Usando a imunologia de sistemas para entender os mecanismos moleculares de doenças e vacinas / Using systems immunology to understand the molecular mechanisms of diseases and vaccines

Nas últimas décadas, dados relacionados com a saúde humana, desde informações clínicas e epidemiológicas até imagens médicas e experimentos ômicos, foram gerados e acumulados em uma quantidade sem precedentes na história. Um campo novo de pesquisa chamado "Imunologia de Sistemas" emergiu para tentar integrar, analisar, interpretar e predizer os mecanismos moleculares de doenças e vacinas. Esta tese mostra diversas aplicações da Imunologia de Sistemas no estudo de arboviroses, vacina da gripe, câncer, tuberculose, pneumonia, artrite, dentre outros. Também mostra o desenvolvimento de ferramentas computacionais amigáveis que permitem com que qualquer cientista, sem conhecimento prévio de bioinformática, possa realizar análises de Imunologia de Sistemas. Os achados das análises forneceram novas hipóteses e insights que, ao serem testados e validados experimentalmente, melhoram nosso entendimento sobre os processos imunológicos por trás da vacinação e de doenças humanas

Biologia de Sistemas de RNAs Não-Codificadores Longos na Vacinação / Systems biology of Long Non-Coding RNAs in vaccination

Entender os mecanismos responsáveis pela proteção induzida por vacinas contribui para o desenvolvimento de novas vacinas. Uma abordagem de pesquisa denominada Vacinologia de Sistemas surgiu para endereçar essa tarefa. A aplicação da Vacinologia de Sistemas gerou informações amplas relacionadas a respostas vacinais e foi aplicada no estudo de diversas vacinas. Apesar de estarem envolvidos em diversos processos imunológicos, RNAs Não-Codificadores Longos (lncRNAs) ainda não foram estudados no contexto da imunidade induzida por vacinas. Neste trabalho, fizemos a análise de mais de 2.000 amostras de transcritoma de sangue periférico, oriundas de 17 diferentes coortes vacinadas, com foco na identificação de lncRNAs potencialmente envolvidos com a resposta induzida por vacinas contra gripe e contra febre amarela. Criamos também um banco de dados online, em que todos os nossos resultados podem ser facilmente acessados. Nossos resultados indicaram que diversos lncRNAs participam de múltiplas vias imunológicas relacionadas a respostas induzidas por vacinas. Entre esses, o transcrito FAM30A se destaca por ter alta expressão em células B e ser correlacionado com a expressão de genes de imunoglobulina localizados no mesmo locus genômico. Identificamos também alterações na expressão de lncRNAs em dados de RNA-seq de uma coorte de crianças imunizadas com uma vacina atenuada contra gripe, o que sugere um papel de lncRNAs na resposta a diferentes vacinas. Nossos achados trazem evidências de que lncRNAs tem um papel significativo na resposta imune induzida por vacinas

Understanding the mechanisms of vaccine-elicited protection contributes to the development of new vaccines. The emerging field of Systems Vaccinology provides detailed information on host responses to vaccination and has been successfully applied in the study of the molecular mechanisms of several vaccines. Long Non-Coding RNAs (lncRNAs) are crucially involved in multiple biological processes, but their role in vaccine-induced immunity has not been explored. We performed an analysis of over 2,000 blood transcriptome samples from 17 vaccine cohorts to identify lncRNAs potentially involved with antibody responses to influenza and yellow fever vaccines. We have created an online database where all results from these analyses can be easily accessed. We found that lncRNAs participate in distinct immunological pathways related to vaccine-elicited responses. Among them, we showed that the expression of lncRNA FAM30A was high in B cells and correlates with the expression of immunoglobulin genes located in its genomic vicinity. We also identified altered expression of lncRNAs in RNA-sequencing (RNA-seq) data from a cohort of children vaccinated with intranasal live attenuated influenza vaccine, suggesting a common role across several diverse vaccines. Taken together, these findings provide evidence that lncRNAs have a significant impact on immune responses induced by vaccination

Co-Expression Network Analysis Identifies Possible Hub Genes in Aging of the Human Prefrontal Cortex / Análisis de redes de coexpresión identifica posibles genes clave en el envejecimiento de la corteza prefrontal humana / Análise de redes de co-expressão identifica possíveis genes chave no envelhecimento do córtex pré-frontal humano

Abstract Introduction : Aging is the main risk factor for the development of chronic diseases such as cancer, diabetes, Parkinson's disease, and Alzheimer's disease. The central nervous system is particularly susceptible to progressive functional deterioration associated with age, among the brain regions the prefrontal cortex (PFC) has one of the highest involvements. Transcriptomics studies of this brain region have identified the decrease in synaptic function and activation of neuroglia cells as fundamental characteristics of the aging process. The aim of this study was to identify hub genes in the transcriptomic deregulation in the PFC aging to advance in the knowledge of this process. Materials and methods : A gene co-expression analysis was carried out for 45 people 60 to 80 years old compared with 38 people 20 to 40 years old. The networks were visualized and analyzed using Cytoscape; citoHubba was used to determine which genes had the best topological characteristics in the co-expression networks. Results : Five genes with high topological characteristics were identified. Four of them -HPCA, CACNG3, CA10, PLPPR4- were repressed and one was over-expressed -CRYAB-. Conclusion: The four repressed genes are expressed preferentially in neurons and regulate the synaptic function and the neuronal plasticity, while the overexpressed gene is typical of glial cells and is expressed as a response to neuronal damage, facilitating myelination and neuronal regeneration.

Resumen Introducción : el envejecimiento es el principal factor de riesgo para el desarrollo de enfermedades crónicas como el cáncer, la diabetes, el Parkinson y el Alzheimer. El sistema nervioso central es particularmente susceptible al deterioro funcional progresivo asociado con la edad, entre las regiones cerebrales con mayor compromiso se encuentra la corteza prefrontal (CPF). Estudios de transcriptómica de esta región han identificado como características fundamentales del proceso de envejecimiento la disminución de la función sináptica y la activación de las células de la neuroglia. No es claro cuáles son las causas iniciales, ni los mecanismos moleculares subyacentes a estas alteraciones. El objetivo de este estudio fue identificar genes clave en la desregulación transcriptómica en el envejecimiento de la CPF para avanzar en el conocimiento de este proceso. Materiales y métodos : se hizo un análisis de coexpresión de genes de los transcriptomas de 45 personas entre 60 y 80 años con el de 38 personas entre 20 y 40 años. Las redes fueron visualizadas y analizadas usando Cytoscape, se usó citoHubba para determinar qué genes tenían las mejores características topológicas en las redes de coexpresión. Resultados : se identificaron cinco genes con características topológicas altas. Cuatro de ellos -HPCA, CACNG3, CA10, PLPPR4- reprimidos y uno sobreexpresado -CRYAB-. Conclusión : los cuatro genes reprimidos se expresan preferencialmente en neuronas y regulan la función sináptica y la plasticidad neuronal, mientras el gen sobreexpresado es típico de células de la glía y se expresa como respuesta a daño neuronal facilitando la mielinización y la regeneración neuronal.

Resumo Introdução : o envelhecimento é o principal fator de risco pra o desenvolvimento de doenças crónicas como o câncer, a diabetes, o Parkinson e o Alzheimer. O sistema nervoso central é particularmente susceptível ao deterioro funcional progressivo associado à idade, uma das regiões do cérebro com maior compromisso é o pré-frontal (CPF). Estudos de transcritoma desta região têm identificado como características fundamentais do processo de envelhecimento a diminuição da função sináptica e ativação das células da neuroglia. Não é claro quais são as causas iniciais, nem os mecanismos moleculares subjacentes a estas alterações. O objetivo deste estudo foi identificar genes chave na desregulação transcritoma no envelhecimento da CPF para avançar no conhecimento deste processo. Materiais e métodos : se fez uma análise de co-expressão de genes dos transcritomas de 45 pessoas entre 60 e 80 anos com o de 38 pessoas entre 20 e 40 anos. As redes foram visualizadas e analisadas usando Cytoscape, usou-se citoHubba para determinar que genes tinham as melhores características topológicas nas redes de co-expressão. Resultados : identificaram-se cinco genes com características topológicas altas. Quatro deles -HPCA, CACNG3, CA10, PLPPR4- reprimidos e um superexpresso -CRYAB-. Conclusão : os quatro genes reprimidos se expressam preferencialmente em neurônios e regulam a função sináptica e plasticidade neuronal, enquanto o gene superexpresso é típico de células da glia e se expressa como resposta ao dano neuronal facilitado a mielinização e a regeneração neuronal.

Non-coding RNAs in schistosomes: an unexplored world

Non-coding RNAs (ncRNAs) were recently given much higher attention due to technical advances in sequencing which expanded the characterization of transcriptomes in different organisms. ncRNAs have different lengths (22 nt to >1, 000 nt) and mechanisms of action that essentially comprise a sophisticated gene expression regulation network. Recent publication of schistosome genomes and transcriptomes has increased the description and characterization of a large number of parasite genes. Here we review the number of predicted genes and the coverage of genomic bases in face of the public ESTs dataset available, including a critical appraisal of the evidence and characterization of ncRNAs in schistosomes. We show expression data for ncRNAs in Schistosoma mansoni. We analyze three different microarray experiment datasets: (1) adult worms' large-scale expression measurements; (2) differentially expressed S. mansoni genes regulated by a human cytokine (TNF-α) in a parasite culture; and (3) a stage-specific expression of ncRNAs. All these data point to ncRNAs involved in different biological processes and physiological responses that suggest functionality of these new players in the parasite's biology. Exploring this world is a challenge for the scientists under a new molecular perspective of host-parasite interactions and parasite development.

RNAs não codificadores (ncRNAs) têm sido recentemente objeto de atenção muito maior devido aos avanços técnicos no sequenciamento que expandiram a caracterização dos transcritomas em diferentes organismos. ncRNAs possuem diferentes comprimentos (22 nt a >1.000 nt) e mecanismos de ação que essencialmente compreendem uma sofisticada rede de regulação de expressão gênica. A publicação recente dos genomas e transcritomas dos esquistossomos aumentou a descrição e caracterização de um grande número de genes do parasita. Aqui nós revisamos o número de genes preditos e a cobertura das bases do genoma em face dos ESTs públicos disponíveis, incluindo uma avaliação crítica da evidência e caracterização de ncRNAs em esquistossomos. Nós mostramos dados de expressão de ncRNAs em Schistosoma mansoni. Nós analisamos três conjuntos diferentes de dados de experimentos com microarranjos: (1) medidas de expressão em larga escala de vermes adultos; (2) genes diferencialmente expressos de S. mansoni regulados por uma citocina humana (TNF-α) no parasita em cultura; e (3) expressão estágio-especifica de ncRNAs. Todos estes dados apontam para ncRNAs envolvidos em diferentes processos biológicos e respostas fisiológicas que sugerem funcionalidade destes novos personagens na biologia do parasita. Explorar este mundo é um desafio para os cientistas sob uma nova perspectiva molecular da interação parasita-hospedeiro e do desenvolvimento do parasita.