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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/71477
Type: | Tese |
Title: | Exploring a role for ROS-equilibrating enzymes in plant stress tolerance and SARS-CoV-2-infected human cells - an interdisciplinary approach that targets resilience prediction |
Title in English: | Exploring a role for ROS-equilibrating enzymes in plant stress tolerance and SARS-CoV-2-infected human cells - an interdisciplinary approach that targets resilience prediction |
Authors: | Aziz, Shahid |
Advisor: | Costa, José Hélio |
Keywords: | Marcador funcional;Reprogramação celular;Balanço de ERO/ERN;MiRNA;SARS-CoV-2 |
Issue Date: | 2023 |
Citation: | AZIZ, Shahid. Exploring a role for ROS-equilibrating enzymes in plant stress tolerance and SARS-CoV-2-infected human cells - an interdisciplinary approach that targets resilience prediction. 2023 131 f. Tese (Doutorado em Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza. 2023 |
Abstract in Brazilian Portuguese: | Esta tese está organizada em três capítulos que abrangem estudos in silico a partir de dados experimentais públicos de diversas espécies com o objetivo de avançar no conhecimento sobre a oxidase alter nativa AOX ) e os seus genes complementares, candidatos a marcadores funcionais envolvidos na reprogramação e na predição da resiliência na célula hospedeira sob fatores estressores. O primeiro capítulo elucida o padrão único de expressão e de organização da família multigênica da AOX de Vitis vinifera, planta modelo usada para validar esta família como um marcador funcional. A expressão dessa família multigênica foi explorada em todos os estágios de desenvolvimento e em resposta a várias condições de estre sses, bióticos e abióticos, associadas ao potencial regulador desconhecido de grandes íntrons no gene AOX2 Entre os membros da família, a expressão de AOX2 foi regulada de forma constitutiva ou de acordo com o estágio de desenvolvimento ao longo dos exper imentos. No entanto, nós identificamos um splicing alternativo em AOX2 (dependente do íntron 1) que altera o éxon 1 da AOX2 e está efetivamente ligado ao aumento da temperatura. AOX1a e 1d foram associados ao estresse biótico e abiótico. Além disso, a aval iação dos íntrons da AOX identificou 16 candidatos a microRNA (miRNA) exclusivamente nos íntrons da AOX2 incluindo o principal regulador do desenvolvimento da planta e de respostas ao estresse: o mir 398. Dentre os miRNAs, verificou se que nove são conser vados e, anteriormente validados em outras espécies vegetais, enquanto sete foram considerados potenciais novos candidatos a miRNA de V. vinifera . A análise de enriquecimento dos miRNAs alvos revelou a hierarquia das funções dos miRNAs dentro das redes de regulação gênica. Os genes alvo codificam, principalmente, fatores de transcrição, enzimas e proteínas de ligação ao DNA e têm um papel potencial em vias biológicas e metabólicas, incluindo crescimento e desenvolvimento de plantas, mecanismos de defesa a p atógenos e processos responsivos ao estresse. O capítulo dois começa com a validação do conjunto de genes associados a função substitutiva da AOX em humanos chamados `ReprogVirus`. Estes genes estão potencialmente envolvidos na reprogramação celular precoc e e na predição da resiliência da célula hospedeira. Para investigar o papel da iniciação da reprogramação celular, nos conjuntos de genes definidos, realizamos análises de expressão dos genes mais relevantes utilizando dados transcriptômicos de dois culti vares de arroz com respostas contrastantes ao estresse salino (Pokkali e IR29, genótipos tolerante e sensível à salinidade, respectivamente) em um curto período de 24 horas. Nossos dados reforçam o envolvimento da via alternativa e da glicólise/fermentação em uma resposta ao estresse mais eficaz no genótipo de arroz tolerante. ao estresse salino. Essa resposta está associada, principalmente, ao equilíbrio adaptativo das ao estresse salino. Essa resposta está associada, principalmente, ao equilíbrio adaptativo das EROS pela EROS pela AOXAOX (via expressão da (via expressão da AOX1aAOX1a), ao ajuste efetivo do sistema antioxidante e à ), ao ajuste efetivo do sistema antioxidante e à ráprápida produção de energia (via fermentação). Portanto, ambos contribuem para sustentar e ida produção de energia (via fermentação). Portanto, ambos contribuem para sustentar e otimizar a respiração.otimizar a respiração. O capítulo três prossegue com a validação dos perfis no nível do O capítulo três prossegue com a validação dos perfis no nível do transcriptoma dos candidatos a marcadores mais críticos dos conjuntos de genes transcriptoma dos candidatos a marcadores mais críticos dos conjuntos de genes 'R'ReprogVirus', identificando o principal traço complexo para a programação inicial de novo eprogVirus', identificando o principal traço complexo para a programação inicial de novo 'CoV'CoV--MACMAC--TED' em células epiteliais nasais humanas cultivadas infectadas por dois TED' em células epiteliais nasais humanas cultivadas infectadas por dois Variantes de SARSVariantes de SARS--CoVCoV--2 que diferem na gravidade da doença2 que diferem na gravidade da doença. . A significativa regulaçãoA significativa regulação positiva desses genes revelou um desbalanceamento das ROS/RNS induzido por vírus e uma positiva desses genes revelou um desbalanceamento das ROS/RNS induzido por vírus e uma diferencial glicólise, fermentação e regulação do ciclo celular, essenciais para a sobrevivência diferencial glicólise, fermentação e regulação do ciclo celular, essenciais para a sobrevivência celular e para a mitigação do estresse. Em suma, esta tese explora o pocelular e para a mitigação do estresse. Em suma, esta tese explora o potencial diversificado de tencial diversificado de AOXAOX como um gene marcador funcional para prever a resiliência celular e mediar a como um gene marcador funcional para prever a resiliência celular e mediar a reprogramação celular sob estresse. Paralelamente, este estudo revelou a função de reprogramação celular sob estresse. Paralelamente, este estudo revelou a função de genes/proteínas substituindo a ausência da genes/proteínas substituindo a ausência da AOXAOX em células epiteliaiem células epiteliais nasais humanas s nasais humanas infectadas por vírus (NECs), o qual indicou estratégias terapêuticas promissoras.infectadas por vírus (NECs), o qual indicou estratégias terapêuticas promissoras. |
Abstract: | This thesis is organized into three chapters comprising comprehensive in silico studies on public experimental data from diverse species to strengthen our insights into alternative oxidase AOX ) and its complementary candidate genes as functional markers involved in reprogramming and host cell resilience prediction. The first chapter elucidates the un ique expression pattern and organization of the AOX family from Vitis vinifera , which has been declared a model plant to validate the AOX family as a functional marker. We explored the expression of the AOX gene family across developmental stages and in re sponse to several biotic and abiotic stress conditions associated with the hidden regulatory potential of large introns. Transcriptomic expression of AOX2 was constitutively or developmentally regulated throughout the experiments. However, we identified AO X2 alternative splicing (intron 1 dependent) that changes exon1 of normal AOX2 and is effectively linked to increasing temperature. AOX1a and 1d are associated with biotic and abiotic stress. In addition, the AOX intronic sequence assessment identified 16 microRNA (miRNA) candidates only in the AOX2 introns, including the master regulator of plant development and stress responses mir 398. Among them, nine were conserved and validated in other plant species, whereas seven were considered potential novel miRN A candidates from V. vinifera . Enrichment analysis of the miRNA targets revealed the hierarchical functions of miRNAs in gene regulatory networks. The target genes mainly encode transcription factors, enzymes, and DNA binding proteins and have a potential role in biological and metabolic pathways, including plant growth and developmental processes, pathogen defense mechanisms, and stress responsive processes.Chapter two begins with validating the defined sets of genes complemented by AOX , called `ReprogVir us,` potentially involved in early cell reprogramming and host cell resilience prediction. To investigate the role of cell reprogramming initiation in the defined sets of genes, we performed transcript level expression analyses of the most critical genes i n the transcriptomic data of the two rice cultivars with contrasting responses to salt stress (Pokkali tolerant and IR29 susceptible) over a short period of 24 h. Our data support the involvement of alternative pathways and glycolysis/fermentation in the m ore efficient stress response observed in a salt stress tolerant rice genotype. This response is primarily associated with adaptive ROS balancing by AOX (via AOX1a expression), effective tuning of the antioxidant system, and rapid energy production (via fe rmentation). Both contribute to sustaining and optimizing respiration. Chapter three proceeds with validating the transcriptome level profiles of the most critical marker candidates from the 'ReprogVirus' gene sets identifying the major complex trait for complex trait for early de novo programming early de novo programming ‘oV‘CoV--MACMAC--TED’ in cultured human nasal TED’ in cultured human nasal epithelial cells infected by two SARSepithelial cells infected by two SARS--CoVCoV--2 variants differing in disease severity2 variants differing in disease severity. Significant . Significant upregulation of the upregulation of the candidatecandidate genes revealed virusgenes revealed virus--induced ROS/RNS deinduced ROS/RNS de--balancing, balancing, differential gldifferential glycolysis, fermentation, and cell cycle regulation, essential for cell survival and ycolysis, fermentation, and cell cycle regulation, essential for cell survival and escape from stress.escape from stress. In shortIn short, this thesis elucidates the diverse potential of , this thesis elucidates the diverse potential of AOXAOX as a functional as a functional marker gene for predicting cell resilience and mediating cell reprogrammingmarker gene for predicting cell resilience and mediating cell reprogramming under stress. In under stress. In parallel, this study justified the function of genes potentially substituting the role of plant parallel, this study justified the function of genes potentially substituting the role of plant AOXAOX in virusin virus--infected human nasal epithelial cells (NECs) with pinfected human nasal epithelial cells (NECs) with promisingromising therapeutic therapeutic strategies.strategies. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/71477 |
Appears in Collections: | DBBM - Teses defendidas na UFC |
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