Nucleic acids store and control genetic information and, beyond the canonical B-form DNA double helix, can adopt a variety of non-canonical architectures, including G-quadruplex (G4s), i-motifs (iMs), triplexes, R-loops, and Z-DNA/Z-RNA. These structures are widespread across genomes and transcriptomes and play important biological roles (transcription, replication, translation, and genome stability). They are recognized as regulatory hotspots enriched at promoters, enhancers, telomeres, untranslated regions, and viral genomes and their involvement in cancer, viral infection, neurodegeneration, and inflammatory disorders. Their in vivo functions have also opened therapeutic avenues both as drug targets and therapeutic tools. As drug targets, these non-canonical structures can be modulated to alter cellular behavior, while as therapeutic agents, nucleic acids can be engineered to adopt non-canonical folds that bind key cellular partners and exert biological effects. This dual role is unusual for other approaches and positions non-canonical structures at the forefront of modern drug discovery. These structures are emerging as important tools in oncological research and therapeutic development. Proto-oncogenes encode proteins essential to normal physiology; however, when mutated or amplified become oncogenes, they drive unchecked growth and survival. The transcription factors (TFs) are a particularly important class of proto-oncogenes that bind to DNA and recruit co-regulators, orchestrating broad gene-expression programs. Their sweeping control of transcription makes them powerful cancer drivers but also challenging drug targets. Unlike enzymes with well-defined catalytic pockets, TFs often rely on flexible, intrinsically disordered regions for interactions, contributing to their reputation as “undruggable.” Numerous TFs have been reported as dysregulated in cancer and are frequently correlated with poor prognosis and resistance to chemotherapy. Other TF are gaining relevance, such as B-MYB (MYBL2), a transcription factor from the MYB family required for normal cell-cycle progression, which acts as an oncogene when overexpressed or deregulated. Functionally, the B-MYB protein serves as a master cell-cycle regulator by integrating into multiprotein assemblies, most notably the DREAM and MMB complexes, that coordinate cell-cycle gene expression. Beyond these physiological functions, B-MYB is upregulated in multiple cancers, such as breast and lung, and its overexpression is correlated with aggressive disease, treatment resistance, and unfavorable prognosis. The molecular mechanisms linking B-MYB to tumorigenesis include gene amplification, cell cycle deregulation, genomic instability, apoptosis suppression, post-transcriptional and post-translational modifications, or can contribute to epithelial-to-mesenchymal transition. Thus, B-MYB TF can be seen as a relevant clinical biomarker and one of the main orchestrators of carcinogenesis; however, until now, no pharmacological therapy against B-MYB has been developed, also related to its “undruggable” profile. Also, it’s known, by bioinformatic analysis of the human genome, that oncogene promoter regions are G/C rich around transcription start sites (TSS), which allows the formation of structures called G4 or iM. The G4s are formed by the self-association of four guanine bases in a quasi-planar arrangement via Hoogsteen bonds and are described as having a gene regulatory function, namely at the transcriptional level, while the iM is formed by Hoogsteen bonds between protonated and deprotonated cytosines. Motivated by these observations, the central objective of this thesis was to explore alternative routes to target the B-MYB oncogene using non-canonical nucleic-acid structures: first as drug targets and later as therapeutics. The thesis started by the identification of G-rich sequences at the B-MYB promoter capable of forming G4 structures. The identification of G-rich sequences was performed using the G4Hunter algorithm, and their conservation across mammalian species was also verified. The experimental validation of their formation was performed by combining 10 biophysical and biochemical methods. Later, the in-cell relevance of G4 structures was evaluated employing the G4access method, which reveals that from the predicted sequences, only the most stable one (B-MYB 43R) was shown to be significantly formed in cells, evidencing a potential impact on the transcription of this gene to its location closest to the TSS. Next, the ability of C-rich sequences to form iM structure was evaluated. Again, the iM-forming sequences were predicted using the G4Hunter algorithm and the experimental validation started by circular dichroism (CD) and nuclear magnetic resonance (NMR) to determine if the sequences fold into an iM structure. Then, stability parameters such as pHT (pH transitional midpoint) were determined by acquiring spectra at different pH values (between pH=5 and pH=8; 0.25-unit increments). The thermal stability and thermodynamic parameters were also calculated using the denaturation and renaturation melting curves. Then, the in-cell formation was assessed using iM-CUT&Tag experiments in HEK293T, which revealed the formation of the iB-MYB 43 that was characterized to have the highest Tm and the highest pHT among the studied sequences. After this characterization, the interaction of small molecules with iB-MYB structures was assessed. As a general tendency, the ligands did not affect the CD spectral shape; however, some of them evidenced changes in secondary structure or thermal destabilization. After evaluating the capacity to form G4 or iM, we continued to validate the G4 formation within a cellular environment using a G4-triggered fluorogenic hybridization probe. This strategy circumvents the limitations of the antibodies and small-molecule probes, which show a lack of structural selectivity labeling diverse DNA and RNA G4s indiscriminately, and cannot specifically target the desired G4. The molecular probe was composed of G4-recognizing light-up ligand (acridine derivative) with an antisense oligonucleotide that hybridizes adjacent region of B-MYB G4. Before probe synthesis using a click chemistry approach, the ligands were photophysically characterized, biophysically evaluated against G4, and further validated spectroscopically and in cells. Cellular studies confirmed the co-localization between the molecular probe and B-MYB G4 in-cell, offering promise for future applications in cancer research in terms of targeted therapies and monitoring of G4. Although G4s are highly dynamic and topologically diverse, promoter G4s are commonly parallel, whereas antiparallel forms are underreported and less characterized. In earlier work, we identified a B-MYB promoter sequence (B-MYB 26RA), that forms an antiparallel G4. Thus, a biophysical pipeline, starting in solution NMR spectroscopy alongside in-cell NMR studies, was made to predict a three-dimensional model (antiparallel quadruplex-duplex junction) and to assess the formation in a live complex environment of B-MYB 26RA. Interestingly, B-MYB 26RA evidenced an ionic sensitivity to K+ and Na+, increasing their topological dynamics, and demonstrated that, when associated with PhenDC3 ligand, a conformational shift from hybrid to antiparallel topology happens. Then, we moved to B-MYB 43R G4 to discuss the therapeutic relevance and the capacity to be targeted by small molecules. Thus, using spectroscopic methods, the G4 formation and its interaction with a panel of G4-stabilizing ligands were confirmed. From the tested ligands, PhenDC3 and TMPyP4 demonstrated the highest binding affinity and stabilization and revealed that both ligands inhibited proliferation and migration in two lung cancer cell lines (A549 and H1299), with PhenDC3 showing potent cytotoxic and cytostatic effects. Furthermore, PhenDC3 upregulated B-MYB expression despite its strong phenotypic effects, highlighting the complexity of G4-targeting mechanisms and supporting the growing evidence that ligands do not always downregulate their target genes. Finally, we explored the use of Polypurine Reverse-Hoogsteen (PPRH) hairpins as an alternative therapeutic approach to target the B-MYB promoter. PPRH are DNA oligonucleotides that fold into intramolecular hairpins and bind complementary polypyrimidine, forming stable DNA triplexes, impeding transcription, and displacing the G-rich strand, inducing G4 formation, enabling dual-level regulation of oncogene expression. Thus, using a bioinformatic tool (TFO Searching Tool), a PPRH was designed against the G4-forming region at the B-MYB promoter (B-MYB 43R), and then experimentally assessed the triplex formation using biophysical methods. The biological effects of designed PPRH, evaluated in lung cellular models (A549, H1299 and MRC-5), demonstrated a low cell viability and clonogenic capacity accompanied by mRNA expression reduction and proteomic profile alterations. Thus, the combination of triplex-based approaches with G4 biology could be a future venue for therapy. Overall, this thesis establishes non-canonical nucleic-acid structures as both actionable targets and therapeutic agents. As a target, the formation of G4 and iM structures at the promoter region of the B-MYB oncogene; was provided new insights about structure and topological dynamics according to the surrounding environment; was validated their formation in-cell, as well as explored the interaction with small molecules. On the other side, the therapeutic potential was explored using PPRH, which revealed a selective and powerful tool to target B-MYB. Together, these findings provide fundamental insights and open new avenues for translational research on the B-MYB oncogene.

This laboratory experiment describes the production and purification of plasmid DNA for undergraduate biochemistry and biotechnology courses. This experiment performed in a one-week period includes the protocols for plasmid pVAX1-LacZ production in Escherichia coli DH5α cells and subsequent purification of supercoiled pVAX1-LacZ. Firstly, the students use a growth medium that favors the replication of the plasmid resulting in a higher plasmid production during exponential growth. Afterwards, alkaline lysis is done to disrupt the bacterial cells and recover pVAX1-LacZ plasmid. Lastly, they perform the purification of pVAX1-LacZ supercoiled isoform by L-histidine chromatography, followed by agarose gel electrophoresis to characterize the separation of supercoiled isoform from contaminants. The proposed experiment provides an opportunity for students to acquire these skills that are routinely used in biochemistry and biotechnology laboratories. © 2019 International Union of Biochemistry and Molecular Biology, 47(6):638-643, 2019.

Ultimamente muitos países, assim como o Brasil, assistem a um aumento significativo das infecções fúgicas nosocomiais invasivas. Devido a avanços tecnológicos na medicina nas duas últimas décadas como o uso do cateter, sondas, novas técnicas cirúrgicas e outros, aumentaram de forma expressiva a qualidade de vida de pacientes críticos. Em contrapartida, infecções fúngicas invasivas surgiram como complicação nestes pacientes. Dentre os diversos agentes etiológicos encontrados no ambiente hospitalar o gênero Candida é o patógeno mais isolado e está associado a altas taxas de morbidade e mortalidade. O presente trabalho recuperou 100 cepas já isoladas de diferentes estabelecimentos de saúde do Rio de Janeiro no período de 2013 a 2014, essas amostras foram submetidas a provas cromógenas, tubo germinativo, produção do clamidósporos, espectrometria de massas e Provas de Sensibilidade a antifúngicos. Essas cepas foram encontradas em vários sítios anatômicos, onde 44% desses isolados foram obtidos por urinocultura, e o setor com maior incidência foi Centro de Tratamento Intensivo (CTI) com 40% das amostras isoladas. A região de Niterói foi o município com maior percentual de isolados fúngicos (52%). Foramidentificadas as seguintes espécies: Candida tropicalis, C. albicans, C. parapsilosis sensu stricto, C. guilliermondii, C. glabrata,C. krusei, C. metapsilosis e C. dubliniensis. Espéciesnão-albicans apresentaram se mais resistente aos antifúngicos usados neste trabalho e a anfotericina B mostrou ser o antifúngico mais eficaz nesta pesquisa principalmente em relação às cepas de C. albicans.A Candida tropicalisfoi a espécie mais isolada neste trabalho superando a Candida albicans na maioria dos setores e nos sítios anatômicos. Sendo assim, a identificação dessas cepas fúngicas é fundamental para localizar a fonte da infecção e acompanhar o tratamento clínico tornando-o mais assertivo e assim evitando uma estada mais longa dos pacientes no ambiente hospitalar e diminuindo gastos mais expressivos com esse tipo de infecção

This work is result from a qualitative research, a case study, which aims to develop a game that contributes to the teaching and learning of biochemistry, verify differences in this teaching and learning, among those diferences that are linked to the moment of choice in the game application, and verifying i this game could be used for the evalution of biochemical knowledge. This proposal was fulfilled with college students of the chemistry degree course of the Federal University of Goiás, and with students of first year of high school in the state school Damiana da Cunha, in Goiás. The results showed that the teaching and learning of biochemical concepts through the game is efficient. Contributing not only overcome the difficulties encountered in teaching hese concepts, but also to a more meaning full earning of them. In relation to the evaluation, the game proved to be na excelente instrument for evaluting both the diagnostic and the formative type.

Este trabalho nasce da inquietação sobre a forma como a Bioquímica vem sendo tratada, entre os conteúdos de Química Orgânica no Ensino Médio. O intuito deste trabalho foi elaborar e avaliar uma sequência didática que possibilitasse contextualizar o ensino de Bioquímica, ao utilizar a temática de Carboidratos. O caminho metodológico foi traçado a partir de uma abordagem qualitativa. A sequência didática foi aplicada no terceiro ano do ensino médio de uma escola pública, no município de Bagé-RS. A elaboração e aplicação da sequência didática foram baseadas nos momentos pedagógicos, sendo estes desenvolvidos em seis encontros ao todo. Após a sequência didática ter sido aplicada, observou-se que os alunos obtiveram um maior interesse e participavam mais durante as explanações, fazendo com que o conhecimento que tinham de inicio se complementasse e as concepções deles sobre carboidratos em parte foi alcançado.

No Brasil, a formação docente para o ensino superior se dá especificamente nos programas de pós-graduação (PPG) stricto sensu. Entretanto, os egressos são formados com excelência em pesquisa, mas com fragilidades no âmbito da docência. A bioquímica sendo uma área interdisciplinar e com seu conhecimento constituído praticamente a partir do desenvolvimento de pesquisas cientificas, os PPG da área seguem a mesma vertente. Neste sentido, este trabalho investigou os espaços dedicados ao ensino/educação na estrutura dos PPG em bioquímica do Brasil e a concepção de estudantes sobre a importância da sua preparação pedagógica para a carreira docente. Para isso, realizamos o levantamento dos espaços distribuídos pelos PPG do Brasil e analisamos a concepção dos estudantes acerca da importância da formação pedagógica para a prática docente. Com os resultados verificamos que existem diversos espaços destinados ao ensino/educação nos PPG, porém estes se dedicam majoritariamente a atividades extensionista ou pontuais, deixando o caráter de formação docente secundarizado.. Quanto a concepções dos estudantes percebemos que existe uma preocupação real quanto a importância e a necessidade da preparação pedagógica para pratica docente. Dessa maneira podemos constatar a extrema relevância da consolidação e da expansão destes espaços nos PPG.

A malária é causada por protozoários do gênero Plasmodium, sendo que o P. falciparum é responsável pela maioria das mortes. O quadro clínico dessa parasitose inclui febre, calafrios, cefaleia, vômito, diarreia, anemia, coma e morte. O mais antigo antimalárico é a quinina, um alcaloide obtido a partir da casca da árvore de espécies de Cinchona. Devido a sua toxicidade e ao surgimento de novos fármacos, seu uso foi limitado, porém voltou a ter maior importância em virtude da resistência do plasmódio a outros medicamentos. Uma alternativa para minimizar a toxicidade é o desenvolvimento de uma forma farmacêutica capaz de tornar esse fármaco menos tóxico, como os sistemas nanoencapsulados. O presente trabalho teve como objetivo verificar parâmetros hematológicos, bioquímicos e de estresse oxidativo em ratos Wistar tratados com nanocápsulas contendo quinina. Os animais foram divididos em quatro grupos, os quais receberam os seguintes tratamentos: controle (solução salina - NaCl 0,9%); quinina livre (75mg/Kg/dia); nanocápsulas brancas; nanocápsulas contendo quinina (75mg/Kg/dia). As formulações foram administradas três vezes ao dia por via intraperitoneal durante sete dias consecutivos. No oitavo dia os ratos foram eutanasiados e o sangue venoso foi coletado para análises posteriores. O tratamento com nanocápsulas contendo quinina foi capaz de manter os níveis hematológicos dentro dos limites normais. Os marcadores das funções cardíaca, hepática e renal apresentaram níveis sanguíneos significativamente diminuídos no grupo tratado com nanocápsulas contendo quinina em relação ao grupo tratado com quinina livre. As enzimas antioxidantes catalase, superóxido dismutase e glutationa peroxidase apresentaram uma atividade significativamente mais elevada no grupo tratado com nanocápsulas contendo quinina comparado ao grupo quinina livre, assim como o nível de glutationa reduzida. A quinina foi capaz de induzir dano lipídico, proteico e genético, e sua nanoencapsulação atenuou o dano. Assim, estes resultados demonstraram que a nanoencapsulação pode ser eficaz na redução dos efeitos adversos causados pela quinina, tornando este medicamento mais seguro para o tratamento da malária.

A Síndrome Metabólica é um distúrbio, que ao longo dos anos, vem crescendo na população mundial. Pouco se sabe sobre sua fisiopatologia, no entanto acredita-se que a mudança de hábitos e a mudança na alimentação diária tenham um impacto sobre o aumento desta doença. Sendo assim, a busca por tratamentos não medicamentosos e de baixo custo tem sido uma alternativa para o seu tratamento. Neste sentido, o objetivo deste estudo é investigar o efeito do treinamento aeróbico de natação e da suplementação com cafeína sobre parâmetros neuroquímicos e cognitivos de ratos previamente tratados com frutose. Para avaliar o efeito do treinamento e da suplementação com cafeína foram necessários 8 grupos para contemplar todas as variáveis, o tempo do experimento foi de 10 semanas, o treinamento físico durou 6 semanas, onde a cafeína era administrada após os dias de treinamento. Nossos resultados mostram que os animais tratados com frutose ingerem menos comida, bebem mais água, mas ingeriram mais caloria durante todo o experimento, no que se refere às análises antropométricas foram observados que o consumo de frutose aumentou a gordura visceral, no entanto não apresentou aumento no peso corporal e do músculo sóleo, já os animais treinados tiveram o aumento no peso do músculo e diminuição do peso corporal e gordura visceral e a suplementação de cafeína foi capaz de diminuir o ganho da massa de gordura visceral. Na depuração de glicose foi possível observar que o treinamento e a suplementação de cafeína puderam reverter o efeito da frutose diminuindo a depuração de glicose ao longo do tempo, no perfil lipídico da mesma forma, o fator de treinamento físico foi capaz de reverter o efeito da frutose diminuindo o colesterol total, HDL e triglicerídeos, mas não nos níveis de LDL. A análise estatística mostrou que a administração de frutose por 10 semanas prejudicou a memória de curto prazo e memória espacial, mas não a memória de longo prazo, no entanto o treinamento físico melhorou a memória de curto prazo, longo prazo e espacial e pode reverter o efeito da frutose na memória de curto prazo. A administração de frutose induziu os ratos a passar mais tempo em braços fechados na tarefa de labirinto em cruz elevada, o que nos leva a crer que estes animais estavam mais ansiosos. O treinamento físico diminuiu o tempo gasto nos braços fechados e reverteu o efeito da frutose no tempo gasto nos braços fechados e por fim o treinamento físico aumentou os níveis de NRF2 em comparação com animais sedentários. Dessa forma, foi possível concluir que o alto consumo de frutose desenvolve desordens metabólicas como: o aumento de gordura visceral, aumento nos níveis lipídicos, diminuição na depuração da glicose e que além disso, gera danos cognitivos prejudicando a memória e causando ansiedade. Por outro lado o treinamento físico e a cafeína puderam reverter boa parte dos danos causados pela frutose, sendo assim, pode-se considerar o treinamento físico e a ingestão de cafeína como uma terapia alternativa e não medicamentosa para auxiliar na diminuição dos fatores de risco associados à síndrome metabólica.

A Bioquímica é o ramo da Ciência que estuda as estruturas moleculares, mecanismos e processos químicos responsáveis pela manutenção da vida. Seu estudo é visto em diversos cursos da graduação tornando assim indispensável a existência de referenciais teóricos na área. As novas tecnologias cada vez mais presentes em nosso cotidiano também servem de referenciais teóricos para a aprendizagem. Considerando isso, nossa pesquisa tem como objetivo analisar de que forma se apresentam os conceitos relacionados à Bioquímica em livros (texto) e na maior enciclopédia online Wikipédia (hipertexto). Para tanto, criamos três grandes categorias de avaliação: assunto, ilustrações e conceitos. Os resultados mostraram que em ambos referenciais a abordagem se dá de forma clara e sucinta, sendo de fácil compreensão.

Most studies on the effects of physical exercise have focused on its influence on muscle tissue, forgetting its interference in liver function. Ageing leads to the progressive impairment of hepatic functions. Several biochemical and bioenergetics parameters were determined to test the impact of a lifelong aerobic training program in the hepatic age-related and the development of an adaptative response. Liver samples were collected from 28 male Wistar rats (4-week-old, 159.4 ± 11.9 g at the beginning of the protocol), randomly distributed into two groups: non-exercised or exercised and submitted to a treadmill exercise program (60 min/day, 5 days/week, at 70% of maximal running speed), for 24 (n = 9) or 54 weeks (n = 10). A maximal running speed test was performed to determine the training speed. Antioxidant enzyme activity, cellular redox status, oxidative stress, mitochondrial respiratory chain enzymes and respiratory activity were performed in liver samples. Lifelong exercise decreased the age-associated decline in mitochondrial dysfunction, increasing the respiratory rate in state 2 (mitochondrial respiration stimulated by the substrate in the absence of added ADP) (p = 0.03) and citrate synthase enzymatic activity (p = 0.007). Complex II (p < 0.0001) and IV (p < 0.001) showed a decrease in enzymatic activity. Ageing-related oxidative stress was also attenuated by physical exercise, as showed by the increase in first-line defense antioxidant enzymes (superoxide dismutase (p = 0.07) and catalase (p = 0.03)), decreased lipid peroxidation levels (p = 0.864 for total fraction, p = 0,27 for mitochondrial fraction) and higher glutathione reduced/oxidized ratio (p = 0.02). According to our results, the regular practice of exercise can prevent the liver’s mitochondrial dysfunction and loss of antioxidant system efficacy that may arise from ageing, highlighting the benefit of lifelong aerobic exercise in preventing age-related hepatic impairment and associated diseases.