has been discredited. Recent experimental and theoretical studies have shown that H12 is more labile in the absence of ligand, but these studies dont provide evidences that the increase in the mobility is associated with the detachment of H12 from the body of the LBD as suggested by the mouse-trap model. Although its clear that H12 is more flexible in the absence of ligands, the size of the conformational changes undergone by H12 is not yet clear. In this work we seek to construct a definitive model for the range of motions that H12 may undergo in the presence or absence of ligand using molecular dynamics simulations. Through direct comparison between molecular dynamics simulations and time-resolved fluorescence anisotropy experiments, we show that experimental observation can only be explained by conformations where the fluorescent probe is interacting with the surface of the PPARγ surface. We also show that simulations with anisotropy decay rates comparable to the experimental decay are associated with small helix 12 conformational changes. Simulations with two models of apo-PPARγ with H12 detached from the body of the LBD and with crystallographic structures of apo-RXR and apo-ER, where the H12 also is in an open conformation, display anisotropy decay rates significantly faster than the experimental ones. These results imply a model for the molecular mobility of the LBD where H12 undergoes local conformational changes and should exhibit dynamic properties less dramatic than proposed by the mouse trap model.

Os receptores ativadores da proliferação de peroxissomos (PPARs) são fatores de transcrição dependentes da ligação de ligantes e possuem um papel chave no controle do metabolismo dos lipídios e da glicose. Existem três isotipos desse receptor: PPARα, PPARβ e PPARγ. O PPARγ é alvo molecular para os compostos TZDs, os quais são fármacos usados clinicamente no controle da diabetes do tipo 2, aumentando a sensibilidade à insulina. Enquanto que os fibratos são os fármacos que atuam no PPARα e são utilizados para diminuir os níveis de triglicerídeos. A maioria dos pacientes que sofrem com a diabetes do tipo 2 apresentam desordens no metabolismo de lipídios. Mesmo com a existência de fármacos capazes de controlar estas desordens metabólicas, a busca de um agonista dual para os PPARα e PPARγ é um grande desafio no controle da síndrome metabólica, uma vez que este composto pode combinar os dois efeitos terapêuticos em uma única molécula. O GL479 é um agonista dual que foi sintetizado com dois grupos farmacóforos, ligando-se tanto ao PPARα quanto ao PPARγ. Dentro desse contexto, este estudo apresenta as bases estruturais de interação do agonista dual GL479 aos PPARs por meio da determinação estrutural dos complexos PPARα-LBD:GL479 e PPARγ-LBD:GL479. A análise detalhada desses complexos revelou diferentes modos de interação do ligante em cada receptor, porém em ambos os casos o GL479 interage com a Tyr da H12. Na estrutura do PPARα-LBD, o ligante adquiriu a característica de um agonista total e no caso do PPARγ-LBD, o GL479 adotou características de um agonista parcial dependente da interação com a H12. Além das analises do agonista dual, 16 compostos foram identificados por docking como ligantes do PPARγ. Três desses ligantes (8, 10 e 15) foram caracterizados por ThermoFluor e fluorescência de polarização com valores de IC50 menor que 10 µM. Adicionalmente, um dos compostos identificados no docking (16) foi cocristalizado com PPARγ-LBD. A conformação adotada pelo ligante não permitiu que ele interagisse diretamente com a H12, sugerindo que este composto possa atuar como um agonista parcial independente da H12. Todas estas descobertas podem ser exploradas no desenho de novos moduladores dos PPARs com menores efeitos adversos ou até mesmo na busca de agonistas duais PPARα ⁄γ, que combine os efeitos terapêuticos no tratamento da diabetes do tipo 2 e da dislipidemia. / Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) are ligand-dependent transcription factors that control various functions in human organism and they play key roles in the control of glucose and lipid metabolism. There are three different PPAR isotypes: PPARα, PPARβ e PPARγ. PPARγ is a molecular target of TZD agonists, which are clinically used drugs in the control of type 2 diabetes by increasing insulin sensitivity. Whereas fibrates are drugs that act on PPARα and are used to lower serum triglyceride levels. The most patients who have type 2 diabetes also display lipid metabolism disorders. Even with the existence of drugs that can control these metabolic disorders, the search of dual agonist for PPARα and PPAR γ is a major challenge in the control of metabolic syndrome, because this compound could combine both therapeutic effects in a single molecule. GL479 is a dual agonist that was synthesized based on a combination of two key pharmacophores, with the ability to bind in the both PPARs, α, and γ. Thus, this study reveals the structural basis for this dual agonist GL479 by structural determination of the complexes PPARα-LBD:GL479 and PPARγ-LBD:GL479. The detailed analysis of these complexes showed different ligand binding modes for each receptor, however, in the both cases the GL479 interacted with the Tyr of H12. In the PPARα-LBD structure the ligand acquired the features of full agonist and in the case of PPARγ-LBD, GL479 adopted features of a partial agonist dependent of H12 interaction. In addition to the dual agonist analysis, sixteen compounds were identified as PPARγ ligand by docking. Three of these ligands were characterized by ThermoFluor and fluorescence polarization, which resulted in IC50 values smaller than 10 µM. Additionally, one of the compounds, identified by docking, was co-crystallized with PPARγ. The ligand conformation adopted would not allow it a direct interaction with the H12. These contacts were mediated by one water molecule, suggesting this compound might also act as a partial agonist, independent of H12 interaction. All these findings may be explored for the design of PPARs novel modulators with lower side effects, as well, in the exploration of dual agonists PPARα ⁄ γ that combines the therapeutic effects in the treatment of type 2 diabetes and dyslipidemia.

Os cânceres de próstata e de mama estão entre as neoplasias mais comuns diagnosticadas na população ocidental. No Brasil, estes dois tipos de neoplasia são as principais causas de morte cuja incidência continua crescendo anualmente, sendo mais comum na população acima de 40 anos. As terapias utilizadas para os tratamentos de ambas as neoplasias estão baseadas principalmente nos receptores de hormônio (andrógeno e estrógeno). Embora muitos fármacos tenham sido desenvolvidos para os tratamentos destas patologias ao longo do tempo, eles perdem eficácia em caso de neoplasias resistentes, que apresentam mutações nas macromoléculas alvo. Assim, novas substâncias bioativas estão sendo investigadas a partir dos alvos biológicos consolidados e também para novos alvos. Neste trabalho, ensaios in vitro foram utilizados para avaliar as atividades farmacológicas e citotóxica de novas substâncias bioativas desenvolvidas no Grupo de Química Medicinal (NEQUIMED), a partir de duas linhagens celulares hormônio-dependentes para o estudo do câncer de próstata (LNCaP) e de mama (MCF-7). A partir das triagens realizadas, duas substâncias foram as mais potentes (Neq0502 e Neq0504) que levaram a morte das linhagens LNCaP e MCF-7 com IC50 na ordem de 20 a 30 µmol/L, respectivamente. No ensaio de ciclo celular, Neq0502 apresentou um perfil semelhante a enzalutamida (fármaco usado como referência), sem perturbações substanciais no ciclo. No entanto, Neq0504 teve um perfil bem distinto do raloxifeno (fármaco usado como referência) para a perturbação do ciclo celular. Finalmente, o índice de seletividade estabelecido a partir dos ensaios com as células de fibroblasto (Balb/C 3T3 clone A31) demonstrou que Neq0502 foi uma substância com a maior seletividade e baixa citotoxicidade em relação à célula não tumoral dentre toda a série estudada. A partir destes dados as novas substâncias poderão ser otimizadas usando Neq0502 como matriz em estudos futuros. / Prostate and breast cancers are among the most common cancers diagnosed in the western population. In Brazil, these two types of cancer are the leading causes of death whose incidence continues to increase annually and is more common in older population than 40 years. The therapies used for the treatment of both cancers are mainly based on the hormone receptors (androgen and estrogen). Although many drugs have been developed for the treatment of these pathologies over time, lose efficacy in case of resistant cancers which have mutations on the target macromolecules. Thus, new bioactive substances are being investigated based on stable biological targets and for new targets. In this study, in vitro assays were used to evaluate the pharmacological and cytotoxic activities of new bioactive substances developed in Medicinal Chemistry Group (NEQUIMED) from two hormone-dependent cell lines for the study of prostate (LNCaP) and breast (MCF-7) cancer. From trials screenings carried out, two compounds were found the most potent (Neq0502 and Neq0504) leading to death of LNCaP and MCF-7 lines with IC50 in the range of 20 to 30 µmol/L, respectively. In the cell cycle assay, Neq0502 made a similar profile to enzalutamide (drug used as a reference), without substantial disruption in the cycle. On the other hand, Neq0504 had a very different profile from raloxifene (a drug used as a reference) to the perturbation of the cell cycle. Finally, the selectivity index established from tests with fibroblast cells (Balb/C 3T3 clone A31) demonstrated that Neq0502 was a substance with high selectivity and low cytotoxicity in order to non-tumor cell from all the substances on the screening. From these data, new substances can be optimized using Neq0502 as a template in future studies.

A &#946;-ionona (BI) é um isoprenóide que apresenta atividade quimiopreventiva durante a fase de promoção da hepatocarcinogênese. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a expressão de genes modulados pela BI envolvidos na quimioprevenção durante a fase de promoção da hepatocarcinogênese induzida pelo modelo do \"Hepatócito Resistente\" (RH). Ratos Wistar machos foram submetidos ao modelo do RH e tratados durante 4 semanas consecutivas com BI (16 mg/100 g de p.c.) ou óleo de milho (OM) (0,25 ml/100 g de p.c.; grupo controle). O perfil da expressão de 1.176 genes foi analisado por macroarray no fígado dos grupos BI, OM e de ratos considerados normais (grupo N). A expressão gênica foi considerada aumentada, quando a razão de expressão foi &#8805; 1,5 ou diminuída, quando &#8804; 0,5. Aplicou-se análise hierárquica de clustering e classificação ontológica dos genes diferencialmente expressos. A expressão gênica foi validada por RT-PCR do tipo \"duplex\", utilizando-se tecido hepático microdissecado de: lesões pré-neoplásicas persistentes (pLPN) ou em remodelação (rLPN) e de regiões ao redor das LPN (surrounding). Um total de 133 e 32 genes foi considerado diferencialmente expresso entre os grupos OM (em relação ao N) e BI (em relação ao OM), respectivamente. Trinta e sete por cento dos genes diferencialmente expressos no grupo BI vs OM referiam-se a receptores celulares. Destes, 4 genes codificantes para receptores nucleares foram identificados como possíveis alvos da BI na quimioprevenção da hepatocarcinogênese: RXR&#945; (receptor X de retinóide &#945;), RAR&#946; (receptor de ácido retinóico &#946;), COUP-TFI (chicken ovalbumin upstream promoter-transcription factor I) e Nur77 (nuclear receptor 77). Em comparação ao grupo OM, a expressão de RXR&#945; e RAR&#946; foi maior (p<0,05) especificamente em pLPN e rLPN do grupo &#946;I, respectivamente. Em comparação ao grupo N, Nur77 apresentou maior (p<0,05) expressão no surrounding e nas rLPN do grupo OM. Por outro lado, a expressão de Nur77 em rLPN foi menor (p<0,05) no grupo BI do que no OM. Comparada ao grupo N, a expressão de COUP-TFI foi maior (p<0,05) no grupo OM, tanto no surrounding das LPN como nas pLPN e rLPN. Em comparação ao grupo OM, a expressão de COUP-TFI foi menor (p<0,05) no grupo BI, especificamente nas pLPN e nas rLPN. Os resultados sugerem que os receptores nucleares RXR&#945;, RAR&#946;, Nur77 e COUP-TFI representam alvos moleculares da BI relevantes para a quimioprevenção da hepatocarcinogênese em ratos. / &#946;-ionone (BI) is an isoprenoid which has chemopreventive activity during the promotion phase of hepatocarcinogenesis. This study aimed to evaluate the expression of genes modulated by BI involved in chemoprevention during the promotion phase of hepatocarcinogenesis induced model of \"Resistant Hepatocyte (RH). Male Wistar rats were submitted to the RH model and treated for 4 consecutive weeks with BI (16 mg/100 g bw) or corn oil (CO) (0.25 ml/100 g bw, control group). The expression profile of 1,176 genes was analyzed by macroarray in the liver of groups BI, CO and normal rats (group N). Gene expression was considered increased when the expression ratio was 1.5 or decreased when 0.5. Hierarchical clustering analysis and ontological classification of differentially expressed genes were applied. Gene expression was validated by RT-PCR \"duplex\", using microdissected hepatic tissue from: persistent pre-neoplastic lesions (pPNL) or remodeling pre-neoplastic lesions (rPNL) and regions around the PNL (surrounding). A total of 133 genes and 32 were considered differentially expressed between the two groups (CO to N) and BI (relative to CO), respectively. 37% of differentially expressed genes in group BI vs CO were related to cell receptors. Of these, four genes encoding for nuclear receptors have been identified as possible targets of BI in the chemoprevention of hepatocarcinogenesis: RXR (retinoid X receptor &#945;), RAR&#946; (retinoic acid receptor &#946;), COUP-TFI (chicken ovalbumin upstream promoter-transcription factor I) and Nur77 (nuclear receptor 77). Compared to CO group, the expression of RXR&#945; and RAR&#946; was higher (p <0.05) specifically in pPNL and rPNL of BI group, respectively. Compared to the group N, Nur77 showed higher (p <0.05) expression in the surrounding and rPNL of CO group. The expression of Nur77 in rPNL was lower (p <0.05) in BI than the CO group. Compared to N group, the expression of COUP-TFI was higher (p <0.05) in CO group (surrounding, pPNL and rPNL). Compared to CO group, the expression of COUP-TFI was lower (p <0.05) in BI group, specifically in the pPNL and rPNL. The results suggest that the nuclear receptors RXR&#945;, RAR&#946;, Nur77 and COUP-TFI represent relevant molecular targets of BI in the chemoprevention of hepatocarcinogenesis in rats.

Orientador: Rejane Maira Góes / Resumo: O câncer de próstata (CaP) é um dos tipos mais recorrentes de câncer em homens e o consumo excessivo de lipídeos saturados favorece o seu desenvolvimento. Ao contrário, dietas ricas em ácidos graxos poli-insaturados (PUFA) tipo ômega-3 (n-3) tem sido associadas com menor incidência do CaP. O presente trabalho avaliou as repercussões do consumo de ácidos graxos PUFAs n-3 da série marinha, ácido docosahexaenoico (DHA) e ácido eicosapentaenoico (EPA), sobre a progressão tumoral na próstata ventral de camundongos transgênicos para o adenocarcinoma de próstata (TRAMP). Camundongos TRAMP foram alimentados com dieta padrão e eutanasiados com 8 (C8), 12 (C12) e 20 (C20) semanas de vida ou então alimentados com uma dieta rica em óleo de peixe (10% óleo de peixe) a partir da oitava semana de vida e então eutanasiados com 12 (T12) ou 20 semanas (T20). Os resultados adquiridos demonstraram o aumento na proliferação celular bem como na expressão tecidual do receptor de andrógeno (AR) e glicocorticoide (GR) e no número de linfócitos T na próstata dos grupos controles conforme o aumento da idade e da agressividade das lesões. A intervenção dietética com PUFAs n-3 proporcionou a preservação do microambiente glandular levando a uma menor frequência de lesões proliferativas, indicando um atraso na progressão tumoral, onde foi observado níveis de proliferação celular, da expressão tecidual de AR e GR e de linfócitos T inferiores que seus controles de mesma idade. Ainda, o consumo de DHA/EPA pro... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Prostate cancer (PCa) is one of the most frequent cancers among male individual and saturated lipid intake is linked to its development. However, diets rich in omega-3 (n-3) polyunsaturated fatty acid (PUFA) have been associated to lower PCa development risk. The present study assessed the outcome of the marine n-3 PUFA intake, docosahexaenoic acid (DHA) and eicosapentaenoic acid (EPA), upon tumor progression at the transgenic adenocarcinoma of the mouse prostate (TRAMP). TRAMP mice were chow-fed and euthanized at 8 (C8), 12 (C12) and 20th (C20) week of age or fed with a fish oil-enriched diet from 8 to 12 (T12) or 20th (T20) week of age and then euthanized. The results indicated an increase in proliferation rate, tissue expression of androgen receptor (AR) and glucocorticoid receptor (GR) and the number of T-cells at the prostate of the control groups according to the increase of age and aggressiveness of the lesions. Dietary intervention with n-3 PUFA led to the maintenance of the glandular microenvironment, highlighted by a reduction of the frequency of proliferative lesions, indicating a delay in PCa progression whereas the levels of cell proliferation, tissue expression of AR and GR and the number of T-cells were lower than the control groups of the same age. Also, DHA/EPA intake promoted a lowering effect of serum triglycerides and cholesterol, improving the metabolic profile of these animals. Thereby incorporation o DHA/EPA on diet is capable of decrease the severity o... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Os projetos genoma têm fornecido uma grande quantidade de informação sobre a arquitetura gênica e sobre a configuração física de suas respectivas regiões flanqueadoras (RF). Estas RF contêm informações com o potencial de auxiliar na elucidação de vários processos biológicos, como os mecanismos de expressão gênica e de sua regulação. Estes mecanismos são de extrema importância para a compreensão do correto funcionamento dos organismos e das patologias que os afetam. Uma parte significativa dos mecanismos de controle de expressão gênica atuam na fase transcricional. Na base destes mecanismos está o recrutamento de proteínas que se ligam às regiões promotoras da transcrição, as quais são segmentos específicos de DNA que podem estar localizados tanto próximos à região de início da transcrição (TSS) quanto a centenas ou até a milhares de pares de bases dela. Essas proteínas compõem a maquinaria transcricional e podem ativar ou inibir o processo de transcrição. Experimentalmente, os segmentos regulatórios podem ser identificadas utilizando métodos complexos de biologia molecular, tais como SELEX, ChiP-ChiP, ChIP-Seq, dentre outros. Uma estratégia alternativa aos métodos experimentais é a utilização de metodologias computacionais. Análises computacionais tendem a ser mais rápidas, baratas e flexíveis do que protocolos experimentais, além de poderem ser utilizadas em larga escala. Atualmente, os métodos computacionais disponíveis necessitam de informações experimentais para a definição de padrões globais de preferências de sequências de DNA para a ligação de fatores de transcrição (TFBS, em inglês transcription factor binding sites). Entretanto, esses métodos apresentam uma elevada taxa de falso positivos e, por vezes, apresentam também taxas significativas de falso negativos, além de serem limitados ao estudo de fatores de transcrição de espécies bem conhecidas, o que diminui a área de aplicação dos mesmos. Diante deste cenário, o uso de métodos computacionais que não necessitem da informação referente aos sítios de ligação, bem como os que utilizem parâmetros mais robustos de detecção dos resultados, em detrimento dos escores de pontuação provindos de alinhamentos, podem acrescentar uma sensível melhoria ao processos de predição de regiões regulatórias. Neste projeto, foi desenvolvido um novo modelo computacional (TFBSAnalyzer) para análise e identificação de TFBS em elementos regulatórios, que utiliza técnicas de modelagem molecular para a construção de complexos entre um fator de transcrição ancorado a estruturas de DNA com sequências variáveis de bases e, através de cálculos termodinâmicos de entalpia de ligação, determina uma função de pontuação baseada na energia de ligação e realiza a predição de sítios de ligação ao DNA para o fator de transcrição em análise. Esta abordagem foi testada com três fatores de transcrição como sistemas-modelo, pertencentes à família dos receptores nucleares, a saber: o receptor de estrógeno ER-alfa (Estrogen Receptor Alpha), o receptor de ácido retinoico RAR-beta (Retinoid Acid Receptor Beta) e o receptor X retinóico RXR (Retinoid X Receptor). Os modelos previstos computacionalmente foram comparados aos dados experimentais disponíveis para estes receptores nucleares, os quais apresentaram as seguintes taxas de FP/FN: 10%/0 para RAR-beta e RXR, 21%/6% para ER-alfa. Também simulamos um experimento de ChIP-seq do ER-alfa no genoma humano, cujos genes selecionados foram submetidos a uma análise de enriquecimento de fatores de transcrição curados experimentalmente, que fazem sua regulação, revelando que o receptor de estrógeno está realmente envolvido no processo. Para mostrar a aplicabilidade geral de nosso método, nós modelamos a distribuição de energia de ligação para o receptor NHR-28 isoforma a de Caenorhabditis elegans com DNA . Obtivemos distribuições de energia semelhantes àquelas encontradas para os NRs modelos, portanto seria possível aplicar o método para buscar possíveis TFBSs para este receptor no genoma de C. elegans. Os dados gerados e as metodologias desenvolvidas neste projeto devem acrescentar uma sensível melhoria aos processos de predição de regiões regulatórias e consequentemente auxiliar no entendimento dos mecanismos envolvidos no processo de expressão gênica e de sua regulação. / The genome projects have provided a lot of information about the genetic architecture, as well as on the physical configuration of their flanking regions (FR). These FR have the potential to aid in the elucidation of many biological processes, such as the mechanisms involved in gene expression and its regulation. These mechanisms are extremely important for undeerstanfind the correct functioning of organisms as well as the pathologies that affect them. A significant part of the control mechanisms of gene expression act during transcription. On the basis of this mechanisms is the recruitment of proteins that bind to promoter regions of transcription, which are specific segments of DNA that can be located either near the transcription start site or at hundreds or even thousands of base pairs away. These proteins form the transcription machinery, which can activate or inhibit the transcription process. The regulatory segments can be identified experimentally using complex methods of molecular biology, such as SELEX, ChIP-chip, ChIP-seq, among others. An alternative strategy to these experimental methods is the use of computational methodologies for predicting regulatory regions. Computational analysis tend to be faster, cheaper and more flexible than the experimental protocols, and can be used on a larger scale. Currently, the available computational methods require information previously obtained from experiments in order to define global standards of preference of DNA-Binding sequences for transcription factors (TFBS - Transcription Factor Binding Sites). However, these methods have a high rate of false positives and sometimes also have significant rates of false negatives, besides being limited to the study of transcription factors of well-known species, which decreases their application area. In this scenario, the use of computational methods that do not require previous information concerning the binding sites and use more robust parameters of results detection, instead of alignment scores, may add significant improvement to the processes of predicting regulatory regions. In this project, we developed a new computational model TFBSAnalyzer) for analysis and identification of regulatory elements using molecular modeling techniques for the construction of complexes between a transcription factor bound to specific DNA structures with variable sequences of bases and, by means of thermodynamic calculations of bond enthalpy, provides a scoring function based on the binding energy and predicts the DNA binding sites for the transcription factor in analysis. This approach was tested initially with three transcription factors as models, belonging to the nuclear receptor family, namely estrogen receptor ER-alpha (Estrogen Receptor Alpha), the retinoic acid receptor RAR-beta (Retinoid Acid Receptor Beta) and the retinoic X receptor RXR (Retinoid X Receptor). The computationally predicted models were compared to experimental data available for these nuclear receptors, and presented the following rates of FP/FN: 10%/0 for RAR-beta and RXR, 21%/6% for ER-alpha. We also simulated an experiment of ChIP-seq with ER-alpha with the human genome, where the selected genes were subjected to a transcription factor enrichment analysis, with curated information, revealing that the estrogen receptor is indeed involved in their regulation. To show that our method has a general applicability, we modeled the binding energy distribution for the NHR-28 receptor, isoform a, from Caenorhabditis elegans. The energy distributions obtained were similar to the ones obtained for the model NR, so it would be possible to use the method and search for possible TFBS in the C. elegans genome. The data generated and the methodologies developed in this project should add a significant improvement to the prediction processes of regulatory regions and, consequently, help to understand the mechanisms involved in the gene expression process and its regulation.

In marine teleosts that spawn pelagic eggs (pelagophils), the process of oocyte hydration that occurs during meiosis resumption is a key physiological process for the survival of the eggs in the ocean. Previous studies have discovered the role of a teleost-specific aquaporin water channel (Aqp1b) during fish oocyte hydration, but direct experimental evidence for the function of Aqp1b in oocytes is still lacking. In addition, the molecular regulation of the Aqp1b-mediated mechanism remains poorly understood. In this context, the main objectives of the present thesis were to investigate the evolutionary origin of aqp1ab in teleosts, to provide functional evidence of the role of Aqp1b during oocyte hydration, and to begin to dissect the molecular mechanisms involved in the transcriptional regulation of aqp1b in the oocyte of marine teleosts. By integrating the molecular phylogeny with synteny and structural analyses we show that the teleost aqp1aa and -1ab paralogs (previously annotated as aqp1a and -1b, respectively) arose by tandem duplication, and that the Aqp1ab C-terminus is the most rapidly evolving subdomain within the vertebrate aquaporin superfamily. The functional role of Aqp1ab was investigated in Atlantic halibut (Hippoglossus hippoglossus), a marine acanthomorph teleost that spawns one of the largest pelagic eggs known. Using immunological inhibition of Aqp1ab in halibut oocytes and artificial expression of the halibut paralog Aqp1aa, we demonstrate that Aqp1ab is required for full hydration of oocytes undergoing meiotic maturation. To investigate the aqp1ab transcriptional regulation in oocytes, we isolated the 5’-flanking region of the gilthead seabream (Sparus aurata) aqp1ab gene which contains regulatory cis-elements for the nuclear progestin receptor (Pgr) and SOX transcription factors. The Pgr, as well as sox3 and -8b transcripts, are co-expressed in seabream oo-gonia, whereas in primary growth oocytes, when aqp1ab mRNA and protein are synthesized, the Pgr is translocated into the nucleus. In contrast, sox9b is highly expressed in more advanced oocytes showing the depletion of aqp1ab transcripts. In the seabream, four different pgr transcript variants are expressed in primary growth ovaries which are generated by alternative pre-mRNA splicing. Seabream wild-type Pgr shows the highest transactivation response to progestins such as 17α,20β-dihydroxy-4-pregnen-3-one (17,20β-P) and 17α,20β,21-trihydroxy-4-pregnen-3-one (17,20β,21-P), whereas two of the N-terminally truncated Pgr isoforms regulate novel nuclear and cytosolic mechanisms of dominant-negative repression of Pgr-mediated transcription. Transactivation assays on the aqp1ab promoter demonstrated that aqp1ab transcription is dependent on wild-type Pgr, with Sox3 and -8b acting synergistically, while Sox9b acts as a repressor. Incubation of primary ovarian explants in vitro with 17,20β-P, followed by chromatin immunoprecipitation, confirmed that 17,20β-P-activated Pgr enhanced aqp1ab promoter activation. The production of 17,20β-P in seabream primary growth ovaries in vivo was consistent with the expression of P450c17-II (Cyp17a2) and 20β-hydroxysteroid dehydrogenase (Cbr1), enzymes needed for progestins synthesis, in granulosa cells associated with primary growth oocytes, and with a high concentration of 17,20β-P. Incubation of primary ovarian explants with recombinant piscine follicle-stimulating hormone (rFsh) in vitro stimulated 17,20β-P synthesis, which was reduced in the presence of Cbr1 inhibitors. The rFsh-mediated production of 17,20β-P correlated with the up-regulation of cyp17a2 and cbr1 transcription, as well as of wild-type pgr mRNA and protein levels. Altogether, these data suggest that aqp1ab transcription in seabream primary growth oocytes is under Fsh regulation through the synthesis of progestins. The results of this thesis show that the Aqp1ab mediated mechanism for oocyte hy-dration is likely conserved in marine teleosts. In addition, the tight transcriptional reg-ulation of Aqp1ab during oogenesis highlights the essential physiological role of this water channel and opens new research avenues for understanding the molecular basis of egg formation in marine fish. / La hidratación de los oocitos de teleósteos marinos que producen huevos pelágicos es clave para la supervivencia de los embriones en el océano. Estudios previos han descu-bierto el papel de una acuaporina específica de teleósteos (Aqp1b) durante este proceso, pero se carece todavía de evidencias experimentales directas, así como información sobre la regulación molecular de la Aqp1ab. En la presente tesis, estudios iniciales con el fletan Atlántico (Hippoglossus hippoglossus) confirman que los parálogos aqp1aa y -1ab de teleósteos han surgido probablemente por duplicación génica en tándem, y han demostrado el papel esencial de la Aqp1ab durante la hidratación del oocito. Para investigar el control transcripcional del gen aqp1ab en los oocitos de la dorada (Sparus aurata) se ha aislado su región promotora, la cual contiene elementos cis-reguladores de unión al receptor nuclear de progestinas (Pgr), como la 17α,20β-dihidroxi-4-pregnen-3-ona (17,20β-P), y factores de transcripción Sox. Estudios de localización subcelular indican que el Pgr aparece en el citoplasma de las oogonias, así como en el núcleo de oocitos en crecimiento primario (pre-vitelogénicos) coincidiendo con la activación de la expresión de aqp1ab. En este estadio también se expresan cuatro isoformas diferentes del Pgr, dos de las cuales pueden inhibir la transcripción mediada por el Pgr de forma dominante negativa. Las oogonias también expresan sox3 y -8b, mientras que el sox9b aparece en el estadio de alveolo cortical, cuando se reduce la expresión de aqp1ab. Ex-perimentos de transactivación indican que el Pgr activa la transcripción de aqp1ab, con Sox3 y -8b actuando de forma sinérgica, mientras que el Sox9b reprime este mecanismo. El papel del Pgr se ha investigado sobre explantes ováricos pre-vitelogénicos incubados in vitro, lo cual ha demostrado que la 17,20β-P, producida en las células de la granulosa en respuesta a la hormona folículo estimulante, activa el promotor de aqp1ab en el oocito induciendo la síntesis de Aqp1ab. Los resultados de esta tesis revelan por primera vez una estricta regulación transcripcional del gen aqp1ab durante la oogénesis de teleósteos marinos, lo cual remarca la función fisiológica esencial de este canal de agua durante la formación de los huevos pelágicos.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:32:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ThamaraMMB_DISSERT.pdf: 1856423 bytes, checksum: d77238963a3bf6663f56d36a18db57b6 (MD5) Previous issue date: 2014-02-27 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Th17 cells have been strongly associated to the pathogenesis of inflammatory and autoimmune diseases, although their influence on the carcinogenesis is still little known, there are reports of anti-tumor and protumoral actions. The objective of this study is to research the presence of Th17 lineage in lip and tongue SCC, using the analysis of the immunoexpression of IL-17 and ROR?t, relating this immunoexpression with clinical and morphological findings in the attempt to better comprehend the role of these cells on the tumoral immunity of OSCCs. The results were submitted to non-parametric statistical tests with significance level of 5%. On the histomorphological analysis, it was observed the predominance of low level lesions on lip and high level lesions on tongue (p=0,024). It was not observed statistical significance between clinical stage and histological gradation of malignancy (p=0,644). For the immunohistochemical study, 5 random fields with greater immunoreactivity of the peritumoral inflammatory infiltrate were photomicrographed on the 400x magnification. It was done the count of lymphocytes which showed cytoplasmic and pericytoplasmic staining for the IL-17 cytokine as well as nuclear and cytoplasmic staining for ROR?t. It was observed statistical significance difference on the quantity of immunopositive lymphocytes to IL-17 between the groups of SCC of lip and tongue (p=0,028). For the ROR?t it was not observed statistical significance difference between the groups of SCC of lip and tongue (p=0,915). It was not observed statistical difference between the immunostaining of IL-17 and ROR?t with histological gradation of malignancy and clinical staging. The findings of this research suggest a possible anti-tumor role of IL-17 for cases of lip. The results of the analysis of the ROR?t are possibly due to the wide duality of the anti-tumor and protumoral role of the Th17 cells and their plasticity which, in the presence of different cytokines expressed on the tumor microenvironment, can alter its phenotype. / As c?lulas Th17 t?m sido fortemente associadas ? patogenia de doen?as autoimunes e inflamat?rias, por?m sua influ?ncia na carcinog?nese ainda ? pouco conhecida, havendo relatos de suas a??es tanto antitumorais quanto pr?-tumorais. O objetivo do presente trabalho foi pesquisar a presen?a da linhagem Th17 intratumoral em CCE de l?bio e l?ngua, atrav?s da an?lise da imunoexpress?o da IL-17 e do ROR?t, relacionando estes achados com dados cl?nicos e morfol?gicos na tentativa de melhor compreender o papel dessas c?lulas na imunidade tumoral dos CCEOs. Na an?lise histomorfol?gica, observou-se predom?nio de les?es de baixo grau em l?bio e de alto grau em l?ngua (p = 0,024). N?o foi observada signific?ncia estat?stica entre estadiamento cl?nico e grada??o histol?gica de malignidade (p = 0,644). Para o estudo imunoistoqu?mico, 5 campos aleat?rios com maior imunorreatividade do infiltrado inflamat?rio peritumoral foram fotomicrografados no aumento de 400x. Realizou-se a contagem de linf?citos que exibiram marca??o citoplasm?tica e pericitoplasm?tica para a citocina IL-17 bem como nuclear e citoplasm?tica para o ROR?t. Foi observada diferen?a estatisticamente significativa na quantidade de linf?citos imunopositivos para IL-17 entre os grupos de CCE de l?bio e l?ngua (p = 0,028). Para o ROR?t n?o foi observada diferen?a estatisticamente significativa entre os grupos de CCE de l?bio e l?ngua (p = 0,915). N?o foi observada diferen?a estat?stica entre a imunomarca??o da IL-17 e ROR?t com grada??o histol?gica de malignidade e com estadiamento cl?nico. Os achados dessa pesquisa sugerem um poss?vel papel antitumoral da IL-17 para os casos de l?bio. Os resultados da an?lise do ROR?t, possivelmente se devem ? ampla dualidade do papel pr?-tumoral e antitumoral das c?lulas Th17 e ? sua plasticidade que, na presen?a de diferentes citocinas expressas no microambiente tumoral, podem alterar seu fen?tipo

Os projetos genoma têm fornecido uma grande quantidade de informação sobre a arquitetura gênica e sobre a configuração física de suas respectivas regiões flanqueadoras (RF). Estas RF contêm informações com o potencial de auxiliar na elucidação de vários processos biológicos, como os mecanismos de expressão gênica e de sua regulação. Estes mecanismos são de extrema importância para a compreensão do correto funcionamento dos organismos e das patologias que os afetam. Uma parte significativa dos mecanismos de controle de expressão gênica atuam na fase transcricional. Na base destes mecanismos está o recrutamento de proteínas que se ligam às regiões promotoras da transcrição, as quais são segmentos específicos de DNA que podem estar localizados tanto próximos à região de início da transcrição (TSS) quanto a centenas ou até a milhares de pares de bases dela. Essas proteínas compõem a maquinaria transcricional e podem ativar ou inibir o processo de transcrição. Experimentalmente, os segmentos regulatórios podem ser identificadas utilizando métodos complexos de biologia molecular, tais como SELEX, ChiP-ChiP, ChIP-Seq, dentre outros. Uma estratégia alternativa aos métodos experimentais é a utilização de metodologias computacionais. Análises computacionais tendem a ser mais rápidas, baratas e flexíveis do que protocolos experimentais, além de poderem ser utilizadas em larga escala. Atualmente, os métodos computacionais disponíveis necessitam de informações experimentais para a definição de padrões globais de preferências de sequências de DNA para a ligação de fatores de transcrição (TFBS, em inglês transcription factor binding sites). Entretanto, esses métodos apresentam uma elevada taxa de falso positivos e, por vezes, apresentam também taxas significativas de falso negativos, além de serem limitados ao estudo de fatores de transcrição de espécies bem conhecidas, o que diminui a área de aplicação dos mesmos. Diante deste cenário, o uso de métodos computacionais que não necessitem da informação referente aos sítios de ligação, bem como os que utilizem parâmetros mais robustos de detecção dos resultados, em detrimento dos escores de pontuação provindos de alinhamentos, podem acrescentar uma sensível melhoria ao processos de predição de regiões regulatórias. Neste projeto, foi desenvolvido um novo modelo computacional (TFBSAnalyzer) para análise e identificação de TFBS em elementos regulatórios, que utiliza técnicas de modelagem molecular para a construção de complexos entre um fator de transcrição ancorado a estruturas de DNA com sequências variáveis de bases e, através de cálculos termodinâmicos de entalpia de ligação, determina uma função de pontuação baseada na energia de ligação e realiza a predição de sítios de ligação ao DNA para o fator de transcrição em análise. Esta abordagem foi testada com três fatores de transcrição como sistemas-modelo, pertencentes à família dos receptores nucleares, a saber: o receptor de estrógeno ER-alfa (Estrogen Receptor Alpha), o receptor de ácido retinoico RAR-beta (Retinoid Acid Receptor Beta) e o receptor X retinóico RXR (Retinoid X Receptor). Os modelos previstos computacionalmente foram comparados aos dados experimentais disponíveis para estes receptores nucleares, os quais apresentaram as seguintes taxas de FP/FN: 10%/0 para RAR-beta e RXR, 21%/6% para ER-alfa. Também simulamos um experimento de ChIP-seq do ER-alfa no genoma humano, cujos genes selecionados foram submetidos a uma análise de enriquecimento de fatores de transcrição curados experimentalmente, que fazem sua regulação, revelando que o receptor de estrógeno está realmente envolvido no processo. Para mostrar a aplicabilidade geral de nosso método, nós modelamos a distribuição de energia de ligação para o receptor NHR-28 isoforma a de Caenorhabditis elegans com DNA . Obtivemos distribuições de energia semelhantes àquelas encontradas para os NRs modelos, portanto seria possível aplicar o método para buscar possíveis TFBSs para este receptor no genoma de C. elegans. Os dados gerados e as metodologias desenvolvidas neste projeto devem acrescentar uma sensível melhoria aos processos de predição de regiões regulatórias e consequentemente auxiliar no entendimento dos mecanismos envolvidos no processo de expressão gênica e de sua regulação. / The genome projects have provided a lot of information about the genetic architecture, as well as on the physical configuration of their flanking regions (FR). These FR have the potential to aid in the elucidation of many biological processes, such as the mechanisms involved in gene expression and its regulation. These mechanisms are extremely important for undeerstanfind the correct functioning of organisms as well as the pathologies that affect them. A significant part of the control mechanisms of gene expression act during transcription. On the basis of this mechanisms is the recruitment of proteins that bind to promoter regions of transcription, which are specific segments of DNA that can be located either near the transcription start site or at hundreds or even thousands of base pairs away. These proteins form the transcription machinery, which can activate or inhibit the transcription process. The regulatory segments can be identified experimentally using complex methods of molecular biology, such as SELEX, ChIP-chip, ChIP-seq, among others. An alternative strategy to these experimental methods is the use of computational methodologies for predicting regulatory regions. Computational analysis tend to be faster, cheaper and more flexible than the experimental protocols, and can be used on a larger scale. Currently, the available computational methods require information previously obtained from experiments in order to define global standards of preference of DNA-Binding sequences for transcription factors (TFBS - Transcription Factor Binding Sites). However, these methods have a high rate of false positives and sometimes also have significant rates of false negatives, besides being limited to the study of transcription factors of well-known species, which decreases their application area. In this scenario, the use of computational methods that do not require previous information concerning the binding sites and use more robust parameters of results detection, instead of alignment scores, may add significant improvement to the processes of predicting regulatory regions. In this project, we developed a new computational model TFBSAnalyzer) for analysis and identification of regulatory elements using molecular modeling techniques for the construction of complexes between a transcription factor bound to specific DNA structures with variable sequences of bases and, by means of thermodynamic calculations of bond enthalpy, provides a scoring function based on the binding energy and predicts the DNA binding sites for the transcription factor in analysis. This approach was tested initially with three transcription factors as models, belonging to the nuclear receptor family, namely estrogen receptor ER-alpha (Estrogen Receptor Alpha), the retinoic acid receptor RAR-beta (Retinoid Acid Receptor Beta) and the retinoic X receptor RXR (Retinoid X Receptor). The computationally predicted models were compared to experimental data available for these nuclear receptors, and presented the following rates of FP/FN: 10%/0 for RAR-beta and RXR, 21%/6% for ER-alpha. We also simulated an experiment of ChIP-seq with ER-alpha with the human genome, where the selected genes were subjected to a transcription factor enrichment analysis, with curated information, revealing that the estrogen receptor is indeed involved in their regulation. To show that our method has a general applicability, we modeled the binding energy distribution for the NHR-28 receptor, isoform a, from Caenorhabditis elegans. The energy distributions obtained were similar to the ones obtained for the model NR, so it would be possible to use the method and search for possible TFBS in the C. elegans genome. The data generated and the methodologies developed in this project should add a significant improvement to the prediction processes of regulatory regions and, consequently, help to understand the mechanisms involved in the gene expression process and its regulation.

Movimentos coletivos prestam um papel fundamental na dinâmica e energética de biomoléculas em solução. Estes movimentos permitem o acoplamento de regiões significativamente distantes, apresentando considerável influência, por exemplo, no alosterismo para a formação de complexos macromoleculares e no funcionamento integrado de proteínas multidomínios como \"máquinas moleculares\". Neste trabalho de doutoramento, serão apresentados os resultados referentes à aplicação conjunta de técnicas experimentais biofísicas, de modelagem estrutural e de dinâmica molecular no estudo de dois sistemas para os quais estes movimentos coletivos demonstram considerável importância funcional. Para a interação do receptor nuclear do ácido 9-cis-retinóico com seu elemento responsivo específico no DNA (HRE), a comparação de estudos de dinâmica molecular com ensaios de afinidade por anisotropia de fluorescência sugere que a resistência inicial para a associação do monômero, seguida da acentuada colaboratividade na associação do dímero é regida por um impedimento da associação do domínio de ligação ao DNA (DBD) para o primeiro à sequência responsiva devido, em última análise, a uma não complementaridade dos modos coletivos mútuos. Este impedimento para a associação monomérica inicial é mais acentuado para o monômero 5\' (para o qual a menor especificidade de ligação à seqüência específica já é bem documentada), devido aos efeitos conjuntos de um \"defeito\" natural no empacotamento de bases da seqüência responsiva, que se manifesta mais significativamente na interface entre o meio-sítio 5\' e a seqüência espaçadora, e dos modos vibracionais entre os dois sítios decorrentes de seu faseamento relativo na topologia do DNA na seqüência responsiva, caracterizando um mecanismo \"chave e fechadura\" para a interação obrigatoriamente simultânea dos dois monômeros ao DNA. No segundo caso, um estudo integrado utilizando a técnica experimental de espalhamento de raios X a baixos ângulos e uma abordagem de modelagem estrutural baseada em dinâmica molecular foi realizado para a celobiohidrolase I de Trichoderma harziannum. Este estudo permitiu tanto a elaboração de um modelo estrutural de maior resolução para esta enzima de alto potencial biotecnológico como a constatação dos possíveis mecanismos moleculares a partir dos quais as glicosilações no peptídeo conector impõem restrições à orientação e modos vibracionais entre seus dois domínios de forma condizente com sua ação concertada na interação e no deslize da enzima sobre a superfície celulósica, ambos de fundamental importância para a processividade da enzima na hidrólise do substrato microcristalino. / Collective motions play a fundamental role in solution biomolecule dynamics and energetics. These movements can couple very distant regions in the protein structures affection, for instance, allosteric mechanisms, the establishment of macromolecular complexes, and on the integrated function of multidomain proteins as molecullar machines. In this thesis, we present results concerning to the joint use of experimental biophysical techniques, structural modeling and molecular dynamics simulations on the study of two systems for which these collective motions have substantial importance. First, we study the interaction of the nuclear retinoid X receptor with its specific DNA hormone response element (HRE) using a combination of molecular dynamics simulations and affinity assays performed by using fluorescence anisotropy. We find out that collective motions mediate the low binding affinity of monomers and the high cooperative binding of HRE dimers. The lower binding affinity of the monomer is more prominent for 5´ monomers. This occur due to an natural ineffective stacking of the last base pair step at the 5´-half-site and to the phasing of the two binding half-sites in the DNA topology, that impose a collective motions that tends to occlude the 5´ binding site. This behavior, in turn, is concurrent with the well known 3´ polarity and the decreased binding specificity to the 5´ half site for the hRXR&alpha; monomer. This same pattern impose a lock-and-key mechanisms dependent on the binding of the full dimer. Second, an integrated Small angle X ray scattering and molecular dynamics based structural modeling was used to comprehend the interdomain motions of cellobiohydrolase I of Trichoderma harziannum. We manage to build a refined model for this enzime, with important biotechnological potential. We also provide insights into molecular mechanisms of linker and glycosylation imposed restraints on the orientation and vibrational modes of the full-length enzyme, supporting a mechanism of sliding of on the cellulose surface. This mechanism is fundamental for the high processivity on the hydrolysis of microcrystalline cellulose.