A influência do esqueleto açúcar-fostato no transporte da molécula de DNA

This dissertation analyses the influence of sugar-phosphate structure in the electronic transport in the double stretch DNA molecule, with the sequence of the base pairs modeled by two types of quasi-periodic sequences: Rudin-Shapiro and Fibonacci. For the sequences, the density of state was calculated and it was compared with the density of state of a piece of human DNA Ch22. After, the electronic transmittance was investigated. In both situations, the Hamiltonians are different. On the analysis of density of state, it was employed the Dyson equation. On the transmittance, the time independent Schrödinger equation was used. In both cases, the tight-binding model was applied. The density of states obtained through Rudin-Shapiro sequence reveal to be similar to the density of state for the Ch22. And for transmittance only until the fifth generation of the Fibonacci sequence was acquired. We have considered long range correlations in both transport mechanism

Propriedades termo-eletrônicas da molécula do DNA

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Conducão eletrônica e propriedades termodinâmicas da molécula de DNA

In this thesis, we study the thermo-electronic properties of the DNA molecule. For this purpose, we used three types of models with the DNA, all assuming a at geometry (2D), each built by a sequence of quasiperiodic (Fibonacci and / or Rudin-Shapiro) and a sequence of natural DNA, part of the human chromosome Ch22. The first two models have two types of components that are the nitrogenous bases (guanine G, cytosine C, adenine A and thymine T) and a cluster sugar-phosphate (SP), while the third has only the nitrogenous bases. In the first model we calculate the density of states using the formalism of Dyson and transmittance for the time independent Schr odinger equation . In the second model we used the renormalizationprocedure for the profile of the transmittance and consequently the I (current) versus V (voltage). In the third model we calculate the density of states formalism by Dean and used the results together with the Fermi-Dirac statistics for the chemical potential and the quantum specific heat. Finally, we compare the physical properties found for the quasi-periodic sequences and those that use a portion of the genomic DNA sequence (Ch22).

Modelo vibro-rotacional para a molécula de DNA

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

MicroRNAs in breast cancer progression and DNA damage response

Os tumores de mama são caracterizados pela sua alta heterogeneidade. O câncer de mama é uma doença complexa, que possui o seu desenvolvimento fortemente influenciado por fatores ambientais, combinada a uma progressiva acumulação de mutações genéticas e desregulação epigenética de vias críticas. Alterações nos padrões de expressão gênica podem ser resultado de uma desregulação no controle de eventos epigenéticos, assim como, na regulação pós-transcricional pelo mecanismo de RNA de interferência endógeno via microRNA (miRNA). Estes eventos são capazes de levar à iniciação, à promoção e à manutenção da carcinogênese, como também ter implicações no desenvolvimento da resistência à terapia Os miRNAs formam uma classe de RNAs não codificantes, que durante os últimos anos surgiram como um dos principais reguladores da expressão gênica, através da sua capacidade de regular negativamente a atividade de RNAs mensageiros (RNAms) portadores de uma seqüencia parcialmente complementar. A importância da regulação mediada por miRNAs foi observada pela capacidade destas moléculas em regular uma vasta gama de processos biológicos incluindo a proliferação celular, diferenciação e a apoptose. Para avaliar a expressão de miRNAs durante a progressão tumoral, utilizamos como modelo experimental a série 21T que compreende 5 linhagens celulares originárias da mesma paciente diagnosticada com um tumor primário de mama do tipo ErbB2 e uma posterior metástase pulmonar. Essa série é composta pela linhagem obtida a partir do tecido normal 16N, pelas linhagens correspondentes ao carcinoma primário 21PT e 21NT e pelas linhagens obtidas um ano após o diagnóstico inicial, a partir da efusão pleural no sítio metastatico 21MT1 e 21MT2. O miRNAoma da série 21T revelou uma redução significativa nos níveis de miR-205 e nos níveis da proteina e-caderina e um enriquecimento do fator pró-metastático ZEB-1 nas células 21MT. Considerando a importância dos miRNAs na regulação da apoptose, e que a irradiação em diferentes espectros é comumente usada em procedimentos de diagnóstico como mamografia e na radioterapia, avaliamos a expressão de miRNAs após irradiação de alta e baixa energia e do tratamento doxorrubicina. Para os ensaios foram utilizados as linhagens não tumorais MCF-10A e HB-2 e as linhagens de carcinoma da mama MCF-7 e T-47D. Observou-se que raios-X de baixa energia são capazes de promover quebras na molécula do DNA e apoptose assim como, alterar sensivelmente miRNAs envolvidos nessas vias como o let-7a, miR-34a e miR-29b. No que diz respeito à resposta a danos genotóxicos, uma regulação positiva sobre a expressão de miR-29b, o qual em condições normais é regulado negativamente foi observada uma regulação positiva sobre miR-29b expressão após todos os tratamentos em células tumorais. Nossos resultados indicam que miR-29b é um possível biomarcador de estresse genotóxico e que miR-205 pode participar no potencial metastático das células 21T.

A família Pso2/Snm1 e suas possíveis funções na reparação de DNA e na manutenção genômica dos cromossomos

O genoma das células eucarióticas é um dos principais alvos para danos induzidos por inúmeros fatores ambientes, sejam estes de origem biótica ou abiótica. Considerando a complexidade da molécula de DNA, não é supreendente que existam diferentes tipos de lesões com os mais variados graus de severidade. Dentre todas as lesões que podem ser induzidas no DNA, as pontes intercadeias (ICLs) estão entre as mais graves. Se não forem reparadas, a presença de apenas um ICL pode ser letal para a célula. Além disso, as lesões do tipo ICLs são quimicamente heterogêneas, podendo modificar a estrutura do DNA de forma permanente ou temporária. Os mecanismos relacionados à reparação de ICLs ainda são pouco conhecidos em eucariotos. Apesar de várias proteínas terem sido descritas como essenciais ao processo, não há um modelo único que explique esta reparação. Contudo, dentre as diferentes proteínas que participam na reparação de ICLs, destacam-se as nucleases Pso2/Snm1. A forma de atuação das proteínas Pso2/Snm1 não é conhecida, mas inúmeros dados obtidos com mutantes de Saccharomyces cerevisiae e, recentemente, com células de mamífero, mostram que a ausência de Pso2p/Snm1p bloqueia a restituição do DNA de alta massa molecular. Por outro lado, tem sido mostrado que o Pso2p/Snm1p provavelmente atua na manutenção da cromatina, mas de uma forma ainda não completamente esclarecida. Uma das proteínas pertencentes à família Pso2p/Snm1p, Ártemis, possui um papel importante no desenvolvimento do sistema imunológico adaptativo de metazoários e parece ser essencial para outros processos relacionados ao metabolismo de DNA eucariótico. Desta maneira, este trabalho teve como objetivo principal o estudo da família Pso2p/Snm1p por meio da análise filogenética e de seqüências, comparando-a com proteínas homólogas já descritas em outros organismos. Além disso, esta comparação XVII permitiu estabelecer uma correlação funcional entre as proteínas em termos de reparação de DNA e manutenção da cromatina eucariótica. As análises de filogenia e de seqüências claramente demonstraram que as proteínas Pso2/Snm1 podem ser agrupadas em quatro grupos principais ao invés de três, ao contrário do que se conhecia previamente. Três destes grupos, por sua vez, são formados por subgrupos específicos, que possivelmente atuam de forma diferenciada na reparação de DNA, na manutenção da cromatina e na geração de diversidade biológica. Por outro lado, os estudos das seqüências Pso2/Snm1, baseados principalmente na técnica de análises de agrupamentos hidrofóbicos (HCA), revelaram um alto grau de similaridade de estruturas primárias e secundárias entre os diferentes grupos, um indicativo da importância estrutural para a função destas proteínas no metabolismo de DNA. A técnica de HCA permitiu mapear regiões conservadas (CRs) em todas as seqüências estudadas, compondo o chamado domínio Pso2p/Snm1p. Em alguns casos, o domínio Pso2p/Snm1p encontra-se fusionado a outros domínios catalíticos. Neste caso, destaca-se o estudo de uma nova família de DNA ligases dependentes de ATP que são exclusivas de plantas. Esta nova família, denominada de Lig6p, parece ter funções importantes no metabolismo do DNA de plantas, sendo esta a primeira DNA ligase eucariótica com função nucleásica identificada. Usando os dados obtidos neste trabalho em conjunto com os resultados de outros autores, é sugerido um possível modo de atuação das proteínas Pso2p/Snm1p na reparação de danos do tipo ICL, na manutenção da cromatina e na geração de diversidade biológica.

Electron migration in DNA matrix: an electron transfer reaction

Este artigo apresenta uma área de pesquisa atual, ativa e interessante. Descreve a investigação da química de transferência de elétrons (TE) de um modo geral e resultados de TE em DNA em particular. Dois intercalantes de DNA foram utilizados: Ethidium Bromide como doador (D) e Methyl-viologen como receptor (A), o primeiro intercala-se entre as bases do DNA e o último na sua superfície. Utilizando o modelo de Perrin e medidas de Supressão de Fluorescência obteve-se a distância de migração do elétron; aqui a distância foi considerada o espaçamento linear entre as moléculas de doador e receptor ao longo da molécula de DNA. O valor determinado foi de 22,6 ± 1,1 angstrons e o número de pares de bases entre doador e receptor de 6,6. Na literatura os valores encontrados foram de 26 angstrons e de quase 8 pares de bases. Considera-se que a transferência de elétrons em DNA seja mediada através das interações através do espaço entre os elétrons do tipo p contido nos pares de bases.

Modelos de redes unidimensionais aplicados ao estudo termodinâmico do DNA

Pós-graduação em Biofísica Molecular - IBILCE

Estudos da lesão ao DNA por corantes têxteis e da capacidade protetora de flavonóides empregando biossensor eletroquímico: Carolina Venturini Uliana. -

Pós-graduação em Química - IQ

Investigação da condução elétrica em fitas duplas de dna imobilizadas em eletrodos de ouro por medidas eletroquímicas

Pós-graduação em Química - IQ

Células de anêmonas Bunodosoma cangicum expostas ao cobre: citotoxidade, defesa e dano de DNA

Anêmonas-do-mar são pólipos solitários, bentônicos, de pouca mobilidade, que habitam regiões entre-marés. Devido a estas características, são organismos que podem ser atingidos diretamente pela poluição aquática, no entanto, são pouco utilizados como modelo ecotoxicológico. O cobre é um metal essencial, que em altas concentrações pode ser tóxico, sendo bastante comum em ecossistemas marinhos. Um dos mecanismos de toxicidade do cobre envolve a produção de espécies reativas de oxigênio (ERO), podendo levar as células ao estresse oxidativo, que tem como característica danos celulares, inclusive no DNA. Muitos organismos possuem um mecanismo que bombeia os xenobióticos para fora da célula – multixenobiotic resistance (MXR) – que visa prevenir as células dos danos tóxicos causados pelo contaminante. Com isso, o presente trabalho estudou a capacidade de defesa e dano ao DNA à toxicidade causada pelo cobre em células de anêmonas Bunodosoma cangicum. Para isto, células de anêmonas, mantidas em cultura primária através de explante do disco podal, foram expostas ao cobre a duas concentrações (7,8 µg.L-1 Cu e 15,6 µg.L-1 Cu), além do grupo controle, por 6 e 24 h. Antes e após as exposições as células tiveram sua viabilidade avaliada através do método de exclusão por azul de tripan (0,08%) para analisar a citotoxicidade. Parâmetros como a indução do mecanismo MXR através do método de acúmulo de rodamina-B, espécies reativas de oxigênio e ensaio cometa, também foram avaliados. Os resultados obtidos mostram que o cobre é citotóxico, sendo constatada uma queda na viabilidade e no número de células, principalmente após 24 h de exposição, sendo que na concentração de cobre de 15,6 µg.L-1 , foi possível observar uma diminuição de 40% na viabilidade e uma redução em 36% no número de células (p < 0,05, n = 6). Em relação ao fenótipo MXR, foi observada uma ativação do mecanismo apenas naquelas células expostas ao cobre 7,8 µg.L-1 (53%) no tempo de 24 h (p < 0,05, n = 5). Na análise da geração de ERO foi observado um aumento de 11,5% naquelas células expostas por 6 h na concentração mais alta de cobre 15,6 µg.L-1 . Nas células que foram expostas por 24 h, o aumento de espécies reativas pode ser percebido já na concentração de 7,8 µg.L-1 , elevando-se para cerca de 20% quando exposto a 15,6 µg.L-1 (p < 0,05, n = 4-5). Quanto ao dano de DNA, foram vistas quebras na molécula desde 7,8 µg.L-1 Cu em 6 h, com danos ainda mais salientes naquelas células expostas por 24 h, na concentração de 7,8 µg.L -1 Cu (p < 0,05, n = 3-4), e para 15,6 µg.L-1 Cu a viabilidade celular (número de células) não permitiu a análise. Com base nestes dados, pode-se dizer que o cobre, mesmo em baixas concentrações causa estresse em células de B. cangicum, sendo citotóxico. Este metal causa estresse oxidativo com dano à molécula de DNA mesmo com a ativação do mecanismo de defesa.

Produção de carotenoides em culturas in vitro de Cleome rosea Vahl ex DC (Capparaceae) e avaliação de sua toxicidade e potencial antioxidante

A produção e a otimização de substâncias de valor medicinal têm sido alcançadas pelo uso das técnicas de cultura de tecidos vegetais, que têm apresentado grande relevância quando se considera o status de conservação de uma espécie ou sua ocorrência em ambientes ameaçados. No presente trabalho foi avaliada a produção de carotenoides em culturas de calos e células em suspensão de Cleome rosea Vahl ex DC, espécie nativa encontrada em áreas de restinga nos estados do Rio de Janeiro e de São Paulo. Plantas micropropagadas obtidas a partir de raízes produzidas in vitro foram usadas como fonte de explantes para o início das culturas de calos. A produção de massa calogênica foi avaliada em meio MS suplementado com diferentes concentrações das auxinas ácido 2,4-diclorofenoxiacético e ácido 4-amino- 3,5,6-tricloropicolínico, na presença de luz ou no escuro. O uso de diferentes meios básicos de cultura (B5, Nitsch, White) também foi avaliado. A calogênese foi induzida em todos os tratamentos, entretanto a maior produção de biomassa foi alcançada pelas culturas mantidas na presença de luz. A maior produção de massa calogênica foi obtida em culturas iniciadas no meio MS suplementado com 0,2 mg.L-1 de 2,4-D. A exposição das culturas à luz foi um fator essencial para a produção de carotenoides, que só ocorreu nas culturas mantidas nessa condição. Culturas de calos foram submetidas a tratamentos com substâncias elicitoras (extrato de levedura, metil jasmonato, quitosana) em diferentes concentrações e por um período de exposição de sete ou 14 dias visando otimizar a produção do pigmento. A maior produção de carotenoides nas culturas elicitadas foi alcançada com o tratamento com metil jasmonato (MJ) na concentração de 300 μM, independentemente do tempo de exposição ao elicitor. Análises cromatográficas mostraram que o processo de elicitação com MJ induziu ao aumento na produção de β-caroteno. Calos elicitados nessa condição foram usados para iniciar culturas de células em suspensão (CCS). Estas culturas foram acompanhadas por três subculturas realizadas a cada 20 dias, durante a fase exponencial de crescimento. Embora as CCS tenham mantido uma produção de biomassa constante ao longo das subculturas, os valores de produção de carotenoides foram inferiores àqueles alcançados pelas culturas de calos e não houve diferenças estatísticas significativas quando comparadas às CCS iniciadas a partir de calos não elicitados. Extratos de calos produzidos em meio MS suplementado com 0,2 mg.L-1 de 2,4-D foram avaliados quanto à sua capacidade antioxidante por meio da incubação dos extratos com DNA plasmidial em presença de cloreto estanoso (SnCl2), um potente agente redutor capaz de produzir quebras na molécula de DNA. Os extratos foram avaliados em concentrações crescentes (25 - 500 μg.mL-1) e apresentaram uma proteção dose dependente à ação do SnCl2. Estudos de toxicidade com o modelo de Artemia salina demonstraram que os extratos não apresentaram toxicidade nas concentrações avaliadas. Os resultados alcançados mostram que a elicitação foi eficiente para a otimização da produção de β-caroteno nas culturas in vitro e que os extratos obtidos a partir desses materiais apresentaram atividade antioxidante, indicando o êxito das técnicas de cultura de tecidos para a produção deste metabólito sob condição in vitro.

Estudo das alterações biológicas causadas pela aderência de cepas de Escherichia coli enteroagregativa (EAEC) com macrófagos humanos ativados da linhagem U-937

Escherichia coli enteroagregativa (EAEC) é um patógeno relacionado ao desenvolvimento de quadros de diarréia aguda ou persistente. A resposta inflamatória induzida por EAEC está relacionada à liberação de interleucina 8, que atua estimulando a transmigração de neutrófilos através do epitélio. Os macrófagos, de forma similar aos neutrófilos, são células fagocíticas que produzem espécies reativas de oxigênio (ERO), como o peróxido de hidrogênio (H2O2). Neste trabalho, avaliamos as consequências da interação de diferentes cepas clínicas com macrófagos humanos ativados da linhagem U-937. Todas as cepas testadas apresentaram filamentos nos testes de aderência aos macrófagos, diferentemente do que ocorre na interação com outras linhagens celulares como HEp-2, T84 e Caco-2. O ferro é um microelemento essencial para bactérias, sendo utilizado como cofator de enzimas e que também pode participar da geração de ERO através da reação de Fenton. Considerando-se a possibilidade de que o H2O2 produzido pelos macrófagos possa gerar radical hidroxil através da reação de Fenton, testes de aderência foram realizados com as amostras cultivadas na presença do captador de ferro 2,2-dipiridil. Tal fato não suprimiu a formação de filamentos, entretanto diminuiu a aderência das cepas EAEC 042 e 17-2. Com o objetivo de produzir uma resposta adaptativa ao H2O2, as culturas bacterianas foram pré-tratadas com uma dose sub-letal de H2O2 por 60 minutos antes de aderirem aos macrófagos. Nossos resultados mostraram que o pré-tratamento também não inibiu o aparecimento de filamentos em relação às culturas não tratadas. Além disto, foi observado que o pré-tratamento com o H2O2 reduziu a aderência das amostras de EAEC ao tapete celular. A filamentação é uma das respostas SOS, induzida pela presença de danos e/ou bloqueio na síntese da molécula de DNA. Com o objetivo de verificar se o H2O2 produzido pelos macrófagos estaria causando danos induzindo o sistema SOS e a filamentação bacteriana, foram realizados testes de viabilidade com mutantes derivados de E. coli K12 deficientes em enzimas do reparo por excisão de bases (BW535) e na resposta SOS (DM49). Nossos resultados mostram que os mutantes apresentaram os níveis de sobrevivência semelhantes ao observado para cepa selvagem isogênica (AB1157). Todos estes resultados em conjunto indicam que o H2O2 não é o indutor da filamentação nos testes de aderência. Macrófagos ativados apresentam ação microbicida através da ação da enzima indolamina dioxigenase (IDO), associada à redução do aminoácido L-triptofano. Desta forma, realizamos testes qualitativos de aderência de EAEC aos macrófagos suplementando o meio de interação com este aminoácido. Nossos resultados mostram que a adição de triptofano ao meio de interação reduz o número de filamentos por campo. Desta forma, aventamos a hipótese de que a depleção do triptofano seja responsável pela indução de resposta SOS, tendo como conseqüência a filamentação das bactérias.

Toxicidade genética das antraciclinas : associação entre estrutura química e ação inibitória sobre a topoisomerase II

Considerando não apenas a importância das antraciclinas na terapêutica do câncer, mas também os efeitos colaterais associados ao uso destas drogas, o presente estudo procurou avaliar a atividade genotóxica de seis antraciclinas em uso clínico - doxorrubicina (DOX), daunorrubicina (DNR), epirrubicina (EPI), idarrubicina (IDA), além dos análogos de última geração, pirarrubicina (THP) e aclarrubicina (ACLA). Para tanto, foi empregado o Teste de Mutação e Recombinação Somática (SMART) em Drosophila melanogaster, que permite a detecção simultânea de mutação gênica e cromossômica, assim como de eventos relacionados com recombinação mitótica - possibilitando quantificar a contribuição deste último parâmetro genético para a genotoxicidade total induzida pelas drogas em estudo. Os dados obtidos a partir desta análise demonstraram que todas as antraciclinas estudadas induziram acréscimos significativos, relacionados tanto à mutação, quanto à recombinação nas células somáticas deste inseto. Além disso, a recombinação mitótica - entre cromossomos homólogos - foi o evento responsável por, aproximadamente, 62 a 100% da toxicidade genética observada. A comparação do potencial genotóxico dos diferentes análogos, através da padronização do número de danos genéticos por unidade de tratamento (mM), caracterizou a ACLA e o THP como as drogas mais potentes – sendo cerca de 20 vezes mais efetivas, como genotoxinas, do que a DOX, o análogo menos potente. Já que a principal ação genotóxica desta família de compostos está relacionada à inibição da topoisomerase II (topo II) – uma enzima que atua no relaxamento da supertorção da dupla hélice de DNA, através da quebra e posterior religação de suas fitas - as diferenças observadas podem ser atribuídas ao mecanismo envolvido neste bloqueio Enquanto os análogos DOX, DNR, EPI, IDA e THP atuam como venenos de topo II - tornando permanentes as quebras induzidas pela enzima - a ACLA inibe a função catalítica desta enzima, impedindo a sua ligação ao DNA. Cabe ainda ressaltar que a genotoxicidade da ACLA não está restrita à sua atividade catalítica sobre a topo II, mas também à sua ação como veneno de topo I e à sua habilidade de intercalar-se na molécula de DNA. Quando a potência genotóxica destas drogas foi associada a suas estruturas químicas, observou-se que substituições no grupamento amino-açúcar levaram a uma maior atividade tóxico-genética, quando comparadas a modificações no cromóforo. Cabe ainda ressaltar que as modificações estruturais, presentes nos análogos DOX, DNR, EPI, IDA e THP, não alteraram a sua ação recombinogênica. No entanto, no que se refere a ACLA, observaram-se decréscimos significativos na indução de recombinação mitótica - que podem ser atribuídas às múltiplas substituições presentes tanto no grupamento amino-açúcar quanto no cromóforo. O conjunto destas observações evidencia que a genotoxicidade total das drogas em estudo está centrada na indução de recombinação homóloga - um evento predominantemente envolvido tanto na iniciação, quanto na progressão do câncer. A alta incidência de tumores secundários, em pacientes submetidos ao tratamento com as antraciclinas, pode, pois, ser atribuída à ação preferencial destas drogas sobre a recombinação mitótica – embora a atividade mutagênica não possa ser desconsiderada.

Biomarcadores genéticos e bioquímicos para avaliar os efeitos do biodiesel, por meio de bioensaios in vivo e in vitro

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)