Made available in DSpace on 2015-04-11T13:38:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 francianny.pdf: 1582573 bytes, checksum: 107d67128bf43813bf5591f4c2d0e26f (MD5) Previous issue date: 2012-06-25 / Quassia amara L. (Simaroubaceae) is a pan american plant known as pau amargo and quassia. It is used in the folk medicine to treat gastrointestinal disorders, hypertension, malaria, and as insecticide and vermifuge. Several compounds were isolated from the plant leaves and barks as β-carbonile alkaloids, 6-cantin, steroids and quassinoids (neoquassin and quassin). In this work, the effects of the standardized extracts from Q. amara collected in Manicoré/AM were studied on the cardiovascular system of rodents. The aqueous extract (AE) was prepared from the dried leaves infusion and the butanolic fraction (BuF) was obtained from the AE partition in butanol. The BuF standardization and purification in HPLC isolated 6 fractions (F1 to F6). The AE oral administration (1.0 g/kg) did not produce evident signals of pharmacological activity in rats; BuF caused sedation, anesthesia and cyanosis after 1 h. Death was not observed after 24 h of the treatment. However, BuF (1.0 g/kg) intraperitoneal administration produced intense sedation, anesthesia and cyanosis after 1 h of the treatment; all animals died after 2 h. In anesthetized rats, BuF produced fast and transient hypotension, without altering the hypertensive effect of noradrenalin, or the hypotension induced by acetylcholine. The hypotension caused by BuF (10.0 mg/kg, e.v.) was unchanged by previous treatment with atropine or prazosin. The fractions responsible for the hypotensive effect were: F1, F3 and F6. All fractions were tested on intact endothelium- and denuded- aorta rings contracted by noradrenalin. F1, F3, F4, F5 and F6 fractions relaxed the endothelium intact aorta tonus, indicating a mechanism dependent on NO cascade. The chronotropic and inotropic effects of AE and BuF were also evaluated in isolated right and left rat atrium. Neither AE (30 to 300 μg/mL) nor BuF (10 to 100 μg/mL) alter the chronotropism, however, the force of contraction increased in a concentration dependent manner. BuF potentiated the diaphragm muscle contraction induced by direct and indirect electrical stimulation. BuF (1 to 300 μg/mL) inhibited the activity of the Ca2+-ATPase isolated from rabbit skeletal muscle; this enzyme inhibition may be related to the potentiation of the diaphragm contraction. In rat vas deferens preparations, BuF inhibited the maximal contraction induced by noradrenalin without affecting the drug affinity to the α1-adrenergic receptors. The purified fractions responsible for this effect were F1, F3, F4 e F5. BuF did not inhibit the calcium influx in cardiomyocytes and cultured rat uterus cells. / A Quassia amara L. (Simaroubaceae) é planta pan-americana conhecida como pau-amargo e quassia. É utilizada na medicina popular para o tratamento de distúrbios gastrintestinais, hipertensão, malária, e também como inseticida e vermífuga. Das folhas e cascas foram isolados vários compostos químicos como alcaloides β-carbonila, 6-cantin, esteroides e quassinoides (neoquassina e quassina). Neste trabalho, foram estudados a farmacologia geral e os efeitos no sistema cardiovascular de roedores de extratos padronizados de Quassia amara coletada em Manicoré, AM. O extrato aquoso (EA) foi obtido por infusão de folhas secas, e a fração butanólica, por partição do EA em butanol. A padronização e purificação da FBut por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) levou ao isolamento de 6 frações (F1 a F6). A administração oral do EA (1,0 g/kg) não produziu sinais evidentes de atividade farmacológica em ratos; a FBut produziu sinais de sedação, anestesia e cianose após 1 h. Não houve morte dos animais após 24 h do tratamento. No entanto, a administração da FBut (1,0 g/kg) por via intraperitoneal produziu sinais de sedação, anestesia e cianose intensos após 1 h de tratamento; todos os animais morreram após 2 h. Na pressão arterial em ratos anestesiados, a FBut produziu hipotensão rápida e passageira, sem alterar o efeito hipertensor da noradrenalina, ou a hipotensão produzida pela acetilcolina. A hipotensão provocada pela FBut (10,0 mg/kg, e.v.) também não foi alterada pelo tratamento prévio do animal com atropina ou prazosin. As frações responsáveis pela ação hipotensora são a F1, F3 e F6. As frações foram testadas em preparações de aorta de rato com e sem endotélio. As frações F1, F3, F4, F5 e F6 relaxaram o tônus muscular da aorta dependente de endotélio, indicando um provável mecanismo via cascata do NO. As atividades cronotrópica e inotrópica do EA e da FBut foram avaliadas em preparações de átrios direito e esquerdo isolados de rato. O EA (30 a 300 μg/mL) e a FBut (10 a 100 μg/mL) não alteraram o cronotropismo, no entanto, aumentaram o inotropismo de maneira concentração-dependente. A FBut potenciou a contração do músculo diafragma de rato sob estímulo direto e indireto. A FBut (1 a 300 μg/mL) inibiu a atividade da Ca2+-ATPase de músculo esquelético de coelho; essa inibição pode estar relacionada à potenciação da contração do músculo diafragma. Em ducto deferente de rato, a FBut diminuiu a contração máxima produzida pela noradrenalina sem alterar a afinidade da droga pelos receptores α1-adrenérgicos. As frações purificadas responsáveis por este efeito foram as F1, F3, F4 e F5. A FBut não inibiu o influxo de cálcio

A TPases do tipo P são proteínas integrais de membrana que usam a energia química contida na molécula de ATP para o transporte de cátions através de membranas. O nosso trabalho apresenta a clonagem e o sequenciamento de um gene (BePAT2) e a caracterização da expressão de dois genes (BePAT1 e BePAT2) codificando isoformas de uma ATPase do tipo P no fungo aquático Blastocladiella emersonii. As proteínas codificadas por estes genes, surpreendentemente se mostraram mais similares às Na+/K+ e H+/K+-ATPases de eucariotos superiores do que a outras ATPases de fungos. Experimentos de \"Northern blot\", imunoprecipitação e \"Western blot\" demonstraram que as ATPases (BePAT1 e BePAT2) são diferencialmente expressas durante o desenvolvimento de B. emersonii. Os resultados obtidos mostraram que o aumento da transcrição dos genes refletiu em um aumento da síntese e do acúmulo das ATPases, sugerindo um controle pré-traducional da expressão de BePAT1/2. Estudos de formação de fosfoenzima na presença de diferentes íons e inibidores, utilizando as enzimas imunopurificadas, sugerem que as proteínas codificadas por estes genes tenham uma atividade semelhante às Na+/K+-ATPases. Os nossos resultados de expressão e atividade mostram pela primeira vez, evidências da funcionalidade de genes codificando uma proteína similar às Na+/K+-ATPases em um eucarioto inferior. / P- type A TPases are integral membrane proteins which use the energy stored in the A TP molecule to drive the transport of cations through biological membranes. In this work we report the cloning and sequencing of the BePAT2 gene and the characterization and expression of two genes (BePAT1 and BePAT2) encoding isoforms of a P-Type ATPase in the aquatic fungus Blastocladiella emersonii. Surprisingly the putative BePAT1 and BePAT2 proteins are more similar to Na+/K+and H+/K+-ATPases from animal cells than to other P-type ATPases from fungi. Northern blot, immunoprecipitation and Western blot experiments demonstrated that these ATPases (BePAT1 and BePAT2) are developmentally regulated in B. emersonii. The results showed that the increase in the BePAT1/2 transcription reflects in an increase in the synthesis and accumulation of the proteins, suggesting a transcriptional control of the BePAT1/2 expression. Studies of phosphoenzyme formation using the immunopurified enzymes in the presence of different ions and inhibitors suggested a Na/K-ATPase like activity. Our results demonstrate for the first time biochemical evidences of functionality of genes encoding a Na+ /K+-ATPase like protein in an eucaryotic microorganism.

ATP-difosfohidrolases, comumente denominadas de apirases, descritas pela primeira vez à cerca de quarenta anos atrás, são enzimas que hidrolisam nucleosídeos di ou trifosfatados por um mecanismo que parece ser sequencial, mas sem a formação de um intermediário energético, e de funções metabólicas ainda desconhecidas. Elas tem sido encontradas nas células dos mais diversos pró- e eucariotos investigados e também em tumores. A vasta abundância dessas enzimas e a sua alta atividade enzimática sugerem que as mesmas estariam envolvidas em importantes funções do metabolismo celular. No presente trabalho, identificamos e caracterizamos a presença de uma nova enzima em Trypanosoma cruzi, o agente causador da doença de Chagas, uma apirase, com características semelliantes à outras apirases já descritas em diversos organismos. Diversos ensaios enzimáticos foram feitos mostrando uma atividade enzimática que não foi anulada pelos inibidores clássicos de ATPases tipo-P, tipo-F ou tipo-V. Esta enzima mostrou depende~n·cla para Mg2+, na~o acontecendo o mesmo para Ca2+. Experimentos usando soros imunes contra apirases de outras fontes, reveleram não apenas reação cruzada, mas também sugeriram que a massa molecular dessa enzima no T cruzi, estaria em tomo de 57,5 kDa. Ensaios citoquímicos (imunoflorescência) com o soro imune anti- NTPase de Toxoxplasma gondii, apresentou fluorescência contra diferentes estágios desse protozoa. No entanto, a localização subcelular dessa enzima no T cruzi não ficou muito clara, tomando-se necessário uma microscopia eletrônica para resolver esse problema. Um dado interessante e particular nesse traballio, foi a presença dessa enzima nos diversos estágios do ciclo de vida do parasita, com atividades enzimáticas diferentes para esses mesmos estágios. / ATP-diphosphohydrolases which are generally called apyrases were described for the first time some forty years ago. These are enzymes which hydrolyze di- and triphosphate nucleosides through a mechanism which seems to be sequential, without forming a high-energy enzyme intermediate. Their metabolic function is yet unknown. ATP-diphosphohydrolases have been found in a number of pro- and eucariotic cells and also in tumor cells. The vast abundance ofthese enzymes and their high enzymatic activity suggest that they are involved in important functions in the cell metabolism. In the present work we have identified and characterized the presence of a new enzyme in Trypanosoma cruzi, the agent of Chagas disease, namely an apyrase with characteristics which are similar to other apyrases already described in different organisms. A number of enzymatic assays showed that the enzyme is not inhibited by the classical inhibitors of P-type, F-type or V-type ATPases. The enzyme exhibited a marked dependence on Mg2+ and not on Ca2+. Experiments using immune sera against apyrases of other sources showed cross- reactivity and suggested that the molecular mass of the enzyme in cruzi is around 57.5 kDa. Immunofluorescence cytochemistry using antiToxoplasma gondii NTPase antibodies showed that fluorescence was present in different stages of the protozoa. However, the exact sub-cellular localization of the enzyme in T cruzi was not clear and electron microscopy will be necessary to answer this question. An interesting result of our work is the identification of the enzyme in different stages of the life cycle of the parasite, with different enzymatic activities among the stages.

A (Na+,K+)-ATPase presente no tecido branquial dos crustáceos osmorreguladores é um componente essencial de seu sistema de regulação iônica e osmótica. Esta enzima também apresenta um papel relevante no processo de excreção ativa de NH4+ através do tecido branquial dos crustáceos. Uma fração microsomal rica em (Na+, K+)ATPase foi preparada por centrifugação diferencial a partir de um homogeneizado do tecido branquial de Callinectes ornatus. A centrifugação em gradiente de sacarose revelou a presença de um unico pico de proteina com atividade ATPase, mas a eletroforese em gel de poliacrilamida em condições desnaturantes revelou a presença de várias bandas protéicas. O uso do anticorpo monoclonal 5 contra a subunidade da (Na+, K+) ATPase, revelou a presença de uma única banda proteica de 110 kDa com atividade (Na+, K+)?ATPase. A (Na+, K+) ATPase hidrolisou o PNPP (V= 52,0 ± 2,0 U/mg e K0,5 = 1,1 ± 0,1 mM) através de interações sítio-sítio (nH= 1,6). A modulação da enzima pelos íons magnésio (V= 52,3 ± 1,3 U/mg e K0,5 = 1,1 ± 0,05 mM), potássio (V= 51,4 ± 1,5 U/mg e K0,5 = 2,3 ± 0,1 mM) e amônio (V= 56,7 ± 2,6 U/mg e K0,5 = 9,8 ± 0,4 mM) ocorreu através de interações sítio-sítio. Os íons sódio atuaram como inibidores da atividade K+-fosfatase da enzima (Ki= 1,7 ± 0,1 mM) e a ouabaína inibiu cerca de 80% a atividade PNPPase independentemente da presença de íons amônio. A (Na+, K+) ATPase hidrolisou o ATP de acordo com cinética de Michelis-Menten, com KM= 0,16 0,01 mM e V= 116,3 5,6 U/mg, enquanto a modulação da atividade da enzima pelos íons magnésio (V= 111,0 ± 5,4 U/mg e K0,5= 0,54 ± 0,03 mM), sódio (V= 110,6 ± 5,3 U/mg e K0,5= 6,3 ± 0,3 mM), potássio (V= 116,0 ± 5,5 U/mg e K0,5= 1,5 ± 0,1 mM) e amônio (V= 173,3 ± 5,4 U/mg e K0,5= 5,4 ± 0,3 mM) ocorreram através de interações sítio-sítio. Também foi observado que na presença de concentrações crescentes de ions amonio, a estimulação da atividade (Na+,K+)-ATPase pelo íons potássio acarretou um aumento de 50% na atividade específica da enzima. A ouabaína inibiu cerca de 86% a atividade (Na+,K+)-ATPase com Ki= 74,5 ?M, sugerindo a presença de 14% de fosfatases e/ou outras ATPase contaminantes. Este é o primeiro trabalho onde se observa uma estimulação sinergística da atividade K-fosfatase da (Na+,K+)-ATPase de crustáceo pelos íons potássio e amônio. Os resultados cinéticos obtidos para a (Na+,K+)-ATPase branquial de Callinectes ornatus, analisados em conjunto com os já descritos para outras espécies de crustáceos poderão abrir novas perspectivas em relação ao papel dessa enzima na adaptação fisiológica-bioquímica, bem como para a sobrevivência desses animais em diferentes ambientes. / (Na+, K+)-ATPase present on branchial tissue osmoregulatory crustaceans is an essential component of their osmotic and ionic regulation system. Apparently, this enzyme also have a relevant role in the active excretion de NH4+ through the branchial crustacean tissue. A (Na+, K+) ATPase-rich microsomal fraction was prepared by differential centrifugation from Callinectes ornatus homogenized branchial tissue. The sucrose gradient sucrose centrifugation showed the presence of a single protein peak with ATPase activity, and SDS-PAGE revealed the presence of several proteins bands. The use of the 5 monoclonal antibody, against the ? subunit, revealed the presence of a unique protein band of 110 kDa corresponding to the (Na+, K+) ATPase. (Na+, K+) ATPase hydrolyzed the PNPP (V= 52.0 2.0 U/mg and K0.5= 1.1 0.1 mM) through the site-site interactions (nH= 1.6). The modulation of (Na+, K+) ATPase by magnesium (V= 52.3 1.3 U/mg and K0.5= 1.1 ? 0.05 mM), potassium (V= 51.4 1.5 U/mg and K0.5= 2.3 0.1 mM) and ammonia ions (V= 56.7 2.7 U/mg and K0.5= 9.8 ? 0.4 mM) followed cooperative kinetics. However, sodium ions inhibited PNPPase activity of (Na+, K+)?ATPase with Ki= 1.7 0.1 mM. Ouabain also inhibited up to 80% the total activity PNPPase independent of the presence of ammonium ions. The hydrolysis of ATP by (Na+, K+) ATPase followed Michaelis-Menten kinetics with Km= 0.16 0.01 mM and V= 116.3 5.6 U/mg, while enzyme modulation by magnesium (V= 111.0 5.4 U/mg and K0.5= 0.54 0.03 mM), sodium (V= 110.6 5.3 U/mg and K0.5= 6.3 0.3 mM), potassium (V= 116.0 5.5 U/mg and K0.5= 1.5 ? 0.1 mM) and ammonium ions (V= 173.3 . Interestingly, the stimulation of (Na+, K+)-ATPase activity by potassium ions in the presence of increasing concentration of ammonium ions to K+ resulted in a 50% higher specific activity. Ouabain inhibited approximately 86% the activity (Na+, K+) ATPase with (Ki= 74.5 M), suggesting the presence of about 14% of phosphatases and/or other ATPases. This is the first work showing synergistic stimulation of crustacean (Na+, K+) ATPase by potassium and ammonium ions when PNPP is used a substrate. The results reported herein for Callinectes ornatus branchial (Na+, K+) ATPase might open new perspectives concerning the physiological adaption and the survival of these animals in different environmental.

A Na, K-ATPase (NKA) é uma proteína de membrana encontrada em organismos eucariotos multicelulares cuja atividade e funções já são amplamente discutidas na literatura. Sua unidade funcional corresponde a um heterodímero formado por duas subunidades , com regiões transmembrana. Espécies multiméricas como dímeros e tetrâmeros dessa enzima também são conhecidos por exercer atividade enzimática. As interações lipídio-proteína são intrínsecas para a NKA, por tal motivo, proteolipossomos constituídos de DPPC e DPPC:DPPE foram preparados por co-solubilização. Como controle, lipossomos de mesma composição foram produzidos por extrusão e/ou sonicação. Para as imagens de AFM, as amostras foram fixadas com glutaraldeído, para proteção mecânica e contra desidratação das vesículas. Para lipossomos de DPPC as imagens topográficas de AFM das vesículas apresentaram formato oval, superfície perfeitamente lisa e diâmetro médio de 151 + 46 nm, enquanto as vesículas de composição DPPC:DPPE, apesar de lisas, tiveram cantos pontiagudos e diâmetro médio de 98 + 28 nm. Imagens de fase de ambas as composições não apresentaram qualquer indicativo de diferenças na composição química, provavelmente devido à natureza de carga neutra dos dois fosfolipídios. As imagens de fase por AFM para os proteolipossomos tanto de DPPC-NKA, quanto DPPC:DPPE-NKA, revelaram resultados inéditos na literatura, onde a inserção da NKA aparece como nítidas regiões transições de fase de composição química distinta quando comparadas com os lipossomos. No entanto, as mudanças de fase são diferentes entre as composições estudadas, aparecendo como manchas escuras circulares para DPPC-NKA e mais visíveis como interstícios brilhantes para composição de DPPC:DPPE-NKA. As vesículas de DPPC-NKA apresentaram diâmetro médio de 390 + 326 nm e, nas imagens de topografia tridimensionais, protusões de 38 a 115 nm correspondentes às regiões de mudanças de fase, que, indicaram o diâmetro dos microdomínios relacionados à proteína. Já nas imagens para DPPC:DPPE-NKA o diâmetro médio dos proteolipossomos foi de 189 + 156 nm, e as protusões apareceram entre os interstícios, variando de 20 a 66 nm. O estudo de DSC dos lipossomos revelou que a concentração de glutaraldeído nas condições das análises de AFM, em torno de 5% (v/v), afetam as características físico-químicas para as composições com DPPE. A AFM foi eficiente para confirmar a reinserção da NKA em proteolipossomos pelas imagens de fase, e, para medir o diâmetro dos microdomínios pelas imagens de topografia. / Na, K-ATPase (NKA) is a membrane protein present in eukaryotic multicellular organisms. Its functions and activity are already widely described in the literature. Its minimal functional structure is a heterodimer of two main subunits , with transmembrane domains. However, dimers and tetramers of the enzyme are also known to have enzymatic activity. Since there are intrinsic lipid-protein interactions, NKA proteoliposomes composed of DPPC and DPPC:DPPE (1:1 molar ratio) were prepared by the co-solubilization method and liposomes of the same compositions were obtained by extrusion and/or sonication to be used as control. The samples to the AFM study were prepared using glutaraldehyde to protect the vesicles from mechanical shocks and dehydration. Liposomes composed of DPPC and DPPC:DPPE (1:1 molar ratio) were prepared by extrusion and sonication, respectively, as control. The topographical images for DPPC liposomes showed vesicles with an oval shape and smoothed surfaces with a mean diameter of 151 + 46 nm. DPPC:DPPE vesicles also presented smoothed surfaces, but with pointed corners and mean diameter of 98 + 28 nm. Phase images for both lipid compositions showed no differences in chemical composition. For DPPC:DPPE samples, this can be explained by the neutral net charge of both lipids. The proteoliposomes observed in the AFM phase images showed darker and large circular spots in the vesicles. These spots represent delays in the phase oscillation of the AFM probe and are associated with different chemical composition. The phase changes showed the reconstitution of the NKA in the proteoliposomes. When compared with topographical images, this spots matched protrusions. The mean diameter of DPPC-NKA proteoliposomes determined by AFM was 390 + 326 nm. In the three-dimensional topographical images of composition, protrusions from 38 to 115 nm near the areas of different phases indicate the diameters of the NKA microdomains. The phase changes for DPPC:DPPE-NKA appeared as bright interstices with the protrusions of the topographical images in between them. The size of these protrusions ranged from 20 to 66 nm and the mean diameter of the proteoliposomes was 189 + 156 nm. The DSC liposomes data showed that the glutaraldehyde concentration used in the AFM analysis affect the physical chemistry properties of the samples with DPPE. AFM proved to be an efficient method to confirm the reconstitution of into proteoliposomes with phase images and to determine the diameter of the protein microdomains with the topographical images.

Die vakuoläre Protonen-ATPase, kurz V-ATPase, ist ein multimerer Enzymkomplex, der in fast jeder eukaryotischen Zelle zu finden ist und den aktiven elektrogenen Transport von Protonen über Membranen katalysiert. Die Aktivität der V-ATPase ist essentiell für eine Vielzahl physiologischer Prozesse. Ein grundlegender Mechanismus zur Regulation der V-ATPase-Aktivität ist die reversible Dissoziation des Holoenzyms in den integralen VO-Komplex, der als Protonenkanal dient, und den cytosolischen V1-Komplex, der ATP hydrolysiert und somit den Protonentransport energetisiert. Die Untereinheit C, die im dissoziierten Zustand der V-ATPase als einzige Untereinheit isoliert im Cytoplasma vorliegt, scheint bei der Bildung des aktiven Holoenzyms eine Schlüsselrolle zu übernehmen. In den Speicheldrüsen der Schmeißfliege Calliphora vicina ist die V-ATPase an der Speichelsekretion beteiligt. In den sekretorischen Zellen wird die Bildung des V-ATPase-Holoenzyms in der apikalen Plasmamembran durch das Neurohormon Serotonin (5-HT) stimuliert. Der Effekt von 5-HT auf die V-ATPase wird intrazellulär durch die Proteinkinase A (PKA) vermittelt und hält nur für die Dauer der Stimulierung an. In der vorliegenden Arbeit wurde mittels Phosphoproteinfärbungen und 2D-Elektrophorese nachgewiesen, dass infolge einer Stimulierung der Drüsenzellen mit 5-HT die Untereinheit C der V-ATPase durch die PKA reversibel phosphoryliert wird. Die Phosphorylierung geht einher mit einer Umverteilung der Untereinheit C aus dem Cytoplasma zur apikalen Plasmamembran und der Bildung des aktiven Holoenzyms. Immuncytochemische Untersuchungen zeigten, dass die katalytische Untereinheit der PKA ebenfalls umverteilt wird und in stimulierten Zellen im Bereich der apikalen Plasmamembran konzentriert vorliegt. Um herauszufinden welche Proteinphosphatase der PKA entgegenwirkt, wurden luminale pH-Messungen durchgeführt und der Effekt von spezifischen Proteinphosphatase-Inhibitoren und veresterten Komplexbildnern zweiwertiger Kationen auf die V-ATPase-Aktivität untersucht. Diese Messungen führten zu der Schlussfolgerung, dass eine Proteinphosphatase des Typs 2C an der Inaktivierung der V-ATPase beteiligt ist. Mit weiteren Phosphoproteinfärbungen konnte gezeigt werden, dass die Dephosphorylierung der Untereinheit C ebenfalls durch eine Proteinphosphatase 2C katalysiert wird und dies vermutlich die Dissoziation des VO- und V1-Komplexes begünstigt. Darüber hinaus konnte durch luminale pH-Messungen und ergänzende biochemische Untersuchungen eine Calcineurin-vermittelte Modulation des cAMP/PKA-Signalweges durch den parallel aktivierten IP3/Ca2+-Signalweg und damit einhergehend eine Beeinflussung der V-ATPase-Aktivität durch den [Ca2+]-Spiegel nachgewiesen werden. / The vacuolar-type H+-ATPase (V-ATPase) is a multimeric enzyme that can be found in nearly every eukaryotic cell. It catalyses the active electrogenic transport of protons across membranes and is essential for a multitude of physiological processes. A fundamental mechanism to regulate V-ATPase activity is the reversible dissociation of the holoenzyme into an integral proton conducting VO-complex and a cytosolic V1-complex that hydrolyses ATP and thus energises proton translocation. Subunit C occurs isolated in the cytoplasm upon dissociation of the V-ATPase complexes and seems to be critical for the formation of active holoenzymes. In the salivary glands of the blowfly Calliphora vicina the V-ATPase is involved in fluid secretion. In secretory cells, formation of the V-ATPase holoenzyme is stimulated by the hormone serotonin (5-HT). The effect of 5-HT on V-ATPase activity is mediated by protein kinase A (PKA) and persists for the duration of the 5-HT stimulus. In this study, it was shown by phosphoprotein stainings and two-dimensional electrophoresis that subunit C of the V-ATPase becomes phosphorylated by PKA upon exposure of blowfly salivary glands to 5-HT. Parallel to the phosphorylation event, subunit C translocates from the cytoplasm to the apical plasma membrane for the assembly of active V-ATPase holoenzymes. Using immunofluorescence staining, it could be shown that PKA catalytic subunit translocates as well to the apical membrane upon 5-HT stimulation. To examine which protein phosphatase counteracts PKA, luminal pH-measurements were carried out. Based on the results with protein phosphatase inhibitors and esterified chelating agents of bivalent cations, it may be concluded that a protein phosphatase 2C is involved in the process leading to V-ATPase inactivation. Phosphoprotein stainings revealed that dephosphorylation of subunit C is likewise catalysed by a protein phosphatase 2C. Therefore the dephosphorylation of subunit C seems to promote dissociation of VO- and V1-complexes. Finally, luminal pH-measurements and supplemental biochemical experiments revealed a Ca2+/calcineurin-mediated modulation of the cAMP/PKA signalling cascade and an influence of intracellular calcium on the V-ATPase activity.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2007. / Härtill 4 uppsatser.

Dans les cellules eucaryotes, chaque membrane a une composition lipidique qui lui est propre. La composition des membranes est finement régulée en fonction des conditions environnementales et physiologiques de la plante. Cette homéostasie lipidique est le résultat des processus de synthèse, conversion, dégradation et de trafic des lipides. Si la majorité des enzymes impliqués dans le métabolisme des lipides est identifiée, la majorité des mécanismes de transferts intermembranaires des lipides reste à caractériser. Nous nous concentrons sur l'homéostasie lipidique des chloroplastes et plus particulièrement celle des galactolipides, lipides essentiels des membranes photosynthétiques. Les galactolipides sont synthétisés au niveau de l'enveloppe des chloroplastes. Cependant, une grande partie des galactolipides proviennent de la phosphatidylcholine, elle-même synthétisée dans le réticulum endoplasmique. Cette délocalisation de la voie de synthèse sur deux compartiments souligne l'importance de l’étape de transfert lipidique associé.Des études transcriptomiques ont montré qu'ALA10, une ATPase de type P4, flippase de phospholipides, est surexprimée dans des conditions faisant varier la synthèse des galactolipides, telles que l'inhibition chimique des MGDG synthases par la galvestine-1 ou la carence de phosphate.Le but de cette thèse est de caractériser ALA10 et d'analyser son rôle dans ce trafic lipidique et dans l’homéostasie des galactolipides chloroplastiques.Pour comprendre le rôle d'ALA10, nous avons d'abord étudié sa localisation subcellulaire à l'aide d'une fusion traductionnelle avec la GFP et effectué des analyses lipidiques de différentes lignées exprimant ALA10 à différents niveaux. L’analyse de la composition lipidique indique qu'ALA10 stimule la synthèse des galactolipides et limite la désaturation de la phosphatidylcholine dans le réticulum endoplasmique. Nous avons recherché les partenaires protéiques potentiels d'ALA10 permettant d'expliquer ces effets et utilisé une approche de complémentation de fluorescence bimoléculaire afin d'étudier ces interactions. Nous avons pu déterminer qu'ALA10 interagit avec ALIS1 et ALIS5, deux sous-unités beta potentiellement nécessaires à la localisation et à la fonction d'ALA10, et confirmer leurs colocalisation avec ALA10 à l'aide de fusions GFP/CFP. ALA10 peut être localisée dans le réticulum endoplasmique à proximité des chloroplastes avec ALIS5 ou au niveau de la membrane plasmique avec ALIS1. Nous avons aussi pu déterminer qu'ALA10 interagit avec l’acide gras désaturase, FAD2, et une E3-ubiquitine ligase, PUB11. L''interaction avec FAD2 confirme un lien entre ALA10 et la désaturation de la phosphatidylcholine.Nous avons ensuite étudié l'effet d'ALIS1 et d'ALIS5 sur la fonction d'ALA10 en utilisant des lignées n’exprimant pas ces protéines ou les surexprimant avec ALA10. L'observation en microscopie électronique a révélé que la forme des chloroplastes et leurs relations avec le système endomembranaire sont modifiées en fonction de l'ALIS coexprimée avec ALA10. Les analyses lipidiques effectuées sur les plantes mutantes confirment un effet d’ALA10 sur l’homéostasie des galactolipides et la désaturation de la phosphatidylcholine. Les résultats suggèrent plusieurs fonctions d'ALA10, dépendantes de l’ALIS. Cet effet apparait variable en fonction de la photopériode ou du rythme circadien et indiquent une régulation post traductionnelle d'ALA10. Le rôle de PUB11 dans cette régulation a été exploré.Au final, cette étude révèle que, dans les cellules chlorophylliennes, ALA10, une flippase de phospholipides du réticulum endoplasmique, est impliquée dans la dynamique de désaturation de la phosphatidylcholine. Son activité stimule la synthèse des galactolipides et active la biogénèse des membranes photosynthétiques, probablement, en favorisant les échanges de lipides entre le chloroplaste et le réticulum endoplasmique. / In a eukaryotic cell, each membrane compartment has a specific lipid composition, regulated according to physiological and environmental conditions. This lipid homeostasis results from coordination of lipid synthesis, conversion, degradation and trafficking. Whereas most enzymes involved in lipid metabolism are now identified, most steps of lipid transport remain to be characterized. We focus on the chloroplast lipid homeostasis, particularly on galactolipid homeostasis, essential lipids of photosynthetic membranes. This lipids are synthetized within the chloroplast's envelope. However, a majority of galactolipids derived from phosphatidylcholine which is synthetized in the endoplasmic reticulum. The delocalization of this synthesis pathway underline the importance of the associated lipid trafficking.Transcriptomic studies have highlighted that ALA10 is overexpressed in condition modifying the galactolipids synthesis such as the chemical inhibition of MGDG synthesis by the galvestine-1, or during phosphate starvation.The aim of this thesis is to characterize ALA10, analyzing its role concerning this lipid trafficking and the chloroplastic galactolipid homeostasis.To understand ALA10's role, we firstly have used GFP fusion to determine its subcellular localization and analyzed lipid composition of different plant lines expressing ALA10 at different levels. Lipid analysis show that ALA10 boosts galactolipid synthesis and limits endoplasmic reticulum located phosphatidylcholine desaturation. We searched ALA10's potential partners in order to explain this effects and studied their interaction using a bimolecular fluorescence complementation approach. We determined that ALA10 interacts with ALIS1 and ALIS5, two beta subunit potentially necessary for ALA10's localization and function, and confirmed the colocalization of these proteins with ALA10 using GFP/CFP fusions. ALA10 with ALIS5 can localize within the endoplasmic reticulum in close proximity to chloroplast, or near the plasma membrane with ALIS1. We have also determined that ALA10 interacts with a fatty acid desaturase, FAD2 and with an E3-ubiquitine ligase PUB11. FAD2 interaction confirms the link between ALA10 and phosphatidylcholine desaturation.Then we have studied the ALIS1 and ALIS5 effect on ALA10 function using KO lines for these proteins or overexpressor lines in conjunction with ALA10 overexpression. Electron microscopy observation revealed that the chloroplast morphology and their relations with endomembrane system are modified depending of the ALIS expressed with ALA10. Lipid analysis on KO lines confirms an impact of ALA10 on galactolipids homeostasis as well as in phosphatidylcholine desaturation. This effect appears to be variable depending of the photoperiod or the circadian rhythm indicating a post traductional regulation of ALA10. The role of PUB11 in this regulation have been studied.Finally this study reveal that, in chlorophyll cells, the endoplasmic reticulum phospholipid flippase ALA10 is involved in the desaturation process of phosphatidylcholine. Its activity stimulates galactolipid synthesis and activates biogenesis of photosynthetic membranes, probably by promoting lipids exchange between chloroplasts and endoplasmic reticulum.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Creatine, an endogenous guanidino compound produced on liver, kidneys, pancreas, testes and brain, has been aim of several studies over the last years. Although most studies attribute the effects of creatine to their energetic buffer role, recent findings have suggested actions non-related to energy metabolism. Researches have shown that this compound may act as a neuromodulator in the central nervous system (CNS). Among these neuromodulatory actions, was demonstrated that creatine modulates NMDA receptors in rat hippocampal slices. It is well know that stimulation of these receptors activates Na+,K+-ATPase. Moreover, little is known about the acute role of this compound on CNS. Thus, the objective of the chapter I of this paper was to investigate the effect of creatine on Na+,K+-ATPase activity and the intracellular signaling pathway involved. The results showed that creatine treatment of rat hippocampal slices increased Na+,K+-ATPase α2/3 activity in vitro. The intracerebroventricular administration of this compound also increased the enzyme activity, ex vivo. Furthermore, creatinine and phosphocreatine treatment of hippocampal slices did not alter the enzyme activity, suggesting that the creatine mechanism of action is independent of energy metabolism. Additionally, we showed the involvement of NMDA-NR2B and calcineurin. We found also the involvement of the PKA and PKC in the effect of creatine on Na+,K+-ATPase activity. In the second chapter of this study, we decide to verify the effect of acute creatine administration on PTZ-induced seizures, since this convulsant agent inhibits Na+,K+-ATPase activity without alter bioenergetic cellular state. We found that creatine treatment protected against behavioral and electroencephalographic seizures induced by PTZ. Moreover, creatine acute treatment prevented PTZ-induced inhibition of Na+,K+-ATPase activity. Based on present findings, we suggest that creatine may act through an alternative mechanism, independent of energetic metabolism, by modulation of Na+,K+-ATPase activity. / A creatina, um composto guanidínico endógeno, sintetizado pelos rins, fígado, pâncreas, testículos e cérebro, tem sido alvo de diversos estudos ao longo dos últimos anos. Apesar da grande maioria dos estudos atribuírem os efeitos da creatina ao seu papel de tamponamento de energia, recentes achados têm proposto ações não relacionadas ao metabolismo energético. Estudos têm demonstrado que este composto pode agir como neuromodulador no Sistema Nervoso Central (SNC). Dentre estas ações neuromodulatórias, demonstrou-se que a creatina pode modular os receptores do subtipo N-metil- D-aspartato (NMDA) em fatias de hipocampo de ratos. É bem descrito na literatura que a estimulação destes receptores ativa a enzima Na+,K+-ATPase. Além disso, pouco se sabe sobre o papel agudo deste composto no SNC. Desta forma, o objetivo do capítulo I deste estudo foi verificar o efeito da creatina sobre a atividade da enzima Na+,K+-ATPase, bem como sua provável via de sinalização intracelular. Os resultados demonstraram que a incubação de fatias de hipocampo de ratos, com creatina, aumentou a atividade da enzima Na+,K+-ATPase α2/3 in vitro e, que a injeção intracerebroventrical (i.c.v) deste composto, aumentou a atividade da enzima ex vivo. Verificou-se também que o tratamento das fatias hipocampais com fosfocreatina e creatinina não alterou a atividade enzimática, sugerindo que o mecanismo de ação da creatina é independente do metabolismo energético. Além disso, foi evidenciada a participação dos receptores NMDA-NR2B, bem como a ativação da enzima calcineurina. Nós constatamos também o envolvimento das enzimas proteína quinase dependente de AMPc (PKA) e da proteína quinase C (PKC) no efeito da creatina sobre a atividade da enzima Na+,K+-ATPase. No segundo capítulo deste estudo, decidimos verificar o efeito da administração aguda de creatina sobre as convulsões induzidas por pentilenotetrazol (PTZ), uma vez que este agente quimioconvulsivante inibe a enzima Na+,K+-ATPase sem alterar o status bioenergético celular. Constatamos que a creatina protegeu contra as convulsões comportamentais e eletroencefalográficas induzidas por PTZ. Além disso, o tratamento agudo com creatina preveniu a inibição da atividade da enzima Na+,K+-ATPase induzida por PTZ. Com base nestas evidências, sugerimos que este composto guanidínico pode estar atuando através de um mecanismo alternativo, não dependente do metabolismo energético, através da modulação da atividade da enzima Na+,K+-ATPase.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Zabrotes subfasciatus is the most common pest of the stored beans (Phaselous vulgaris). This study was carried out to characterize ATPase from Z. subfasciatus larvae and to investigate its phytotherapy modulation. Larvae extracted from Phaseolus vulgaris were firstly homogenised in extraction buffer, and then centrifuged 45000g for 30min at 4ºC. Supernatant was fractioned with ammonium sulfate, precipitaded fraction on 45-80% saturation was homogenized in reduction ionic strength buffer, centrifuged and the supernatant was applied in ion exchange chromatography on Q-Sepharose. The column was eluted with 200mM NaCl and after that with salt gradient containing 200 to 500mM NaCl. After chromatography, fractions that presented Ca2+/Mg2+-ATPase activity constituted Z. subfasciatus larvae ATPase fraction. The main polypeptide from this fraction showed relative molecular weight similar of the myosin VII. This fraction presented significant K+/EDTA-ATPase activity. Both pyrophosphate and ADP were not hydrolyzed. Tapsgargin, ouabain and azide did not inhibit Ca2+/Mg2+-ATPase activity. Aqueous extracts from leaves of C. ambrosioides, R. officinalis and E. citriodora inhibited Ca2+/Mg2+-ATPase activity, being the last one more effective. These results strongly indicate the presence of myosin in Z. subfasciatus larvae ATPase fraction, considering that it presented high K+/EDTA activity. / Zabrotes subfasciatus (Boheman) é a principal praga do feijão comum (Phaselous vulgaris). O objetivo do presente estudo foi a purificação, caracterização e modulação fitoterápica de uma ATPase a partir da fração solúvel de larvas de Z. subfasciatus. As larvas, recém extraídas do feijão, foram homogeneizadas em tampão de extração e centrifugadas a 45.000 g por 30 min a 4ºC. O sobrenadante foi fracionado com sulfato de amônio. A fração precipitada 45-80% de saturação foi homogeneizada em tampão de baixa força iônica e centrifugada, o sobrenadante resultante foi aplicado em coluna de Q-Sepharose. A coluna foi eluída com NaCl 200mM e, posteriormente, com um gradiente de NaCl 200 a 500mM. Após a cromatografia, as frações que expressaram maior atividade Ca2+/Mg2+-ATPase foram reunidas, constituindo a fração ATPase de larvas de Z. subfasciatus. O principal polipeptídio dessa fração apresentou massa molecular relativa um pouco acima da cadeia pesada de miosina II. A fração ATPase apresentou atividade K+/EDTA-ATPase significativa. O PPi e o ADP praticamente não foram hidrolisados,. Tapsigargina, ouabaína e azida não inibiram a atividade Ca2+/Mg2+-ATPase. Extrato aquoso de Eucalyptus citriodora, Chenopodium ambrosioides e Rosmarinus officinalis inibiram a atividade Ca2+/Mg2+-ATPase, sendo que o Eucalyptus citriodora inibiu por completo essa atividade. A caracterização desta fração excluiu a possibilidade da presença de várias ATPases e apresentou um forte indício da presença de miosina, devido a alta atividade K+/EDTA. / Mestre em Genética e Bioquímica