Las alteraciones de la regulación transcripcional son un factor importante en el cáncer de mama. Los ARN no codificantes, como los microARN (miR), desempeñan funciones muy influyentes en la regulación transcripcional de los genes. La regulación transcripcional puede modelarse y analizarse con éxito utilizando la teoría de redes complejas. En particular, las interacciones entre dos clases distintas de elementos biológicos, como los miR y los genes, pueden abordarse mediante el formalismo de redes bipartitas. Basándose en las propiedades de las redes bipartitas, es posible identificar miR muy influyentes en la red, como los que tienen un gran número de conexiones que indican la regulación de un gran conjunto de genes. Algunos miRs de una red son no redundantes, lo que indica que son los únicos responsables de la regulación de un determinado conjunto de genes, que a su vez pueden estar asociados a un proceso biológico concreto. Nuestra hipótesis es que los miRs altamente influyentes y no redundantes, que denominamos Commodore miRs (Cdre-miRs), tienen un papel importante en el control de funciones biológicas a través de redes transcripcionales. En este trabajo, analizamos la regulación de la expresión génica por miRs en tejido mamario sano y canceroso utilizando redes bipartitas miR-gen inferidas a partir de los datos de expresión del Atlas del Genoma del Cáncer (TCGA). Observamos diferencias en las distribuciones de grado, coeficiente de agrupamiento y redundancia para miRs y genes en la red, lo que indica diferencias en la forma en que estos elementos interactúan entre sí. Además, identificamos un pequeño conjunto de cinco Cdre-miRs en la red del cáncer de mama: miR-190b, miR-let7i, miR-292-b, miR-511, y miR-141. El vecindario de genes controlados por cada uno de estos miRs está implicado en funciones biológicas concretas, como los procesos asociados a la estructura de la dineína, la respuesta inmunitaria, la angiogénesis, la actividad de las citocinas y la motilidad celular. Proponemos que estos Cdre-miRs son importantes elementos de control de funciones biológicas desreguladas en el cáncer de mama.

La existencia de secuencias genómicas completas hace que sea importante desarrollar diferentes enfoques para la clasificación de conjuntos de datos a gran escala y facilitar la extracción de conocimientos biológicos. Aquí proponemos un enfoque para la clasificación de proteomas/conjuntos de proteínas completos basado en las distribuciones de proteínas en algunos atributos básicos. Demostramos la utilidad de este enfoque determinando las distribuciones de proteínas en términos de dos atributos: longitudes de proteínas y contenido de desorden intrínseco (ID) de proteínas. Las distribuciones de proteínas basadas en L e ID se estudian para organismos proteómicos representativos y conjuntos de proteínas de los tres dominios de la vida. A continuación, se construyen los mapas bidimensionales (denominados aquí huellas dactilares) a partir de las densidades de distribución de proteínas en el espacio LD definido por ln(L) e ID. Las huellas dactilares de diferentes organismos y conjuntos de proteínas son distintas entre sí, por lo que pueden utilizarse en estudios comparativos. Como caso de prueba, se han construido árboles filogenéticos basados en las densidades de distribución de proteínas en las huellas dactilares de proteomas de organismos sin realizar ninguna comparación de secuencias de proteínas ni alineamientos. Los árboles filogenéticos generados son biológicamente significativos, demostrando que las distribuciones de proteínas en el espacio LD pueden servir como señales filogenéticas únicas de los organismos a nivel del proteoma.

La expresión alelo-específica (ASE) se encuentra en aproximadamente el 20-30% de los genes humanos. Durante la tumorigénesis, la ASE cambia debido a alteraciones somáticas que modifican el panorama regulador. En el cáncer colorrectal (CCR), muchos cromosomas muestran ganancias o pérdidas frecuentes, mientras que la homocigosidad del cromosoma 7 es rara. Nuestra hipótesis es que los genes esenciales para la supervivencia muestran una expresión alelo-específica (ASE) en ambos alelos del cromosoma 7. Utilizando un panel de 21 líneas celulares de CCR de bajo paso recientemente establecidas, realizamos un análisis de ASE hibridando ADN y ADNc con Infinium HumanExome-12 v1 BeadChips que contenía cSNPs en 392 genes del cromosoma 7. Los resultados de este análisis inicial se ampliaron con un análisis de la expresión alelo-específica. Los resultados de este análisis inicial se ampliaron y validaron en un conjunto de 89 muestras emparejadas de mucosa normal y CCR. Descubrimos que el 14% de los genes mostraban ASE en una o más líneas celulares e identificamos el cambio alélico de los genes potenciales de supervivencia celular DLX5, GRB10 y SVOPL en el cromosoma 7, según el cual el alelo más abundantemente expresado en el tejido normal es el alelo menos expresado en el tumor y viceversa. Hemos establecido que este cambio alélico no se debe a la pérdida de impronta. El cambio alélico de SVOPL puede ser el resultado de una regulación transcripcional a la baja, mientras que los mecanismos exactos que resultan en el cambio alélico de DLX5 y GRB10 quedan por dilucidar. En conclusión, nuestros resultados muestran que se producen profundos cambios en la regulación transcripcional alélica durante la tumorigénesis del CCR.

Se ha descubierto que los helechos epífitos florecen después de que las angiospermas dominen las comunidades forestales y desempeñan un papel importante en las copas de los árboles de los bosques tropicales. ¿Cómo se adaptan los helechos epífitos a los doseles de los bosques tropicales? En la actualidad, sabemos poco sobre el mecanismo molecular que subyace a esta adaptación. Asplenium nidus es un helecho epífito muy conocido que está estrechamente relacionado con la especie terrestre Asplenium komarovii. Se realizaron análisis de RNA-seq y transcriptómicos comparativos para explorar las bases subyacentes de la adaptación de A. nidus a ambientes extremos. Se obtuvo un total de 44,04 y 44,57 Mb de lecturas limpias de A. nidus y A. komarovii, respectivamente, y se ensamblaron en 89.741 y 77.912 unigenes. La anotación funcional mostró que 52.305 (58,28% del total de genes de A. nidus) y 45.938 (58,96% del total de genes de A. komarovii) unigenes estaban anotados en bases de datos públicas. Se observó que los genes implicados en las respuestas al estrés y en la fotosíntesis habían sufrido una selección positiva en A. nidus. En comparación con A. komarovii, los factores de transcripción relacionados con la respuesta al estrés, el desarrollo de la hoja y el desarrollo de la raíz se encontraron considerablemente expandidos en A. nidus, especialmente en el subclado ANR1 de genes de la familia MADS-box que desempeñan funciones en el desarrollo de la raíz lateral. Este estudio mejora nuestra comprensión de la adaptación de A. nidus a hábitats epífitos mediante la formación de estrategias únicas.

El taxol es uno de los fármacos anticancerígenos más potentes y eficaces y se aisló originalmente de la especie Taxus. Para investigar los mecanismos reguladores específicos de la síntesis de taxol en Taxus wallichiana var. mairei, se realizó RNA-seq para revelar las diferencias en los niveles transcripcionales entre el tipo silvestre (WT) y "Jinxishan" (JXS), un cultivar seleccionado de una población de Taxus mairei que muestra un contenido de taxol en las acículas aproximadamente 3 veces mayor que el WT. Nuestros resultados indicaron que las altas expresiones de los genes taxadienol acetiltransferasa (TAT), taxadieno 5-alfa hidroxilasa (T5H), 5-alfa-taxadienol-10-beta-hidroxilasa (T10OH), y 2-debenzoil-7,13-diacetilbacatina III-2-O-benzoil-transferasa (DBBT), que catalizan una serie de pasos clave de acetilación e hidroxilación, son la causa principal del alto contenido de taxol en JXS. Además, en el presente estudio, la activación de la transducción de señales del ácido jasmónico (JA) y su interacción con la giberelina (GA), la auxina y el etileno (ET) explican la elevación de los genes expresados diferencialmente (DEG) de la vía de biosíntesis del taxol. Esto también indica que la biosíntesis de taxol en T. mairei está asociada con el equilibrio del desarrollo celular y la defensa. Los genes que codifican TF (factor transcripcional), representados por las familias del factor de transcripción sensible al etileno (ERF), básico/hélice-bucle-hélice (bHLH), MYB y WRKY, fueron detectados como expresados diferencialmente entre JXS y WT, indicando además que la regulación de la señalización hormonal sobre los genes de la biosíntesis de taxol estaba mediada por factores de transcripción (TF). Hasta donde sabemos, este es el primer estudio que ilustra los mecanismos reguladores de la síntesis de taxol en un nuevo cultivar de T. mairei con un alto contenido de taxol en sus acículas. Estos datos del transcriptoma proporcionan explicaciones razonables para la variación del contenido de taxol entre WT y JXS.

Es necesario disponer de una lectura funcional del microbioma intestinal para poder controlar con precisión sus funciones, que favorecen la salud humana y previenen o minimizan una amplia gama de enfermedades crónicas. El análisis metatranscriptómico de las heces ofrece una visión funcional completa del microbioma intestinal, pero a pesar de su utilidad, rara vez se ha utilizado en estudios clínicos debido a su complejidad, coste y dificultades bioinformáticas. Este método también ha recibido críticas debido a la posible variabilidad entre muestras, los cambios rápidos y la degradación del ARN. Aquí describimos un método metatranscriptómico de heces robusto y automatizado, denominado Viomega, desarrollado específicamente para estudios a escala poblacional. Viomega incluye la recogida de muestras, la conservación de muestras a temperatura ambiente, la extracción de ARN total, la eliminación física de los ARN ribosómicos (ARNr), la preparación de bibliotecas direccionales Illumina, la secuenciación Illumina, la clasificación taxonómica basada en una base de datos de >110.000 genomas microbianos y el análisis cuantitativo de la expresión génica microbiana utilizando una base de datos de ~100 millones de genes microbianos. Aplicamos este método a 10.000 muestras de heces humanas y realizamos varios estudios a pequeña escala para demostrar la estabilidad y consistencia de las muestras. En resumen, Viomega es una plataforma tecnológica metatranscriptómica de muestras de heces barata, de alto rendimiento, automatizada y precisa para estudios a gran escala y una amplia gama de aplicaciones.

Plasmodium falciparum, un patógeno de la malaria, ha mostrado una resistencia sustancial al tratamiento junto con una escasa respuesta a algunas vacunas, por lo que se requiere un enfoque urgente, holístico y amplio para prevenir esta enfermedad endémica. La comprensión de la biología del parásito de la malaria se ha identificado como un enfoque vital para superar la amenaza de la malaria. El objetivo de este estudio es identificar proteínas esenciales exclusivas de los parásitos de la malaria utilizando un modelo metabólico a escala genómica (GEM) iPfa reconstruido de la cepa 3D7 de Plasmodium falciparum, rellenando los huecos del modelo con diecinueve (19) metabolitos y veintitrés (23) reacciones obtenidos de la base de datos MetaCyc. Se eliminaron de la red veinte (20) metabolitos monetarios porque se ha determinado que producen atajos que son biológicamente inviables. El iPfa GEM modificado resultante fue un modelo que utilizaba el algoritmo k-shortest path para identificar posibles rutas metabólicas alternativas en las vías de la glucólisis y la pentosa fosfato de Plasmodium falciparum. Se introdujo una función heurística para el rendimiento óptimo del algoritmo. Para validar la predicción, se evaluó la esencialidad de las reacciones en la red reconstruida utilizando la medida de centralidad entre reacciones, que se aplicó a cada reacción dentro de las vías consideradas en este estudio. Se predijeron treinta y dos (32) reacciones esenciales entre las cuales nuestro método validó catorce (14) enzimas ya predichas en la literatura. Se comprobó la homología de las proteínas enzimáticas que catalizan estas reacciones esenciales con el genoma del huésped, y dos (2) mostraron una similitud insignificante, lo que las convierte en posibles dianas farmacológicas. En conclusión, la aplicación de la técnica de búsqueda inteligente a la red metabólica de P. falciparum predice potenciales vías alternativas biológicamente relevantes mediante un enfoque basado en la teoría de grafos.

Las infecciones gastrointestinales causadas por Salmonella no tifoidea (SNT) siguen siendo una de las principales causas de enfermedades de transmisión alimentaria en todo el mundo. Dentro de los múltiples serovares de Salmonella enterica existentes, el serovar Rissen es raramente notificado, en particular como causa de salmonelosis humana. Entre 2015 y 2017, el Laboratorio Nacional de Referencia de Infecciones Gastrointestinales de Portugal observó un aumento en el número de casos clínicos causados por S. enterica serovar Rissen multirresistente (MDR), particularmente del archipiélago de las Azores. En el presente estudio, analizamos mediante secuenciación del genoma completo (WGS) todos los aislados clínicos, animales, alimentarios y ambientales recibidos hasta 2017 en los Laboratorios de Referencia portugueses. Como tal, a través de un análisis gen por gen basado en wgMLST, nos propusimos identificar posibles grupos epidemiológicos que vinculan muestras clínicas y de múltiples fuentes, al tiempo que obtuvimos información sobre la diversidad genética de S. enterica serovar Rissen. También investigamos la base genética de la multirresistencia observada. Al integrar 60 nuevos genomas con todos los genomas del serovar Rissen disponibles públicamente, observamos un bajo grado de diversidad genética dentro de este serovar. No obstante, la mayoría de los aislados portugueses mostraban un alto grado de parentesco genético y una posible relación con la producción porcina. Un análisis en profundidad de estos aislados reveló la existencia de dos grandes clusters del archipiélago de las Azores compuestos por aislados MDR, la mayoría de los cuales eran resistentes al menos a cinco antimicrobianos. Teniendo en cuenta la conocida propagación de MDR entre bacterias gastrointestinales, la identificación de clones MDR circulantes debería constituir una alerta para las autoridades de salud pública. Por último, este estudio constituye el punto de partida para la aplicación del enfoque "Una sola salud" para la vigilancia de Salmonella en Portugal.

La incidencia de enfermedades del neurodesarrollo y neurodegenerativas en todo el mundo ha aumentado drásticamente en las últimas décadas. Aunque la etiología sigue siendo incierta, cada vez hay más pruebas de que la exposición a contaminantes orgánicos persistentes durante periodos sensibles del neurodesarrollo, como los primeros años de vida, puede ser un factor de riesgo importante que predisponga al individuo al desarrollo de enfermedades en etapas posteriores de su vida. Los estudios epidemiológicos han asociado la exposición a contaminantes orgánicos persistentes en el medio ambiente con trastornos cerebrales como neuropatías y deficiencias cognitivas, motoras y sensoriales; trastornos del neurodesarrollo como el trastorno del espectro autista (TEA) y el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH); y enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y la esclerosis lateral amiotrófica (ELA). En muchos sentidos, esto amplía el paradigma clásico de los "orígenes evolutivos de la salud y la enfermedad" para incluir la exposición a contaminantes. Este modelo se ha ido perfeccionando a lo largo de los años hasta dar con el actual modelo de "tres golpes" que considera los factores genéticos del individuo como un primer "golpe". Tiene una interacción inmediata con el exposoma de los primeros años de vida (incluidos los contaminantes orgánicos persistentes) que puede considerarse un segundo "impacto". Juntos, estos dos primeros "golpes" producen un fenotipo inactivo o latente, muy probablemente codificado en el epigenoma, que se ha vuelto susceptible a un tercer "golpe" ambiental en etapas posteriores de la vida. Sólo después del tercer "golpe" se cristaliza el mayor riesgo de síntomas de la enfermedad. Sin embargo, si el individuo se expone a un entorno diferente en la edad adulta, se espera que se mantenga sano. En esta revisión, se examina el efecto de la exposición a contaminantes orgánicos persistentes y partículas en los primeros años de vida y la relación con los posteriores trastornos del neurodesarrollo y neurodegenerativos. A continuación, se evalúan las funciones de los factores ambientales que pueden afectar a la metilación epigenética del ADN y, por tanto, influir en el neurodesarrollo normal.

Las proteínas de la familia del citocromo B5 (CB5) desempeñan un papel importante en diversas reacciones de oxidación/reducción en las células como donante de electrones y están implicadas en diversos procesos de estrés biótico y abiótico. Sin embargo, la función de las CB5 en Brassica rapa aún no está clara. En este estudio, llevamos a cabo la identificación, caracterización y análisis de expresión de BrCB5s en todo el genoma en diferentes tejidos sometidos a adversidades y estrés. Se identificaron quince BrCB5s distribuidos en diferentes cromosomas, que se clasificaron en siete grupos (A-G) según su relación filogenética. El análisis filogenético de las secuencias de proteínas CB5 de seis especies mostró que las BrCB5s llevan a cabo un proceso evolutivo cercano con las CB5s de Arabidopsis thaliana y lejano de las de Oryza sativa. El análisis de interacción de proteínas mostró que se predijeron 40 patrones de interacción, incluidas dos proteínas de la subfamilia del transportador de sacarosa 4 (SUT 4) y la proteína hidroxilasa de ácidos grasos 2 (FAH 2), que pueden interactuar con la mayoría de los miembros de BrCB5s. El análisis del perfil de expresión indicó que las BrCB5s se expresaban diferencialmente en distintos tejidos, y las abundancias de transcripción eran significativamente diferentes bajo diversos estreses abióticos y tratamientos hormonales de la planta. Nuestro estudio proporciona una base para una mejor comprensión de las características y funciones biológicas de los genes de la familia CB5 en la col china durante el desarrollo de la planta, especialmente en las respuestas de la planta a múltiples estreses.