Assessing pseudogene expression during neural differentiation by RNA-Seq

Tese de mestrado, Bioinformática e Biologia Computacional (Biologia Computacional), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015Os pseudogenes são sequências genómicas que foram desprezadas ao longo do tempo, por se pensar que não passavam de réplicas ancestrais de genes codificantes de proteína. Esta visão tem sido desmistificada nos últimos anos e vários estudos têm vindo a surgir mostrando que os pseudogenes não são apenas meras cópias disfuncionais dos genes codificantes de proteína, pois também eles desempenham funções biológicas relevantes. Existem 14,285 pseudogenes anotados no genoma humano pelo projeto GENCODE (versão 22, Outubro de 2014). O número tem vindo a aumentar ao longo dos anos devido ao desenvolvimento das tecnologias de sequenciação de nova geração (next generation sequencing - NGS) e de algoritmos para identificação de novos pseudogenes. No genoma de ratinho encontram-se anotados 8,526 pseudogenes pelo projeto GENCODE (versão M5, Dezembro de 2014). A origem destas sequências que derivam de genes codificantes de proteína (genes parentais) dá-se na sua grande maioria por um de dois mecanismos de pseudogenização: duplicação genómica de um locus do gene parental (pseudogene duplicado ou não-processado); ou retrotransposição (pseudogene processado), onde um mRNA é reversamente transcrito em DNA de novo e inserido aleatoriamente no genoma. Este último é o processo pelo qual a maioria dos pseudogenes são originados, levando esta classe a ser a mais estudada. Inicialmente estas sequências podem ser operacionais, mas ao longo do tempo acumulam mutações deletérias que podem resultar na tradução de um codão stop prematuro, ou em mutações frameshift que levam a uma mudança na grelha de leitura, impedindo a expressão bem sucedida destas sequências. Existe ainda uma terceira classe de pseudogenes, os unitários, que não resultam de nenhum tipo de inserções genómicas, apenas de mutações pontuais, levando assim a que se torne um “gene vestigial”. O primeiro pseudogene foi descoberto em 1977, coincidindo com o aparecimento da primeira técnica de sequenciação. O desenvolvimento das tecnologias de NGS, bem como a redução de custo das mesmas, têm permitido que cada vez mais laboratórios em todo o mundo sequenciem as suas amostras e incorporem a sequenciação de moléculas de DNA (Deoxyribonucleic acid) ou RNA (robonucleic acid) na sua investigação. Uma destas tecnologias é a sequenciação do transcriptoma (RNA-seq) que representa uma forte alternativa ao uso de microarrays no estudo da expressão genética, sendo que para a análise destes dados são essenciais conhecimentos na área da Bioinformática e Biologia Computacional. Esta tecnologia tem permitido o estudo ao nível do transcriptoma não só de genes codificantes de proteína, como de outras sequências nucleotídicas não codificantes. Exemplos disto são os pseudogenes e ncRNAs (non-coding RNAs), permitindo assim compreender que também estes transcriptos não codificantes desempenham um papel importante em termos biológicos. Assim, a ideia de que estas sequências eram apenas zonas do genoma sem qualquer tipo de importância, sendo consideradas “lixo”, tem sido desmistificada. Os pseudogenes podem interagir com os seus genes parentais de diferentes formas: fonte de pequenos RNAs de interferência; transcriptos antisense; inibidores competitivos da tradução; RNAs endógenos competitivos; competindo pela ligação a microRNAs partilhados. Apresentam uma expressão específica de tecido para tecido, sendo que o cérebro e os testículos são os tecidos que apresentam uma maior expressão de pseudogenes. Em 2014 foi descrito o caso de um gene (OCT4A) com um padrão de regulação associado a três dos seus pseudogenes durante a diferenciação neural de células estaminais humanas. Contudo, a extensão de pseudogenes envolvidos na regulação dos padrões de expressão associados com diferenciação nunca foram abordados globalmente. Deste modo, este trabalho tem o propósito de estudar a expressão dos pseudogenes na diferenciação de células estaminais em percursores neuronais, tanto em humano como em ratinho. De modo a atingir o objetivo, foram analisados dados de transcripoma (RNASeq) de amostras obtidas ao longo da diferenciação neural em humano e ratinho. De modo a obter um catálogo completo de pseudogenes foram usadas três bases de dados (Ensembl, Yale e Noncode), perfazendo um total de 19444 pseudogenes no genoma de ratinho e 18061 no genoma de humano. Além disso foi também construída uma pipeline para descobrir novos potenciais pseudogenes, resultando num total de 130 (41 nas amostras de ratinho e 89 nas amostras de humano). Para obter os pseudogenes com expressão diferencial foram testados três métodos implementados em pacotes do R (DESeq e EdgeR), tendo-se optado por usar o pacote EdgeR para a análise final. Devido à elevada semelhança entre as sequencias do pseudogene e o respetivo gene parental, os alinhamentos contemplaram apenas reads unicamente mapeadas. Assim, foi necessário estudar a mapabilidade dos pseudogenes, percebendo a singularidade dos mesmos e dessa forma filtrar os resultados. Após esta análise foi possível identificar 513 pseudogenes (92 de ratinho e 421 de humano) a variarem ao longo da diferenciação neural. A análise funcional dos respetivos genes parentais revelou 172 pseudogenes, potencialmente interessantes para a diferenciação celular e neural. A comparação dos resultados de ambos os organismos identificou um dos novos pseudogenes de ratinho como homólogo de um pseudogene humano anotado e contendo o ortólogo gene parental (FAM205A). De modo a explorar a regulação dos genes parentais pelos seus pseudogenes, foi avaliada a correlação dos níveis de expressão para cada par de pseudogeneparental, sendo que em ambos os organismos foi encontrado um elevado número de pares de genes positivamente correlacionados. Neste estudo, foram ainda incluídos os resultados com dados de transcriptoma ao nível de célula-única (single-cell). Devido ao nível baixo de sequenciação dos dados de célula-única a percentagem de pseudogenes expressos (com contagens processadas) foi reduzida e não permitiu detetar os pseudogenes da análise de transcriptoma global. Contudo, a análise destes dados revelaram quatro pseudogenes diferencialmente expressos cujos parentais têm funções relevantes a nível da diferenciação neuronal e envolvidos nas vias de sinalização de doenças neurodegenerativas. Concluindo, o presente trabalho permitiu obter um conjunto de pseudogenes que variam ao longo da diferenciação neural e com o potencial para regularem genes parentais associados com diferenciação celular, neural ou doenças neurais. Além disso, os resultados realçam a importância da utilização de dados das tecnologias desequenciação em larga-escala na descoberta de novos transcritos.Pseudogenes are nucleotide sequences that were been neglected since they were discovered. In the last years this point of view is changing, and their functions have been studied and there are been annotated more pseudogenes than the estimated number in human genome. Pseudogenization process can occur essentially by two mechanisms: genomic duplication of a parental gene locus (duplicated pseudogene); or retrotransposition (processed pseudogene) where an mRNA is reversely transcribed and randomlyinserted in the genome. Initially these type of sequences can operate as a normal protein coding gene, but after some time and accumulation of deleterious mutations the open reading frame is modified, preventing their well-succeeded expression. RNA-Seq technology allows studying the transcriptome of all type of biologic sequences, not only protein coding genes, giving an idea of the roles performed by them and demystifying the idea that they are genomic “junk”. There are evidences of interaction with their parental genes as: source of endogenous siRNAs; antisense transcripts; competitive inhibitors of translation; competitive endogenous RNAs (ceRNAs); competing for binding to shared miRNAs. In 2014 (last year) was described that a protein coding gene (OCT4) with a regulation patern associated with three of its pseudogenes in human stem cells differentiation. To achieve our goal, were analyzed transcriptome sequencing (RNA-Seq) of neural differentiation datasets of human and mouse. Three databases were merged and a pipeline was constructed in order to find new possible pseudogenes, resulting in a total 130 in two dataset. Differential expression analysis was performed with two R packages (DESeq and EdgeR) with three different approaches, and after comparison, EdgeR pair wise analysis was selected as the best for our study. Because of the high similarity between pseudogenes and their cognates, we only allowed reads uniquely mapped. Thus, it was necessary to study mappability of pseudogenes, realizing the uniqueness of them and therefore filter results. After this analysis, was possible to identify 513 pseudogenes varying along differentiation (92 in mouse dataset and 421 in human dataset). Functional analysis allowed to identify 172 potentially interesting pseudogenes in neural differentiation. Comparison of results between organisms identified one new putative mouse pseudogene homologous of an annotated pseudogene in human, with an ortholog parental (FAM205A). To assess regulation of cognates by their pseudogenes, expression values were evaluated with Pearson’s coefficient and there were found many pairs with significant correlation. Processed data from single-cell experiments were analyzed too and there were highlighted four differentially expressed pseudogenes associated with neurodegenerative diseases and neural differentiation. Finally, this work enabled to obtain a set of pseudogenes varying along neural differentiation with regulatory potential of parental genes associated with cell and neural differentiation or neurodegenerative diseases. The results highlight the importance of high throughput sequencing in discovery of new transcripts

Hedging the longevity risk for the portuguese population in the bond market

Increases in life expectancy have been noticeable in recent decades and this is one of the key issues to the annuities industry and to the public pensions system. To address the problem of hedging the longevity risk, several instruments have been discussed within the financial markets in order to find a solution. Many stochastic models have been suggested to fit the evolution of the mortality curve as close as possible, so that these financial instruments can be issued on a solid basis. In this paper, we discuss and simulate the issue of two longevity bonds with cash flows linked to the evolution of a survival index, built on the Portuguese mortality data. The forecast of mortality rates is per- formed using a two-factor stochastic model, the Cairns-Blake-Dowd (CBD) model. The main objective is to develop a hedging solution to the increases in human longevity in Portugal

Why foreign savings fail to cause growth

Este artigo é uma formalização da crítica à estratégia do crescimento com poupança externa que um de seus autores vem sendo fazendo nos últimos anos. Apesar dos países de renda média serem pobres de capital, os déficits em conta corrente (poupança externa), financiado seja por empréstimos ou por investimentos externos diretos, não irá aumentar a taxa de acumulação de capital ou terá pouco impacto sobre ela, uma vez que os déficits de conta corrente estarão associados taxas de câmbio apreciadas, ordenados e salários aumentados artificialmente e altos níveis de consumo. Consequentemente, a taxa de substituição da poupança externa pela interna será relativamente alta, e o país será obrigado não a investir e crescer, mas a consumir. Apenas quando há grandes oportunidades de investimento, estimuladas por uma ampla diferença entre a taxa de lucro esperada e a taxa de juros de longo prazo, a propensão marginal ao consumo diminuirá suficientemente, a ponto de o lucro adicional originário do fluxo de capital estrangeiro ser usado para investimento, ao invés de para consumo. Neste caso especial, a taxa de substituição de poupança externa pela interna tenderá a ser menor e a poupança interna contribuirá positivamente para o crescimento

Níveis de atividade física em crianças de 9 anos fora do contexto escolar: estudo em meio urbano e meio rural

Projeto de investigaçãoA actividade física de crianças fora do contexto escolar contribui para o desenvolvimento de hábitos saudáveis. Neste projecto pretendemos saber os níveis de actividade física das crianças de 9 anos no meio rural e no meio urbano. Adaptaremos o questionário IPAQ que será aplicado às crianças de ambos os contextos. Dos resultados deste estudo proporemos recomendações sobre a frequência de actividade física adequada ao desenvolvimento de hábitos saudáveis das crianças com vista à promoção da saúde.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - unidade de investigação 31

A degradação da paisagem e a sua perceção após invasão pela espécie Acacia dealbata Link. : o caso da Região do Alto Ceira

Sabendo que as paisagens da atualidade são o resultado de diversos níveis de intervenções humanas e de processos naturais que conduziram a transformações da paisagem ao longo do tempo, pretendeu-se com este estudo apresentar uma abordagem teórica e análise crítica da problemática da invasão dos ecossistemas por plantas exóticas e dos seus impactos, evidenciando particularmente a espécie de acácia - Acacia dealbata Link. e, a vulnerabilidade dos ecossistemas do interior montanhoso do país, em particular a região do Alto Ceira, em plena Serra do Açor. Para além das alterações que as invasões provocam nas componentes tangíveis da paisagem, as acentuadas dinâmicas que se verificam na paisagem rural, influenciam também os aspetos percetivos. A homogeneização dos ecossistemas e a perda da biodiversidade é uma das atuais preocupações crescentes, face à proliferação de espécies exóticas através de processos invasores, facilitada pelas oportunidades oferecidas pelos ecossistemas devido a perturbações, alterações do uso e ocupação do solo e da inadequada gestão do território. Neste sentido, pretendeu-se aumentar o conhecimento sobre as dinâmicas da paisagem da região do Alto Ceira e apresentar orientações estratégicas de gestão do território, tendo em vista a recuperação, valorização e preservação dos ecossistemas e da qualidade da paisagem da área de estudo, face à invasão pela espécie exótica Acacia dealbata Link., com base na perceção dos agentes e atores locais e de uma visão/ambição para a paisagem. Assim, com base na informação recolhida e no trabalho de campo efetuado, consideramos que a introdução da espécie na região em estudo ocorreu na década de 30 do século XX e que, desde então, se tem verificado um aumento das áreas invadidas, estendendo-se atualmente a invasão a uma parte significativa do território, tendo vindo a aumentar a sua população e cobertura. Tal comportamento é devido principalmente às perturbações no ecossistema provocadas pelos grandes incêndios florestais que têm assolado a região, atuando como o principal fator perturbador e potenciador da invasão, através da estimulação da germinação do persistente e numeroso banco de sementes no solo da espécie Acacia dealbata Link. Se por um lado a invasão por espécies exóticas constitui uma das principais ameaças à biodiversidade, verificámos que os agentes e atores locais percecionam o fenómeno, mas não estão adequadamente informados relativamente aos impactos ecológicos e socioeconómicos provocados pela presença da espécie na região, por forma a motivar o seu controlo. Contudo, face à inexistência na região de orientações e medidas de gestão adequadas por parte das entidades gestoras do território, com vista à prevenção, controlo e erradicação da espécie, os atores locais consideraram que essas ações são necessárias e urgentes, só possíveis com a adequação dos instrumentos de gestão relativamente à invasão por espécies exóticas na região. No seguimento desta análise, neste estudo apresentámos propostas de orientações estratégicas de gestão do território, tendo em conta os objetivos de qualidade paisagística definidos, com vista a incluir em futuras revisões dos planos de gestão aplicáveis à região do Alto Ceira, nomeadamente os Planos Diretores Municipais de Pampilhosa da Serra e de Arganil.Knowing that current landscapes are the result of different levels of human intervention and natural processes, leading to changes in landscape characteristics over time, the intention of this study was to present a theoretical approach and critical analysis of the invasion of problematic ecosystem of exotic plants and their impacts, particularly highlighting the plant species Acacia dealbata Link, and the vulnerability of Portuguese mountain ecosystems applied to the Alto Ceira region included in Serra do Açor. Beyond the changes that the invasions cause the tangible components of landscape, accentuated dynamics taking place in the rural landscape also influence the perceptive aspects. The homogenization of ecosystems and loss of biodiversity is one of today's growing concerns, given the proliferation of alien invaders through processes facilitated by the opportunities offered by ecosystems due to disturbances, changes of land use and land cover and inadequate land management. In this sense, it was intended to raise awareness of the landscape transformation dynamics of Alto Ceira region and provide strategic guidelines for land management, to recovery, valorization and preservation of ecosystems and landscape quality of the study area due to invasion by exotic species Acacia dealbata Link, based on the perception of agents and local actors and a vision / ambition for the landscape. So, based on the information collected and on the performed field work, we believe that the introduction of the species in the study area occurred in the 30s of the twentieth century and, since then, the invaded areas have been increasing, currently the invasion extends to a significant part of the territory, having been increasing its population and coverage. Such behavior is mainly due to disturbances in the ecosystem caused by large forest fires that have plagued the region, acting as the main disturbing and enhancer factor of invasion, by stimulating the germination of the persistent and large seed bank of Acacia dealbata Link species in the soil. On the one hand the invasion by alien species is one of the main threats to biodiversity, we found that the agents and local actors perceive the phenomenon, but are not properly informed about the ecological and socio-economic impacts caused by the presence of the species in the region in order to motivate their control. However, the absence in the region of appropriate orientations and management measures by public institutions, for the prevention, control and eradication of the species, are reason enough for local stakeholders considering that these actions are both necessary and urgent, and that they should be integrated into the planning tools related to the invasion by exotic species in the region. Following this analysis, this study presents proposals for strategic guidelines for spatial planning, in accordance with defined landscape quality objectives in order to be included in future plan reviews, applicable in Alto Ceira region, including the Municipal Master Plan of Pampilhosa da Serra and Arganil

A União de Freguesias de Alcoutim e Pereiro e a reorganização administrativa: impactos no seu sistema de informação

O presente trabalho tem em vista dar a conhecer os impactos que a reorganização da administração local, nomeadamente com a agregação das freguesias, teve na gestão de um sistema de informação.Trata-se do sistema de informação da União das Freguesias de Alcoutim e Pereiro, do concelho de Alcoutim, no distrito de Faro, que foi alvo de alterações decorrentes das Leis n.º 22/2012, de 30 de maio e n.º 11-A/2013, de 28 de janeiro.Será este o objeto de estudo para a análise que se apresenta a reorganização e integração de dois sistemas de informação distintos e autónomos, relativos às Juntas de Freguesia de Alcoutim e o do Pereiro, que darão origem a um sistema de informação respeitante à nova freguesia resultante da agregação de ambas.Julgamos estar perante um desafio colocado a todas as Juntas de Freguesia que sofreram as alterações provocadas pela reorganização administrativa do território das freguesias sortida na lei. Palavras-chave: Freguesias, reorganização administrativa, agregação, administração local gestão da informação

Pré-certificação energética de grandes edifícios de serviços e dimensionamento de um sistema de produção renovável

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2020Um contínuo crescimento populacional e a consequente procura de energia cada vez mais acentuada, levou as grandes organizações mundiais a procurar medidas no sentido da otimização do consumo. A educação e sensibilização dos consumidores e o aumento da penetração de energias renováveis têm sido fundamentais no alcance deste objetivo mundial. Segundo dados de 2017 o setor dos edifícios representava 41,7% do consumo de energia na União Europeia. Com uma tendência crescente decorrente do crescimento populacional tornou-se fulcral a definição de um desempenho energético mínimo de forma a alcançar as metas propostas pela União Europeia. O estudo em causa tem por objetivo a avaliação do desempenho energético de um edifício de comércio e serviços (resort) com a emissão de um pré-certificado e posterior implementação de medidas de otimização as quais passam por um sistema de produção renovável com vista a alcançar um balanço de energia nulo. O estudo visa igualmente a análise económica da implementação do sistema fotovoltaico. Tanto para a avaliação do desempenho energético dos edifícios, bem como para o dimensionamento e cálculo da energia produzida pelo sistema fotovoltaico houve necessidade de recorrer a um software que nos permitisse realizar uma simulação térmica dinâmica de multizona. Para tal utilizou-se, o EnergyPlus sendo necessário a criação de um modelo, em que o edifício é dividido em diferentes zonas térmicas, utilizando-se o Sketch Up como software auxiliar de desenho. Com a presente dissertação verifica-se que a implementação do sistema de produção renovável, seja este On-Grid com ou sem sistema de armazenamento, torna possível alcançar um edifício de balanço energético quase nulo. O sistema de produção de energia renovável é composto por painéis fotovoltaicos, com uma potência instalada de 990 kWp e um banco de baterias de ácido chumbo com uma capacidade de 4645 kWh. Este sistema apresenta uma penetração renovável de 34,4% face ao consumo de energia primário pelo edifício em estudo o que ainda é manifestamente reduzido face à potencia instalada e à capacidade do banco de baterias. Economicamente foi considerado para o projeto um período de vida útil de 25 anos, com um Valor Atualizado Líquido (VAL) no final do mesmo de 1 278 487,98€, a que correspondeu um período de retorno do investimento de 12,94 anos.Continuous population growth and the subsequent demand for energy, which has become increasingly accentuated, has led major global organizations to seek measures to optimize consumption. The education and awareness of consumers and the increased penetration of renewable energies have proved vital in achieving this global objective. According to data from 2017, the buildings sector represented 41,7% of energy consumption in the European Union. With a growing trend due to population growth, the definition of a minimum energy performance has become crucial in order to achieve the goals proposed by the European Union. The study in question aims to evaluate the energy performance of a commercial and services building (resort) with the issuance of a pre-certificate and subsequent implementation of optimization measures which go through a renewable production system in order to achieve a zero energy balance. The study also aims at the economic analysis of the implementation of the photovoltaic system. Both for the evaluation of the energy performance of buildings, and for the dimensioning and calculation of the energy produced by the photovoltaic system, it was necessary to use software that would allow us to perform a dynamic multi-zone thermal simulation. For that, it was used the EnergyPlus, being necessary to create a model, in which the building is divided into different thermal zones, using Sketch Up as auxiliary drawing software With this dissertation it is verified that the implementation of the renewable production system, whether it is On-Grid, with or without storage system, makes it possible to achieve an almost zero energy balance building. The renewable energy production system consists of photovoltaic panels, with an installed capacity of 990 kWp and a bank of lead-acid batteries with a capacity of 4645 kWh. This system has a penetration of the renewables of 34,4% compared to the primary energy consumption by the building under study, which is still manifestly reduced in view of the installed power and the capacity of the battery bank. Economically, a service life of 25 years was considered for the project, with a Net Present Value (NPV) at the end of 1 278 487,98 EUR, which corresponded to a payback period of 12,94 years

A Regra Geral de Gonçalo Trancoso

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Energia solar e seu aproveitamento como fonte de eletricidade na Amazônia/ Solar energy and its use as a source of electricity in Amazon

O aproveitamento da energia irradiada pelo sol e interceptada pela Terra pode ser efetivado pelo uso de células solares que funcionam com base no Efeito Fotoelétrico. Podemos estimar essa energia com auxilio das formulas de Stefan-Boltzmann, que estima um valor de energia recebida no topo da atmosfera terrestre de 1.350 W/m2, valor chamado de constante solar. Esse valor é normalizado pelo padrão industrial denominado STC-Standard Test Conditions, considerando uma incidência de 1.000 W/m2, ao nível do mar, abatendo-se as perdas na atmosfera, com o objetivo de uso em projetos solares e aplicado a células solares de Silício. O Efeito Fotoelétrico é descrito e as tecnologias de células solares são apresentadas com auxilio de um gráfico. Foram coletados os valores de insolação média anual do Global Solar Atlas, incidentes sobre as capitais brasileiras e em algumas capitais europeias e americanas para fins de comparação. Como complementação foi feito um acesso à estação meteorológica de Belém do Inmet, o Instituto de Meteorologia do Brasil, para adquirir os valores de insolação registrados. Embora apenas implícito no texto da constituição brasileira a declaração de 'uso livre em pequenas capacidades, de energia renovável' (energia solar) o seu escopo é real, e por isso, fazemos uma consideração à tentativa atual de se taxar o uso do sol, em sistemas on grid, na modalidade 'micro geração distribuída', nas capitais brasileiras, como inconstitucional e bi tributária

Efeitos da taxa de câmbio na poupança interna : análise teórica e evidências empíricas para o caso brasileiro

Este trabalho tem como principal objetivo investigar as relações entre nível da taxa de câmbio real,poupança externa e poupança doméstica no Brasil. Dentro do modelo aqui explorado, casos desobrevalorização excessiva do câmbio real levam à redução de margens de lucro nos setores deprodução de bens comercializáveis, resultando numa queda importante no nível de poupança agregadadoméstica, bem como na substituição da poupança doméstica pela poupança externa. A análiseeconométrica realizada para a economia brasileira indica que há uma relação estável de longo prazoentre taxa de câmbio e poupança interna, e que desvalorizações relativas da taxa de câmbio real têmimpactos positivos e significantes sobre a poupança doméstica no período estudado. Além disso, osresultados das estimativas confirmam a existência de substituição de poupança doméstica por poupançaexterna