siRNAs são pequenos RNAs de interferência de cadeia dupla que podem silenciar a expressão de genes específicos pós-transcricionalmente. A despeito de suas importantes funções biológicas, poucos estudos vêm se dedicando a abordá-los sob a perspectiva atomística. Com relação às técnicas computacionais, existem ainda poucas informações sobre a confiabilidade das predições in silico realizadas com estas pequenas moléculas de RNA de fitadupla. Neste contexto, o presente trabalho compara os campos de força AMBER, CHARMM e GROMOS na descrição conformacional de siRNAs livres e complexados a proteína p19, através de simulações por dinâmica molecular. Destes, AMBER e CHARMM mantiveram a conformação molecular dos siRNAs similar à geometria cristalográfica, enquanto o GROMOS introduziu uma série de distorções, conforme descrito previamente para a molécula de DNA (RICCI ET AL., 2010). De forma geral, a complexação à p19 promoveu um aumento na rigidez dos siRNAs. Em contrapartida, os problemas apresentados pelo GROMOS foram extensos, incluindo abertura da dupla-hélice e perda do pareamento, possivelmente através de problemas nos ângulos torcionais descritores do esqueleto conformacional dos siRNAs. Assim, os dados obtidos apontam para AMBER e CHARMM como os principais campos de força para simulações de pequenos RNAs. Por outro lado, observamos potenciais pontos de partida para melhoria do GROMOS na descrição de ácidos nucleicos, o que permitiria simulações cobrindo escalas de tempo maiores em máquinas de custos menores. / The small interfering RNA (siRNA), which are small pieces of double-stranded RNA, can silence the expression of specific genes at the post-transcriptional level. While such molecules have an important biological function, only few studies have been dedicated to approach them under the atomistic perspective. Regarding the computational techniques, there is little information on the reliability of in silico predictions performed with these small double-strands RNA molecules. In this context, the current work intends to compare AMBER, CHARMM and GROMOS force fields on the conformational description of p19 protein complexed and uncomplexed siRNAs under molecular dynamics simulations. AMBER and CHARMM force fields behaved similarly to the crystallographic geometry, while GROMOS force field shows a series of distortions, as previously described in DNA simulations (RICCI ET AL., 2010). When complexed to p19, the dynamics of the siRNA demonstrated an increase in its rigidity. On the other hand, the problems presented on GROMOS force field were extensive, including opening of double strands, and loss of base pairing, possibly due to problems with backbone torsional angles of siRNAs. Thus, the obtained data points to AMBER and CHARMM as the main force fields for simulations of small RNAs. Moreover, we observed potential starting points for improving the GROMOS force field on the nucleic acids description, allowing simulations covering longer time scales at lower cost machines.

Seca e ferrugem asiática da soja (FAS) são dois dentre os principais estresses abióticos e bióticos que afetam negativamente a produtividade da soja (Glycine max L. Merrill) no mundo inteiro. A base genética da tolerância à seca e da resistência à FAS não são bem conhecidas e esclarecer como ocorre a resposta a estes estresses em soja é ainda um desafio. Atualmente, sabe-se que as plantas adaptam-se a estes estresses por meio da regulação da expressão gênica em nível transcricional e pós-transcricional. Na via da regulação pós-transcricional, microRNAs (miRNAs) têm sido apontados como importantes reguladores em várias plantas sob estresse biótico e abiótico. Entretanto, em soja, não havia sido relatado qualquer miRNA responsivo a estas condições. Neste contexto, nosso objetivo foi identificar novos miRNAs em soja e, também, caracterizar o padrão de expressão de alguns destes miRNAs durante ambos os estresses, além de buscar detectar genes alvos para estes miRNAs. Deste modo, esta tese foi dividida em capítulos, os quais apresentam os diferentes trabalhos desenvolvidos durante o doutorado. No capítulo III estão relatados os resultados da primeira investigação sobre a adequação de miRNAs como genes normalizadores em plantas. A estabilidade da expressão dos miRNAs foi investigada em diferentes tecidos e genótipos de soja, bem como entre estresses biótico e abiótico. Ao final deste trabalho, foram mostradas evidências de que a estabilidade da expressão de miRNAs pode ser maior que a de genes codificadores de proteínas em análises de RT-qPCR. No capítulo IV está descrita a descoberta de novos miRNAs a partir de bibliotecas de deficiência hídrica e FAS em soja, pelo emprego de sequenciamento de alto desempenho (Solexa). Neste estudo, foram detectados 256 miRNAs. Análises de RT-qPCR foram realizadas para alguns dos novos miRNAs, observando-se alguns miRNAs diferencialmente expressos, indicando evidência molecular para um possível envolvimento de miRNAs em processos responsivos à deficiência hídrica e FAS. Para um dos miRNAs detectado, um novo alvo foi validado, correspondendo a um gene codificador de ascorbato oxidase e possivelmente relacionado com a infecção pelo fungo da ferrugem asiática em genótipo suscetível, dados estes apresentados no capítulo V. Esta tese contribui para o aumento de informações sobre miRNAs de plantas, bem como para o entendimento da regulação gênica em soja sob estresses de deficiência hídrica e FAS. / Drought and Asian Soybean Rust (ASR) are the major abiotic and biotic stresses that negatively affect soybean (Glycine max L. Merrill) productivity around the world. The genetic basis of drought tolerance and ASR resistance are not well understood, and clarification on how the response to these stresses occur in soybean is still a challenge. Currently, it is known that adaptation is achieved through the regulation of gene expression at the transcriptional and post-transcriptional levels. In the way of post-transcriptional regulation, microRNAs (miRNAs) have been found to act as key regulator factors in many other plants under biotic and abiotic stresses. However, in soybean there was no report of miRNAs responsive to these conditions. In this context, our goal was to identify new miRNAs in soybean, characterize some of the miRNA expression patterns during both stresses, and try to detect target genes for the miRNAs. In this way, this thesis was divided in chapters which present the different works that were developed during the PhD period. In chapter three, the suitability of miRNAs as housekeeping genes in plants was investigated. MiRNA expression stability was analysed in different soybean tissues and genotypes as well as after abiotic or biotic stress treatments. It was shown that miRNA expression stability can be higher than the expression stability of protein-coding genes by RT-qPCR analysis. In chapter four, new miRNAs were discovered from Solexa deep sequencing of soybeans submitted to water deficit and rust infection. From these analyses 256 miRNAs were detected. RT-qPCRs were performed for some of the new miRNAs and the identification of differentially expressed miRNAs was observed, provinding molecular evidence for the possible involvement of miRNAs in the process of water deficit- and rust-stress responses. For one of the new miRNAs detected by Solexa sequencing, a new target was validated, which is a gene encoding ascorbate oxidase and that seems to be related with soybean rust infection in the genotype susceptible to the fungus (results were presented in chapter five). The present thesis contributes to improve the information about miRNAs in plantas, as well as to the understanding of soybean gene regulation under water deficit and ASR stresses.

Pitanga (Eugenia uniflora L.) é uma árvore arbustiva com frutas semelhantes à cereja, que cresce em diferentes tipos de vegetação e ecossistemas como consequência da sua alta capacidade de adaptação a diferentes condições de solo e clima. Esta espécie é de particular interesse econômico devido às suas propriedades medicinais, que são atribuídas aos metabólitos especializados presentes em suas folhas e frutos. Entre os metabólitos, os terpenóides são os mais abundantes dos óleos essenciais que são encontrados nas folhas. A diversidade de terpenos observada em Myrtaceae é determinada pela atividade de diferentes membros das famílias das terpeno sintases e oxidosqualeno ciclases. Por outro lado, os miRNAs são pequenos RNAs endógenos que desempenham papéis regulatórios essenciais no crescimento das plantas, desenvolvimento e resposta ao estresse. Por esta razão, estudos extensivos de miRNAs foram realizados em plantas modelos e outras plantas de importância econômica nos últimos anos. Portanto, o objetivo deste estudo é gerar recursos genômicos para E. uniflora utilizando sequenciamento de nova geração e ferramentas de bioinformática para a identificação de miRNAs conservados e novos, bem como os genes envolvidos na sínteses dos terpenóides. No capítulo 3, bibliotecas de pequenos RNA e RNA-seq foram construídas a partir de folhas de pitanga para identificar miRNAs maduros e pre-miRNAs, respectivamente. De 14.489.131 leituras limpas de pequenos RNA, foram obtidos 1.852.722 sequências de miRNAs maduros que representam 45 famílias conservadas e que foram identificadas em outras espécies de plantas. Análises posteriores, usando contigs montados a partir do RNA-seq, permitiu a predição das estruturas secundárias de 42 pre-miRNAs: 25 conservados e 17 novos. Alvos potenciais foram previstos para os miRNAs maduros mais abundantes nos pre-miRNAs, identificados com base na homologia de sequências. Além disso, a expressão de 27 pre-miRNAs foi validada utilizando ensaios de RT-PCR em diferentes indivíduos de pitanga. Este estudo é o primeiro de identificação em grande escala de miRNAs e seus alvos potenciais de uma espécie da família Myrtaceae, e proporciona mais informação sobre a conservação evolutiva dos vias regulatórias dos miRNAs em plantas com destaques para os miRNAs específicos da pitanga. No capítulo 4, a biblioteca de RNA-seq sequenciada anteriormente foi utilizada para identificar os genes potencialmente envolvidos na via da biossíntese dos terpenos e diversidade dos terpenóides a partir da montagem de novo e a anotação do transcriptoma de E. uniflora. No total, foram identificados 72.742 unigenes com um comprimento médio de 1.048 pb. Destes, 43.631 e 36.289 unigenes foram anotadas com as bases de dados das proteínas não redundantes do NCBI e Swiss-Prot, respectivamente. A ontologia gênica categorizou as sequências em 53 grupos funcionais. A análise das vias metabólicas com KEGG revelou 8.625 unigenes designados a 141 vias metabólicas e 40 unigenes preditos como associados com a biossíntese de terpenóides. Por outro lado, foram identificados quatro genes putativos de terpeno sintases (TPS), de comprimento completo, envolvidos na biossíntese de monoterpenos e sesquiterpenos, e três genes putativos de oxidosqualeno ciclases (OSC), de comprimente completo, envolvidos na biossíntese de triterpenos. Além disso, a expressão destes genes foi validada em diferentes tecidos de E. uniflora. A futura caracterização bioquímica dos diferentes TPS e OSC descritos aqui determinará especificamente o tipo de terpenóide sintetizado em condições ambientais específicas. Os dados produzidos neste estudo servirão como referência para estudos genéticos sobre os mecanismos moleculares que são responsáveis pela composição química dos óleos essenciais em E. uniflora e os aspectos fisiológicos da capacidade de adaptação desta espécie a diferentes habitats. / Pitanga (Eugenia uniflora L.) is a shrubby tree with edible cherry-like fruits that grows in different vegetation types and ecosystems as a consequence of its high adaptability to different soils and climate conditions. This species is of particular interest due to its medicinal properties that are attributed to specialized metabolites present in their leaves and fruits with potential pharmacological benefits. Among these metabolites, the terpenoids are the most abundant in the essential oils found in the leaves. The terpene diversity observed in Myrtaceae is determined by the activity of different members of the terpene synthase and oxidosqualene cyclase families. Furthermore, miRNAs are endogenous small RNAs that play essential regulatory roles in plant growth, development and stress response. For this reason, extensive studies of miRNAs have been performed in model plants and other plants of economic importance in the last years. Therefore, the aim of this study is to generate genomic resources for E. uniflora using next generation sequencing and bioinformatics tools to identify conserved and new miRNAs, and to identify the genes involved in the synthesis of terpenoids. In chapter 3, small RNA and RNA-seq libraries were constructed from leaves to identify mature miRNAs and pre-miRNAs, respectively. From 14.489.131 small RNA clean reads we obtained 1.852.722 mature miRNA sequences, representing 45 conserved families that have been identified in other plant species. Further analysis using assembled contigs from RNA-seq allowed the prediction of secondary structures of 42 pre-miRNAs: 25 conserved and 17 novel. Potential targets were predicted for the most abundant mature miRNAs, which were identified in pre-miRNAs based on sequence homology. In addition, the expression of 27 identified pre-miRNAs was validated using RTPCR assays in different individuals of pitanga. In chapter 4, the previously sequenced RNA-seq library was de novo assembled followed by annotation of the E. uniflora transcriptome and used to identify the genes potentially involved in the terpene biosynthesis pathway and terpenoid diversity. In total, we identified 72.742 unigenes with a mean length of 1.048 bp. Of these, 43.631 and 36.289 unigenes were annotated with the NCBI non-redundant protein and Swiss-Prot databases, respectively. The gene ontology categorized the sequences into 53 functional groups. A metabolic pathway analysis with KEGG revealed 8.625 unigenes assigned to 141 metabolic pathways and 40 unigenes predicted to be associated with the biosynthesis of terpenoids. Furthermore, we identified four putative full-length terpene synthase (TPS) genes involved in sesquiterpenes and monoterpenes biosynthesis, and three putative full-length oxidosqualene cyclase (OSC) genes involved in the triterpenes biosynthesis. In addition, expression of these genes was validated in different E. uniflora tissues. Future biochemical characterization of the different TPS and OSC described here will determine the type of terpenoid specifically synthesized in specific environmental conditions. The data produced in this study will serve as a reference for genetic studies about the molecular mechanisms behind the chemical composition of the essential oils in E. uniflora and about the physiologic aspects of the capacity of adaptation of this specie to different habitats.

Pitanga (Eugenia uniflora L.) é uma árvore arbustiva com frutas semelhantes à cereja, que cresce em diferentes tipos de vegetação e ecossistemas como consequência da sua alta capacidade de adaptação a diferentes condições de solo e clima. Esta espécie é de particular interesse econômico devido às suas propriedades medicinais, que são atribuídas aos metabólitos especializados presentes em suas folhas e frutos. Entre os metabólitos, os terpenóides são os mais abundantes dos óleos essenciais que são encontrados nas folhas. A diversidade de terpenos observada em Myrtaceae é determinada pela atividade de diferentes membros das famílias das terpeno sintases e oxidosqualeno ciclases. Por outro lado, os miRNAs são pequenos RNAs endógenos que desempenham papéis regulatórios essenciais no crescimento das plantas, desenvolvimento e resposta ao estresse. Por esta razão, estudos extensivos de miRNAs foram realizados em plantas modelos e outras plantas de importância econômica nos últimos anos. Portanto, o objetivo deste estudo é gerar recursos genômicos para E. uniflora utilizando sequenciamento de nova geração e ferramentas de bioinformática para a identificação de miRNAs conservados e novos, bem como os genes envolvidos na sínteses dos terpenóides. No capítulo 3, bibliotecas de pequenos RNA e RNA-seq foram construídas a partir de folhas de pitanga para identificar miRNAs maduros e pre-miRNAs, respectivamente. De 14.489.131 leituras limpas de pequenos RNA, foram obtidos 1.852.722 sequências de miRNAs maduros que representam 45 famílias conservadas e que foram identificadas em outras espécies de plantas. Análises posteriores, usando contigs montados a partir do RNA-seq, permitiu a predição das estruturas secundárias de 42 pre-miRNAs: 25 conservados e 17 novos. Alvos potenciais foram previstos para os miRNAs maduros mais abundantes nos pre-miRNAs, identificados com base na homologia de sequências. Além disso, a expressão de 27 pre-miRNAs foi validada utilizando ensaios de RT-PCR em diferentes indivíduos de pitanga. Este estudo é o primeiro de identificação em grande escala de miRNAs e seus alvos potenciais de uma espécie da família Myrtaceae, e proporciona mais informação sobre a conservação evolutiva dos vias regulatórias dos miRNAs em plantas com destaques para os miRNAs específicos da pitanga. No capítulo 4, a biblioteca de RNA-seq sequenciada anteriormente foi utilizada para identificar os genes potencialmente envolvidos na via da biossíntese dos terpenos e diversidade dos terpenóides a partir da montagem de novo e a anotação do transcriptoma de E. uniflora. No total, foram identificados 72.742 unigenes com um comprimento médio de 1.048 pb. Destes, 43.631 e 36.289 unigenes foram anotadas com as bases de dados das proteínas não redundantes do NCBI e Swiss-Prot, respectivamente. A ontologia gênica categorizou as sequências em 53 grupos funcionais. A análise das vias metabólicas com KEGG revelou 8.625 unigenes designados a 141 vias metabólicas e 40 unigenes preditos como associados com a biossíntese de terpenóides. Por outro lado, foram identificados quatro genes putativos de terpeno sintases (TPS), de comprimento completo, envolvidos na biossíntese de monoterpenos e sesquiterpenos, e três genes putativos de oxidosqualeno ciclases (OSC), de comprimente completo, envolvidos na biossíntese de triterpenos. Além disso, a expressão destes genes foi validada em diferentes tecidos de E. uniflora. A futura caracterização bioquímica dos diferentes TPS e OSC descritos aqui determinará especificamente o tipo de terpenóide sintetizado em condições ambientais específicas. Os dados produzidos neste estudo servirão como referência para estudos genéticos sobre os mecanismos moleculares que são responsáveis pela composição química dos óleos essenciais em E. uniflora e os aspectos fisiológicos da capacidade de adaptação desta espécie a diferentes habitats. / Pitanga (Eugenia uniflora L.) is a shrubby tree with edible cherry-like fruits that grows in different vegetation types and ecosystems as a consequence of its high adaptability to different soils and climate conditions. This species is of particular interest due to its medicinal properties that are attributed to specialized metabolites present in their leaves and fruits with potential pharmacological benefits. Among these metabolites, the terpenoids are the most abundant in the essential oils found in the leaves. The terpene diversity observed in Myrtaceae is determined by the activity of different members of the terpene synthase and oxidosqualene cyclase families. Furthermore, miRNAs are endogenous small RNAs that play essential regulatory roles in plant growth, development and stress response. For this reason, extensive studies of miRNAs have been performed in model plants and other plants of economic importance in the last years. Therefore, the aim of this study is to generate genomic resources for E. uniflora using next generation sequencing and bioinformatics tools to identify conserved and new miRNAs, and to identify the genes involved in the synthesis of terpenoids. In chapter 3, small RNA and RNA-seq libraries were constructed from leaves to identify mature miRNAs and pre-miRNAs, respectively. From 14.489.131 small RNA clean reads we obtained 1.852.722 mature miRNA sequences, representing 45 conserved families that have been identified in other plant species. Further analysis using assembled contigs from RNA-seq allowed the prediction of secondary structures of 42 pre-miRNAs: 25 conserved and 17 novel. Potential targets were predicted for the most abundant mature miRNAs, which were identified in pre-miRNAs based on sequence homology. In addition, the expression of 27 identified pre-miRNAs was validated using RTPCR assays in different individuals of pitanga. In chapter 4, the previously sequenced RNA-seq library was de novo assembled followed by annotation of the E. uniflora transcriptome and used to identify the genes potentially involved in the terpene biosynthesis pathway and terpenoid diversity. In total, we identified 72.742 unigenes with a mean length of 1.048 bp. Of these, 43.631 and 36.289 unigenes were annotated with the NCBI non-redundant protein and Swiss-Prot databases, respectively. The gene ontology categorized the sequences into 53 functional groups. A metabolic pathway analysis with KEGG revealed 8.625 unigenes assigned to 141 metabolic pathways and 40 unigenes predicted to be associated with the biosynthesis of terpenoids. Furthermore, we identified four putative full-length terpene synthase (TPS) genes involved in sesquiterpenes and monoterpenes biosynthesis, and three putative full-length oxidosqualene cyclase (OSC) genes involved in the triterpenes biosynthesis. In addition, expression of these genes was validated in different E. uniflora tissues. Future biochemical characterization of the different TPS and OSC described here will determine the type of terpenoid specifically synthesized in specific environmental conditions. The data produced in this study will serve as a reference for genetic studies about the molecular mechanisms behind the chemical composition of the essential oils in E. uniflora and about the physiologic aspects of the capacity of adaptation of this specie to different habitats.

Orientador: Iscia Lopes-Cendes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-15T13:20:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dogini_DanyellaBarbosa_D.pdf: 2328676 bytes, checksum: 73a9334f34715cbcfdd00b38ccd1a93f (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: MicroRNAs são moléculas recém-descobertas de RNA não-codificadores que possuem de 21 a 24 nucleotídeos e que regulam a expressão após a transcrição dos genes alvo. Essa regulação pode ser realizada através da inibição da tradução ou da degradação do RNA mensageiro. Os miRNAs estão envolvidos em vários processo biológicos como, diferenciação celular e desenvolvimento embrionário, além de apresentarem expressão tecido e tempo-específica. Eles podem regular a expressão de pelo menos 1/3 de todos os genes humanos e estão envolvidos com a regulação do metabolismo e da apoptose. Os miRNAs são a chave como reguladores pós-transcricionais da neurogênese; estudos mostram que eles possuem a expressão associada com a transição entre proliferação e diferenciação e também tem expressão constitutiva em neurônios maduros, evidenciando o envolvimento dessas moléculas com o desenvolvimento do sistema nervoso central (SNC). Outros miRNAs estão sendo estudados e verifica-se que eles agem como reguladores de genes envolvidos em doenças como Alzheimer, Parkinson e, provavelmente, também devam possuir um papel na regulação das epilepsias. No primeiro trabalho, apresentado no segundo capítulo, investigamos o papel dos miRNAs no desenvolvimento do SNC através da quantificação de 104 miRNAs em cérebros em desenvolvimento de camundongos. No segundo trabalho, apresentado no terceiro capítulo, para analisarmos o papel dos miRNAs na epilepsia de lobo temporal, verificamos se havia presença de miRNAs com expressão diferenciada entre tecidos removidos de pacientes que se submeteram a cirurgia de hipocampectomia e tecidos normais provenientes de autópsias. Para ambos os experimentos, foram extraídos os RNAs dos tecidos e quantificados por PCR em tempo real com o kit MicroRNA Assay baseado em iniciadores com estrutura em stem loop. Nos camundongos, análises de bioinformática encontraram quatro cluster de acordo com a expressão dos miRNAs. Um cluster (C1) com 12 miRNAs (miR-9; miR-17- 5p; miR-124a; miR-125a; miR-125b;miR-130a; miR-140; miR-181a; miR-199a; miR-205; miR-214; miR-301) apresentou expressão com diferença significativa durante o desenvolvimento. Nos tecidos dos pacientes, após a análise de bioinformática, encontramos três miRNAs com expressão diferenciada entre pacientes e controle (miR-29b, miR-30d e let-7). Em ambos os experimentos analisamos os possíveis genes alvo desse miRNAs. Nos camundongos, nossos resultados sugerem a presença de um padrão específico de expressão no cluster C1, indicando que esses miRNAs possam ter um papel na regulação de genes envolvidos na neurogênese. Nos tecidos humanos, os genes alvo encontrados estão envolvidos, principalmente, em proliferação celular, neurogênese e apoptose, indicando uma provável atuação dos miRNAs na regulação de genes que estão envolvidos na epilepsia de lobo temporal / Abstract: MicroRNAs are a new class of small RNA molecules (21-24 nucleotide-long) that negatively regulate gene expression either by translational repression or target mRNA degradation. It is believed that about 30% of all human genes are targeted by these molecules. MiRNAs are involved in many important biological processes including cell differentiation, embryonic development and central nervous system formation, besides they showed specific temporal-space expression. They can regulate 1/3 of human genes and are involved in metabolism and apoptosis. miRNAs are the key as neurogenesis postranscriptional regulation; studies previous indicates miRNA expression associate with proliferation and differentiation in development of central nervous system (CNS) and housekeeping expression in mature neurons. They are involved in several diseases as Alzkeimer's and Parkinson and may have a role in epilepsy regulation. In second chapter, we analyze the miRNA expression in mouse brain during four stages of CNS development; in third chapter, we analyze hippocampal tissue of four patients who underwent selective resection of the mesial temporal structures for the treatment of clinically refractory seizures. In addition we used control samples from autopsy (n=4) for comparison. In both experiments, total RNA was isolated from tissues and used in real-time PCR reactions with TaqMan¿ microRNA assays (Applied Biosystems) to quantify 104 (mouse brain) or 157 (human tissue) different miRNAs. In mouse brain analysis, we were able to identified four different clusters (C1, C2, C3 and C4) of miRNAs expression. Significant differences in expression during development were observed only in miRNAs included in C1. Our results suggest the presence of a specific expression pattern in C1, indicating that these miRNAs could have an important role in gene regulation during neurogenesis. We found a significant decrease (p<0,05) in expression of 12 miRNAs (miR-9; miR-17-5p; miR-124a; miR-125a; miR-125b;miR-130a; miR-140; miR-181a; miR-199a; miR-205; miR-214; miR- 301) belonging to cluster C1 in latter stages of development. Computational target identification showed that 10 of the 12 miRNAs present in C1 could be involved in neurogenesis. In human tissues, bioinformatics analyzes identified three miRNAs species which were differently expressed in patients as compared to controls: let7a was over expressed in patients (4 fold increased), miR-29b and miR-30d were down-regulated in patients (2.5 fold and 0.5 fold decreased, respectively). Possible target genes for let-7a are NME6 and NCAM1 (which would be down-regulated in patients); for miR-29b is MCL-1 and for miR30d are CTNND2, LGI1 and SON (which would be up-regulated in patients). We have identified three different miRNA species differently expressed in hippocampal sclerosis. Gene functions related to the possible miRNA targets are involved mainly with cell proliferation, neurogenesis, cell adhesion and apoptosis. Our results indicate new molecular targets which should be explored in additional studies addressing miRNA regulation in hippocampal sclerosis / Doutorado / Neurociencias / Doutor em Fisiopatologia Medica

Philosophiae Doctor - PhD / Ovarian cancer (OC) is the most fatal gynaecologic malignancy that is generally diagnosed in the advanced stages, resulting in a low survival rate of about 40%. This emphasizes the need to identify a biomarker that can allow for accurate diagnosis at stage I. MicroRNAs (miRNAs) are appealing as biomarkers due to their stability, non-invasiveness, and differential expression in tumour tissue compared to healthy tissue. Since they are non-coding, their biological functions can be uncovered by examining their target genes and thus identifying their regulatory pathways and processes. This study aimed to identify miRNAs and genes as candidate biomarkers for early stage OC diagnosis, through two distinct in silico approaches. The first pipeline was based on sequence similarity between miRNAs with a proven mechanism in OC and miRNAs with no known role. This resulted in 9 candidate miRNAs, that have not been previously implicated in OC, that showed 90-99% similarity to a miRNA involved in OC. Following a series of in silico experimentations, it was uncovered that these miRNAs share 12 gene targets that are expressed in the ovary and also have proven implications in the disease. Since the miRNAs target genes contribute to OC onset and progression, it strengthens the notion that the miRNAs may be dysregulated as well. Using TCGA, the second pipeline involved analysing patient clinical data along with implementing statistical measures to isolate miRNAs and genes with high expression in OC. This resulted in 26 miRNAs and 25 genes being shortlisted as the potential candidates for OC management. It was also noted that targeting interactions occur between 15 miRNAs and 16 genes identified through this pipeline. In total, 35 miRNAs and 37 genes were identified from both pipelines.

Introdução: A isquemia cerebral é uma desordem da função cerebral ocasionado pela supressão sanguínea no tecido cerebral sem nenhuma outra causa aparente do que a vascular. Estudos revelam os danos causados pela isquemia cerebral focal repercutem não apenas na região da lesão isquêmica, mas também em outras regiões do encéfalo, dentre elas o cerebelo. O etanol atua diminuindo o tempo de reação do corpo e a resposta reflexa, produzindo até mesmo perda de coordenação motora. Por tempos, estudos tem verificado a ação do etanol no cerebelo. Objetivos: Este trabalho tem por objetivo analisar o córtex cerebelar de ratos submetidos a um modelo experimental de isquemia cerebral focal transitória por oclusão da ACM durante 90 minutos, seguida por reperfusão de 48 horas, associado ou não a modelo de alcoolismo. Material e métodos: Foram utilizados 50 ratos Wistar adultos, subdivididos em 5 grupos experimentais: grupo controle (C): animais submetidos apenas à anestesia; grupo sham (S): animais submetidos à simulação completa do procedimento cirúrgico; grupo isquêmico (I): animais submetidos à isquemia cerebral focal por 90 minutos seguido por reperfusão de 48 horas; grupo alcoolizado (A): animais que receberam diariamente álcool etílico absoluto diluído a 20% em água durante quatro semanas; e, grupo isquêmico e alcoolizado (IA): animais submetidos ao mesmo tratamento do grupo A e que, após quatro semanas foram submetidos à isquemia cerebral focal durante 90 minutos, seguido por reperfusão de 48 horas. As amostras do cerebelo coletadas e realizado a análise de imunohistoquímica da proteína CASPASE-9 e a análise sérica por meio de PCR - RT dos miRNAS miR-21, miR-126 e o miR155. Resultados: A expressão de CASPASE 9 teve maior expressão no grupos I, A e I+A. A análise dos miRNAS, o miR-126 foi maior nos grupos A e I+A, o miR-155 foi maior nos grupos I e I+A. Conclusões: Podemos concluir que a ocorrência de apoptose no córtex cerebelar, mesmo distante do foco isquêmico e ques miRNAs 126 e 155 apresentam correlação com a apoptose celular em ratos isquêmicos e submetidos ao modelo de alcoolismo crônico / INTRODUCTION: Cerebral ischemia is a disorder of brain function caused by blood suppression in brain tissue with no apparent cause other than vascular. Studies reveal the damage caused by focal cerebral ischemia to affect not only the region of the ischemic lesion but also other regions of the brain, including the cerebellum. Ethanol acts by decreasing the reaction time of the body and the reflex response, producing even loss of motor coordination. For some time, studies have verified the action of ethanol in the cerebellum. AIMS: This study aims to analyze the cerebellar cortex of rats submitted to an experimental model of transient focal cerebral ischemia by ACM occlusion for 90 minutes, followed by reperfusion of 48 hours, associated or not with the model of alcoholism. METHODS: Fifty adult Wistar rats were used, subdivided into 5 experimental groups: control group (C): animals submitted to anesthesia only; sham group (S): animals submitted to complete simulation of the surgical procedure; ischemic group (I): animals submitted to focal cerebral ischemia for 90 minutes followed by reperfusion of 48 hours; alcoholic group (A): animals that received daily absolute ethanol diluted 20% in water for four weeks; and ischemic and alcoholized group (AI): animals submitted to the same treatment as group A and after four weeks were submitted to focal cerebral ischemia for 90 minutes, followed by reperfusion of 48 hours. The cerebellum samples were collected and the immunohistochemical analysis of the CASPASE-9 protein and the serum analysis by means of RT-PCR of miRNAS miR-21, miR-126 and miR155 were performed. RESULTS: The expression of CASPASE 9 had higher expression in groups I, A and I + A. The miRNAS analysis, miR-126 was higher in groups A and I + A, miR-155 was higher in groups I and I + A. CONCLUSIONS: We can conclude that apoptosis occurs in the cerebellar cortex, even if it is distant from the ischemic focus, and that miRNAs 126 and 155 present a correlation with cellular apoptosis in ischemic rats and submitted to the chronic alcohol model

Inúmeros aspectos da reprodução em Apis mellifera já foram extensamente divulgados, no entanto, os mecanismos reguladores da manutenção do estado estéril das operárias, bem como aqueles que permitem a ativação de seus ovários, ainda estão para serem descobertos. Por exemplo, a organização dos folículos ovarianos em crescimento e a arquitetura e papel das células foliculares neste processo. Além disso, para compreender o processo de ativação dos ovários em um contexto mais amplo, também é necessária uma investigação da síntese e maturação de diferentes classes de RNAs as quais modelam redes de interações gênicas extremamente complexas. Portanto, neste doutorado, tivemos como objetivo realizar 1- uma análise morfológica dos ovários ativos de operárias de A. mellifera obtidos em condições orfandade, com ênfase nas células foliculares e 2- um estudo aprofundado da regulação da expressão gênica (genes estruturais e reguladores) que é de fundamental importância para ligar os genótipos aos fenótipos. A análise morfológica dos ovários de operárias de A. mellifera foi realizada em microscópio de fluorescência ou confocal (priorizou a contagem das células foliculares) e microscópio eletrônico de transmissão, que permitiu a descrição e caracterização, pela primeira vez, da patência em ovários de operárias A. mellifera. Paralelamente, por meio da técnica de RNAseq, foi possível analisar o transcriptoma (miRNAs e mRNAs) de amostras específicas de ovários, em diferentes estados fisiológicos, em rainhas e operárias. Os mRNAs e miRNAs que se destacaram em nossas análises in silico foram validados experimentalmente por RT-PCR com alto grau de reprodutibilidade e em harmonia com o estado fisiológico dos ovários. Os transcritos altamente expressos nos ovários ativados foram: fpps5, cad, obp7, yellow-g e aqueles representados pelo GB42182 e GB44975. Acreditamos estes genes possam fazer parte da rede que regula o processo de ativação dos ovários em A. mellifera. Os miRNAs que se destacaram em nossas análises foram: A) miR-306 e miR-317 - altamente expressos nas amostras de ovários funcionais e B) miR-71 pelo fato de, nas análises in silico, ser o mais forte candidato a alvejar a vitelogenina, e na análise experimental, apresentarem, microRNAs e mRNAs, perfis de expressão antagônicos. A construção de bibliotecas de microRNAs e mRNAs a partir de ovários funcionais e não funcionais de abelhas operárias e rainhas, a análise de expressão, bem como a predição de uma rede de integração nos deu um retrato do sensível equilíbrio reprodutivo que mantém ambas as castas em aparente harmonia dentro da colônia aonde elas assumem, no momento certo, seus papéis nesta sofisticada sociedade empreendendo ou não a reprodução. / Countless aspects of reproduction in Apis mellifera have been widely published, however, the regulatory mechanisms for the maintenance of the sterile state of workers as well as those that allow the activation of their ovaries are still to be discovered, as much as the organization of growing ovarian follicles, the architecture and the role of follicular cells during this process. Furthermore, to understand the activation process of the ovaries in a broader context, it is also necessary to investigate the synthesis and maturation of different classes of RNAs which exemplify networks of gene interactions, extremely complex. Therefore, PhD project, we aimed to approach: 1 - A morphological analysis of active ovaries of A. mellifera workers obtained in queenless conditions, with emphasis on the follicular cells and 2 - A detailed study of the regulation of gene expression (structural and regulatory genes) that is crucial for linking genotypes to phenotypes. Morphologic analysis of workers ovaries of A. mellifera was performed under a fluorescence microscope or confocal (prioritized follicular cell count) and transmission electron microscope, which allowed, for the first time, a description and characterization of the patency of worker ovaries in A. mellifera. Similarly, by RNAseq technique, it was possible to analyze the transcriptome (miRNAs and mRNAs) of specific samples of ovaries at different physiological states, in queens and workers. mRNAs and miRNAs that stood out in our in silico analysis were experimentally validated by RT-PCR with high reproducibility and in harmony with ovaries physiologic state. Transcripts highly expressed in activated ovaries were fpps5, cad, obp7, yellow-g and those represented by GB42182 and GB44975. We believe these genes may be part of the network that regulates ovaries activation process in A. mellifera. miRNAs that stood out in our analysis were: - a) - miR-306 and miR-317 - highly expressed in samples of active ovaries and b) -miR-71 by the fact that the in silico analysis, was the strongest candidate to target vitellogenin, and in experimental analysis, presented antagonistic profile of expression when microRNAs and mRNAs were contrasted. The construction of microRNAs and mRNAs libraries from active and inactive ovaries of worker bees and queens, the analysis expression, as well as the prediction of a integrative network has given us a portrait of the sensitive reproductive balance that keeps both castes of bees in apparent harmony within the colony, where they take each one, at the right time, their roles in this sophisticated society, undertaking or not the reproduction.

O vírus linfotrópico de células T humanas (HTLV-1) foi o primeiro retrovírus descrito e está etiologicamente ligado a duas principais doenças: a leucemia/linfoma de célula T do adulto (ATLL) e a mielopatia associada ao HTLV-1/paraparesia espástica tropical (HAM/TSP). Apenas 0,3 a 5% dos indivíduos infectados desenvolvem essas doenças associadas, enquanto a maioria permanece assintomática. A HAM/TSP é uma manifestação inflamatória do sistema nervoso central e o mecanismo pelo qual o HTLV-1 induz o surgimento de HAM/TSP ainda não está totalmente esclarecido. Atualmente, uma abordagem promissora no entendimento de mecanismos, bem como na fisiopatogênese das infecções virais tem sido a avaliação da função de microRNAs (miRNAs). Há poucos dados na literatura envolvendo estas moléculas na infecção pelo HTLV-1 em linfócitos T CD4+ bem como no estabelecimento da doença HAM/TSP. No presente estudo, foi avaliada a expressão de miRNAs dos linfócitos T CD4+ isolados de portadores sem HAM/TSP (HAC), pacientes HAM/TSP e indivíduos sadios (CT) por meio de PCR em tempo real. A análise do perfil de expressão dos miRNAs nessas células revelou que 56 e 10 miRNAs apresentavamse mais 1,5 vezes aumentados no grupo HAM/TSP e HAC, respectivamente. O miR- 125b-1-1 apresentou expressão significamente maior no grupo HAC e o miR-146a, no grupo HAM/TSP. A análise in silico de predição de alvo demonstrou que o gene IFNG era potencialmente alvo do miR-125b-1-1 e os genes IRAK1 e TRAF6 do miR- 146a. Foi demonstrado que a expressão do IFNG no grupo HAC era 1,3 vezes mais elevado que o grupo CT e 1,8 vezes mais elevado no grupo HAM que no grupo CT. Houve um aumento na expressão de TRAF6 de 15,7 e 1,5 vezes nos grupos HAM/TSP e HAC, respectivamente. Não foi observada diferença na expressão de IRAK1 entre os três grupos. O ensaios de superexpressão do miR-125b-1-1 alterou a expressão do IFNG e do miR-146a alterou a expressão do gene IRAK1 e sua proteína. Os resultados evidenciados neste trabalho ressaltam a importância dos miRNAs na modulação de genes e proteínas importantes durante a infeção pelo HTLV-1. A correlação entre o miR-125b-1-1 e gene IFNG sugere que este miRNA esteja envolvido nos mecanismos de desenvolvimento de HAM/TSP. Além disso, a interação entre o miR-146a e os genes IRAK1 e TRAF6 sugerem que este miRNA esteja relacionado a mecanismos de persistência viral da infecção pelo HTLV-1 em linfócitos T CD4+. / Human T-cell lymphotropic vírus type 1 (HTLV-1) was the first human retrovirus discovered and it is related with two major diseases: adult T cell lymphoma/leukaemia (ATLL) and HTLV-1 -associated myelopathy/tropical spastic paraparesis (HAM/TS). About 0.3 to 5% of infected individuals will develop HTLV-1 related diseases, while the majority will remain life-long asymptomatic carriers of the virus. HAM/TSP is an inflammatory manifestation of central nervous system and the mechanism involved in HAM/TSP development is noy well elucidated. Currently, a promising approach on understanding the mechanisms as well as physiopathogenesis of viral infections has been the evaluation of the role of microRNAs (miRNAs) roles. There are few data involving CD4+ T cells miRNA expression in HTLV-1 infection as well as HAM/TSP establishment. To identify miRNAs differentially expressed in CD4+ T cells among non-infected individuals (CT), asymptomatic (HAC) and HAM/TSP patients we applied quantitative real time PCR. The analysis of miRNA expression profile in these cells showed 56 and 10 miRNAs upregulated 1.5 times in HAM/TSP and HAC groups, respectively. miR- 125b-1-1 was upregulated in HAC group and miR-146a in HAM/TSP. In silico analysis of target prediction showed that IFNG was a potentially miR-125b-1-1 target and IRAK1 and TRAF6 were miR-146a targets. IFNG expression was 1.3 higher in HAC than CT group and 1.8 higher in HAM/TSP than CT group. It was observed that TRAF6 expression was 15.7 and 1.5 times higher in HAM/TSP and HAC groups, respectively. There was no difference of IRAK1 expression among the three groups. Overexpression assays of miR-125b-1-1 altered IFNG expression and overexpression of miR-146a altered IRAK1 gene and protein expression. The results revealed that miRNAs modulate genes and proteins during HTLV-1 infection. miR- 125b-1-1 and IFNG gene correlation suggests that miR-125b-1-1 seems to contribute to HAM/TSP development. Besides, miR-146a and IRAK1 and TRAF6 interaction suggests that miT-146a seems to contribute to HTLV-1 establishment in CD4+ T cells.

Introdução: Com comportamento biológico heterogêneo e alta incidência, o Câncer de Próstata (CaP), apresenta uma grande variabilidade na agressividade da neoplasia. O CaP primário possuiu altas taxas de cura quando diagnosticado na sua forma inicial. Aproximadamente 35% dos pacientes acometidos pela neoplasia evoluem para a doença metastática. A aquisição de um fenótipo independente de andrógeno pelas células cancerosas da próstata é a alteração que apresenta o pior prognóstico para os pacientes. Uma investigação a respeito dos mecanismos de resistência ao tratamento hormonal bem como sobre possíveis mecanismos proporcionados por moléculas reguladoras, como os microRNAs, podem nos auxiliar na compreensão desse fenótipo resistente. Objetivos: Avaliar o perfil de expressão dos miR-221, miR-222, miR-23b e miR-27b e dos genes p27 Kip-1, CCNG1 e RA em amostras teciduais de pacientes com CaP primário que responderam ou não a terapia hormonal e correlacionar com os fatores prognósticos clássicos do CaP, além de avaliar o papel dos microRNAs anti-miR-221, anti-miR-222, miR-23 e miR-27b em experimentos in vitro utilizando ensaios de apoptose, ciclo e proliferação celular em ambientes exposto e não exposto a Flutamida (FLU) em linhagem celular sabidamente resistente à castração (PC-3). Materiais e Métodos: Selecionamos retrospectivamente 44 amostras de tumores primários de pacientes com CaP clinicamente localizado e que foram submetidos à prostatectomia radical. Dos 44 pacientes apenas nove continuaram a responder a hormônio terapia e 35 se mostraram resistente em menos de um ano de tratamento. O grupo controle foi constituído de dez espécimes cirúrgicos de pacientes que possuíam Hiperplasia Prostática Benigna (HPB). Para análise de expressão gênica e dos microRNAs os materiais genéticos foram obtidos utilizando protocolos convencionais de extração e técnica de qRT-PCR utilizando primers específicos para cada tipo de microRNA e gene. Os ensaios celulares de avaliação da apoptose, ciclo e proliferação celular foram realizados no citômetro MUSE utilizando linhagem celular PC-3 seguindo as recomendações do fabricante. Os grupos nos três ensaios eram constituídos das seguintes formas: controle, microRNA, FLU e microRNA+FLU. Resultados: Encontramos subexpressão dos miR-221, miR-222, miR- 23b e miR-27b no CaP em comparação com o HPB, em relação aos genes, foi observada superexpressão dos três genes analisados, p27 Kip-1, CCNG1 e RA. Encontramos correlação significativa entre a maior expressão do miR-23b e o grupo de pacientes que possuíam PSA > 10ng/mL. No ensaio de apoptose encontramos relações significativas entre as taxas de apoptose total nos grupos tratados com miR-23b+FLU e miR-27b+FLU em relação ao controle (p=0,0006 e p=0,003 respectivamente). No ensaio de ciclo celular, demonstramos que dentre os grupos já mencionados anteriormente, o que melhor demonstrou resultado foi o grupo tratado apenas com FLU, reduzindo o número de células na fase final, G2-M (p > 0,0001). Igualmente ao ciclo celular, o ensaio de proliferação demonstrou melhores resultados quando as células foram tratadas com FLU, ocorrendo uma diminuição discreta quando comparadas ao grupo controle (p < 0,05). Conclusão: Nossos resultados demonstram subexpressão dos 4 microRNAs estudados nas amostras dos pacientes com CaP e superexpressão dos três genes analisados nestes mesmos casos. Postulamos que exista um efeito sinérgico entre os microRNAs 23b/27b juntamente com a FLU no ensaio de apoptose, e demonstramos que apenas a FLU obteve resultado significativo no controle do ciclo celular e de células em proliferação em linhagem PC-3 / Introduction: Prostate Cancer (PCa) is a heterogeneous disease heterogeneous with high incidence, presents a great variability in the aggressiveness of the neoplasia. Primary PCa has high cure rates when diagnosed in its initial form. Approximately 35% of the patients affected by the neoplasia evolve to metastatic disease. The acquisition of an androgenindependent phenotype by prostate cancer cells is the change that presents the worst prognosis for patients. An investigation about mechanisms of resistance to hormone treatment as well as possible mechanisms provided by regulatory molecules, such as microRNAs, may help us to understand this resistant phenotype. Objectives: To evaluate the expression profile of miR-221, miR-222, miR-23b and miR-27b and p27 Kip-1, CCNG1 and AR genes in tissue samples from patients with primary PCa who have or have not responded to hormone therapy and to evaluate the role of anti-miR-221, antimiR- 222, miR-23 and miR-27b microRNAs in in vitro experiments using apoptosis, cycling and cell proliferation assays in environments exposed and not exposed to Flutamide (FLU) in cell line known to be resistant to castration (PC-3). Materials and Methods: We retrospectively selected 44 primary tumor samples from patients with clinically localized PCa and who underwent radical prostatectomy. Of the 44 patients, only nine continued to respond to hormone therapy and 35 were resistant in less than one year of treatment. The control group consisted of ten surgical specimens from patients who had Benign Prostatic Hyperplasia (BPH). For gene expression analysis and microRNAs the genetic materials were obtained using conventional extraction protocols and qRT-PCR technique using primers specific for each type of microRNA and gene. Cell assays of apoptosis, cycle and cell proliferation were performed on the MUSE cytometer using PC-3 cell line following the manufacturer\'s recommendations. The groups in the three trials were composed of the following forms: control, microRNA, FLU and microRNA+FLU. Results: We found subexpression of the miR-221, miR-222, miR-23b and miR-27b in PCa compared to BPH, in relation to the genes, overexpression of the three genes analyzed, p27 Kip-1, CCNG1 and AR was observed.We found a significant correlation between the greater expression of miR-23b and the group of patients who had PSA > 10ng/mL. In the apoptosis assay we found significant relationships between total apoptosis rates in the groups treated with miR-23b+FLU and miR-27b+FLU in relation to the control (p=0.0006 and p=0.003 respectively). Similarly to the cell cycle, the proliferation assay showed better results when the cells were treated with FLU, in this case a discrete decrease occurring when compared to the control group (p < 0.05). Conclusion: Our results demonstrate subexpression of the 4 microRNAs studied in the samples of patients with PCa. An anarchic expression of the p27 Kip-1 gene, overexpression of CCNG1 and AR genes in cases. We postulated that there is a synergistic effect between -23b/-27b microRNAs along with FLU in the apoptosis assay, and we demonstrated that only FLU had a significant effect on cell cycle control and proliferating in PC-3 cell line