Os elementos genéticos móveis (mobile genetic elements MGEs), são elementos extremamente importantes para plasticidade e evolução dos genomas. Uma das classes mais importantes de MGEs são as sequências de inserção (insertion sequences - IS). Estes elementos são encontrados em bactérias e archaea e apresentam grande diversidade de famílias e mecanismos de movimentação. Uma família interessante de IS é IS200/605, esta família encontra-se distribuída em bactérias, archaea e vírus e utiliza substratos de DNA de fita simples para seu processo de transposição. Neste trabalho, através da análise de dados públicos de transcritoma identificamos RNAs sobrepostos ao 3\' de genes tnpB de IS200/605 em archaea e bactérias, estes transcritos foram chamados de sense overlapping transcripts (sotRNAs). As extremidades 5\' e 3\' dos sotRNAs foram mapeadas através de dados de RNA-seq de pequenos RNAs (sRNA-seq) e validadas através da técnica de C-RACE. Análises de sequência e estrutura secundária demonstraram que estes RNAs apresentam um motivo conservado chamado de RE-like. Utilizando a sequência consenso deste motivo pudemos identificar RNAs intergênicos derivados de IS200/605 em H. salinarum NRC-1. Para caracterização funcional, construímos linhagens superexpressando os RNAs VNG_sot0042 e VNG_R0052, ambos contendo o motivo RE-like. Curvas de crescimento, utilizando as linhagens construídas demonstraram que a superexpressão destes RNAs aumenta o crescimento de H. salinarum demonstrando sua funcionalidade. Devido a presença do motivo RE-like, extremidades 5\' e 3\' determinadas e fenótipo visualizado em curva de crescimento padrão, o sotRNA VNG_sot0042 foi estudado mais a fundo. Realizamos experimentos de RNA-seq para avaliar o impacto desta superexpressão no transcritoma de H. salinarum NRC-1, assim como experimentos de SILAC para identificação de proteínas parceiras em larga escala. Nestes ensaios identificamos proteínas e genes associados ao processo de adesão, geração de células persistentes e resistência a metais pesados. Ensaios de adesão e sobrevivência a metais pesados demonstraram que a linhagem de superexpressão apresenta maior capacidade de aderir a vidro e maior sobrevivência em diversas condições de estresse. Deste modo, podemos sugerir que ncRNAs derivados de IS200/605 são importantes moléculas regulatórias em H. salinarum NRC-1 e nos ajudam a compreender a manutenção de IS200/605 e seus derivados nos genomas de procariotos. / Mobile genetic elements (MGEs) are extremely important for plasticity and evolution of genomes. Their impacts are diverse and could be related to antibiotic resistence or symbiosis. One of the most important class of MGEs are insertion sequences (ISs). These elements are found widespread throughout bacteria and archaea, presenting a great diversity of families. An interesting family is the IS200/605, this family is found widespread in bacteria, archaea and viruses and is divided in three subgroups according to it\'s genetic composition: IS200 with tnpA gene alone, IS605 with tnpA and tnpB and IS1341 with tnpB only. Another interesting aspect is the utilization of single-stranded DNA as a substrate during the transposition process. In this work, through the analysis of public available transcriptomic data we identified transcripts that overlaps the 3\' end of tnpB in IS200/605 in both bacteria and archaea. These transcripts were named sense overlapping transcripts (sotRNAs). Sequence and secondary structure analysis showed a conserved motif present in sotRNAs, the RE-like motif. Using the consensus sequence of this motif we identified novel intergenic ncRNAs containing this motif that are derived from IS200/605. For functional characterization we overexpressed a sotRNA (VNG_sot0042) and a intergenic (VNG_R0052), both containing the RE-like motif. Standard growth curves demonstrated that the overexpression of these ncRNAs improve H. salinarum growth showing that this RNA is functional. To further evaluate the impact of the overexpressions we prepared RNA-seq libraries of the strain overexpressing VNG_sot0042 and in parallel performed SILAC experiments to identify potential protein-RNA interaction partners. Differentially regulated genes and interacting proteins associated with adhesion and persistent cells generation were found. Adhesion and survival assays showed that the lineage overexpressing VNG_sot0042 has a better capability to adhere in glass surfaces and survive more in diverse stressful conditions.

Estudos recentes têm revelado que uma fração significativa do transcriptoma de eucariotos é composta por RNAs não codificadores longos (lncRNAs). Este trabalho investigou o padrão de expressão de um conjunto de lncRNAs originados a partir de regiões intrônicas de genes codificadores de proteínas em três linhagens celulares tumorais humanas utilizando microarranjos de DNA customizados. Realizamos uma série de análises in silico com a perspectiva de identificar propriedades globais desses transcritos, tais como a abundância relativa em diferentes tecidos, características evolutivas, estruturais e regulatórias, além de possíveis funções celulares. Avaliamos também a contribuição da metilação do DNA, um mecanismo de silenciamento epigenético da expressão de genes codificadores de proteínas, na regulação da expressão de lncRNAs intrônicos. Observamos que uma fração dos lncRNAs intrônicos detectados nas linhagens estudadas são conservados evolutivamente, tem padrão de expressão tecido específico, e está enriquecida em elementos regulatórios na sua extremidade 5\'. Foram identificados subconjuntos de lncRNAs intrônicos possivelmente atuando sobre genes associados a vias regulatórias importantes para o controle do desenvolvimento de organismos e ciclo celular. Comparativamente a mRNAs, uma menor proporção de lncRNAs intrônicos possui ilhas CpGs (CGIs) na vizinhança de seu início de transcrição. Apesar disso, observamos que um subconjunto desses transcritos teve sua expressão sensível ao tratamento com o agente desmetilante de DNA 5-AZA, demonstrando que lncRNAs intrônicos transcritos podem estar sujeitos a regulação transcricional mediada por metilação do DNA. Dentre os lncRNAs intrônicos regulados por metilação do DNA, destaca-se o lncRNA AS-APP, cuja expressão aumentou em 25 a 80 vezes nas linhagens celulares DU-145 e HEK293, respectivamente, após tratamento com 5-AZA. Este lncRNA possui uma CGI metilada e um promotor ativo a cerca de 4 kb de distância do seu início de transcrição conhecido. O aumento da transcrição do lncRNA AS-APP após desmetilação do DNA correlacionou-se a uma diminuição significativa dos níveis de expressão do mRNA do gene APP. Este resultado sugere uma possível ação regulatória em cis do lncRNA AS-APP no locus APP, um importante gene envolvido na doença de Alzheimer e com expressão associada ao prognóstico de alguns tipos de câncer. Os resultados obtidos neste trabalho reforçam a ideia de que lncRNAs intrônicos constituem unidades transcricionais independentes que se encontram sobre controle regulatório nos diferentes tipos celulares. Foi gerado também um catálogo de lncRNAs intrônicos regulados por metilação que permitirá a seleção de candidatos com maior potencial de relevância funcional para caracterização detalhada. / Recent studies have revealed that a significant fraction of the eukaryotic transcriptome is composed of long noncoding RNAs (lncRNAs). This work investigated the expression pattern in three human tumor cell lines of a set of lncRNAs originated from intronic regions of protein coding RNAs, using custom DNA oligoarrays. In silico analyses were performed to identify global properties of these transcripts such as relative abundance in different human tissues, regulatory, evolutionary and structural aspects, as well as their possible cellular functions. In addition, we evaluated the contribution of DNA methylation, an important epigenetic mechanism that control the expression of protein coding genes, in the regulation of intronic lncRNAs expression. We found that a fraction of the intronic lncRNAs detected in the cell lines are evolutionarily conserved, show a tissue specific expression pattern, and is enriched in regulatory elements at their 5\' end region. Subsets of intronic lncRNAs possibly acting on genes associated to important regulatory pathways controlling organism development and cell cycle were identified. A smaller proportion of intronic lncRNAs relative to mRNAs displayed CpG islands (CGI) in the vicinity of the transcription start site. Notwithstanding, we observed that a subset of these transcripts responded to treatment with the DNA demethylation agent 5-AZA, demonstrating that intronic lncRNAs may be under transcriptional regulation mediated by DNA methylation. Among intronic lncRNAs regulated by DNA demethylation, stands out AS-APP lncRNA, which was up regulated 25 to 80 times in DU-145 and HEK293 cell lines following 5-AZA treatment, respectively,. This lncRNAs has a methylated CGI and an active promoter at 4-kb upstream from its known transcription start site. Increased AS-APP lncRNA transcription following DNA demethylation correlated with a significant decrease of APP gene messenger RNA levels. This finding suggests a possible cis-regulatory action of the lncRNA AS-APP in the APP locus, an important gene involved in Alzheimer disease and whose expression is associated with prognosis of different cancer types. The results obtained in this study reinforce the idea that intronic lncRNAs constitute independent transcriptional units under regulatory control in the different cell types. It was generated a catalog of intronic lncRNAs regulated by DNA methylation that will allow the selection of candidates with higher potential of functional relevance for detailed characterization

A regulação da expressão gênica ocorre como um fenômeno essencial nos processos celulares em resposta a dinamicidade mútua estabelecida entre um organismo e seu meio. Além dos elementos reguladores já conhecidos, como fatores de transcrição ou modificações pós-transcricionais, observa-se um crescente interesse no papel de regulação desempenhado por moléculas de RNA não codificadores (ncRNA), que podem atuar em vários níveis de processamento da informação biológica. Organismos modelos oferecem uma forma conveniente de pesquisa e diferentes grupos buscam direcionar seus estudos para um entendimento mais amplo no que se refere aos mecanismos celulares presentes nesses organismos. Apesar da existência de alguns elementos conhecidos para o organismo modelo Halobacterium salinarum, acreditamos que nem todos seus elementos de ncRNAs foram identificados. Nesse contexto, desenvolvemos uma análise in silico para a identificação de novos ncRNAs em H. salinarum NRC-1 e aplicamos metodologias para a predição de possíveis interações RNA-Proteína. Com base em uma pespectiva de integração de dados e diferentes metodologias existentes, modelos de Aprendizado de Máquina (AM) foram criados e utilizados para a definição de regiões candidatas a ncRNAs. De acordo com os resultados, 42 novos ncRNAs puderam ser identificados e possibilitaram completar o catálogo de genes ncRNAs de H. salinarum NRC-1 e aumentar o universo conhecido destes em 82%. A análise dos resultados obtidos por outras abordagens disponíveis para a identificação de ncRNAs corroboram com alguns dos candidatos sugeridos neste trabalho. Adicionalmente, foram aplicados e avaliados métodos, também baseados em AM, para a identificação de candidatos à interação com a proteína de interesse LSm, presente no organismo em estudo, no intuito de incluir uma possível caracterização funcional de ncRNAs. Os resultados alcançados na aplicação metodologias para a predição de interações RNA-Proteína não foram suficientes para a criação de um modelo com predições de alto grau de acurácia porém, contribuem como estudos preliminares e discussões para o desenvolvimento de outras estratégias. / The gene expression regulation occurs on different cell levels in response to dynamics established between an organism and its environment. In addition to the regulatory elements already known, for instance, transcription factors or post-translation modifications, there is growing interests in the regulatory role played by non-coding RNA molecules (ncRNA) whose functions can be performed on different level of biological information processing. Model organisms allow a convenient way to work on laboratory and different research groups aiming to guide their studies for a mutual and wide understanding of the cellular mechanisms present on these organisms. Although some ncRNAs elements have been found in Halobacterium salinarum model organism we believe that not enough is knowing about these genomic regions. In these context, an in silico analysis for ncRNAs identification and RNA-protein prediction approach were applied to H. salinarum NRC-1. Considering a data integration perspective and some available methodologies, several machine learning models was built and used to designate candidate ncRNAs genome regions. According to achieve results, 42 new ncRNAs could be identified, increasing 82% the total of known ncRNAs in H. salinarum NRC-1. Combing analysis with other available tools, it had been observed that some suggested candidates also was found with different methodologies and thus, it highlights the proposed results. Additionally, we developed and analyzed methods, also machine learning based, to predict ncRNAs candidates to interact with LSm protein, present on the interested model organism aiming a basic ncRNA characterization. The achieved results in this part was not satisfactory since the applied models were not substantially accurate predictions. However, we believe that these preliminary results can contribute with some discussions to new different approaches.

A regulação da expressão gênica ocorre como um fenômeno essencial nos processos celulares em resposta a dinamicidade mútua estabelecida entre um organismo e seu meio. Além dos elementos reguladores já conhecidos, como fatores de transcrição ou modificações pós-transcricionais, observa-se um crescente interesse no papel de regulação desempenhado por moléculas de RNA não codificadores (ncRNA), que podem atuar em vários níveis de processamento da informação biológica. Organismos modelos oferecem uma forma conveniente de pesquisa e diferentes grupos buscam direcionar seus estudos para um entendimento mais amplo no que se refere aos mecanismos celulares presentes nesses organismos. Apesar da existência de alguns elementos conhecidos para o organismo modelo Halobacterium salinarum, acreditamos que nem todos seus elementos de ncRNAs foram identificados. Nesse contexto, desenvolvemos uma análise in silico para a identificação de novos ncRNAs em H. salinarum NRC-1 e aplicamos metodologias para a predição de possíveis interações RNA-Proteína. Com base em uma pespectiva de integração de dados e diferentes metodologias existentes, modelos de Aprendizado de Máquina (AM) foram criados e utilizados para a definição de regiões candidatas a ncRNAs. De acordo com os resultados, 42 novos ncRNAs puderam ser identificados e possibilitaram completar o catálogo de genes ncRNAs de H. salinarum NRC-1 e aumentar o universo conhecido destes em 82%. A análise dos resultados obtidos por outras abordagens disponíveis para a identificação de ncRNAs corroboram com alguns dos candidatos sugeridos neste trabalho. Adicionalmente, foram aplicados e avaliados métodos, também baseados em AM, para a identificação de candidatos à interação com a proteína de interesse LSm, presente no organismo em estudo, no intuito de incluir uma possível caracterização funcional de ncRNAs. Os resultados alcançados na aplicação metodologias para a predição de interações RNA-Proteína não foram suficientes para a criação de um modelo com predições de alto grau de acurácia porém, contribuem como estudos preliminares e discussões para o desenvolvimento de outras estratégias. / The gene expression regulation occurs on different cell levels in response to dynamics established between an organism and its environment. In addition to the regulatory elements already known, for instance, transcription factors or post-translation modifications, there is growing interests in the regulatory role played by non-coding RNA molecules (ncRNA) whose functions can be performed on different level of biological information processing. Model organisms allow a convenient way to work on laboratory and different research groups aiming to guide their studies for a mutual and wide understanding of the cellular mechanisms present on these organisms. Although some ncRNAs elements have been found in Halobacterium salinarum model organism we believe that not enough is knowing about these genomic regions. In these context, an in silico analysis for ncRNAs identification and RNA-protein prediction approach were applied to H. salinarum NRC-1. Considering a data integration perspective and some available methodologies, several machine learning models was built and used to designate candidate ncRNAs genome regions. According to achieve results, 42 new ncRNAs could be identified, increasing 82% the total of known ncRNAs in H. salinarum NRC-1. Combing analysis with other available tools, it had been observed that some suggested candidates also was found with different methodologies and thus, it highlights the proposed results. Additionally, we developed and analyzed methods, also machine learning based, to predict ncRNAs candidates to interact with LSm protein, present on the interested model organism aiming a basic ncRNA characterization. The achieved results in this part was not satisfactory since the applied models were not substantially accurate predictions. However, we believe that these preliminary results can contribute with some discussions to new different approaches.

Os elementos genéticos móveis (mobile genetic elements MGEs), são elementos extremamente importantes para plasticidade e evolução dos genomas. Uma das classes mais importantes de MGEs são as sequências de inserção (insertion sequences - IS). Estes elementos são encontrados em bactérias e archaea e apresentam grande diversidade de famílias e mecanismos de movimentação. Uma família interessante de IS é IS200/605, esta família encontra-se distribuída em bactérias, archaea e vírus e utiliza substratos de DNA de fita simples para seu processo de transposição. Neste trabalho, através da análise de dados públicos de transcritoma identificamos RNAs sobrepostos ao 3\' de genes tnpB de IS200/605 em archaea e bactérias, estes transcritos foram chamados de sense overlapping transcripts (sotRNAs). As extremidades 5\' e 3\' dos sotRNAs foram mapeadas através de dados de RNA-seq de pequenos RNAs (sRNA-seq) e validadas através da técnica de C-RACE. Análises de sequência e estrutura secundária demonstraram que estes RNAs apresentam um motivo conservado chamado de RE-like. Utilizando a sequência consenso deste motivo pudemos identificar RNAs intergênicos derivados de IS200/605 em H. salinarum NRC-1. Para caracterização funcional, construímos linhagens superexpressando os RNAs VNG_sot0042 e VNG_R0052, ambos contendo o motivo RE-like. Curvas de crescimento, utilizando as linhagens construídas demonstraram que a superexpressão destes RNAs aumenta o crescimento de H. salinarum demonstrando sua funcionalidade. Devido a presença do motivo RE-like, extremidades 5\' e 3\' determinadas e fenótipo visualizado em curva de crescimento padrão, o sotRNA VNG_sot0042 foi estudado mais a fundo. Realizamos experimentos de RNA-seq para avaliar o impacto desta superexpressão no transcritoma de H. salinarum NRC-1, assim como experimentos de SILAC para identificação de proteínas parceiras em larga escala. Nestes ensaios identificamos proteínas e genes associados ao processo de adesão, geração de células persistentes e resistência a metais pesados. Ensaios de adesão e sobrevivência a metais pesados demonstraram que a linhagem de superexpressão apresenta maior capacidade de aderir a vidro e maior sobrevivência em diversas condições de estresse. Deste modo, podemos sugerir que ncRNAs derivados de IS200/605 são importantes moléculas regulatórias em H. salinarum NRC-1 e nos ajudam a compreender a manutenção de IS200/605 e seus derivados nos genomas de procariotos. / Mobile genetic elements (MGEs) are extremely important for plasticity and evolution of genomes. Their impacts are diverse and could be related to antibiotic resistence or symbiosis. One of the most important class of MGEs are insertion sequences (ISs). These elements are found widespread throughout bacteria and archaea, presenting a great diversity of families. An interesting family is the IS200/605, this family is found widespread in bacteria, archaea and viruses and is divided in three subgroups according to it\'s genetic composition: IS200 with tnpA gene alone, IS605 with tnpA and tnpB and IS1341 with tnpB only. Another interesting aspect is the utilization of single-stranded DNA as a substrate during the transposition process. In this work, through the analysis of public available transcriptomic data we identified transcripts that overlaps the 3\' end of tnpB in IS200/605 in both bacteria and archaea. These transcripts were named sense overlapping transcripts (sotRNAs). Sequence and secondary structure analysis showed a conserved motif present in sotRNAs, the RE-like motif. Using the consensus sequence of this motif we identified novel intergenic ncRNAs containing this motif that are derived from IS200/605. For functional characterization we overexpressed a sotRNA (VNG_sot0042) and a intergenic (VNG_R0052), both containing the RE-like motif. Standard growth curves demonstrated that the overexpression of these ncRNAs improve H. salinarum growth showing that this RNA is functional. To further evaluate the impact of the overexpressions we prepared RNA-seq libraries of the strain overexpressing VNG_sot0042 and in parallel performed SILAC experiments to identify potential protein-RNA interaction partners. Differentially regulated genes and interacting proteins associated with adhesion and persistent cells generation were found. Adhesion and survival assays showed that the lineage overexpressing VNG_sot0042 has a better capability to adhere in glass surfaces and survive more in diverse stressful conditions.

Orientador: Ney Lemke / Resumo: MicroRNAs (miRNAs) são pequenas moléculas de RNA que regulam pós-transcricionalmente a expressão de genes, modelando o transcriptoma e a produção de proteínas. Em geral, os miRNAs são conservados no genoma de eucariotos, sendo considerados elementos vitais em diversos processos biológicos durante o desenvolvimento, tais como crescimento, diferenciação e morte celular. A grande diversidade de miRNAs identificados está restrita a poucas espécies e apenas uma parte do total de alvos de miRNAs preditos foi caracterizada funcionalmente. Nesse contexto, o uso da tecnologia de sequenciamento de alto rendimento (high throughput sequencing) atrelada à análise de nível transcricional por RT-qPCR possibilitam a identificação do microRNoma. A tilápia do Nilo, Oreochromis niloticus, é considerada um excelente modelo biológico para o estudo de miRNAs em vertebrados devido à sua importância econômica e evolutiva. O presente trabalho teve como objetivos: organizar os dados do sequenciamento dos miRNAs da tilapia do Nilo; disponibilizá-los em forma de uma base de dados para a comunidade científica; integrar as informações dos miRNAs identificados com outros bancos de dados de miRNAs; analisar os dados através de análises de bioinformática para determinação de agrupamentos definidos pelo nível de expressão de cada miRNA em seis tipos de tecido (músculo branco, músculo vermelho, testículo, ovário, fígado, olho, cérebro e coração) com distinção entre os gêneros e nas fases do desenvolvimento (2,... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:53:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2076422 bytes, checksum: 848e731a5bb4cc826cf7c41614e4a0c5 (MD5) Previous issue date: 2010-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This study evaluated the potential of automatic classifiers, and methodology of the classification of the resident community in the basin to use mapping and land cover under agroecological management. The study area is the São Joaquim River Basin in the municipality of Araponga, Zona da Mata mineira. In the method, at first, was held to a field trip where they were collected ground control points to georeference image IKONOS II and the training samples and validation of the use classes and soil covered by GPS. In the laboratory, supervised classifications were performed by automatic algorithms Maximum Likelihood, Neural Networks and Bhattacharya.For each algorithm, two ratings were made 17 and 14 classes. A use classification and land cover was done by the residents of the basin where the classes were identified for use and land cover. The classified images were taken to the laboratory and turned into digital format. The results show that among the automatic classifiers, the Bhattachaya shows better result, Kappa 0.76, very good result for classification of the area. Already Kappa image classified by the community was 0.55, considered good result according to the literature. These results demonstrate that the algorithm Batacharya is the most efficient for the mapping and it is possible that the local community to interpret the environment in which to live and perform with autonomy mappings to map future strategies. Therefore, thefindings of this study in addition to being useful for future planning of action research in the basin under study, will serve as universal knowledge for classification of land use in other areas of agroecological management. / Este trabalho objetivou avaliar o potencial de classificadores automáticos e da metodologia empregada na classificação da comunidade residente na bacia para mapeamento do uso e cobertura do solo sob manejo agroecológico. A área de estudo é a Bacia do Rio São Joaquim, no município de Araponga, Zona da Mata mineira. Na metodologia, no primeiro momento, foi realizada a ida a campo onde foram coletados os Pontos de Controle Terrestre para georreferenciar imagem IKONOS II e as amostras de treinamento e validação das classes de uso e cobertura do solo através de GPS. Em laboratório, foram realizadas classificações supervisionadas automáticas pelos algoritmos da Máxima Verossimilhança, Redes Neurais Artificiais e Bhattacharya. Para cada algoritmo, foram feitas duas classificações, 17 e 14 classes. Uma classificação do uso e cobertura do solo foirealizada pelos moradores da bacia onde foram identificadas as classes de uso e cobertura do solo. As imagens classificadas foram levadas ao laboratório e transformadas em formato digital. Os resultados demonstram que dentre os classificadores automáticos, o Bhattachaya apresentou melhor resultado, Kappa 0,76, resultado muito bom para classificação da área em questão. Já o Kappa da imagem classificada pela comunidade foi de 0,55, resultado considerado bom de acordo com a literatura. Estes resultados demonstram que o algoritimo Bhatacharya é o mais eficiente para o mapeamento e que é possível que a comunidade local interprete o meio em que vive e possa realizar com autonomia mapeamentos para traçar estratégias futuras. Sendo assim, os resultados encontrados nesta pesquisa além de serem úteis para futuros planejamentos de pesquisa-ação na bacia hidrográfica em estudo, servirão como conhecimento universal para classificação do uso do solo em outras áreas com manejo agroecólogico.

Estudos recentes têm revelado que uma fração significativa do transcriptoma de eucariotos é composta por RNAs não codificadores longos (lncRNAs). Este trabalho investigou o padrão de expressão de um conjunto de lncRNAs originados a partir de regiões intrônicas de genes codificadores de proteínas em três linhagens celulares tumorais humanas utilizando microarranjos de DNA customizados. Realizamos uma série de análises in silico com a perspectiva de identificar propriedades globais desses transcritos, tais como a abundância relativa em diferentes tecidos, características evolutivas, estruturais e regulatórias, além de possíveis funções celulares. Avaliamos também a contribuição da metilação do DNA, um mecanismo de silenciamento epigenético da expressão de genes codificadores de proteínas, na regulação da expressão de lncRNAs intrônicos. Observamos que uma fração dos lncRNAs intrônicos detectados nas linhagens estudadas são conservados evolutivamente, tem padrão de expressão tecido específico, e está enriquecida em elementos regulatórios na sua extremidade 5\'. Foram identificados subconjuntos de lncRNAs intrônicos possivelmente atuando sobre genes associados a vias regulatórias importantes para o controle do desenvolvimento de organismos e ciclo celular. Comparativamente a mRNAs, uma menor proporção de lncRNAs intrônicos possui ilhas CpGs (CGIs) na vizinhança de seu início de transcrição. Apesar disso, observamos que um subconjunto desses transcritos teve sua expressão sensível ao tratamento com o agente desmetilante de DNA 5-AZA, demonstrando que lncRNAs intrônicos transcritos podem estar sujeitos a regulação transcricional mediada por metilação do DNA. Dentre os lncRNAs intrônicos regulados por metilação do DNA, destaca-se o lncRNA AS-APP, cuja expressão aumentou em 25 a 80 vezes nas linhagens celulares DU-145 e HEK293, respectivamente, após tratamento com 5-AZA. Este lncRNA possui uma CGI metilada e um promotor ativo a cerca de 4 kb de distância do seu início de transcrição conhecido. O aumento da transcrição do lncRNA AS-APP após desmetilação do DNA correlacionou-se a uma diminuição significativa dos níveis de expressão do mRNA do gene APP. Este resultado sugere uma possível ação regulatória em cis do lncRNA AS-APP no locus APP, um importante gene envolvido na doença de Alzheimer e com expressão associada ao prognóstico de alguns tipos de câncer. Os resultados obtidos neste trabalho reforçam a ideia de que lncRNAs intrônicos constituem unidades transcricionais independentes que se encontram sobre controle regulatório nos diferentes tipos celulares. Foi gerado também um catálogo de lncRNAs intrônicos regulados por metilação que permitirá a seleção de candidatos com maior potencial de relevância funcional para caracterização detalhada. / Recent studies have revealed that a significant fraction of the eukaryotic transcriptome is composed of long noncoding RNAs (lncRNAs). This work investigated the expression pattern in three human tumor cell lines of a set of lncRNAs originated from intronic regions of protein coding RNAs, using custom DNA oligoarrays. In silico analyses were performed to identify global properties of these transcripts such as relative abundance in different human tissues, regulatory, evolutionary and structural aspects, as well as their possible cellular functions. In addition, we evaluated the contribution of DNA methylation, an important epigenetic mechanism that control the expression of protein coding genes, in the regulation of intronic lncRNAs expression. We found that a fraction of the intronic lncRNAs detected in the cell lines are evolutionarily conserved, show a tissue specific expression pattern, and is enriched in regulatory elements at their 5\' end region. Subsets of intronic lncRNAs possibly acting on genes associated to important regulatory pathways controlling organism development and cell cycle were identified. A smaller proportion of intronic lncRNAs relative to mRNAs displayed CpG islands (CGI) in the vicinity of the transcription start site. Notwithstanding, we observed that a subset of these transcripts responded to treatment with the DNA demethylation agent 5-AZA, demonstrating that intronic lncRNAs may be under transcriptional regulation mediated by DNA methylation. Among intronic lncRNAs regulated by DNA demethylation, stands out AS-APP lncRNA, which was up regulated 25 to 80 times in DU-145 and HEK293 cell lines following 5-AZA treatment, respectively,. This lncRNAs has a methylated CGI and an active promoter at 4-kb upstream from its known transcription start site. Increased AS-APP lncRNA transcription following DNA demethylation correlated with a significant decrease of APP gene messenger RNA levels. This finding suggests a possible cis-regulatory action of the lncRNA AS-APP in the APP locus, an important gene involved in Alzheimer disease and whose expression is associated with prognosis of different cancer types. The results obtained in this study reinforce the idea that intronic lncRNAs constitute independent transcriptional units under regulatory control in the different cell types. It was generated a catalog of intronic lncRNAs regulated by DNA methylation that will allow the selection of candidates with higher potential of functional relevance for detailed characterization

Tnt1 is a transcriptionally active LTR-retrotransposon, present in over 600 copies in the Nicotiana tabacum genome. Under normal growth conditions, Tnt1 expression is limited to basal levels, but its expression is further induced under biotic and abiotic stresses. Transgenic tobacco plants (HP plants) expressing a Tnt1 reverse transcriptase hairpin were generated. These showed pleiotropic phenotypes such as cell death spots on the leaves and callose deposition and other severe abnormal development in aerial and underground portions. RNA sequencing of leaves with cell death spots revealed a rewiring of transcriptional regulatory networks related to stress responses exclusive to HPs. Among the positively modulated genes were ethylene synthesis and response cascade genes. The objective of the present work was to unravel the relation observed between Tnt1 and ethylene, generating a model. The results obtained suggest that HP seedlings and plants have increased ethylene synthesis when compared to the wildtype. Folding prediction of Tnt1 messenger RNA allowed the identification of ethylene-responsive sequences in putative stem loop locations. Thus it is possible that Tnt1 expression can produce small RNAs targeted to sequences present in the Tnt1 retrotransposon itself as well as at the promoter region of other ethylene responsive genes. Quantification of the expression of Tnt1 and ethylene related genes revealed \"phase opposition\" expression kinetics in the HPs, which led us to hypothesize that there might be an antagonistic relationship between the expression of Tnt1 and the expression of ethylene responsive genes involved in plant defense responses. Our findings suggest that Tnt1 could generate sRNAs that exerts transcriptional control over itself as well as other genes. Our model establishes a completely new biological role for a retrotransposon: Tnt1 would provide feedback control to ethylene-mediated gene regulation in tobacco defense responses, bringing the system back to a homeostatic condition and turning the defense responses down. / Tnt1 é um retrotransposon com LTR transcricionalmente ativo, e está presente em mais de 600 cópias no genoma de Nicotiana tabacum. Em condições normais de crescimento Tnt1 é expresso em níveis basais. No entanto, sua expressão é induzida pelo estímulo de estresses bióticos e abióticos. Plantas de tabaco transgênicas (chamadas de HP) expressando um grampo da transcriptase reversa de Tnt1 foram geradas. Estas apresentaram fenótipos como: pontos de morte celular e deposição de calose nas folhas e severas anomalias de desenvolvimento severas nas porções aérea e radicular das plantas. Sequenciamento de RNA de folhas com os pontos de morte celular revelou uma reorganização de redes de regulação transcricional relacionadas a resposta a estresses. Essas novas redes surgiram exclusivamente nas plantas HP. Entre os genes modulados positivamente estavam genes de síntese e de resposta ao etileno. O presente trabalho teve como objetivo elucidar a relação observada entre Tnt1 e o fitormônio etileno gerando um modelo de atuação. Os resultados obtidos permitiram demonstrar que plântulas e plantas HP adultas tem um aumento na síntese de etileno quando comparadas à selvagem. A predição do dobramento do RNA mensageiro de Tnt1 permitiu a identificação de sequências responsivas ao etileno localizadas em posição potencial para formar grampos. Desta forma, é possível que a expressão de Tnt1 leve à produção de pequenos RNAs que tem como alvo sequências responsivas a etileno presentes tanto no próprio elemento quanto em regiões promotoras de outros genes. A quantificação da expressão de Tnt1 versus genes relacionados ao etileno revelou um padrão em \"oposição de fase\" nas HPs, o que nos levou a hipotetizar que talvez ocorra uma relação antagonista entre a expressão de Tnt1 e a expressão de genes responsivos ao etileno envolvidos em respostas de defesa vegetais. Nossos resultados sugerem que Tnt1 pode gerar pequenos RNAs que exercem controle transcricional sobre Tnt1 e outros genes endógenos. Nosso modelo estabelece um novo papel biológico para um retrotransposon: Tnt1 agiria como um modulador da indução de genes mediada por etileno nas respostas de defesa de tabaco, trazendo o sistema de volta à condição homeostática e encerrando as respostas de defesa.

Os genes MGC16121 e CR596471 localizam-se no cromossomo X (Xq26) entre os loci HPRT1 e PLAC1, uma região rica em genes associados com a reprodução humana. A importância de tais genes reside na possibilidade de estarem envolvidos no desenvolvimento placentário e fetal e de serem expressos em poucos tecidos normais. Camundongos portadores de deleções próximas do gene ortólogo HPRT1 de humanos apresentam cerca de um terço do tamanho dos camundongos selvagens ou em alguns casos são natimortos. No entanto, este fenótipo não é observado quando o gene está mutado. Assim, pode-se supor que o fenótipo anormal das cobaias não é resultado da deficiência do HPRT1, mas sim de genes e/ou microRNAs (miRNAs) próximos a ele. Estes resultados abrem perspectivas em relação ao estudo dos genes MGC16121, CR596471 e miRNAs das vizinhanças. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a estrutura, a expressão e o mecanismo de regulação por metilação dos genes MGC16121 e CR596471. Adicionalmente foram analisados quanto ao perfil de expressão e regulação por metilação os miRNAs das vizinhanças (miR-424, 503, 450a, 450b-5p e 542-3p). O gene MGC16121 mostrou-se específico de placenta e também expresso em 50% das 18 linhagens tumorais analisadas. Já CR596471 e os miRNAs das vizinhanças foram mais expressos em placenta do que qualquer outro tecido normal analisado, sendo o primeiro expresso também em 100% das linhagens tumorais avaliadas. Houve correlação positiva e significativa entre todos os genes e miRNAs em relação à expressão em tecidos normais, porém o mesmo não foi observado para linhagens tumorais. A respeito da regulação, os genes CR596471 e MGC16121 e os miRNAs miR-424, 503 e 450a foram regulados negativamente por metilação do DNA em pelo menos uma das três linhagens tratadas com o agente demetilante 5-aza-2-deoxicitidina. Apoiando este fato, os dinucleotídeos CpG das ilhas CpGs situadas próximas às regiões 5 dos genes CR596471 e MGC16121 foram pelo menos em parte desmetilados após o mesmo tratamento.Os dados relativos à estrutura primária dos genes indicam que os transcritos, apesar de serem lncRNAs apresentaram características de mRNAs. Para MGC16121 foi determinado um transcrito composto de 3 éxons e, para CR596471, um transcrito composto de 3 éxons e outro composto de 2 éxons. Os transcritos aqui determinados são relativamente conservados quando comparados a sequências de RNA encontradas em outros mamíferos, principalmente em primatas. Adicionalmente, o transcrito de MGC16121 possui subestruturas secundárias visivelmente semelhantes com aquelas dos transcritos homólogos encontrados em alguns primatas. De acordo com os resultados, o gene MGC16121 pode ser considerado um possível bom marcador para diagnóstico, prognóstico e talvez para terapias contra cânceres. Todavia, mais experimentos devem ser realizados para verificar a função dos genes MGC16212 e CR5976471, além de avaliar mais robustamente a capacidade do gene MGC16121 ser utilizado como ferramenta na medicina contra o câncer. / CR596471 and MGC16121 genes lie on chromosome X (Xq26) between the HPRT1 and PLAC1 loci, a region rich in genes associated with human reproduction. The importance of such genes is the possibility that they might be involved in placental and fetal development, aware that they are expressed in few normal tissues. Deletions in mice around the orthologous gene of human HPRT1 affect their development or lead to stillbirth. However, this phenotype is not observed when this gene is mutated. So we can assume that the abnormal phenotype of mice cannot be due to HPRT1 deficiency, but to genes and/or microRNAs (miRNAs) nearby. These results support the idea of investigating the mechanisms involved in the regulation of the MGC16121 and CR596471 genes, and their neighbor miRNAs. This study aimed to characterize the structure, expression and regulation mechanism by methylation of genes MGC16121 and CR596471. In addition, the expression profile and methylation regulation of the neighbor miRNAs (miR-424, 503, 450a, 450b-5p and 542-3p) were analyzed. MGC16121 was demonstrated to be placenta specific and expressed in 50% of 18 tumor cell lines analyzed. CR596471 and the neighbor miRNAs were more expressed in placenta than in any other normal tissue analyzed. The former was also expressed in all tumor cell lines evaluated. There was significant and positive correlation between all genes and miRNAs regarding normal tissue expression. However, the same was not observed for the tumor cell lines. With respect to regulation, the genes CR596471 and MGC16121, and miRNAs miR-424, 503 and 450a were negatively regulated by DNA methylation at least in one of the three cell lines treated with the demethylating agent 5- aza-2-deoxycytidine. Supporting these results, the CpG dinucleotides from CpG islands located near the CR596471 and MGC16121 5 regions were at least partially demethylated after the same treatment. The data concerning to genes primary structures indicate that the transcripts, despite of being considered lncRNAs, presented mRNAs characteristics. It was determined one transcript for MGC16121 gene which consisted of three exons, and for CR596471 gene, two transcripts were found, one with three exons and other composed of two exons. The transcripts herein determined are relatively conserved when compared to RNAs sequences found in other mammals, mostly in primates. Besides, the MGC16121 transcript presents similar secondary substructures to those found in homologous transcripts from other primate species. According to the results, MGC16121 gene could be considered a possible good biomarker to diagnosis, prognosis and perhaps to therapies against cancers. Nevertheless, more experiments must be accomplished in order to verify the functions of MGC16121 and CR596471 genes, in addition to evaluate more robustly the competence of MGC16121 gene to be used as a tool in medicine against cancer.