Role of feedback and dynamics in a gene regulatory network

Cells exhibit a diverse repertoire of dynamic behaviors. These dynamic functions are implemented by circuits of interacting biomolecules. Although these regulatory networks function deterministically by executing specific programs in response to extracellular signals, molecular interactions are inherently governed by stochastic fluctuations. This molecular noise can manifest as cell-to-cell phenotypic heterogeneity in a well-mixed environment. Single-cell variability may seem like a design flaw but the coexistence of diverse phenotypes in an isogenic population of cells can also serve a biological function by increasing the probability of survival of individual cells upon an abrupt change in environmental conditions. Decades of extensive molecular and biochemical characterization have revealed the connectivity and mechanisms that constitute regulatory networks. We are now confronted with the challenge of integrating this information to link the structure of these circuits to systems-level properties such as cellular decision making. To investigate cellular decision-making, we used the well studied galactose gene-regulatory network in \textit{Saccharomyces cerevisiae}. We analyzed the mechanism and dynamics of the coexistence of two stable on and off states for pathway activity. We demonstrate that this bimodality in the pathway activity originates from two positive feedback loops that trigger bistability in the network. By measuring the dynamics of single-cells in a mixed sugar environment, we observe that the bimodality in gene expression is a transient phenomenon. Our experiments indicate that early pathway activation in a cohort of cells prior to galactose metabolism can accelerate galactose consumption and provide a transient increase in growth rate. Together these results provide important insights into strategies implemented by cells that may have been evolutionary advantageous in competitive environments.

Cidades secas, vidas secas: A trajetória das águas e sua regulamentação no Rio de Janeiro sob uma perspectiva urbano-ambiental

Esta tese analisará a distribuição das águas na cidade do Rio de Janeiro considerando os elementos sociais, jurídicos, políticos, e seus reflexos no direito urbano e ambiental. Nesse aspecto referenciará as medidas de regulação e de organização da estrutura urbana, desde a formação da cidade até os dias atuais, assim como as consequências da exclusão e da ausência das políticas urbanas equitativas. No início, as ocupações irregulares, se distantes do centro e dos bairros elitizados, não despertavam maiores demandas do poder público, porém com o aumento das periferias e as ocupações próximas aos bairros formais, inúmeras medidas adotadas optaram pela remoção, contenção e a destruição dos espaços sem apresentar uma solução, agravando os problemas urbanos. Tais problemas, reconhecidamente sociais, passam a ser denominados urbanos e ambientais, gerando uma complexa criminalização dos moradores das periferias. As intervenções nos espaços são legalizadas pelo instrumento jurídico, as residências suburbanas são classificadas como ilegais e, por consequência, os recursos que deveriam atender a todos na cidade são direcionados apenas para cidade legalizada, criando a celeuma da desigualdade. Assim, amontoados em barracos precários, sem abastecimento de água, energia, esgoto e coleta de lixo, as periferias multiplicam as diversas formas de violência, uma vez que o direito não socorre esses moradores que, abandonados pela lei, vivem a escassez das águas e a especulação dos serviços ilegais de abastecimento. A crise do abastecimento não é causada pelas populações mais empobrecidas, mas pelo mercado que se apropria da maior parte desses recursos, dentro do sistema de uma lógica capitalista, e exclui aqueles que não podem pagar pelo abastecimento regular. Nesse sentido, este trabalho entende que o direito, ainda que tenha se tornado regulatório pode assumir um caráter revolucionário e transformador em que o direito das águas seja um direito da comunidade, por isso, um bem público não estatal, por fim objetiva esse trabalho estudar as leis das águas dentro do paradigma da solidariedade hídrica.

Isolation of the murine interleukin 2 gene and characterization of its regulatory architecture

Interleukin 2 (IL2) is the primary growth hormone used by mature T cells and this lymphokine plays an important role in the magnification of cell-mediated immune responses. Under normal circumstances its expression is limited to antigen-activated type 1 helper T cells (T_H1) and the ability to transcribe this gene is often regarded as evidence for commitment to this developmental lineage. There is, however, abundant evidence than many non-T_H1 T cells, under appropriate conditions, possess the ability to express this gene. Of paramount interest in the study of T-cell development is the mechanisms by which differentiating thymocytes are endowed with particular combinations of cell surface proteins and response repertoires. For example, why do most helper T cells express the CD4 differentiation antigen?

As a first step in understanding these developmental processes the gene encoding IL2 was isolated from a mouse genomic library by probing with a conspecific IL2 cDNA. The sequence of the 5' flanking region from + 1 to -2800 was determined and compared to the previously reported human sequence. Extensive identity exists between +1 and -580 (86%) and sites previously shown to be crucial for the proper expression of the human gene are well conserved in both sequence location in the mouse counterpart.

Transient expression assays were used to evaluate the contribution of various genomic sequences to high-level gene expression mediated by a cloned IL2 promoter fragment. Differing lengths of 5' flanking DNA, all terminating in the 5' untranslated region, were linked to a reporter gene, bacterial chloramphenicol acetyltransferase (CAT) and enzyme activity was measured after introduction into IL2-producing cell lines. No CAT was ever detected without stimulation of the recipient cells. A cloned promoter fragment containing only 321 bp of upstream DNA was expressed well in both Jurkat and EL4.El cells. Addition of intragenic or downstream DNA to these 5' IL2-CAT constructs showed that no obvious regulatory regions resided there. However, increasing the extent of 5' DNA from -321 to -2800 revealed several positive and negative regulatory elements. One negative region that was well characterized resided between -750 and -1000 and consisted almost exclusively of alternating purine and pyrimidines. There is no sequence resembling this in the human gene now, but there is evidence that there may have once been.

No region, when deleted, could relax either the stringent induction-dependence on cell-type specificity displayed by this promoter. Reagents that modulated endogenous IL2 expression, such as cAMP, cyclosporin A, and IL1, affected expression of the 5' IL2-CAT constructs also. For a given reagent, expression from all expressible constructs was suppressed or enhanced to the same extent. This suggests that these modulators affect IL2 expression through perturbation of a central inductive signal rather than by summation of the effects of discrete, independently regulated, negative and positive transcription factors.

Gestão de saúde, segurança, meio ambiente e responsabilidade social em micro e pequenas empresas recicladoras de plásticos PEBD e PET no Estado do Rio de Janeiro

A presente dissertação tem como tema a gestão de saúde, segurança, meio ambiente e responsabilidade social em micro e pequenas empresas recicladoras de plásticos PEBD e PET no Estado do Rio de Janeiro. A reciclagem de plástico contribui para minimizar os resíduos sólidos gerados pelos processos industriais. O objetivo geral deste estudo é verificar como as atividades de reciclagem impactam na saúde e na segurança do trabalhador e levantar algumas questões relacionadas com a responsabilidade sócio-ambiental, com destaque para o atendimento às normas regulamentadoras, legislação de saúde, segurança e meio ambiente aplicável e sistemas de gestão. Para atingir tal objetivo, a metodologia do presente estudo foi dividida em: pesquisa bibliográfica, elaborada através de consultas a livros, a artigos, a legislação e a bancos de dados de reconhecida credibilidade; elaboração de um questionário direcionado; visitas técnicas, e entrevistas com os encarregados ou donos das empresas, a fim de obter dados para avaliar as condições de trabalho relativas à saúde e segurança, meio ambiente e responsabilidade social. Durante esta etapa foram visitadas quatro recicladoras de plástico, todas situadas no Estado do Rio de Janeiro, sendo três do segmento de PEBD e uma de PET. Os resultados obtidos mostram que, numa avaliação global, apenas 24% dos itens avaliados foram atendidos na sua íntegra, o que demonstra um baixo índice de atendimento às questões relativas à saúde, segurança e meio ambiente e responsabilidade social. Nas avaliações individuais destes mesmos itens constatou-se que o atendimento foi de 38%, 10% e 54%, respectivamente. Enfim, o presente estudo mostra que há necessidade de maior atenção aos requisitos relativos à saúde e segurança do trabalhador, ao meio ambiente e às questões sociais, em função dos riscos do processo de produção do plástico reciclado

A regulação das patentes farmacêuticas no Brasil: entre saúde pública, política e direito

O objetivo geral da tese é aprofundar a reflexão sobre a regulação e o exame de qualidade de patentes farmacêuticas no Brasil, em um contexto de implantação de dispositivos legais conhecidos como TRIPS-Plus ao redor do mundo. Para isso, são discutidos os mecanismos jurídicos e políticos de proteção à saúde relacionados à propriedade intelectual. Analisam-se especificamente do ponto de vista sociológico as experiências de anuência prévia para pedidos de patentes envolvendo produtos e processos farmacêuticos da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa) e o uso do subsídio ao exame técnico. Em termos metodológicos, consideram-se as ações do Governo brasileiro entre 1996 a 2012, propostas de mudança da Lei de Propriedade Industrial brasileira e controvérsias ligadas a algumas modalidades de reivindicação, como polimorfos, patentes de seleção e segundo uso médico. As técnicas de pesquisa utilizadas também incluem o levantamento de material de imprensa, textos de leis, documentos e decretos relativos a medicamentos e propriedade intelectual, assim como de pedidos de patentes e de decisões judiciais concernindo à temática. Optou-se ainda por realizar entrevistas com gestores, examinadores de patentes, juristas e membros de ONGs. As conclusões indicam que as práticas regulatórias ligadas ao setor saúde não podem ser reduzidas ao simples corpo de regras formais presentes neste domínio, mas sim entendidas como agenciamentos entre atores, tipos distintos de saberes e de ferramentas de intervenção. A regulação dos direitos de propriedade intelectual relativos a produtos e processos farmacêuticos no Brasil está ligada a um processo, onde se verifica a disputa em torno de diferentes projetos e visões de mundo de grupos com maior ou menor poder para direcionar este processo. Os dispositivos da anuência prévia e do subsídio ao exame técnico apresentam-se como elementos reguladores da propriedade intelectual de medicamentos e de impacto sobre exame de qualidade de patentes farmacêuticas, contribuindo para a consideração de questões de saúde pública ao longo da concessão destas patentes.

Low Effort L-i Nuclear Fusion Plasma Control Using Model Predictive Control Laws

One of the main problems of fusion energy is to achieve longer pulse duration by avoiding the premature reaction decay due to plasma instabilities. The control of the plasma inductance arises as an essential tool for the successful operation of tokamak fusion reactors in order to overcome stability issues as well as the new challenges specific to advanced scenarios operation. In this sense, given that advanced tokamaks will suffer from limited power available from noninductive current drive actuators, the transformer primary coil could assist in reducing the power requirements of the noninductive current drive sources needed for current profile control. Therefore, tokamak operation may benefit from advanced control laws beyond the traditionally used PID schemes by reducing instabilities while guaranteeing the tokamak integrity. In this paper, a novel model predictive control (MPC) scheme has been developed and successfully employed to optimize both current and internal inductance of the plasma, which influences the L-H transition timing, the density peaking, and pedestal pressure. Results show that the internal inductance and current profiles can be adequately controlled while maintaining the minimal control action required in tokamak operation.

Uma análise de legislações para alegações de propriedade funcional e saúde: alimentos ou medicamentos ?

Alimentos funcionais podem ser entendidos como aqueles que, em virtude de seus componentes fisiologicamente ativos, fornecem benefícios à saúde além da nutrição básica. Esta emergente categoria de alimentos surgiu no Japão, em meados da década de 1980. A partir de então, outros países desenvolveram o seu sistema regulatório acerca de Alimentos Funcionais. No Brasil, é possível alegar que determinados alimentos possuem propriedades funcionais e/ou de saúde. Em função disso, surge uma série de incongruências e interações importantes entre legislação de alimentos e de medicamentos. Uma análise nas publicações de registros deferidas pela ANVISA possibilita constatar que um mesmo produto poderá ser registrado nestas duas categorias. As reivindicações da saúde não devem ser evitadas, pois, podem ser um importante veículo de informação para os consumidores. Todavia, é preciso que regras claras sejam estabelecidas para que o consumidor tenha acesso ao real instrumento para o cuidado com a saúde. Agências regulatórias de qualquer país devem estar direcionadas para garantir aos consumidores segurança e qualidade dos alimentos. Serão necessárias regras mais claras para a indústria, para que ao fim do processo o consumidor não seja enganado por falsas promessas de cura. O aprofundamento do debate acerca da legislação de Alimentos funcionais traz a tona a suspeita da legitimação do processo de medicalização dos alimentos por parte das agências reguladoras, tanto no âmbito nacional quanto internacional. Este trabalho não objetivou discutir a funcionalidade dos alimentos. O foco da nossa atenção está em demonstrar os riscos sanitários relativos à ausência de definições claras acerca da regulamentação desta emergente categoria de alimentos e ainda discutir suas implicações para a Saúde Pública.