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Stem cell research, especially the one dealing with human embryonic stem cells, is a major topic nowadays. In the last few years studies about human embryonic stem cell derived cardiomyocytes highlighted the importance of those, as their characteristics are almost identical as of the cardiomyocytes in the heart (i.e. the contraction of those cells). The studies concentrate on the ability of using cardiomyocytes in the drug development for cardiac diseases or in regenerative medicine and cell replacement therapies. In contrast some researchers concentrate on microRNAs (miRNAs) as regulators in the development of cardiomyocytes. This study combines both research topics as it deals with stem cells and miRNAs (as well as their target mRNAs). A main objective is to find differentially expressed genes by using Significance Analysis of Microarrays (SAM) as method. Furthermore miRNA target prediction is applied and the identified targets are compared with the ones found by SAM. With an intersection approach we derived 41 targets of up-regulated miRNAs and 25 targets of down-regulated miRNAs, which can be the basis for further studies (i.e. knock-out experiments).

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Duplicação genica é uma das principais forças levando a evolução dos genomas eucarioto. O impacto de duplicações gênicas/genômicas vem sendo investigado a muito tempo em humanos e outros primatas. Um segundo mecanismo de duplicação gênica, a retrotransposição baseada em RNA maduros, vem sendo menos estudada devido ao seu potencial menor de gerar cópias funcionais. No entanto, recentemente, publicações descreveram retrocópias funcionais em humanos, roedores e mosca de fruta. Nesta tese, para investigar sobre retrocópias causando variabilidade genética no genoma de primatas, nós desenvolvemos a implementamos os métodos para detectar estas inserções. Utilizando nove genomas e transcriptomas publicamente disponíveis (sete primatas e dois roedores) nós confirmamos um número similar, porém, com origem independente, de retrocópias em primatas e roedores. Nós também encontramos um enriquecimento de retrocópias no genoma de Platyrrhini, possivelmente explicado pela expansão de L1PA7 e L1P3 nestes genomas. Posteriormente, nós analisamos a ortologia de retrocópias no genoma de primatas e encontramos 127 eventos específicos à linhagem humana. Nós também exploramos dados do projeto 1000 Genomes para detectar retrocópias polimórficas (retroCNVs germinativos) e encontramos 17 eventos, presentes no genoma referência humano, mas ausentes em mais de um indivíduo. Similarmente, nós investigamos novas retroduplicações de mRNAs no genoma humano, detectando 21 eventos ausentes do genoma referência. Finalmente, investigamos a existência de retroCNVs somáticos e descrevemos sete possíveis retrocópias somáticas. Apesar de sua possível insignificância, nós encontramos que algumas retrocópias compartilhadas entre todos os primatas, espécie específicas, e polimórficas podem ser expressas per se ou como transcritos quiméricos com genes hospedeiros. Sobretudo, nós encontramos que retrocópias são um fator importante da variabilidade genética inter-espécie, intra-espécie e intra-indivíduo e podem estar influenciando a evolução de mamíferos ao criar reservatórios de duplicações potencialmente funcionais. / Gene duplication is a major driving force of evolution in eukaryotic genome. The impact of gene/genomic duplication has long been investigated in human and other primates. A second mechanism of gene duplication, retrotransposition, which is based on mature RNA, has been traditionally less studied due to their lower potential to generate functional copies. Recently, however, publications described functional retrocopies in humans, murines and drosophila. Here, to gain insights of the genetic variability arising from retrocopies on primate genomes, we developed and implemented the methods to detect these insertions. Using nine publicly available reference genomes and transcriptomes (seven primates and two rodents) we described a similar number independently arisen retrocopies in primates and rodents. We also found an enrichment of retrocopies in Platyrhinni genomes, putatively explained by the expansion of L1PA7 and L1P3 in these genomes. Next, we evaluated the orthology of retrocopies in primate genomes and found 127 events specific to human lineage. We also explored 1000 Genomes Project data to detect polymorphic events (germinative retroCNVs) on human populations and found 17 events, present on the reference genome, absent in more than one individual. Conversely, we also investigated new insertions of mRNA retroduplications in the human genome, detecting 21 events absent to the human reference genome. Finally, we evaluated the existence of somatic retroCNVs and described seven putative somatic retrocopies. Despite their putative insignificance, we found that some of these shared, specie-specific and polymorphic events may be expressed per se and as chimeric transcripts within host genes. Taken together, we found that retrocopies are a great factor of genetic variation interspecie, intraspecie e intraindividual and may be affecting mammal evolution by creating reservoirs of potentially functional duplications

O interesse científico em rearranjos gênicos relacionados com a etiogênese e progressão do câncer relaciona-se, principalmente, à descoberta da fusão BCR/ABL na Leucemia Mieloide Crônica, sendo que desde então, houve uma evolução no manejo dessa doença, instigando uma série de estudos correlatos em outras neoplasias. Essas pesquisas culminaram no encontro do primeiro rearranjo gênico em tumores sólidos, o gene de fusão TMPRSS2/ERG, envolvendo a região promotora do gene da serina protease, o TMPRSS2, e o gene da família de fatores de transcrição ETS, o ERG. Ele é específico de adenocarcinoma da próstata, o que o torna forte candidato a biomarcador e já demonstra exercer papel de destaque no manejo clínico do câncer de próstata (CaP), tal qual o exercido pela fusão BCR/ABL. Sua frequência têm se mostrado associada a diversos fatores, sobretudo à etnia de origem. Indivíduos portadores de CaP oriundos de diversos países já foram estudados quanto à frequência dessa fusão e o resultado é bastante diversificado. No Brasil, entretanto, ainda não há dados a respeito desse rearranjo, e este trabalho visa contribuir para a identificação da frequência da mesma e sua contribuição para o diagnóstico e o tratamento do CaP no país. Para tal, utilizamos mRNA de 20 indivíduos com CaP provenientes do serviço de atendimento do HCFMRP/USP, e por meio da técnica de RT-PCR, obtivemos o cDNA dos mesmos que foram investigados quanto à presença da fusão TMPRSS2/ERG, e as amostras positivas sequenciadas para determinação do tipo de isoforma envolvida. Identificamos que 35% das amostras continham o rearranjo e que todas correspondiam à isoforma do tipo III, cuja literatura a relaciona com um fenótipo agressivo do CaP, porém não metástico, e é também a mais comumente identificada. Ao confrontarmos essa evidência com os dados clínicos e histopatológicos, constatamos que havia correlação entre eles, sugerindo assim, como em outros trabalhos, o potencial desse rearranjo como marcador de agressividade do CaP. No entanto, não verificamos relação entre a presença da fusão e dados de progressão da doença. Em vista desses resultados, destacamos a necessidade da promoção de outros trabalhos de mesmo caráter, abrangendo outras regiões, a fim de se delinear um perfil mais representativo desse rearranjo no Brasil, uma vez que seu potencial como biomarcador diagnóstico e clínico é enorme e pode influenciar sobremaneira no manejo do CaP. / Scientific interest in gene rearrangements associated with cancer progression and etiogenesis relates mainly to the discovery of BCR/ABL fusion in chronic myelogenous leukemia, and since then there has been an evolution in the management of this disease, prompting a series of related studies in other malignancies. These researches resulted in the meeting of the first gene rearrangement in solid tumors, the fusion gene TMPRSS2/ERG involving the promoter region of the gene of serine protease, TMPRSS2, and the gene family of transcription factors ETS, the ERG. It is specific for adenocarcinoma of the prostate, which makes it a strong candidate biomarker and shows already exert a prominent role in the clinical management of prostate cancer (PCa), as is exercised by the BCR/ABL. Its frequency has been shown to be associated with several factors, especially the ethnic origin. Individuals with CaP from different countries have been studied in the frequency of this merger and the result is quite diverse. In Brazil, however, there is no data about this rearrangement, and this paper aims to contribute to the identification of the same frequency and its contribution to the diagnosis and treatment of PCa in the country. Therefore, we used mRNA from 20 individuals with CaP from the answering service HCFMRP/USP, and by RT-PCR, cDNA obtained from the same people who were investigated for the presence of fusion TMPRSS2/ERG, and positive samples sequenced to determine the type of isoform involved. We found that 35% of the samples contained the rearrangement and that all corresponded to the type III isoform, whose literature relates to an aggressive phenotype of PCa, but not metastatic, and is also the most commonly identified. When we compared this evidence with clinical and histopathological data, we found that there was a correlation between them, suggesting, as in other studies, the potential of this rearrangement as a agressivity marker of PCa. However, no significant association between the presence of data fusion and disease progression. In view of these results, we highlight the need to promote other works of the same character, covering other regions, in order to delineate a more representative profile of this rearrangement in Brazil, since its potential as a biomarker and clinical diagnosis is huge and can influence greatly in the management of PCa.

Duplicação genica é uma das principais forças levando a evolução dos genomas eucarioto. O impacto de duplicações gênicas/genômicas vem sendo investigado a muito tempo em humanos e outros primatas. Um segundo mecanismo de duplicação gênica, a retrotransposição baseada em RNA maduros, vem sendo menos estudada devido ao seu potencial menor de gerar cópias funcionais. No entanto, recentemente, publicações descreveram retrocópias funcionais em humanos, roedores e mosca de fruta. Nesta tese, para investigar sobre retrocópias causando variabilidade genética no genoma de primatas, nós desenvolvemos a implementamos os métodos para detectar estas inserções. Utilizando nove genomas e transcriptomas publicamente disponíveis (sete primatas e dois roedores) nós confirmamos um número similar, porém, com origem independente, de retrocópias em primatas e roedores. Nós também encontramos um enriquecimento de retrocópias no genoma de Platyrrhini, possivelmente explicado pela expansão de L1PA7 e L1P3 nestes genomas. Posteriormente, nós analisamos a ortologia de retrocópias no genoma de primatas e encontramos 127 eventos específicos à linhagem humana. Nós também exploramos dados do projeto 1000 Genomes para detectar retrocópias polimórficas (retroCNVs germinativos) e encontramos 17 eventos, presentes no genoma referência humano, mas ausentes em mais de um indivíduo. Similarmente, nós investigamos novas retroduplicações de mRNAs no genoma humano, detectando 21 eventos ausentes do genoma referência. Finalmente, investigamos a existência de retroCNVs somáticos e descrevemos sete possíveis retrocópias somáticas. Apesar de sua possível insignificância, nós encontramos que algumas retrocópias compartilhadas entre todos os primatas, espécie específicas, e polimórficas podem ser expressas per se ou como transcritos quiméricos com genes hospedeiros. Sobretudo, nós encontramos que retrocópias são um fator importante da variabilidade genética inter-espécie, intra-espécie e intra-indivíduo e podem estar influenciando a evolução de mamíferos ao criar reservatórios de duplicações potencialmente funcionais. / Gene duplication is a major driving force of evolution in eukaryotic genome. The impact of gene/genomic duplication has long been investigated in human and other primates. A second mechanism of gene duplication, retrotransposition, which is based on mature RNA, has been traditionally less studied due to their lower potential to generate functional copies. Recently, however, publications described functional retrocopies in humans, murines and drosophila. Here, to gain insights of the genetic variability arising from retrocopies on primate genomes, we developed and implemented the methods to detect these insertions. Using nine publicly available reference genomes and transcriptomes (seven primates and two rodents) we described a similar number independently arisen retrocopies in primates and rodents. We also found an enrichment of retrocopies in Platyrhinni genomes, putatively explained by the expansion of L1PA7 and L1P3 in these genomes. Next, we evaluated the orthology of retrocopies in primate genomes and found 127 events specific to human lineage. We also explored 1000 Genomes Project data to detect polymorphic events (germinative retroCNVs) on human populations and found 17 events, present on the reference genome, absent in more than one individual. Conversely, we also investigated new insertions of mRNA retroduplications in the human genome, detecting 21 events absent to the human reference genome. Finally, we evaluated the existence of somatic retroCNVs and described seven putative somatic retrocopies. Despite their putative insignificance, we found that some of these shared, specie-specific and polymorphic events may be expressed per se and as chimeric transcripts within host genes. Taken together, we found that retrocopies are a great factor of genetic variation interspecie, intraspecie e intraindividual and may be affecting mammal evolution by creating reservoirs of potentially functional duplications

O interesse científico em rearranjos gênicos relacionados com a etiogênese e progressão do câncer relaciona-se, principalmente, à descoberta da fusão BCR/ABL na Leucemia Mieloide Crônica, sendo que desde então, houve uma evolução no manejo dessa doença, instigando uma série de estudos correlatos em outras neoplasias. Essas pesquisas culminaram no encontro do primeiro rearranjo gênico em tumores sólidos, o gene de fusão TMPRSS2/ERG, envolvendo a região promotora do gene da serina protease, o TMPRSS2, e o gene da família de fatores de transcrição ETS, o ERG. Ele é específico de adenocarcinoma da próstata, o que o torna forte candidato a biomarcador e já demonstra exercer papel de destaque no manejo clínico do câncer de próstata (CaP), tal qual o exercido pela fusão BCR/ABL. Sua frequência têm se mostrado associada a diversos fatores, sobretudo à etnia de origem. Indivíduos portadores de CaP oriundos de diversos países já foram estudados quanto à frequência dessa fusão e o resultado é bastante diversificado. No Brasil, entretanto, ainda não há dados a respeito desse rearranjo, e este trabalho visa contribuir para a identificação da frequência da mesma e sua contribuição para o diagnóstico e o tratamento do CaP no país. Para tal, utilizamos mRNA de 20 indivíduos com CaP provenientes do serviço de atendimento do HCFMRP/USP, e por meio da técnica de RT-PCR, obtivemos o cDNA dos mesmos que foram investigados quanto à presença da fusão TMPRSS2/ERG, e as amostras positivas sequenciadas para determinação do tipo de isoforma envolvida. Identificamos que 35% das amostras continham o rearranjo e que todas correspondiam à isoforma do tipo III, cuja literatura a relaciona com um fenótipo agressivo do CaP, porém não metástico, e é também a mais comumente identificada. Ao confrontarmos essa evidência com os dados clínicos e histopatológicos, constatamos que havia correlação entre eles, sugerindo assim, como em outros trabalhos, o potencial desse rearranjo como marcador de agressividade do CaP. No entanto, não verificamos relação entre a presença da fusão e dados de progressão da doença. Em vista desses resultados, destacamos a necessidade da promoção de outros trabalhos de mesmo caráter, abrangendo outras regiões, a fim de se delinear um perfil mais representativo desse rearranjo no Brasil, uma vez que seu potencial como biomarcador diagnóstico e clínico é enorme e pode influenciar sobremaneira no manejo do CaP. / Scientific interest in gene rearrangements associated with cancer progression and etiogenesis relates mainly to the discovery of BCR/ABL fusion in chronic myelogenous leukemia, and since then there has been an evolution in the management of this disease, prompting a series of related studies in other malignancies. These researches resulted in the meeting of the first gene rearrangement in solid tumors, the fusion gene TMPRSS2/ERG involving the promoter region of the gene of serine protease, TMPRSS2, and the gene family of transcription factors ETS, the ERG. It is specific for adenocarcinoma of the prostate, which makes it a strong candidate biomarker and shows already exert a prominent role in the clinical management of prostate cancer (PCa), as is exercised by the BCR/ABL. Its frequency has been shown to be associated with several factors, especially the ethnic origin. Individuals with CaP from different countries have been studied in the frequency of this merger and the result is quite diverse. In Brazil, however, there is no data about this rearrangement, and this paper aims to contribute to the identification of the same frequency and its contribution to the diagnosis and treatment of PCa in the country. Therefore, we used mRNA from 20 individuals with CaP from the answering service HCFMRP/USP, and by RT-PCR, cDNA obtained from the same people who were investigated for the presence of fusion TMPRSS2/ERG, and positive samples sequenced to determine the type of isoform involved. We found that 35% of the samples contained the rearrangement and that all corresponded to the type III isoform, whose literature relates to an aggressive phenotype of PCa, but not metastatic, and is also the most commonly identified. When we compared this evidence with clinical and histopathological data, we found that there was a correlation between them, suggesting, as in other studies, the potential of this rearrangement as a agressivity marker of PCa. However, no significant association between the presence of data fusion and disease progression. In view of these results, we highlight the need to promote other works of the same character, covering other regions, in order to delineate a more representative profile of this rearrangement in Brazil, since its potential as a biomarker and clinical diagnosis is huge and can influence greatly in the management of PCa.

A metamorfose em insetos é um dos mais complexos e belos eventos biológicos conhecidos, dirigido por sucessivas alterações morfo-fisiológicas. Este intricado processo é coordenado por componentes moleculares como ecdisteroides (20E) e hormônio juvenil (HJ), fatores de transcrição e microRNAs (miRNAs). Os miRNAs regulam a expressão de genes-alvo, que por sua vez orquestram alterações fisiológicas e anatômicas necessárias para o completo desenvolvimento do organismo. Apesar do enorme esforço, os circuitos genéticos e endócrinos que regulam a metamorfose em insetos sociais, como a abelha Apis mellifera, estão longe de serem completamente esclarecidos. Os miRNAs são importantes componentes da maquinaria celular e parecem ser ubíquos no controle de processos biológicos. Desvendar novas interações miRNA-mRNAs alvo envolvidas com a metamorfose e a regulação das cascatas de 20E e HJ lançará uma luz sobre esse complexo evento. Em nosso estudo nós investigamos os papéis de miR-34, miR-281, miR-252a e miR-252b, conhecidos como reguladores da metamorfose em insetos, no modelo A. mellifera. Todos estes miRNAs revelaram alto grau de conservação filogenética, bem como responderam ao tratamento com 20E, sofrendo flutuações na abundância de transcritos. Usando as informações disponíveis e nossos bancos de dados, nós identificamos interações envolvendo estes miRNAs e genes participantes nas cascatas de HJ e 20E: ultraspiracle (Usp), fushi tarazu-transcription factor 1 (ftz-f1), ecdysone receptor (EcR), calponin (chd64), insulin receptor 2 (inr2), e Krüppel homolog 1 (Krh1). A predição das interações miRNA-mRNAs alvo revelou que os receptores de ecdisteroides EcR e Usp, bem como o fator de transcrição ftz-f1 são alvos importantes dos miRNAs estudados, apresentando sítios para os quatros miRNAs investigados. Observamos também que os seis genes codificadores de proteína são putativamente alvejados por miR-34. Por meio do ensaio da luciferase, pudemos validar as interações entre miR-34 e os alvos Kr-h1, chd64 e inr2; miR-252a e os alvos ftz-f1 e EcR; miR-252b e os alvos chd64 e ftz-f1; miR-281 e os alvos ftz-f1, EcR e Usp. A investigação dos perfis de expressão dos miRNAs ao longo do desenvolvimento larval (L3-PP3) e pupal (Pw), contrastados com os perfis de seus respectivos alvos, apontou muitos casos de relações positivas miRNA-mRNA. Estes resultados complementaram os resultados de validação, e expuseram a regulação exercida pelo miRNA sobre seus alvos. Juntos, os nossos resultados apontam para novas interações miRNA-mRNAs, envolvidas com a metamorfose em A. mellifera. As regulações por nós propostas e validadas bem como suas caracterizações e relações com os hormônios reguladores da metamorfose, são inéditas e acrescentam muito ao conhecimento sobre a regulação da metamorfose em A. mellifera. Nesse contexto, nossa pesquisa definitivamente contribui para uma melhor compreensão dos eventos moleculares envolvidos com a metamorfose de abelhas. / Insect metamorphosis is one of the most complex and beautiful of known biological events; it consists of successive morphological and physiological alterations. This intricate process is coordinated by various molecular components, including ecdysteroids (20E), juvenile hormone (JH), transcription factors and microRNAs (miRNAs). The miRNAs regulate gene expression, which in turn orchestrates physiological and anatomical changes necessary for successful insect ontogeny. Despite enormous efforts, the endocrine and genetic circuits that regulate metamorphosis in social insects, such as honey bees (Apis mellifera), are far from being completely elucidated. The miRNAs are a substantial component of this molecular machinery and seem to be ubiquitously involved in the control of biological processes. Disclosing new miRNA-target interactions involved in metamorphosis and in the regulation of 20E and JH cascades can shed light on these poorly understood events. In this study, we provide new pieces to this puzzle. We investigated the roles of miR-34, miR-281, miR-252a and miR-252b, known to be important regulators of insect metamorphosis, in the A. mellifera model. All of these miRNAs revealed a high degree of phylogenetic conservation and responded to treatment with 20E, which altered transcript abundance. Using available information and our databases, we identified interactions involving these miRNAs and the component genes of JH and 20E pathways: ultraspiracle (Usp), fushi tarazu-transcription factor 1 (ftz-f1), ecdysone receptor (EcR), calponin (chd64), insulin receptor 2 (inr2), and Krüppel homolog 1 (Kr-h1). Prediction of miRNA-target interactions revealed that the ecdysteroid receptors EcR and Usp and the transcription factor ftz-f1 are highly targeted by miRNAs involved in metamorphosis; they presented binding sites for all four miRNAs. We also observed that all six-protein coding genes are putatively targeted by miR-34. Using the luciferase assay, we were able to validate the interactions of miR-34 with the targets Krh1, chd64 and inr2; miR-252a with the targets ftz-f1 and EcR; miR-252b with the targets chd64 and ftz-f1; and miR-281 with the targets ftz-f1, EcR and Usp. Investigation of miRNA expression profiles during larval (L3-PP3) and pupal (Pw) development, as a function of the profiles of their respective targets, demonstrated many cases of positive miRNA-mRNA relationships. These results complemented the validation results, showing how the miRNAs regulate their targets. In conclusion, we identified various previously unknown miRNA-mRNA interactions involved in the metamorphosis of A. mellifera. The regulatory pathways proposed and validated by us, as well as their characterizations and relationships with metamorphosis regulator hormones, are unique and add to the understanding of the regulation of metamorphosis in A. mellifera. In this context, our research contributes to a better understanding of the molecular events involved in honey bee metamorphosis.