Made available in DSpace on 2015-12-06T23:06:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A pandemia de HIV / Aids tem sido um dos maiores desafios de Saúde publica dos ultimos 25 anos, dada a complexidade de seu agente etiologico e a rapidez com que produz novos casos. A variabilidade genetica do HIV e um dos topicos mais relevantes desta infeccao e esta variabilidade genetica resulta de limitacoes de fidelidade intrinsecas ao mecanismo de replicacao viral, acentuados pela alta taxa de replicacao na geracao e eliminacao de particulas virais durante o tempo da infeccao. A transcricao reversa do genoma viral representa uma etapa critica do ciclo biologico do HIV -I e que pode softer a influencia de varios fatores, como por exemplo a oferta de nucleotideos ou o estado de ativacao celular. Este deficit de oferta de nucleotideos no momento da transcricao reversa pode gerar genomas altamente mutados nos quais, a informacao viral se perde como no caso da hipermutacao. Neste estudo propomos estudar in vitro os mecanismos que podem contribuir pela diversidade genetica do HIV nos momentos iniciais da infeccao em celulas mononucleares de sangue periferico (PBMCs) de individuos saudaveis. Para tanto, ofertamos tres diferentes condicoes de infeccao e cultura para o HIV. Na primeira, infectamos PBMe's em repouso e mantivemos em cultura por 48h; na segunda as PBMCs foram infectadas e ativadas simultaneamente e mantida em cultura por 48h; na terceira condicao, as PBMCs foram ativadas 72h antes da infeccao, apos, infectadas e mantidas em cultura por 48h. Utilizando a tecnica do EndPoint PCR, DNA provirais oriundos de cada condicao de cultura foram obtidos e 46 clones deste DNA produzidos. Em seguida, parte do gene pol contendo 1047 bp de todos os clones foi sequenciado e analisado. Nossos resultados mostraram uma alta taxa de substituicoes de nucleotideos ao longo das sequencias analisadas em todas as condicoes de cultura e a existencia de regioes comuns entre estas sequencias, em todas as condicoes, em que ocorrem substituicoes, destacando as regioes entre 200 a 300 pb, 400 a 500 pb, 600 a 690 pb, 800 a 900 pb. Nestas regioes o processo mutacional e intenso, os eventos mutacionais que mais ocorrem sao os de transicao e as substituicoes nucleotidicas mais fteqUentes sao as de G para A. Ha clones hipermutados nas tres condicoes e a taxa mutacional encontrada esta em um intervalo de I,OxlO-3 a 2,lxlO-2, valores muito acima do que os encontrados normalmente. Nossos resultados sugerem uma nova visao dos momentos iniciais da infeccao pelo HIV -I. Estudos complementares poderao nos ajudar a entender de forma coesa os momentos iniciais da infeccao pelo HIV -I que, sem duvida representa um evento crucial na evolucao da doenca / HIV/Aids have been one of the major challenges for public health in the last 25 years. The genetic variability of the HIV-1 is one of the most relevant features in the study of HIV-1 infections. The genetic variability is the result of error accumulation during reverse transcription and the high turnover rate of the viral popuulation. Reverse transcription represents a critical stage of the biological cycle of HIV-1, and can suffer the influence of some factors as for example the level of nucleotides or the state of cellular activation. This deficit in nucleotides at the moment of the transcription can generate highly mutates genomes in which, the viral information may be lost as in the case of the hipermutation. In this study we addressed in vitro, the mechanisms that can be responsible for the genetic diversity of the HIV-1 at the initial periods of the infection in mononuclear cells of peripheral blood (PBMC's) of healthy individuals. We offered three different conditions of infection. In the first, we infected resting PBMC's and we kept in culture for 48h; in the second PBMC's were infected and activated simultaneously and kept in culture for 48h; in the third condition, PBMC's were activated 72h before infection and kept in culture for 48h. Using molecular biology techniques, the deriving provirus DNA of each culture condition were isolated, and PCR clones of this DNA were obtained. All clones were sequenced and the pol gene was analyzed. Our results demonstrated an elevated number of nucleotide substitutions in the clones analyzed in all three culture conditions. A pattern in variation was observed in the sequences. We identify a common distribution of substitutions in all analyzed sequences in different culture conditions. Our results suggest a new vision of the initial periods of HIV-1 infection. Complementary studies will be necessary to allow a better understanding of the initial periods of HIV-1 infection which represents a crucial event related to disease progression. / FAPESP: 02/11425-8 / FAPESP: 03/05183-4 / BV UNIFESP: Teses e dissertações

Recentemente, pesquisadores têm proposto o uso de Algoritmos Genéticos (AGs) para a determinação da estrutura tridimensional de proteínas. No entanto, este é um problema difícil para um AG tradicional, pois na maioria das vezes ocorre a convergência prematura das soluções para ótimos locais. Isto ocorre porque o uso de mecanismos de seleção no AG acarreta uma perda da diversidade das soluções. Assim, neste trabalho, são investigadas estratégias para controlar a diversidade da população do AG e evitar que a solução fique rapidamente presa em ótimos locais. São empregadas bases de dados de ângulos de torção para a cadeia principal, cadeia lateral e técnicas de controle de diversidade em AGs conhecidas como Hipermutação e Imigrantes Aleatórios. Além disso, um novo algoritmo baseado no AG com Imigrantes Aleatórios Auto-Organizáveis é proposto. Os resultados mostram que estas variações são efetivas no objetivo de não manter o conjunto de soluções preso a uma região apenas, além de melhorar o desempenho para o problema de determinação de estruturas terciárias de proteínas. / Recently, researchers have proposed the use of Genetic Algorithms (GAs) for the determination of the three-dimensional structure of proteins. However, this problem is considered a difficult problem for the standard GA, because most of the cases the convergence occurs early, into local minima instead of the global optimum. This occurs because the use of selection mechanisms in the GA leads to a loss of diversity of solutions. With this in mind, in this work, strategies to control the diversity of the population in the GA are investigated in order to avoid the solution subset to be early caught in local optima. Database sets of torsion angles for the main chain and the side chain are employed, and also modifications in the GAs, known as Hypermutation and Random Immigrants. Besides these approaches, a new algorithm based on the Self-Organizing Random Immigrants is proposed. Results show that these changes are effective in the goal of avoiding the results ensemble to be trapped in a region, and also help improve the performance for the protein structure prediction problem.

Recentemente, pesquisadores têm proposto o uso de Algoritmos Genéticos (AGs) para a determinação da estrutura tridimensional de proteínas. No entanto, este é um problema difícil para um AG tradicional, pois na maioria das vezes ocorre a convergência prematura das soluções para ótimos locais. Isto ocorre porque o uso de mecanismos de seleção no AG acarreta uma perda da diversidade das soluções. Assim, neste trabalho, são investigadas estratégias para controlar a diversidade da população do AG e evitar que a solução fique rapidamente presa em ótimos locais. São empregadas bases de dados de ângulos de torção para a cadeia principal, cadeia lateral e técnicas de controle de diversidade em AGs conhecidas como Hipermutação e Imigrantes Aleatórios. Além disso, um novo algoritmo baseado no AG com Imigrantes Aleatórios Auto-Organizáveis é proposto. Os resultados mostram que estas variações são efetivas no objetivo de não manter o conjunto de soluções preso a uma região apenas, além de melhorar o desempenho para o problema de determinação de estruturas terciárias de proteínas. / Recently, researchers have proposed the use of Genetic Algorithms (GAs) for the determination of the three-dimensional structure of proteins. However, this problem is considered a difficult problem for the standard GA, because most of the cases the convergence occurs early, into local minima instead of the global optimum. This occurs because the use of selection mechanisms in the GA leads to a loss of diversity of solutions. With this in mind, in this work, strategies to control the diversity of the population in the GA are investigated in order to avoid the solution subset to be early caught in local optima. Database sets of torsion angles for the main chain and the side chain are employed, and also modifications in the GAs, known as Hypermutation and Random Immigrants. Besides these approaches, a new algorithm based on the Self-Organizing Random Immigrants is proposed. Results show that these changes are effective in the goal of avoiding the results ensemble to be trapped in a region, and also help improve the performance for the protein structure prediction problem.

A via de Reparo por Excisão de Nucleotídeos (NER) é responsável pelo reparo das lesões causadas pela luz ultravioleta (UV) e de outras lesões capazes de distorcer a dupla hélice, bloqueando a replicação e a transcrição. Os pacientes que apresentam as síndromes recessivas raras Xeroderma Pigmentosum (XP), tricotiodistrofia (TTD) e síndrome de Cockayne (CS) possuem mutações em algum dos 11 genes relacionados ao NER e à transcrição basal. Mutações na proteína XPD levam ao surgimento de diferentes fenótipos: XP, TTD, XP/CS ou COFS (Cerebro-Oculo-Facio-Skeletal Syndrome), uma forma rara de CS. Os pacientes XP apresentam alta incidência de câncer de pele, o que não ocorre com os pacientes TTD e CS, além de poderem apresentar perda neuronal progressiva, enquanto todos os CS e TTD apresentam uma diminuição na mielinização do cérebro. As neuropatologias são provavelmente associadas a problemas no reparo de danos endógenos no DNA das células nervosas. Diversos trabalhos mostraram o envolvimento do NER no reparo desses danos, os quais pensava-se serem reparados apenas por outro mecanismo, o Reparo por Excisão de Base. Neste trabalho mostramos que fibroblastos de pacientes XP-D, XP-D/CS e TTD, portadores de mutações em XPD, são sensíveis ao estresse oxidativo induzido pelo tratamento com azul de metileno fotoativado, apresentando bloqueio prolongado no ciclo celular e permanência da sinalização de danos ao DNA. A complementação das diferentes linhagens com o gene XPD/ERCC2 foi capaz de restaurar a sobrevivência celular. Foram detectadas diferenças importantes na capacidade de reparo/retomada da transcrição após danos gerados por estresse oxidativo em DNA plasmidial, além da ativação de vias diferentes de morte celular: fibroblastos XP-D apresentam maior capacidade de reparo e apresentam morte por apoptose após estresse oxidativo, enquanto os fibroblastos XP-D/CS e TTD apresentam menor capacidade de reparo ativação de mais de uma via de morte celular (apoptose e necrose), diferenças que podem estar ligadas ao fenótipo dos pacientes. Mutações no gene codificante para a DNA polimerase n, POLH, estão associadas à forma variante de XP (XP-V). Pol n é uma polimerase especializada na síntese translesão (TLS) de fotoprodutos, além de estar implicada na TLS de outros tipos de lesões como bases oxidadas, e em vias não relacionadas à TLS como a hipermutação somática e à replicação de regiões de DNA com arquiteturas não-canônicas. Neste trabalho mostramos que os fibroblastos de pacientes XP-V apresentam sensibilidade ao estresse oxidativo. Mostramos uma indução da proteína pol n em fibroblastos primários após danos genotóxicos, associada ao aumento da capacidade de lidar com a parada na forquilha de replicação, possibilitando a continuidade da replicação do DNA e ao aumento da sobrevivência celular. Mostramos uma diferença na estabilidade genômica nos genes das imunoglobulinas dos pacientes XP-V idosos em comparação com os pacientes jovens e controles de idade pareada, mostrando que a ausência dessa polimerase pode estar ligada ao aumento da instabilidade genômica nesses genes / The Nucleotide Excision Repair (NER) pathway is responsible for the repair of UV photoproducts and other bulky lesions that block both replication and transcription. Patients with the rare recessive disorders Xeroderma Pigmentosum (XP), trichothiodystrophy (TTD) and Cockayne Syndrome (CS) carry mutations in one of the 11 NER genes, linked to repair and basal transcription. Mutations in XPD lead to different phenotypes: XP, TTD, XP/CS or COFS (Cerebro-Oculo-Facio-Skeletal Syndrome), a rare form of CS. XP patients have high incidence of skin cancer, which does not occur in TTD or CS patients, although ther may present neurodegeneration, while all CS and TTD patients have neurodevelopmental symptoms linked to dysmielynation. The pathology of these neurological diseases is probably associated with deficient repair of DNA lesions in nervous cells, generated by endogenous processes. Many groups including ours have demonstrated the involvement of NER in the repair of these lesions, previously thought to be exclusively repaired by Base Excision Repair. In this work we show high sensitivity of both primary and transformed XP-D, XP-D/CS and TTD human fibroblasts in response to oxidative stress generated by photoactivated methylene blue, with prolonged cell cycle arrest and DNA damage signaling. The complementation of the three different cell lines with the XPD/ERCC2 gene was able to restore cell survival. We detected important differences in repair capacity/transcription resumption after damage generated by oxidative stress in plasmid DNA, besides the activation of different cell death pathways: XP-D cells have higher repair capacity and die by apoptosis, while XP-D/CS and TTD cells have little repair capacity and activate more than one death pathway (apoptosis and necrosis). We believe these differences can be related to the patients\' phenotypes. Mutations in DNA polymerase n coding gene, POLH, are associated with the variant form of XP (XP-V). Pol n is a translesion synthesis (TLS) polymerase specialized in the TLS past CPD photoproducts, besides other lesions like oxidized bases, and in other processes like somatic hypermutation and DNA replication in structured regions. In this work we show XP-V human fibroblasts are sensitive to oxidative stress. We detected an induction of pol n after genotoxic stress in primary cells, associated with increased ability to deal with the stalled replication fork, and consequently to DNA replication restart and cell survival. In addition, we detected a difference in genomic stability in immunoglobulin genes in aged XP-V patients in comparison to both young patients and age-matched controls, showing the absence of this polymerase may be linked to increased genomic instability in these genes

A via de Reparo por Excisão de Nucleotídeos (NER) é responsável pelo reparo das lesões causadas pela luz ultravioleta (UV) e de outras lesões capazes de distorcer a dupla hélice, bloqueando a replicação e a transcrição. Os pacientes que apresentam as síndromes recessivas raras Xeroderma Pigmentosum (XP), tricotiodistrofia (TTD) e síndrome de Cockayne (CS) possuem mutações em algum dos 11 genes relacionados ao NER e à transcrição basal. Mutações na proteína XPD levam ao surgimento de diferentes fenótipos: XP, TTD, XP/CS ou COFS (Cerebro-Oculo-Facio-Skeletal Syndrome), uma forma rara de CS. Os pacientes XP apresentam alta incidência de câncer de pele, o que não ocorre com os pacientes TTD e CS, além de poderem apresentar perda neuronal progressiva, enquanto todos os CS e TTD apresentam uma diminuição na mielinização do cérebro. As neuropatologias são provavelmente associadas a problemas no reparo de danos endógenos no DNA das células nervosas. Diversos trabalhos mostraram o envolvimento do NER no reparo desses danos, os quais pensava-se serem reparados apenas por outro mecanismo, o Reparo por Excisão de Base. Neste trabalho mostramos que fibroblastos de pacientes XP-D, XP-D/CS e TTD, portadores de mutações em XPD, são sensíveis ao estresse oxidativo induzido pelo tratamento com azul de metileno fotoativado, apresentando bloqueio prolongado no ciclo celular e permanência da sinalização de danos ao DNA. A complementação das diferentes linhagens com o gene XPD/ERCC2 foi capaz de restaurar a sobrevivência celular. Foram detectadas diferenças importantes na capacidade de reparo/retomada da transcrição após danos gerados por estresse oxidativo em DNA plasmidial, além da ativação de vias diferentes de morte celular: fibroblastos XP-D apresentam maior capacidade de reparo e apresentam morte por apoptose após estresse oxidativo, enquanto os fibroblastos XP-D/CS e TTD apresentam menor capacidade de reparo ativação de mais de uma via de morte celular (apoptose e necrose), diferenças que podem estar ligadas ao fenótipo dos pacientes. Mutações no gene codificante para a DNA polimerase n, POLH, estão associadas à forma variante de XP (XP-V). Pol n é uma polimerase especializada na síntese translesão (TLS) de fotoprodutos, além de estar implicada na TLS de outros tipos de lesões como bases oxidadas, e em vias não relacionadas à TLS como a hipermutação somática e à replicação de regiões de DNA com arquiteturas não-canônicas. Neste trabalho mostramos que os fibroblastos de pacientes XP-V apresentam sensibilidade ao estresse oxidativo. Mostramos uma indução da proteína pol n em fibroblastos primários após danos genotóxicos, associada ao aumento da capacidade de lidar com a parada na forquilha de replicação, possibilitando a continuidade da replicação do DNA e ao aumento da sobrevivência celular. Mostramos uma diferença na estabilidade genômica nos genes das imunoglobulinas dos pacientes XP-V idosos em comparação com os pacientes jovens e controles de idade pareada, mostrando que a ausência dessa polimerase pode estar ligada ao aumento da instabilidade genômica nesses genes / The Nucleotide Excision Repair (NER) pathway is responsible for the repair of UV photoproducts and other bulky lesions that block both replication and transcription. Patients with the rare recessive disorders Xeroderma Pigmentosum (XP), trichothiodystrophy (TTD) and Cockayne Syndrome (CS) carry mutations in one of the 11 NER genes, linked to repair and basal transcription. Mutations in XPD lead to different phenotypes: XP, TTD, XP/CS or COFS (Cerebro-Oculo-Facio-Skeletal Syndrome), a rare form of CS. XP patients have high incidence of skin cancer, which does not occur in TTD or CS patients, although ther may present neurodegeneration, while all CS and TTD patients have neurodevelopmental symptoms linked to dysmielynation. The pathology of these neurological diseases is probably associated with deficient repair of DNA lesions in nervous cells, generated by endogenous processes. Many groups including ours have demonstrated the involvement of NER in the repair of these lesions, previously thought to be exclusively repaired by Base Excision Repair. In this work we show high sensitivity of both primary and transformed XP-D, XP-D/CS and TTD human fibroblasts in response to oxidative stress generated by photoactivated methylene blue, with prolonged cell cycle arrest and DNA damage signaling. The complementation of the three different cell lines with the XPD/ERCC2 gene was able to restore cell survival. We detected important differences in repair capacity/transcription resumption after damage generated by oxidative stress in plasmid DNA, besides the activation of different cell death pathways: XP-D cells have higher repair capacity and die by apoptosis, while XP-D/CS and TTD cells have little repair capacity and activate more than one death pathway (apoptosis and necrosis). We believe these differences can be related to the patients\' phenotypes. Mutations in DNA polymerase n coding gene, POLH, are associated with the variant form of XP (XP-V). Pol n is a translesion synthesis (TLS) polymerase specialized in the TLS past CPD photoproducts, besides other lesions like oxidized bases, and in other processes like somatic hypermutation and DNA replication in structured regions. In this work we show XP-V human fibroblasts are sensitive to oxidative stress. We detected an induction of pol n after genotoxic stress in primary cells, associated with increased ability to deal with the stalled replication fork, and consequently to DNA replication restart and cell survival. In addition, we detected a difference in genomic stability in immunoglobulin genes in aged XP-V patients in comparison to both young patients and age-matched controls, showing the absence of this polymerase may be linked to increased genomic instability in these genes