Laboratório de Metabolismo Macromolecular Firmino Torres de Castro

O laboratório se dedica ao estudo da diversidade genética e de mecanismos de regulação gênica em microrganismos, células-tronco e em doenças humanas. Abordagens de Genômica funcional, metagenoma e transcriptoma estão sendo usadas para a compreensão destes sistemas biológicos.

 

Análise do transcriptoma modulado por choque térmico em Trypanosoma cruzi e identificação de elementos de resposta ao calor 

    As proteínas de stress, chamadas de choque térmico (HSPs), são conservadas e sua síntese é aumentada pela elevação de temperatura e outros agentes estressantes. A importância das HSPs em doenças infecciosas reside no fato de parasitas induzirem a síntese de HSPs pelo hospedeiro, e seu alto grau de conservação traz o potencial de induzir reações autoimunes. Além disso, as HSPs são um excelente modelo para estudo da regulação gênica. Atualmente estão sendo caracterizados aspectos da regulação gênica dos genes de HSP70, HSP60, HSP10 e HSP100, tais como padrão de indução da proteína e do mRNA, sinais de processamento do mRNA, e identificação de elementos de resposta ao choque térmico. Além disso, análise do transcriptoma modulado por alteração térmica via RNA-seq está em andamento, com o objetivo de identificar em grande escala os genes modulados pelo calor.

 

RNA-seq para estudos evolutivos de organismos patogênicos e seus mecanismos de expressão gênica

A Leishmaniose e a Doença de Chagas são causadas por membros da ordem Kinetoplastida como as diferentes espécies de Leishmania sp e Trypanosoma cruzi, respectivamente. Outros parasitas de plantas, peixes e insetos que não causam doenças no homem, chamados de parasitas monoxênicos, tornam-se modelos adequados para estudos evolutivos para compreensão de mecanismos patogênicos. A caracterização dos genes de expressão diferenciada por sequenciamento em grande escala do conjunto de transcritos ou transcriptoma, das cepas de Angomonas deanei e Strigomonas culicis, e Tcruzi permite a obtenção de padrões de expressão gênica, tais como vias metabólicas prevalentes e mais detalhes moleculares sobre os mecanismos de sincronia de divisão do kDNA. Esta abordagem avaliará a dinâmica  da expressão dos genes de forma comparativa. Tal estratégia possibilitará a caracterização da expressão relativa dos genes de Angomonas deanei, Strigomonas culicis e de formas de T. cruzi para a compreensão de mecanismo de sinalização de regiões 3’UTR.

 

Parâmetros clínicos e moleculares de estratificação de risco de morte súbita na cardiopatia chagásica crônica.

Aproximadamente 30% das pessoas infectadas pelo Trypanosoma cruzi desenvolvem cardiopatia e 75.000 casos por ano apresentam arritmias, sendo taquicardia e fibrilação ventriculares as principais causas de morte súbita. O aumento na dispersão da repolarização ventricular pode ser um preditor de mortalidade nestes casos. Nas doenças cardíacas elétricas primárias, variações (polimorfismos) nos genes que codificam  canais iônicos estão associadas às alterações elétricas. É possível que polimorfismos em regiões exônicas identificadas como relevantes em arritmias elétricas primárias, como a síndrome do QT longo, influenciem a mortalidade na doença de Chagas, tornando seus portadores mais susceptíveis a arritmias ventriculares. Sete genes e seis loci são implicados na gênese da síndrome do QT longo. Dois genes distintos codificam proteínas formadoras do canal de potássio retificador lento, KCNQ1 e KCNH2, e estão associados à síndrome, sendo as variações no gene KCNQ1 as mais prevalentes, com mais de 100 diferentes polimorfismos. Variações do gene KCNH2 são responsáveis por aproximadamente 30% dos casos, enquanto que o polimorfismo gênico do canal de sódio cardíaco, gene SCN5A, é responsável por aproximadamente 10% dos casos. Neste projeto investigamos a possível associação entre variantes dos genes KCNQ1, KCNH2 e SCN5A e aumento de dispersão da repolarização ventricular em pacientes chagásicos crônicos.

 

Marcadores genéticos em doenças cardiovasculares. 

Doenças do aparelho circulatório (DAC) são a principal causa de morte no Brasil, representando 31% dos óbitos. Dentre as DAC, 61% correspondem a doenças cerebrovascular e isquêmica do coração, sendo a aterosclerose o processo fisiopatológico comum. A aterosclerose é uma doença poligênica complexa, onde fatores ambientais interagem com características herdadas. Apesar de apresentar manifestação clínica tardia, o processo aterosclerótico tem início precoce e progressão silenciosa. O estudo de manifestação aterosclerótica em jovens, menos expostos a covariantes de forte peso no processo fisiopatológico, permite melhor avaliação do componente genético. Em estudo recente, identificamos associação entre variantes em genes de mediadores inflamatórios e gravidade da lesão aterosclerótica em jovens de até 30 anos autopsiados. Atualmente, investigamos a expressão das variantes gênicas analisadas em pacientes com doença aterosclerótica de manifestação precoce (antes de 40 anos de idade) e sua associação com espessamento de parede de artéria carótida e reatividade vascular, índices não invasivos usados como preditores de risco cardiovascular. Projeto realizado em colaboração com o Hospital Universitário Clementino Fraga Filho e com o Instituto Nacional de Cardiologia.

Outro estudo desta linha temos como objetivos gerais: (1) identificar padrão de variantes gênicas por análise em larga escala em indivíduos jovens e associá-lo com grau de lesão aterosclerótica e (2) investigar a presença de perfil pró-aterogênico de expressão de miRNAs em jovens. Neste projeto procuramos associar as variantes gênicas relacionadas à doença aterosclerótica, por análise em larga escala, com presença de lesão grave em indivíduos até 30 anos autopsiados; e associar o perfil de expressão de miRNAs, envolvidos em vias relacionadas ao processo aterosclerótico, e grau de lesão nesta população.

 

Caracterização de células progenitoras endoteliais circulantes na aterosclerose precoce.

A lesão e/ou disfunção endotelial constitui o estímulo inicial para o desenvolvimento da placa aterosclerótica, sendo considerada marcador de risco para eventos cardiovasculares. Evidências crescentes sugerem que células progenitoras endoteliais (EPCs) do sangue periférico participam do reparo endotelial contínuo, contribuindo para o estatus cardiovascular. Este projeto tem por objetivo caracterizar o número de EPCs e seu perfil transcriptômico em indivíduos até 40 anos assintomáticos  e com doença aterosclerótica. As EPCs são quantificadas por citometria de fluxo e caracterizadas por marcadores de superfície, sendo a análise funcional determinada pela capacidade de formação de colônias, bem como ensaios de migração, adesão e senescência.  Adicionalmente, será comparado o perfil de expressão de microRNAs dessas células por análise em larga escala (transcriptoma).

 

Diversidade do vírus da hepatite C e mutações de resistência aos inibidores antivirais

A hepatite C crônica é uma doença crônica viral prevalente no Rio de Janeiro; e o tratamento atual é custoso e tem efeitos adversos para o paciente. A porcentagem de indivíduos que respondem ao tratamento para hepatite C crônica com PEG-IFN e RBV é baixa, principalmente para aqueles com HCV genótipo 1, cuja prevalência é maior no Brasil e no mundo. Em função das baixas taxas de RVS com o tratamento atual com PEG-IFN e RBV para pacientes com hepatite C crônica infectados com HCV genótipo 1, novos agentes terapêuticos para hepatite C estão sendo estudados, com destaque para os antivirais de ação direta (direct acting antivirals – DAAs).  A protease NS3/4A viral é alvo para desenvolvimento de agente terapêutico pela sua relevância no ciclo infeccioso do HCV. As mutações de resistência aos inibidores de protease podem interferir na eficácia da terapia antiviral. Estudos de eficácia terapêutica mostraram que se faz necessário o uso de uma combinação de drogas antivirais por aumentarem as taxas de RVS e reduzirem as chances da seleção de resistência durante o tratamento.  A análise genotípica da protease NS3 é importante para verificar se os variantes levarão a mudanças na atividade da protease NS3 na presença de diferentes combinações de drogas antivirais. Portanto é importante o desenvolvimento de ensaios fenotípicos que permitam a escolha da melhor combinação das drogas.

 

Metagenoma de ambientes aquáticos e rizosfera

O estudo de metagenômica em ambientes como os aquáticos propicia a identificação de microorganismos não cultiváveis e, portanto, de difícil caracterização. Sendo assim, novas espécies podem ser conhecidas e atividades biológicas de interesse biotecnológico podem ser avaliadas, ainda que sua origem biológica seja desconhecida. Utilizando-se amostras de água fez-se uma abordagem de metagenômica comparativa e sequenciamento de última geração com duas estratégias metodológicas: por shotgun e por amplicons de 16S rDNA utilizando-se iniciadores universais de bactérias e arqueas. O objetivo do trabalho é avaliar a dinâmica sazonal comparativa de substituições no viroma e microbioma nos reservatórios de água.

A Rizosfera pode ser definida como uma região do solo que sofre influência das raízes de plantas a qual abriga uma grande diversidade de microrganismos como bactérias, arqueas e fungos.  É neste ambiente que ocorrem diversas interações bióticas e abióticas entre estes microrganismos e a raiz da planta nos diversos processos fisiológicos do desenvolvimento, nutrição e defesa da planta. O sequenciamento metagenômico caracteriza a comunidade microbiana e sua composição taxonômica assim como a contribuição dos genes presentes naquela população através da metagenômica funcional. Estes projetos fazem parte do do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia para Pesquisa Translacional em Saúde e Ambiente na Região Amazônica (INPeTAm).

 

Equipe:

Chefe de Laboratório

Rosane Silva

Docentes

Turán Péter Ürmén

Debora Faffe

Pós-doutorandos:

Luisa Hoffmann

Luciana Penha

José Pedro Fonseca

Doutorandos

Silvana SantAna

Caleb Guedes

Ernesto Curty

Mestrandos

Elisabeth Valentin

Beatriz Christie

Iniciação Científica

Pamela Costa

Catarina Rufino Muniz

Poliana F. Stroglio Dias

Isabela Bonfim

Fabianne S. de Aguiar

Aperfeiçoamento Científico

Thayane Bottaro

Bianca Cabral

Isadora Mello

Técnicos

Claudio Nunes Pereira

Cesar Felix Schmidt

Programa: 
Biologia Molecular e Estrutural
Chefe do laboratório: