The use of protein-protein interaction networks has become crucial due to the emergence of systems biology. The completeness and quality of networks, crucial to understand the biochemical mechanisms underlying a system such as a cell, are still challenging the scientific community. This thesis focuses on the data completeness challenge by the development of flexible tools for biological data management. It presents a database framework, BIANA, in which the integrated access to several information sources tackles this problem by unraveling hidden biological associations. BIANA is used to develop protein-protein interaction inference tools based on sequence similarity and protein-protein interactions. I have applied the approach on Salmonella-host infection, a case study where experimental data is scarce. Finally, I have focused on the integration problem of protein sequence annotation, also addressing the prediction of protein-protein interaction interfaces. I have developed a new evaluation measure to compare the predictive power of interface inference approaches. / Les xarxes d'interacció proteïna-proteïna han esdevingut crucials des del naixement de la biologia de sistemes. La integritat i qualitat de les xarxes, que són essencials per entendre els mecanismes subjacents a un sistema com la cèl•lula, segueixen desafiant a la comunitat científica. Aquesta tesi se centra en el repte de la integritat de les dades mitjançant el desenvolupament d'eines flexibles per a la gestió de dades biològiques. Presento BIANA, un paquet informàtic que enfoca aquest problema facilitant l'accés integrat a diverses fonts d'informació. BIANA ha servit per desenvolupar eines de predicció d'interaccions proteïna-proteïna combinant les xarxes amb similitud entre seqüències. He aplicat aquest mètode sobre la infecció per Salmonella-hoste, un cas en el qual les dades experimentals són escasses. Finalment, m'he centrat en la integració associada a l'anotació de seqüències, abordant la predicció d'interfícies d'interacció proteïna-proteïna. Una nova mesura d'avaluació m'ha permès comparar el poder predictiu de diferents mètodes.

Multiscale Molecular Dynamics is a popular trend in the field of computational chemistry and physics. Coarse-grained force-fields have been around for years, and used independently, but used cooperatively with all-atom force-fields combines their advantages and cancels their disadvantages. This seems to be the case, however, only when they are both compatible. In this thesis, a Multiscale Molecular Dynamics Protocol is introduced, based on earlier work by Benjamin Messer, Z. Fan, Arieh Warshel, and in other parts by Christopher Fennel and Ken Dill. The protocol consists of the following tool-set: • A parametrization machinery that created a new coarse-grained force-field named AmberCG. • A multiscale thermodynamic cycle utilized within a free energy perturbation context to cooperatively use the best of coarse-grained and all-atom force-fields. • A collective variable that performs a linearization of the phase space to improve separation of product and reactant states. • A new algorithm to calculate functional quantities on spheres bounded by complicated solvent accessible surface areas - which as a special case calculates the amount of solvent accessible surface area. • A novel algorithm based on simple one dimensional Depth-Buffers, to identify atoms which actively form the boundary of the solvent accessible surface areas. Executing the protocol involves the following steps: 1. Construction of a coarse-grained force-field, based on an all-atom force-field. This involves setting up coarse-grained potentials and optimization of their parameters against selected reference structures and conformations. 2. Parametrization of a solvation model which is compatible to the force-field. 3. Usage of the coarse-grained force-field to sample the conformational space of a reaction. 4. Correction of the coarse-grained results with an all-atom force-field. 5. Analysis of the results using appropriate collective coordinates. 6. Reiteration until accuracies are met. Alternatively, instead of using the methods in the protocol, they can be utilized stand-alone. They simplify calculations, thus provid- ing speed-ups, while at the same time aiming to maintain or improve accuracy. Of course, there is no free lunch, and often the methods will include inaccuracies that exceed an acceptable threshold. However, the multiscale protocol is meant to be seen as an iterative technique, in which deficiency can be detected, and the protocol adjusted to restore balance. / Las simulaciones de dinámica molecular multiescala (Multiscale Molecular Dynamics) son una tendencia al alza en el sector de la Química y la Física computacionales. Los coarse-grained force-fields o campos de fuerza de grano grueso han existido desde hace años, utilizados de forma independiente, y también en cooperación con all-atom force-fields o campos de fuerza de todos los átomos dónde se combinan sus ventajas y cancelan sus desventajas. En este último caso sólo es cierto cuando los dos force-fields son compatibles. En esta tesis, introduzco un protocolo de Multiscale Molecular Dynamics basado en parte a trabajos anteriores de Benjamin Messer, Z. Fan, Arieh Warshel, y también en los de Christopher Fennell y Ken Dill. El protocolo consiste el siguiente conjunto de herramientas: 1. Un método de parametrización con cuál creé un nuevo coarse-grained force-field llamado AmberCG. 2. Un ciclo termodinámico multiescala utilizado en un contexto de perturbación de energía libre para usar cooperativamente el mejor de los coarse-grained force-fields y el de los all-atom force-fields. 3. Una variable colectiva que realiza una liberalización del espacio de fases para mejorar la separación de los estados de productos y reactivo. 4. Un nuevo algoritmo para calcular las cantidades funcionales en esferas limitadas por complicadas superficies accesibles al solvente - que como un caso especial calcula la cantidad de superficie accesible a solvente. 5. Un nuevo algoritmo basado en un buffer de profundidad, para identificar los átomos que forman activamente el límite de las superficies accesibles al solvente. La ejecución del protocolo implica los siguientes pasos: 1. Construcción de un coarse-grained force-field, basado en un all-atom force-field. Esto implica la creación de potenciales coarse-grained y la optimización de sus parámetros contra las estructuras de referencia seleccionados y sus conformaciones. 2. Parametrización de un modelo de solvatación compatible con el force-field. 3. Uso del coarse-grained force-field para muestrear el espacio con formacional de una reacción. 4. La corrección de los resultados coarse-grained con un all-atom force-field. 5. Análisis de los resultados utilizando coordenadas colectivas adecuadas. 6. Repetición hasta alcanzar las precisiones deseadas. Alternativamente, los métodos del protocolo pueden ser utilizados de forma independiente. Esto simplifica los cálculos y procura mantener, si no mejorar, la precisión. Sin embargo, todo tiene un coste y con frecuencia, los métodos incluirán inexactitudes que superarán el umbral aceptable. Aun y así, el protocolo multiescala es una técnica iterativa, en la que la deficiencia puede ser detectada, y el protocolo ajustado para restablecer el equilibrio.

Jarid2 is required for the genomic recruitment of the polycomb repressive complex-2 (PRC2) in embryonic stem cells. However, its specific role during late development and adult tissues remains largely uncharacterized. In this first part of my thesis, we show that deletion of Jarid2 in mouse epidermis reduces the proliferation and potentiates the differentiation of postnatal epidermal progenitors, without affecting epidermal development. In neonatal epidermis, Jarid2 deficiency reduces H3K27 trimethylation, a chromatin repressive mark, in epidermal differentiation genes previously shown to be targets of the PRC2. However, in adult epidermis Jarid2 depletion does not affect interfollicular epidermal differentiation but results in delayed hair follicle (HF) cycling as a consequence of decreased proliferation of HF stem cells and their progeny. We conclude that Jarid2 is required for the scheduled proliferation of epidermal stem and progenitor cells necessary to maintain epidermal homeostasis. Several human and mouse solid tumors, including squamous cell carcinomas (SCC), contain a population of Cancer Stem Cells (CSCs). CSCs are characterized by their unique ability to initiate and propagate the tumor; however, very little is known about their capacity to disseminate to distant organs and give rise to metastasis. CSCs display a great functional and molecular heterogeneity, and it has been proposed that different CSC subclones might exist to either maintain the primary tumor or to metastasize in distant sites. However, the identity of these heterogeneous populations of CSCs, as well as their molecular and functional characteristics for most type of tumors remains to be elucidated. Using a novel xenograft system that we have developed to study human head and neck squamous cell carcinoma, we have identified a labelretaining (LRC) population inside the cancer stem cell pool defined by the high expression of CD44 and high activity of Aldh1. Unexpectedly, tumor LRC harbor poor initiating potential, and are more sensitive to chemotherapy than their proliferating counterparts. Intriguingly, tumor LRCs are defined by a unique transcriptome signature previously linked with bone and lung identity, two major sites of SCC metastasis, suggesting they might be involved in the colonization of distant tissues by SCC tumors. We have also identified surface molecules, including CD36 and CD37, that are uniquely expressed by tumor LRCs, that can be used as surrogate markers to isolate and characterize them from primary human SCCs. Based on this signature, we could demonstrate that the presence or absence of this population in the primary tumor of a large cohort of patients with cutaneous SCC is highly predictive of the metastatic occurrence. In addition, several markers exclusively expressed by tumor LRCs can be targeted with drugs currently in clinical trials for the treatment of other diseases. We are testing whether some of these therapeutical strategies are effective to preventing or reducing the metastatic potential of SCC tumors. / Jarid2 es necesario para la localización genómica del complejo represor polycomb repressive complex-2 (PRC2) en células stem embrionarias. Sin embargo, la función de Jarid2 en las últimas fases del desarrollo embrionario y su papel en la función de los tejidos adultos no ha sido aún caracterizada en profundidad. En esta primera parte de mi tesis doctoral, mostramos que la deleción de Jarid2 en la piel de ratón no afecta al desarrollo de la epidermis, pero reduce la proliferación y potencia la diferenciación de las células progenitoras epidermales en neonatos. La piel de los ratones neonatos Jarid2-KO muestra niveles reducidos de la marca represora de la cromatina, H3K27me3, en genes necesarios para la diferenciación de las células progenitoras. En cambio, en piel adulta la depleción de Jarid2 no afecta la diferenciación de la epidermis, pero sí que resulta en una reducción del número de células stem activas de los folículos pilosos, lo que desemboca en el retraso del crecimiento de los folículos. Por lo tanto, nuestros resultados demuestran que Jarid2 es necesario para la activación y diferenciación de diferentes células stem del compartimento queratinocítico de la piel necesarios para mantener la homeostasis epidermal. Diversos tipos de tumores sólidos humanos y de ratón, incluyendo carcinomas de células escamosas (SCCs del inglés: Squamous Cell Carcinomas), contienen una población de células madre cancerosas (CSCs del inglés Cancer Stem Cells). Las CSCs se caracterizan porque pueden iniciar y propagar el tumor; sin embargo, se conoce muy poco sobre su capacidad de alcanzar órganos lejos del tumor primario y de formar metastasis. Las CSCs pueden ser muy heterogéneas tanto a nivel funcional como molecular, y se ha propuesto que podrían existir diferentes subclones sea para mantener el tumor primario, sea para formar metástasis. No obstante, no se conoce por ahora ni la identidad de estas poblaciones heterogéneas de CSCs, ni sus características a nivel funcional o molecular. Usando un nuevo sistema de xenoinjerto que hemos desarrollado en nuestro laboratorio para estudiar SCC de cabeza y cuello, hemos identificado una población que es capaz de retener el marcaje con el tiempo (LRC de inglés: Label-retaining Cells), dentro de la población total de CSSs, definidas como células dentro del tumor que muestran alta expression de CD44 y alta actividad de Aldh1. En contra de lo que esperábamos, las LRC del tumor tienen dificultad para iniciar tumores por sí solas y son más sensibles a tratamientos de quimioterapia cuando las comparamos con otras células más proliferativas. Por otra parte, las LRC del tumor se pueden definir con un transcriptoma único que ha sido relacionado anteriormente con hueso y pulmón, que son dos de los órganos donde los SCC forman metástasis preferentemente. Esto sugiere que podrían estar involucradas en la colonización de órganos alejados del SCC primario. Hemos identificado también moléculas de superficie, incluyendo CD36 y CD37, que se expresan exclusivamente en las LRC de tumor y que se pueden usar como marcadores para aislar y caracterizar las LRC de SCCs primarios humanos. Basándonos en estos marcadores, hemos podido demostrar que la presencia o no de esta población en el tumor primario predice la formación de metástasis en pacientes con SCC cutáneos. Además, diversos marcadores que hemos identificado como únicos en LRC de tumor, son diana de fármacos ya usados en la actualidad en ensayos clínicos para tratamiento de otras enfermedades. En la actualidad estamos probando si alguno de estos tratamientos puede ser efectivo para prevenir o reducir el potencial de formar metástasis en SCC.

Changes in the expression of Lewis-type glycan antigens, especially a predominance of sialyl-Lewis x (SLex) structure, and the glycosyltransferases involved in its synthesis, correlate with pancreatic cancer invasive and metastatic capacities. This Doctoral Thesis has focused on the involvement of sialylated determinants on key stages of pancreatic cancer tumourigenesis, such as cell-extracellular matrix adhesion and cell-cell adhesion, and invasion; and also on the influence of glycosylation on the function of membrane glycoproteins involved in these processes, such as α2β1 integrin and E-cadherin.In addition, this study also describes that pancreatic tumour cells take advantage of the inflammatory environment that accompanies the tumour.It shows that proinflammatory cytokines regulate the cell expression of specific sialyltransferase and fucosyltransferase genes that contribute to the biosynthesis of Lewis-type and sialylated determinants, and thus may contribute to accelerate the tumour progression. / S’ha descrit que canvis en l’expressió d’antígens glucídics tipus Lewis, especialment un predomini de l’estructura sialil-Lewis x (SLex), així com de les glicosiltransferases implicades en la seva síntesi, correlacionen amb la seva capacitat invasiva i metastàtica. En aquesta Tesi Doctoral s’ha aprofundit en l’estudi de la implicació dels determinants sialilats en etapes clau del procés tumorogènic del càncer de pàncrees, com són els processos d’adhesió cèl·lula-matriu extracel·lular i cèl·lula-cèl·lula, i la invasió, estudiant també la influència de la glicosilació en la funció de glicoproteïnes de membrana involucrades en aquests processos, com la integrina α2β1 i la E-cadherina. Alhora es posa de manifest que les cèl·lules tumorals de càncer de pàncrees treuen profit de les característiques de l’ambient inflamatori que acompanya el tumor, ja que les citoquines presents en l’estroma regulen l’expressió cel·lular dels gens involucrats en la biosíntesi dels antígens tipus Lewis i sialilats.

Les inteïnes són dominis proteics que mitjançant un procés de tall i unió s’autoescindeixen de la cadena polipeptídica precursora i catalitzen la unió de les seqüències flanquejants (exteïnes) mitjançant un enllaç peptídic. Actualment, la trans inteïna Npu DnaE és una de les que més s’utilitza en diferents aplicacions biotecnològiques. En aquest treball s’ha estudiat i comparat la termoestabilitat que presenta la inteïna Npu DnaE formant una única cadena polipeptídica, quan es troba partida en dos fragments associats i del fragment IN aïllat. Per altra banda, s’ha estudiat com afecta a l’activitat de la inteïna les substitucions de Cys1 i Cys+1 per una Ser. Finalment, s’ha estudiat i complementat el coneixement del procés associatiu dels fragments IN i IC a partir de tres variants de Npu DnaE amb diferents llargades del fragment IC, utilitzant ressonància magnètica nuclear. / Inteins are protein domains that self-excise from a polypeptide chain precursor and catalyze the ligation of the flanking sequences (exteins) with a peptide bond. Currently, Npu DnaE is one of the best split inteins that is used in different biotechnological applications. In this work we have studied the thermal stability of this intein when it is forming a single polypeptide chain, when it is split into two fragments associated and when the IN fragment is isolated. Furthermore, we studied how the activity of the intein is altered when substituting Cys+1 and Cys1 by Ser. Finally, we have studied and complemented what is known about the associative process between IN and IC fragments. To accomplish this, we have studied by nuclear magnetic ressonance, three variants of Npu DnaE with different lengths of IC fragment.

A cada dia surgem novas tecnologias que possibilitam aos cientistas medirem a expressão de inúmeros genes em uma única experiência com uma alta rapidez e eficiência. No entanto, ainda não existem muitas metodologias que sirvam para a análise do funcionamento de células e tecidos que possibilitem diagnóstico, prevenção e terapias de doenças. Na presente tese propomos uma metodologia de análise de expressão gênica que mostra diferenças na performance da célula com o passar do tempo, e tem poder de diagnóstico quando uma célula mutada é comparada com uma célula normal. Partimos da ideia de que rotas bioquímicas podem ser representadas por uma rede de interações entre metabólitos, entre os quais muitos deles são proteínas codificadas a partir do genoma. Sendo assim, o funcionamento de uma célula implica em interações que compõem uma rede intricada e complexa. Reorganizamos a lista de genes em uma dimensão e reescrevemos a matriz de interação, sem a criação ou a destruição de interações, buscando correlacionar cada um dos genes com os seus respectivos vizinhos na lista unidimensional. Logo após a reorganização, encontramos módulos funcionais sobre a lista ordenada que são independentes do estado da célula estudada, é possível reconhecer os processos biológicos de cada módulo com o uso de banco de dados específicos. Com base nisto, sobrepondo dados de expressão gênica sobre o ordenamento (transcriptograma), teremos um perfil transcricional de um tecido no ato da medida experimental. Se medirmos a expressão gênica de células provenientes do mesmo tecido em diferentes estágios do ciclo celular podemos seguir as alterações metabólicas ao longo do ciclo celular. Também poderíamos analisar a expressão gênica de um tecido normal com um tecido alterado. Como resultado desta comparação saberíamos quais módulos estão super expressos e os subexpressos em relação ao tecido normal. Publicamos na internet um software que é capaz de reproduzir essas análises e gerar transcriptogramas para análise de expressão gênica. / Every day new technologies which allow scientists to measure the expression of numerous genes in a single experiment with a high speed and efficiency are emerging. However, there aren’t many methods which are used to analyze the functioning of cells and tissues which allow diagnosis, prevention and therapy of diseases. In this thesis we propose a methodology for gene expression analysis that presents those differences in cell performance over time, and has diagnostic power when comparing a mutant cell with a normal one. Starting from the idea that biochemical pathways can be represented by a network of interactions between metabolites, among which many are encoded proteins from the genome. Thus, the functioning of a cell involves interactions that make up an intricate and complex network. We reorganize the genes list in one dimension and rewrite the matrix of interaction, without the creation or destruction of interactions, seeking to correlate each gene with their respective neighbors in a one-dimensional list. Soon after the reorganization, we find functional modules on the ranked list that are state independent of the cell studied, it is possible to recognize the biological processes for each module by using specific databases. Based on this, overlapping gene expression data on reorganized gene list (transcriptogram), we obtain a transcriptional profile of a tissue at the experimental measurement time. If we measure the gene expression of cells from the same tissue at different celluar stages we can follow the metabolic changes during the cell cycle. We could also analyze the gene expression of normal tissue with a mutant tissue. As a result this comparison we would know what modules are super expressed and underexpressed when compared to normal tissue. We published on the Internet software which is able to reproduce these analysis and generate transcriptograms for gene expression analysis.

Na primeira etapa investigamos detalhadamente as propriedades de armazenamento de um modelo de redes de neurônios que apresenta uma organização em aglomerados semelhante àquela existente no Modelo Hierárquico de Dyson para ferromagnetismo. As memórias, neste modelo, são armazenadas através da Regra de Aprendizagem de Hebb, superposta à estrutura hieráquica. No caso de um número finito de padrões, mostramos que, junto com os padrões originais ou "ancestrais", o sistema é capaz de recuperar uma hierarquia de padrões "descendentes". Estes padrões diferem dos "ancestrais" nos sinais relativos das magnetizações nos diferentes blocos, e o número destas soluções cresce exponencialmente com o número de blocos, n(t) e0451, para grande. Para um número extensivo de padrões armazenados p = aN , onde N é o tamanho do sistema, nós investigamos a capacidade crítica de armazenamento do modelo tanto para "ancestrais" como para "descendentes". Usando dois métodos distintos, uma formulação de mecânica estatística de equilíbrio (campo médio) e uma análise de sinal-ruído, nós obtemos uma sucessão de capacidades de armazenamento que são sempre menores que o valor correspondente ao modelo de Hopfield. Usamos as razões entre estas capacidades e a do modelo de Hopfield para comparar os resultados dos dois métodos. Nós apresentamos o diagrama de fases no plano a — T para o caso especial de dois blocos e um único "descendente". A segunda parte é relacionada com o estudo do espaço de interações dos modelos de redes de neurônios. Neste caso nós buscamos determinar a máxima capacidade crítica de armazenamento para modelos que apresentem, de alguma forma, a mesma estrutura de blocos que discutimos antes. Para ter em conta esta estrutura foi preciso modificar o problema de Gardner. Para o armazenamento de padrões "ancestrais", obtivemos um valor de anc i". sempre menor que 2, o qual corresponde ao caso de modelos sem estrutura predefinida. Este resultado combina com aquele que encontramos anteriormente na análise de sinal-ruído. Por outro lado, mostramos que no caso especial de dois blocos esta estrutura pouco afeta a armazenagem conjunta de "ancestrais" e "descendentes". / In the first part we perform a detailed investigation of the storage properties of a model for neural networks that exhibits the same organization into clusters as Dyson's hierarchical model, for ferromagnetism, combined with Hebb's learning algorithm for p stored patterns. In the case of finite p, we show that together with the original stored patterns or "ancestors" the system retrieves also a hierarchy of "descendants". The "descendants" differ from the "ancestor" in the signs of the cluster overlaps, and the number of this solutions increases exponentially with the cluster number, n(t) ti e"", for large values of t. For an extensive number of stored patterns p = aN , where N is the size of the network, we investigate the criticai storage capacity of the model to both "ancestor" and "descendant" patterns. By using two different methods, a statistical mechanics formulation (mean-field) and a signal-to-noise analysis, we obtain a succession of criticai storage capacities that are below the corresponding value for Hopfield's model. We use the ratio of this criticai storage capacities to the same quantity as evaluated in Hopfield's model to compare the results in both methods. We present the phase diagram in the a — T plane for the particular case of two clusters and one descendant. The second part is related with the study of the space of interactions in neural network models. In this case we search for the maximal criticai storage capacity of models that present, in some sense, the same cluster struture that we discussed before. In order to take this structure in account we redefine the Gardner Program. Concerning the storage of "ancestors" we obtain a value of arx. always lower than 2, which corresponds to the original case of models without structure. This result agrees with that we found before in the signal-to-noise analysis. On the other side we show in the special case of two clusters that this structure barely affects the storage of "ancestors" and "descendants" together.

O ensino de Física nos níveis fundamental e médio apresenta-se, em geral, desarticulado das demais disciplinas que compõem as ciências da natureza, tais como Biologia, Química e Matemática. Ensinar Física através da sua ocorrência na natureza, como nos sistemas funcionais das plantas, dos animais e do próprio homem, torna-a mais significativa para os estudantes, principalmente nas oitavas séries, pois permite introduzir conceitos físicos fundamentais sem que haja uma quebra brusca de currículo em relação à disciplina de Ciências das séries anteriores. Essa dissertação de mestrado apresenta uma proposta de introdução da Física para as oitavas séries através do estudo de fenômenos físicos relacionados à produção e percepção de sons, que foi aplicada no Colégio La Salle Dores em Porto Alegre, nas turmas A (24 alunos) e B (25 alunos), no primeiro trimestre letivo de 2005 (Março a Junho). Na perspectiva de apresentar a Física inserida na natureza, particularmente no próprio funcionamento do corpo humano, produzimos um painel sobre o processo da audição humana. O painel destaca os fenômenos físicos responsáveis pelo processo da audição que ocorrem ao longo dos ouvidos externo, médio e interno. Devido à riqueza de fenômenos físicos relacionados a esse sentido, produzimos também um texto complementar ao painel, que traz explicações e comentários mais detalhados e que permite ao professor, após julgar o interesse e nível cognitivo de seus alunos, um aprofundamento maior sobre o assunto. A produção do painel e do texto complementar, com o objetivo de explorar da melhor maneira a maior quantidade de fenômenos físicos que ocorrem no processo da audição humana, permite que esses materiais sejam adotados também por professores do Ensino Médio e na formação de professores da área das Ciências Naturais. / In general Physics in primary and secondary schools presents itself as a subject apart from other natural sciences, such as Biology, Chemistry and Mathematics. Teaching Physics based on its occurrence in nature, in the functional system of plants, animals and humans, makes students - especially 8th grade students - consider Physics a significant subject. Such approach also allows teachers to introduce the fundamental concepts of Physics without a sudden interruption of the Science curriculum regarding content previously studied by students. This work aims at proposing a form of introducing 8th grade students to Physics by studying physical phenomena related to the production and perception of sounds, which was applied at Colégio La Salle Dores in Porto Alegre, at groups A (24 students) and B (25 students) from March to June 2005. Firstly, in order to present Physics as a subject part of nature, part of the functioning of the human body, an overview on the human hearing process is provided. This overview highlights the physical phenomena responsible for the hearing process along the external, middle, and inner ears. After, given the wide variety of phenomena related to the hearing sense, an extra text with explanations and more detailed comments completes the ideas the overview contains. Such text allows teachers, after measuring the interest and cognitive level of their students, to deepen studies. Both the overview and the extra text were created with the objective of exploring in a better way the great number of phenomena that constitutes the human hearing process. Such materials can be adopted by secondary school teachers as well as be part of natural sciences teachers training.

A análise quantitativa do transcriptoma de um organismo revela informações quanto ao estado em que este se encontra, e uma técnica bastante usada para esta medida é o microarranjo, considerada bastante ruidosa. Pode-se perguntar se é possível usar as informações que possuímos acerca do funcionamento celular para o desenvolvimento de um método capaz de reduzir o ruído da medida. Usando a rede de interações entre proteínas de um organismo, desenvolveu-se a técnica chamada de transcriptograma [1], um método de ordenamento desta que permite a análise da expressão gênica em escala de genoma completo. Apesar de ter sido demonstrado que tal método permite a obtenção de resultados relevantes, inexiste até o momento análise mais criteriosa se a redução do ruído é verdadeira. Mostramos aqui que a medida é sim efetiva ao reduzir ruído intrínseco à técnica, e mais notavelmente é capaz de aumentar a confiabilidade da medida. Apesar de não podermos comparar o transcriptograma com nenhum tipo de padrão de ouro, podemos definir algumas estratégias para descobrir qual a eficiência de um transcriptograma indiretamente. Calculando o quanto de sinal que estamos atenuando ao reduzir o ruído, mostramos que o perfil de expressão produzido por um transcriptograma aparenta ser melhor para um conjunto de parâmetros diferente daquele usado em trabalhos anteriores. Aplicando o método a um problema de diagnóstico, mostramos que de fato a qualidade da informação obtida é maior para ordenamentos com estrutura e características diferentes do que se acreditava até então. / Quantitative analysis of the transcriptome of an organism reveals information about its condition, and a widely used technique for this measure is the microarray, considered to be very noisy. One may ask whether it is possible to use the information we have about the cellular function for the method development to reduce the measurement noise. Using the network of interactions between proteins of an organism, it has been developed a technique called transcriptogram [1], an ordering method for this network that allows the gene expression analysis in whole genome scale. Although it was demonstrated that this method allows to obtain relevant results, a careful analysis to verify the method is still lacking. We show here that the method is effective at reducing the technique inherent noise and, most notably, is capable of increasing the the measurement reliability. Although we can not compare the transcriptogram with any gold standard, we can define some strategies to indirectly find out how efficient a transcriptogram is indirectly. Calculating how the signal is attenuated as noise is reduced, we show that the expression profile produced by a transcriptogram with the adequate set of parameters, is more efficient for diagnostic purposes, as compared to previous works. Furthermore, we propose in this work a method to obtain these optimal parameters. Finally, we apply the method to a diagnostic challenge and show that in fact the quality of the information obtained is higher for orderings with different structure and characteristics of what was believed until then.

O ensino de Física nos níveis fundamental e médio apresenta-se, em geral, desarticulado das demais disciplinas que compõem as ciências da natureza, tais como Biologia, Química e Matemática. Ensinar Física através da sua ocorrência na natureza, como nos sistemas funcionais das plantas, dos animais e do próprio homem, torna-a mais significativa para os estudantes, principalmente nas oitavas séries, pois permite introduzir conceitos físicos fundamentais sem que haja uma quebra brusca de currículo em relação à disciplina de Ciências das séries anteriores. Essa dissertação de mestrado apresenta uma proposta de introdução da Física para as oitavas séries através do estudo de fenômenos físicos relacionados à produção e percepção de sons, que foi aplicada no Colégio La Salle Dores em Porto Alegre, nas turmas A (24 alunos) e B (25 alunos), no primeiro trimestre letivo de 2005 (Março a Junho). Na perspectiva de apresentar a Física inserida na natureza, particularmente no próprio funcionamento do corpo humano, produzimos um painel sobre o processo da audição humana. O painel destaca os fenômenos físicos responsáveis pelo processo da audição que ocorrem ao longo dos ouvidos externo, médio e interno. Devido à riqueza de fenômenos físicos relacionados a esse sentido, produzimos também um texto complementar ao painel, que traz explicações e comentários mais detalhados e que permite ao professor, após julgar o interesse e nível cognitivo de seus alunos, um aprofundamento maior sobre o assunto. A produção do painel e do texto complementar, com o objetivo de explorar da melhor maneira a maior quantidade de fenômenos físicos que ocorrem no processo da audição humana, permite que esses materiais sejam adotados também por professores do Ensino Médio e na formação de professores da área das Ciências Naturais. / In general Physics in primary and secondary schools presents itself as a subject apart from other natural sciences, such as Biology, Chemistry and Mathematics. Teaching Physics based on its occurrence in nature, in the functional system of plants, animals and humans, makes students - especially 8th grade students - consider Physics a significant subject. Such approach also allows teachers to introduce the fundamental concepts of Physics without a sudden interruption of the Science curriculum regarding content previously studied by students. This work aims at proposing a form of introducing 8th grade students to Physics by studying physical phenomena related to the production and perception of sounds, which was applied at Colégio La Salle Dores in Porto Alegre, at groups A (24 students) and B (25 students) from March to June 2005. Firstly, in order to present Physics as a subject part of nature, part of the functioning of the human body, an overview on the human hearing process is provided. This overview highlights the physical phenomena responsible for the hearing process along the external, middle, and inner ears. After, given the wide variety of phenomena related to the hearing sense, an extra text with explanations and more detailed comments completes the ideas the overview contains. Such text allows teachers, after measuring the interest and cognitive level of their students, to deepen studies. Both the overview and the extra text were created with the objective of exploring in a better way the great number of phenomena that constitutes the human hearing process. Such materials can be adopted by secondary school teachers as well as be part of natural sciences teachers training.