Made available in DSpace on 2014-08-20T13:42:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Joceani_Dal_Cero.pdf: 1522635 bytes, checksum: 6a5a31f6f6667ef5f524442ba0bb1e72 (MD5) Previous issue date: 2010-02-26 / Regulatory molecules, such as transcription factors, have been thoroughly investigated, especially in hormone-mediated responses that involve gene expression modulation. Frequently, the main determinant of gene expression is its transcriptional rate. Thus, molecular mechanisms underlying transcription regulation have become an important topic in genetic studies of ethylene signaling. The present work aimed to investigate the ERF (Ethylene Response Factor) family employing bioinformatic tools, integrating publicly available datasets from the model species Arabidopsis thaliana and phylogenetic analyses to help elucidating the biological roles of the family in apple. The preliminary survey of the ERF sequences in Malus has provided basic information to be incorporated in further studies of the functional role of ERFs in this perennial species. Expression analyses of MdERF1 and MdERF in apple fruits suggest that other factors, besides ethylene, are involved in their transcriptional regulation in Malus. The second chapter reports the investigation of the transcriptional profiling of those ERF genes in response to pathogen attack, using a biological assay of in vitro propagated plants inoculated with the fungus Venturia inaequalis (apple scab disease). The study has provided evidences of the involvement of MdERF1 in eliciting the plant response; whereas, MdERF2 does not appear to be participate in the pathogenesis. / Moléculas que participam dos processos regulatórios, como os fatores de transcrição, têm recebido atenção especial, pois uma das principais ações dos estímulos hormonais é a modulação da expressão gênica. Como a taxa de transcrição de um gene é o maior determinante da sua expressão, os mecanismos moleculares pelos quais a transcrição gênica é regulada têm se tornado um dos tópicos principais de estudos em genética molecular envolvendo o hormônio etileno. O objetivo deste trabalho foi realizar análises de bioinformática para a família ERF (Ethylene Response Factors), integrar bases de dados existentes na internet no modelo Arabidopsis, bem como análise filogenética que permitam avaliar os papéis dos diferentes membros da família. Este levantamento preliminar das seqüências ERF em Malus forneceu informação básica para estudos posteriores mais aprofundados, com relação aos mecanismos moleculares da família nesta importante cultura perene. A análise da expressão de MdERF1 e MdERF2 em frutos de maçã indica que outros fatores além do etileno estão envolvidos na regulação da transcrição dos ERF em Malus. O segundo capítulo refere-se à resposta dos ERF frente ao ataque de patógenos. Para isso, foram infectadas plantas de macieira provenientes de cutivo in vitro com o fungo Venturia inaequalis (sarna da maçã). As evidências desses estudos sugerem o envolvimento do gene MdERF1 no processo de patogênese, enquanto que o gene MdERF2 parece não estar envolvido no processo.

O fungo Aspergillus fumigatus é o segundo maior causador de infecções fúngicas invasivas em pacientes imunocomprometidos e a principal espécie causadora da aspergilose invasiva, doença de alta taxa de mortalidade que atinge principalmente os pulmões e que pode se disseminar pelo organismo. Durante o processo de infecção, o fungo precisa adaptar-se ao organismo do hospedeiro e um dos obstáculos encontrados é a mudança na concentração de dióxido de carbono (CO2), que, de 0,033% no ambiente, chega a até 6% no interior do hospedeiro. As anidrases carbônicas são enzimas envolvidas na hidratação reversível do CO2 e já foram apontadas como importantes na virulência de patógenos como Plasmodium falciparum, Mycobacterium tuberculosis, Helicobacter pylori, Cryptococcus neoformans e Candida albicans. Esse trabalho teve como objetivo avaliar o papel da enzima anidrase carbônica no desenvolvimento e virulência do fungo A. fumigatus, que apresenta quatro homólogos desta enzima (cafA, cafB, cafC e cafD). Para isso, foram utilizadas linhagens de A. fumigatus com os homólogos da enzima deletados (?cafA, ?cafB, ?cafC, ?cafD e ?cafA?cafB) e a linhagem selvagem (?akuBku80), da qual foram originadas as mutantes. Foram realizadas avaliações fenotípicas da estrutura dos conidióforos das diferentes linhagens, determinação da sensibilidade frente a diferentes agentes estressantes (antifúngicos, promotores de apoptose, estresse iônico, nitroativo, oxidativo, e de parede celular) e determinação da expressão gênica global em diferentes concentrações de CO2. Foi verificado que a deleção de cada um dos homólogos da anidrase carbônica de A. fumigatus não interfere na estrutura dos conidióforos deste fungo. Por outro lado, a deleção induziu alteração da sensibilidade do fungo frente a alguns compostos estressantes (ácido acético e peróxido de hidrogênio). Ainda, a análise da expressão gênica revelou um gene envolvido na adaptação do fungo ao aumento da concentração de CO2, o gene cipC, que não apresenta homólogos nas células de mamíferos. Este gene foi caracterizado neste trabalho por meio de sua deleção na linhagem selvagem (?akuBku80) de A. fumigatus e avaliação fenotípica microscópica e de sensibilidade a agentes estressantes (antifúngicos, promotores de apoptose, estresse iônico, nitroativo, oxidativo, e de parede celular). A deleção do gene não interferiu na estrutura do fungo, porém aumentou sua sensibilidade a alguns compostos (calcoflúor e menadiona). Foram realizados, ainda, testes de virulência em modelo animal utilizando-se o mutante ?cipC, os quais revelaram que a deleção deste gene atenua a virulência do fungo. Assim, foi possível concluir que as anidrases carbônicas não são relevantes para o desenvolvimento e virulência de A. fumigatus; porém, este fungo modifica a expressão de seus genes de modo a adaptar-se às variações na concentração atmosférica de CO2. O gene cipC está envolvido nesse processo de adaptação e é importante para o desenvolvimento do fungo e sua virulência, tornando-se um alvo para o estudo de novas terapias para o tratamento da aspergilose invasiva. / The fungus Aspergillus fumigatus is the second cause of fungal infections in immunocompromised patients and it is the main specie which causes invasive aspergillosis, a disease with high mortality rate that mainly affects the lungs and it can spread through the body. During the infectious process, the fungus must adapt to the host and one of the obstacles is the drastic change of the carbon dioxide (CO2) concentration, which is 0.033% in the environment and until 6% inside the host. The carbonic anhydrases are enzymes which are involved in the reversible hydration of carbon dioxide and they have been pointed as important in the virulence of pathogens such as Plasmodium falciparum, Mycobacterium tuberculosis, Helicobacter pylori, Cryptococcus neoformans and Candida albicans. This work aimed to evaluate the role of the enzyme carbonic anhydrase in the development and virulence of the fungus A. fumigatus, which has four homologues of this enzyme (cafA, cafB, cafC e cafD). Therefore, strains, which have the homologues of the enzyme deleted (?cafA, ?cafB, ?cafC, ?cafD and ?cafA?cafB) were used in parallel with the wild strain (?akuBku80), which originated the mutant ones. We did structure phenotypic evaluations of the different strains of conidiophores, sensibility determination against different stressors (antifungal agents, apoptosis, ionic, nitrosative, oxidative, and cell wall stress promoters) and global gene expression determination at different carbon dioxide concentrations. It was verified that the carbonic anhydrases homologues deletion of A. fumigatus did not interfere on the n structure (conidiophore) of this fungus, in the tested conditions. On the other hand, the deletion caused a change in sensibility of the fungus against some stressors (acetic acid and hydrogen peroxide). The gene expression experiments showed a gene involved in the adaptation to the increase of CO2 concentration, the cipC gene. This gene does not have homologues in the mammalian cells. The cipC gene was characterized in this work by its deletion in the A. fumigatus wild strain (?akuBku80) and microscopic phenotypic evaluation and sensibility tests against stressors (antifungal agents, apoptosis, ionic, nitrosative, oxidative, and cell wall stress promoters). The gene deletion did not interfere on the fungus conidiophore structure but increase its sensibility to some compounds (calcoflúor white and menadione). Virulence tests in animal model using the ?cipC mutant were done and they showed that the deletion of this gene attenuates the fungus virulence. In conclusion, the carbonic anhydrases are not relevant to development and virulence of the fungus, which modifies the gene expression to adapt to the variations of atmospheric CO2 concentration. Besides, the cipC gene seems to be involved in this adaptation process. Moreover, the cipC gene showed to be important to the development of the fungus and its virulence, which makes the gene a target for the study of new therapies for the treatment of invasive aspergillosis.

Estudos de expressão gênica geralmente envolvem a realização de processos de análise integrados para a obtenção de respostas biológicas de interesse. A realização destes processos frequentemente requer o uso combinado de uma série de ferramentas de software. No entanto, o processo de integração manual de ferramentas pode ser demorado e propenso a erros devido ao crescente número de ferramentas e formatos de dados disponíveis no domínio. De modo a automatizar o processo de integração, algumas abordagens têm sido propostas tanto para a adaptação das ferramentas de análise existentes como serviços web semânticos, quanto para o desenvolvimento de ambientes de suporte à integração (composição) de serviços web semânticos. Embora estas abordagens representem avanços, nenhuma solução adequada para o desenvolvimento e composição de serviços foi especificamente definida para o domínio de genômica funcional. Neste contexto, o principal objetivo deste projeto foi investigar uma solução completa para o desenvolvimento e composição de serviços web semânticos para a análise de expressão gênica. Como parte da solução proposta, definimos uma metodologia integrada para a implementação de serviços web semânticos criados a partir de ferramentas de software existentes e para a anotação semântica destes serviços. Nossa metodologia fornece diretrizes concretas para o desenvolvimento sistemático de serviços, considerando também os principais aspectos técnicos associados ao processo de desenvolvimento. Esta metodologia foi aplicada a um conjunto representativo de serviços que fornecem suporte às principais atividades de análise realizadas em diferentes tipos de dados de expressão gênica. De forma complementar, definimos uma solução completa para a composição semântica de serviços no domínio de análise de expressão gênica. A solução proposta foi implementada em uma plataforma de suporte semi-automático à composição de serviços web semânticos, chamada SemanticSCo. Esta plataforma fornece suporte flexível a todas as atividades envolvidas no processo de composição de serviços, incluindo a criação, publicação, requisição, descoberta, seleção, composição e execução de serviços. Além disto, a plataforma SemanticSCo foi projetada para prover suporte adequado a diferentes tipos de usuários, incluindo biologistas e bioinformatas. Neste sentido, a plataforma fornece aos usuários um alto nível de abstração para a definição de seus processos de análise, permitindo que os mesmos se concentrem mais nas questões de pesquisa biológicas do que nos aspectos subjacentes do processo de composição. Adicionalmente, a plataforma SemanticSCo suporta a definição e incorporação não apenas de serviços simples, definidos em termos de uma única operação, mas também de serviços complexos, definidos em termos de um conjunto de condições que restringem a ordem de invocação de suas operações. Finalmente, de modo a avaliar a plataforma de suporte desenvolvida, definimos diferentes cenários de composição para a análise (integrada) de dados de expressão gênica. O uso da plataforma SemanticSCo facilitou a definição destes cenários, permitindo assim a reprodução dos resultados obtidos a partir de diferentes estudos de expressão gênica previamente documentados na literatura / Gene expression studies usually involve the creation of integrated analysis processes for obtaining responses for a biological question. The creation of such processes often require the combined use of a number of software tools. However, the manual integration of tools can be cumbersome and error prone due to the increasing number of tools and data formats available in the domain. In order to automate the integration process, some approaches have been proposed for the adaptation of existing analysis tools as semantic web services as well as for the development of software environments to support the integration (composition) of semantic web services. Although these approaches present advances, to the best of our knowledge, no suitable solution has been proposed for the development and composition of web services in the functional genomics domain. In this context, this project aimed at investigating a complete solution for the development and composition of semantic web services to support gene expression analysis. As part of the proposed solution, we have defined an integrated methodology for the implementation of semantic web services created from existing software tools and the semantic annotation of such services. Our methodology provides concrete guidelines for the systematic development of services, also taking into account the main technical aspects associated with the development process. This methodology has been applied in the development of a representative set of services that support the main analysis activities performed on different types of gene expression data. Complementary to our methodology, we have defined a complete solution for the semantic composition of web services in the gene expression analysis domain. The proposed solution has been implemented in a software platform to support the semi-automatic composition of semantic web services, named SemanticSCo. This platform provides flexible support to all activities involved in the service composition process including service creation, publication, request, discovery, selection, composition and execution. Additionally, the SemanticSCo platform has been designed to support different types of users, including biologists and bioinformaticians. In this sense, the platform provides users with a high level of abstraction in the definition of their analysis processes, thus allowing them to focus more on biological research issues rather than on underlying details of the composition process. In addition, the SemanticSCo platform supports not only the definition and incorporation of (simple) services defined in terms of a single operation, but also (complex) services defined in terms of a set of conditions that constrain the order in which service operations should be invoked. Finally, in order to evaluate the developed support platform, we have defined a number of composition scenarios for the (integrated) analysis of gene expression data. The use of the SemanticSCo platform has facilitated the definition of these scenarios, thus allowing the reproduction of the results obtained from different gene expression studies previously documented in the literature.