No description available.

No description available.

No description available.

Gene expression pathways exhibit many “twists and turns,” with theoretically numerous ways in which the pathways can be regulated by both negative and positive feedback mechanisms. A key step in gene expression is RNA maturation (RNA processing), which in the bacterial cell can be accomplished through RNA binding and enzymatic cleavages. The well-characterized bacterial protein Ribonuclease III (RNase III), is a conserved, double-stranded(ds)-specific ribonuclease. In the gram-negative bacterium Escherichia coli, RNase III catalytic activity is subject to both positive and negative regulation. A recent study has indicated that an E. coli protein, YmdB, may negatively regulate RNase III catalytic activity. It has been proposed that YmdB inhibition of RNase III may be part of an adaptive, post-transcriptional physiological response to cellular stress. In E. coli, the model organism in this study, YmdB protein is encoded by the single ymdB gene, and has a predicted molecular mass of ~18.8 kDa. YmdB has been classified as a macrodomain protein, as it exhibits a characteristic fold that specifically provides an ADP-ribose (ADPR) binding site. While YmdB can bind ADPR with good affinity, there may be additional ligands for the binding site. Thus, YmdB protein may interact with other components in the cell, which in turn could modulate the interaction of YmdB with RNase III. In previous research conducted within the Nicholson laboratory at Temple University, affinity-purified Escherchia coli(Ec) YmdB and Aquifex aeolicus (Aa) YmdB were found to exhibit ribonucleolytic activity. This observation initiated the long-term goal of learning how YmdB regulates RNase III, and how the ribonucleolytic activity of YmdB may be involved in this process. The specific goal of this thesis project was to further characterize the ribonucleolytic activity of Ec-YmdB through site-specific mutational analysis. Mutations were introduced into a proposed adenine-binding pocket previously identified by crystallography and by molecular modeling. The adenine-binding pocket is a region within the macrodomain fold where ADP-ribose could bind. The mutations were examined for their effect on Ec-YmdB cleavage of a model RNA, R1.1. The results of this study will contribute to the development of a model describing how the ribonucleolytic activity of YmdB is regulated. / Biology

No description available.

O balanço redox em mitocôndrias de mamíferos é realizado pelo transportador de aspartato-glutamato (AGC), o qual é o principal mecanismo para o movimento de equivalentes redutores na forma de NADH. A citrulinemia do tipo II (CTLN2) é uma doença autossômica recessiva de início tardio, causada por mutações no gene SLC25A13 que codifica a citrina. A citrina é uma isoforma do transportador AGC e catalisa o transporte de glutamato citosólico através da troca com o aspartato mitocondrial, o qual será utilizado no ciclo da ureia. A CTLN2 promove uma deficiência no ciclo da ureia e consequente hiperamonemia. A deficiência da citrina promove um aumento da razão NADH/NAD+ citosólica. O aumento dessa razão inibe a glicólise e a gliconeogênese. O desenvolvimento de modelo in vitro da CTLN2 é importante para estudos do mecanismo da doença e de novas terapias. A expressão heteróloga de proteínas entre diferentes reinos tem sido utilizado como uma forma de corrigir algumas doenças mitocondriais. Estudos bioquímicos e moleculares em nosso laboratório demonstraram a presença de um transportador mitocondrial de nicotinamida adenina dinucleotídeo (Ndt1) em Aspergillus fumigatus. Ndt1 realiza o transporte de NAD+ citosólico para a matriz mitocondrial, sendo dessa forma uma proteína importante para manter o balanço redox em A. fumigatus. Assim, o objetivo deste trabalho foi obter uma linhagem de células de mamífero HEK293 com knockdown para o gene SLC25A13, ou seja, um modelo in vitro de CTLN2 e a expressão heteróloga da proteína Ndt1 como uma forma de recuperação do metabolismo. As células com knockdown para o gene SLC25A13 apresentaram um aumento da razão NADH/NAD+ citosólico, redução da glicólise, redução da concentração da ureia e aumento da concentração de amônia. A expressão de Ndt1 foi capaz de reduzir a razão NADH/NAD+ citosólico e recuperou a atividade glicolítica. Entretanto, a expressão de Ndt1 não foi capaz de aumentar a concentração de ureia e reduzir a concentração de amônia causadas pela CTLN2. Dessa forma, nossos resultados sugerem que a expressão da proteína Ndt1 em células de mamíferos recupera o metabolismo mitocondrial e atividade glicolítica das células com CTLN2, mas não melhora o ciclo da ureia e o aumento da concentração de amônia. / Redox balance in mammalian mitochondria is performed by the aspartate-glutamate carrier (AGC), which is the main mechanism for the movement of reducing equivalents in the form of NADH.Type II citrullinemia (CTLN2) is an adult-onset autosomal recessive disease caused by mutations in SLC25A13 gene, and that coding citrin. Citrin is an isoform of AGC and catalyzes the transport of cytosolic glutamate through exchange with mitochondrial aspartate. It will be used in the urea cycle. CTLN2 causes urea cycle deficiency and hyperammonemia. Citrin deficiency cause an increase in the cytosolic NADH/NAD+ ratio. The increase in this ratio inhibits glycolysis and gluconeogenesis. The development an in vitro CTLN2 model is important for new studies about the disease mechanism and new therapies. Heterologous expression of proteins from different organisms has been used to recover some mitochondrial diseases. Biochemical and molecular studies in our laboratory demonstrated the presence of a mitochondrial nicotinamide adenine dinucleotide transporter (Ndt1) in Aspergillus fumigatus. Ndt1 protein performs cytosolic NAD+ transport to the mitochondria matrix, thus being an important protein to keep the redox balance in A. fumigatus. Thus, the aim of this work was to obtain a line of HEK293 mammalian cells with knockdown for the SLC25A13 gene, an in vitro CTLN2 model and the heterologous expression of the Ndt1 protein as a form of metabolism recovery. Cells with citrin knockdown showed an increase of cytosolic NADH/NAD+ ratio, reduction of glycolysis, reduction of urea concentration, and increase of ammonia concentration. Expression of Ndt1 protein was able to reduce cytosolic NADH/NAD+ ratio and recovered the glycolytic activity. However, Ndt1 protein was not able to increase the urea concentration and reduce of ammonia concentration caused by CTLN2. Thus, our results suggest that expression of Ndt1 protein in mammal cells recovers the mitochondrial metabolism and glycolytic activity in CTLN2 cells but does not improve urea cycle and reduce ammonia concentration.

O produto de redução da nicotinamida adenina dinucleotídio (NADH) foi convertido no seu derivado hidratado NADH-X (6-hidroxi-l,4,5,6-tetraidronicotinamida adenina dinucleotídio) por ação de íons polibásicos tais como: fosfato, arsenato etc, ou por ação enzimática da gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GPD). A cinética da hidratação foi acompanhada pelo aumento de absorbância (ΔA285 nm) e o aparecimento de um efeito Cotton a 285 nm , notando-se que quando se parte do anômero β da coenzima, o efeito Cotton positivo só se desenvolve nos estágios finais da reação na presença de enzima. Com base nesses resultados postulou-se a formação de um intermediário que se transforma num produto final, o qual mostra um efeito Cotton positivo a 285 nm. Supõe-se que essa última transformação seja uma epimerização β→α, de maneira que a adição de água não afeta inicialmente a configuração do átomo C1, da ribose. Contudo, após a hidratação, o produto se transforma no epímero α, que é termodinamicamente mais estável. Na ausência da enzima, o efeito Cotton aparece em estágios anteriores, sugerindo que a hidratação, sendo lenta, dá oportunidade à epimerização. Consequentemente não há tanto acúmulo deste intermediário, que apresenta efeito Cotton praticamente nulo. A hidratação do anômero α-NADH, na presença de GDP, mostrou um aumento de absorbância a 285 nm mais rápido do que para a forma β. Por outro lado, o efeito Cotton positivo só começou a aparecer após desenvolvimento de 60% do ΔA285 nm. Isto indicou que também para α-NADH há formação de um intermediário, o qual apresenta um efeito Cotton nulo. Quando β-NADH foi hidratado na ausência da enzima, observou-se um comportamento semelhante, porém, menos marcante com relação ao aparecimento do efeito Cotton. O fato de GPD e íons polibásicos produzirem efeitos semelhantes sobre os anômeros α e β, sugere que a ação enzimática da GPD não é estereoespecífica, produzindo uma mistura de epímeros em C6. Explica, também, o efeito Cotton nulo quando já se tem grande parte da hidratação efetuada. Desta maneira pôde-se afirmar (i) que o intermediário é uma mistura de epímeros em C6; (ii) que com o tempo predomina o epímero termodinamicamente mais estável. Os mesmos estudos foram desenvolvidos com NADPH, desamino-NADH e NMNH, para esclarecimentos a respeito da influência de grupos fosfato, amino e açúcar na catálise da hidratação e dos centros responsáveis pelo efeito Cotton positivo a 285 nm, nos piridinos nucleotídios. Observou-se que NADPH tem comportamento semelhante ao β-NADH, indicando que o grupo fosfato não tem papel importante nas catálises química e enzimática. No caso do mononucleotídio e desamino-dinucleotídio não houve diferença significativa entre as velocidades de hidratação química e enzimática, o que siginifica ser importante a presença do amino grupo da adenina para catálise enzimática no caso de NADH. Os derivados acima, também, apresentaram efeito Cotton positivo nos estágios finais da reação. Com base no fato, que o mononucleotídio também apresentou efeito Cotton positivo, de mesma intensidade dos dinucleotídios, pôde-se afirmar que o açúcar ligado ao anel da nicotinamida é o responsável pela dissimetria do produto formado. Traçou-se o espectro de absorção circular dicróica do isômero 1,6-NADH, ainda desconhecido, para obter-se informações a respeito da sua estrutura. Através dos valores de elipticidades molares, concluiu-se que é mais rígida do que a do 1,4-NADH, presumivelmente, devido a ligação simples, que une os anéis piridínico e ribosídico, ter rotação mais impedida, como consequência da maior proximidade do par de hidrogênios da piridina, com a ribose. O estudo da adição de CN- aos piridinos nucleotídios e compostos relacionados, usando técnica de dicroismo circular, mostrou haver estereosseletividade na adição. O espectro de absorção circular dicróica do aduto β-NAD+/CN- mostrou uma banda negativa larga com máximo em torno de 330 nm. Esta banda é assimétrica, o que permite um desdobramento em outras duas, com máximos a 325 e a 345 nm, de intensidade semelhantes. Em analogia com a redução dos piridinos nucleotídios, que ocorre nas posições 2, 4 e 6, pôde-se afirmar que a adição de CN-, também, ocorre em outras posições e não exclusivamente em 4. A banda de dicroismo circular na região de 345 nm, pareceu indicar a presença do isômero 1,6. O fato deste estar em concentração baixa a ponto de não ser detectável espectrofotometricamente, indicou que a força rotacional é bem maior do que para o isômero 1,4. Tal fato deve estar relacionado com a maior proximidade do CN- ao anel carboidrático. No aduto da forma α do piridino nucleotídio, o espectro de dicroismo circular apresentou uma banda negativa, com máximo de 342 nm e uma inflexão a 325 nm. Essa assimetria mostrou, claramente, a existência dos dois isômeros e, que a adição de CN- em C6 é bastante estereosseletiva. Além da estereosseletividade, pode estar contribuindo, também a menor mobilidade rotacional do anel diidronicotinamídico, quando se tem aduto em C6. A estereosseletividade da adição de cianeto veio corroborar com a proposição de um equilíbrio rápido entre as conformações aberta e fechada para os piridino nucleotídios. A possível existência de uma transição fraca, associada ao núcleo diidronicotinamídico, foi confirmada detectando-se um efeito Cotton associado a ela. Esse efeito foi observado para α-NADH, β-NADH e seus correspondentes adutos de CN-. Realizando-se o mesmo estudo para o complexo de β-NADH.Cu++, verificou-se que o efeito Cotton é 15 vezes mais intenso, confirmando assim, a detecção pioneira dessa transição fraca, presumivelmente de natureza singlete-triplete. / The reduction product of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) is converted into the hydration product NADH-X (6-hydroxy-1,4,5,6-tetrahydronicotinamide adenine dinucleotide) by the action of polybasic ions such as phosphate, arsenate etc., or by enzymatic catalysis with glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GPD). The hydration kinetics were followed by the increase in absorbance at 285 nm. Starting with the β-anomer of the coenzyme, the transition at 285 nm begins to exhibit a positive Cotton effect only in the later stages of the reaction. On the basis of the results, the formation of an interrnediate not exhibiting a Cotton effect at 285 nm is postulated. Since the hydration would not be expected to change the configuration at C1, of the ribose, the appearance of the Cotton effect is presumably due to an epimerization from the β-epimer to the thermodynamically more stabe α-epimer. In the absence of enzyme, the Cotton effect appears at somewhat lower conversions, suggesting that the slower hydration reaction provides greater opportunity for the occurrence of the epimerization. The increase in absorbance at 285 nm is more rapid for the hydration of the α-anomer of NADH than for the β-form in the presence of GPD. A positive Cotton effect is only observed for the forrner after the reaction has gone to about 60% completion. This indicates that an intermediate not exhibiting a Cotton effect is also formed in the case of α-NADH. Similar behavior was observed in the non-enzymatic hydration, however, as in the case of β-NADH, the onset of the Cotton effect occurred at lower conversions. The fact that GPD and polybasic ions produce similar effects on both the α and β anomers suggests that the enzymatic action of GPD is non-stereospecific, producing a mixture of epimers at C6. This also explain the absence of a Cotton effect even though significant hydrations has occurred. Thus we conclude (i) that the intermediate is a mixture of C6 epimers and (ii) that the more thermodynamically stable epimer predominates at long reaction times. The same studies were carried out with NADPH, deamino-NADH and NMNH to clarify the catalytic influence of the phosphate, amino, and sugar groups on the hydration and to identify the centers responsible for the positive Cotton effect at 285 nm in pyridine nucleotides. The observation that the behavior of NADPH is similar to that of β-NADH indicates that the phosphate group does not play an important role in the chemical and enzymatic catalysis. In the case of NMNH and deamino-NADH there is no significant difference between the rates of the chemical and enzymatic hydration, which implies that the presence of the amino group of adenine is important in the enzymatic catalysis of the hydration of NADH. The above derivatives also present positive Cotton effects in the later stages of the reaction. Since that mononucleotide exhibits a positive Cotton effect of intensity equal to that of the dinucleotides, it can be concluded that the sugar attached to the nicotinamide ring is responsible for the assymetry of the product. The previously unknown circular dichroic absorption spectrum of 1,6-NADH was determined in order to gain insight into its structure. From the values of the molar ellipticity it is concluded that the assymetric center of 1,6-NADH is more rigid than that of. 1,4-NADH. This is presumably due to a greater hindrance to rotation about the single bond between the pyridine and ribose rings in 1,6-NADH. A circular dichroic study of the addition of CN- to pyridine nucleotides and related compounds demonstrated the stereoselectivity of the addition. The circular dichroic absorption spectrum of the B-NAD+/CN- adduct exhibits a broad assymetric negative band with a maximum at about 330 nm. This band was interpreted in terms of two bands of similar intensity with maxima at 325 and 345 nm. By analogy with the reduction of pyridine nucleotides,which occurs at position 2,4 and 6, it is concluded that CN- addition also occurs at positions other than C4. The band at 345 nm was attributed to the 1,6-isomer. The fact that this isomer could not be detected by conventional absorption techniques indicates that it is present in low concentrations relative to the 1,4-isomer. It must have therefore has a much greater rotational strength, which is reasonable in view of the proximity of the CN- to the carbohydrate ring. The circular dichroic absorption spectrum of the α-NAD+/CN- adduct exhibited a negative band with a maximum at 342 nm and an inflection at 325 nm. This assymetry clearly demonstrated the presence of two isomers and the stereoselectivity of CN- addition at C6. Although the l,6-adduct could not be detected by conventional absorption techniques, the stereoselectivity of the addition and a large rotational strength contribute to its circular dichroic intensity. The stereoselectivity of the CN- addition corroborates the existence of a rapid conformational equilibrium between the folded and unfolded forms of pyridine nucleotides. A Cotton effect associated with the weak electronic transition attributed to the dihydronicotinamide nucleus was observed for α-NADH, β-NADH, and the corresponding CN- adducts, confirming the existence of the transition. For the β-NADH.CU++ complex, the Cotton effect was found to be 15 times more intense, thus confirming the original detection of this weak transition, which presumably has singlet-triplet character.

O excesso de adenina na dieta (ADE) promove precipitação intratubular de cristais, levando à instalação de uma nefrite intersticial progressiva e perda da função renal. Observações recentes indicam que a sobrecarga de ADE em camundongos em que os genes para TLR-2, -4, MyD88, ASC ou caspase-1 foram inativados provoca menos dano renal do que quando administrado a camundongos selvagens, sugerindo a existência de um papel patogênico para a ativação de TLRs e a montagem de inflamassomas nesse modelo. O presente estudo foi concebido para investigar se outro importante componente da imunidade inata, o sistema NF-B, também exerce papel patogênico na nefropatia associada ao excesso de ADE. Ratos Munich-Wistar machos e adultos foram divididos em 3 grupos: C (N=17), ração padrão; ADE (N=17), ADE na ração, 0,7% durante 1 semana e 0,5% durante 2 semanas; ADE+PDTC (N=14), ADE administrada como descrito anteriormente, associada ao inibidor do NF-B, pirrolidina ditiocarbamato (PDTC), 120 mg/kg/dia na água do bebedouro. Após 3 semanas, observou-se deposição de numerosos cristais no tecido renal, em sua maioria no interior de granulomas de corpo estranho, acompanhada de intensa atividade proliferativa tubulointersticial. Uma parte dos cristais apareceu envolvida por uma camada de células aparentemente derivadas do epitélio tubular, que pareciam segregar os precipitados e, em alguns casos, expulsá-los ao interstício. Essas alterações associaram-se a uma grande expansão da área intersticial, com deposição de colágeno, além de hipotrofia glomerular. Foi possível ainda demonstrar um aumento da expressão da interleucina-6, do interferon-, da proteína específica de fibroblastos (FSP-1) e da proteína quimiotática para macrófagos (MCP-1). A abundância do IKK-, uma quinase ativadora do sistema NK-B, mostrou-se também acentuadamente elevada nesses ratos. O tratamento com PDTC normalizou a expressão do IKK-, diminuindo o número de granulomas e a proliferação celular, além de atenuar fortemente a fibrose e o declínio da função renal. Esses achados, que contribuem para elucidar os mecanismos de formação de granulomas no modelo de sobrecarga de adenina, são consistentes com o conceito de que o sistema NF-B é ativado pela precipitação intratubular de cristais e contribui, juntamente com outros mecanismos ligados à imunidade inata, para iniciar a intensa resposta inflamatória associada a esse modelo. Descritores: 1.Insuficiência renal crônica 2.Adenina 3.Imunidade inata 4.NF-kappa B 5.GranulomaO excesso de adenina na dieta (ADE) promove precipitação intratubular de cristais, levando à instalação de uma nefrite intersticial progressiva e perda da função renal. Observações recentes indicam que a sobrecarga de ADE em camundongos em que os genes para TLR-2, -4, MyD88, ASC ou caspase-1 foram inativados provoca menos dano renal do que quando administrado a camundongos selvagens, sugerindo a existência de um papel patogênico para a ativação de TLRs e a montagem de inflamassomas nesse modelo. O presente estudo foi concebido para investigar se outro importante componente da imunidade inata, o sistema NF-B, também exerce papel patogênico na nefropatia associada ao excesso de ADE. Ratos Munich-Wistar machos e adultos foram divididos em 3 grupos: C (N=17), ração padrão; ADE (N=17), ADE na ração, 0,7% durante 1 semana e 0,5% durante 2 semanas; ADE+PDTC (N=14), ADE administrada como descrito anteriormente, associada ao inibidor do NF-B, pirrolidina ditiocarbamato (PDTC), 120 mg/kg/dia na água do bebedouro. Após 3 semanas, observou-se deposição de numerosos cristais no tecido renal, em sua maioria no interior de granulomas de corpo estranho, acompanhada de intensa atividade proliferativa tubulointersticial. Uma parte dos cristais apareceu envolvida por uma camada de células aparentemente derivadas do epitélio tubular, que pareciam segregar os precipitados e, em alguns casos, expulsá-los ao interstício. Essas alterações associaram-se a uma grande expansão da área intersticial, com deposição de colágeno, além de hipotrofia glomerular. Foi possível ainda demonstrar um aumento da expressão da interleucina-6, do interferon-, da proteína específica de fibroblastos (FSP-1) e da proteína quimiotática para macrófagos (MCP-1). A abundância do IKK-, uma quinase ativadora do sistema NK-B, mostrou-se também acentuadamente elevada nesses ratos. O tratamento com PDTC normalizou a expressão do IKK-, diminuindo o número de granulomas e a proliferação celular, além de atenuar fortemente a fibrose e o declínio da função renal. Esses achados, que contribuem para elucidar os mecanismos de formação de granulomas no modelo de sobrecarga de adenina, são consistentes com o conceito de que o sistema NF-B é ativado pela precipitação intratubular de cristais e contribui, juntamente com outros mecanismos ligados à imunidade inata, para iniciar a intensa resposta inflamatória associada a esse modelo / Excessive dietary adenine (ADE) promotes intratubular precipitation of crystals, leading to the installation of progressive interstitial nephritis and renal function loss. Recent observations indicate that ADE overload in mice in which genes for TLR-2, -4, MyD88, ASC or caspase-1 were inactivated causes less renal damage than when administered to wild-type mice, suggesting the existence of a pathogenic role for the activation of TLRs and the assembly of inflamassomes in this model. The present study was designed to investigate whether another important component of innate immunity, the NF-B system, also plays a role in the pathogenesis of the nephropathy associated with excess ADE. Adult Male Munich-Wistar rats were distributed among three groups: C (n = 17), receiving standard diet; ADE (N = 17), given ADE in the diet at 0.7% for 1 week and 0.5% for 2 weeks; and ADE + PDTC (N = 14), receiving ADE as described above, associated with the NF-B inhibitor, pyrrolidine dithiocarbamate (PDTC), 120 mg/kg/ day in drinking water. After three weeks, there was widespread deposition of crystals in the renal tissue, mostly within granulomas, accompanied by florid tubulointerstitial proliferative activity. Part of these crystals was enclosed in a layer of cells apparently derived from the tubular epithelium, which appeared to segregate the precipitates, and in some cases, to extrude them to the interstitium. These changes were associated with marked interstitial expansion, collagen deposition, and glomerular hypotrophy. Increased expression of interleukin-6, interferon-, fibroblast specific protein (FSP-1) and macrophage chemoattractant protein (MCP-1) were also shown. The abundance of IKK-, a kinase that activates the NF-B system, was also markedly elevated in these mice. Treatment with PDTC normalized the expression of IKK-, reducing the number of granulomas and cell proliferation, and strongly attenuated interstitial fibrosis and the decline of renal function. These findings, which contribute to illuminate some mechanisms of granuloma formation in the ADE overload model, are consistent with the concept that the NF-B system is activated by intratubular precipitation of crystals and contributes, along with other mechanisms related to innate immunity, to initiate the intense inflammatory response associated with this model

O A. fumigatus é um fungo saprofítico e tornou-se um dos principais agente patogênico oportunista em pacientes imunossuprimidos. Estudos prévios em nosso laboratório foi demonstrado que em mitocôndrias de P. brasiliensis e de A. fumigatus, o NAD+ era capaz de induzir a formação de potencial de membrana mitocondrial, o qual podia ser dissipado por FCCP, sugerindo a presença de um transportador de NAD+/NADH, conforme havia sido descrito em S. cerevisiae. Através de ferramentas de bioinformática, foi identificado no Aspergillus Gene Database, uma sequência com 32% de identidade com o gene ndt1p de S. cerevisiae. A sequência de cDNA, contendo 1.194 pb foi obtida usando PCR-Overlaping e clonada em vetor pGEM®-T Easy. Em seguida, a sequência foi subclonada em vetor de expressão pET28-a(+) e expressa em E. coli BL21(DE3). A proteína recombinante foi purificada a partir dos corpos de inclusão e sua identidade confirmada por espectrometria de massas e por Western Blotting usando anticorpo anti-His-tag. A proteína recombinante foi utilizada para produção de anticorpo policlonal anti-Ndt1 em coelho. Para expressão em levedura, o cDNA do gene ndt1 de A. fumigatus foi subclonado em vetor pYES2 e as leveduras S. cerevisiae ?ndt1?ndt2 foram transformadas. Foi realizada a curva de crescimento e indução da expressão da proteína recombinante Ndt1, a presença da proteína foi detectada utilizando anticorpo policlonal anti-Ndt1 após 16 horas de expressão. Nesse período foi verificado que as leveduras estavam em fase de crescimento exponencial. A cepa duplo mutante apresenta uma taxa de crescimento menor quando comparada com a cepa expressando a proteína recombinante quando crescidas em meio fermentável. As mitocôndrias isoladas de ambas as cepas foram submetidas à medida do potencial de membrana onde apresentavam acoplamento entre a oxidação de substratos e a fosforilação oxidativa. Além disso, ficou evidenciado que na cepa expressando a proteína recombinante, NAD+ induziu a formação de um potencial de membrana maior que na cepa controle. O transporte de NAD+ foi realizado e demonstrou que a cepa expressando a proteína Ndt1 tinha um aumento na fluorescência de NADH, mostrando que NAD+ foi capaz de entrar na matriz mitocondrial e posteriormente ser reduzido a NADH por enzimas da matriz mitocondrial. A determinação da produção de espécies reativas de oxigênio foi realizada utilizando as sondas fluorescentes CM-H2DCFDA e MitoSox Red em esferoplastos da levedura S. cerevisiae. Ambos experimentos não houve diferença significativa entre a cepa expressando a proteína Ndt1 e a cepa controle. As proteínas carboniladas foram determinadas utilizando anticorpo anti-DNP, após a reação com dinitrofenilhidrazona e não há diferença significativa entre as cepas. Finalmente, para confirmação da localização celular da proteína Ndt1, os esferoplastos de S. cerevisiae foram submetidos à microscopia confocal, onde ficou evidenciado a co-localização da proteína Ndt1 com as mitocôndrias na cepa de S. cerevisiae transformada com a construção pYES/ndt1, o mesmo perfil não foi observado na cepa ?ndt1?ndt2. / The A. fumigatus is a saprophytic fungus and is a major opportunistic pathogen in immunosuppressed patients. Previous studies in our lab has showed that mitochondrias of the P. brasiliensis and A. fumigatus, NAD+ is able to induce the formation of mitochondrial membrane potential, which could be dissipated by FCCP, suggesting the presence of a NAD+/NADH carrier as described in S. cerevisiae. Using bioinformatics tools, it was identified in Aspergillus Gene database a sequence containing 32% of identity with the gene ndt1p of S. cerevisiae. A fragment of cDNA was obtained from the ndt1p mRNA sequence, containing 1194 bp by using PCR-overlaping and cloned in pGEM®-T Easy vector. Then, the sequence was subcloned in pET28-a(+) vector and expressed in E. coli BL21 (DE3). The recombinant protein was purified from inclusion bodies and the identity confirmed by mass spectrometry and by Western Blotting using anti-His-tag antibody. The recombinant protein was used to produce polyclonal antibody anti-Ndt1 in rabbit. For expression in yeast, the ndt1 cDNA of A. fumigatus was subcloned into pYES2 vector and the yeast S. cerevisiae ?ndt1?ndt2 were transformed. Growth curve and induction of the recombinant protein expression Ndt1 was performed and the protein was detected using a polyclonal anti-Ndt1 antibody after 16 hours of expression. During this period it was found that the yeast were in exponential growth phase. The double mutant strain shows a slower growth rate compared to the strain expressing the recombinant protein growth rate when grown in fermentable medium. The isolated mitochondria from both strains were subjected to measurement of the membrane potential which showed coupling between substrate oxidation and oxidative phosphorylation. Furthermore, these measurements evidenced that the strain expressing the recombinant protein NAD+ induced the formation of a membrane potential larger than the control strain. The transport NAD+ was evaluated and showed that the strain expressing the protein Ndt1 has an increase in NADH fluorescence, indicating that NAD+ was able to enter into the mitochondrial matrix and then reduced to NADH by enzymes from the matrix. The determination of the production of reactive oxygen species was performed using the fluorescent probe CM-H2DCFDA and MitoSox Red in spheroplasts of the yeast S. cerevisiae. Both experiments showed no significant difference between the strain expressing Ndt1 protein and strain control. The carbonylated proteins levels were checked using anti-DNP, after the reaction with dinitrophenylhydrazone and there is no significant difference between the strains. Finally, to confirm the cellular localization of the protein Ndt1, spheroplasts of S. cerevisiae were subjected to confocal microscopy, which evidenced the co-location of Ndt1 protein with mitochondria in S. cerevisiae strain transformed with the construction pYES/ndt1. This same profile was not observed in strain ?ndt1?ndt2.

Biological wastewater treatment relies on the diverse and complex metabolic activities of bacteria to remove pollutants. Its success depends on the metabolic efficiency of the bacteria. Activated sludge models use parameters that attempt to depict bacterial growth and metabolic processes. However, current methods do not separate metabolic activity from growth and maintenance. As a result, activated sludge processes are misinterpreted or over-simplified. Alternative methods for gauging bacterial activity have been proposed and include the measurements of cellular derived compounds that relate specifically to energy cycling and include Nicotinamide Adenine Dinucleotide [NADH]. To date, NADH has been largely measured within activated sludge using commercial online fluorimeters with in situ probes. However, this current method provides a measure of the 'bulk' (raw) fluorescence within the system, resulting in difficulties when interpreting fluorescence data and poor sensitivity for detecting changes in intracellular [NADH]. This study has developed a more reliable method for estimating intracellular [NADH] and thus metabolic activity within activated sludge systems. Separating extracellular from intracellular [NADH] in samples was crucial because NADH was released and accumulates in the extracellular environment at a concentration of 200 ~M immediately following bacterial death or lysis. This concentration did not decline overtime. This not only caused high background fluorescence but also reduced the sensitivity of detection for changes in intracellular [NADH]. In particular, considerably higher [NADH] values to those from the extracellular suspensions were obtained following extraction of the intracellular material, suggesting that the cell membranes were not being penetrated by the excitable light source. Of the extraction procedures examined, filtration followed by extraction of the intracellular material with a hot Tris buffer was the most efficient and was recommended for accurate estimates of intracellular [NADH] in situ. In addition, standards were used to quantify NADH (moles per cell and/or unit volume) from unknown samples. The limits of detection were found to be 1.058 - 353 uM, whereas concentrations above 353 jAM self-quenched. Sample concentrations were always within these limits of detection. Hence, the sensitivity, reliability and experimental application of the original method was improved upon and able to be used for the direct measurement of microbial metabolic activity, something that has not been demonstrated before now. This study found that bacteria have between 106~ I 08 NADH molecules per cell depending on their metabolic state. A highly metabolically active bacterial cell had between 1O6~ tO7 NADH molecules, while a less active bacterial cell had between to7 -to8 NADH molecules. These measurements of metabolic activity were simultaneously monitored alongside other measures of bacterial growth, such as the incorporation of radiolabelled thymidine into DNA as a direct measure of DNA replication (new cell synthesis), the incorporation of radiolabelled leucine into protein as a direct measure of protein synthesis, oxygen uptake rates (OUR) as a direct measure of respiration, ATP as a measure of potential energy and dissolved organic carbon (DOC) as a measure of substrate assimilation. As OUR deceased, bacterial growth (using both the thymidine and leucine assays), specific [NADH] and specific [ATP] increased. High OUR and substrate oxidation rates simultaneous with low specific [NADH] indicated high rates of electron transport and thus efficient metabolic activity. Also, low OUR and substrate oxidation rates simultaneous with high specific [NADHI indicated inefficient rates of electron transport, therefore inhibiting oxidative phosphorylation (ATP production). A lack of oxygen as the terminal electron acceptor did not efficiently reoxidise NADH to NAD and resulted in an accumulation of NADH within the cell. Thus, a measure of low specific [NADHI was linked to the efficient rate of reoxidation of NADH to NAD* and reflects high metabolic efficiency. DNA and protein syntheses were coupled following substrate enrichment (glucose or acetate), indicating that bacteria were in balanced growth. However, DNA and protein syntheses became uncoupled once substrate was depleted, indicating unbalanced growth. An average Leu:TdR ratio of 7.4 was determined for activated sludge and was comparable to values published from marine systems. This ratio increased during log growth phase and decreased during stationary growth phases. Specific growth rates determined using the [3HITdR and [3H]Leu assay yielded values ranging from 2 - 10.5 d' and from 2.5 - 6 d1, respectively and were comparable to published values. Changes in OUR, NADH, ATE', DNA replication and protein synthesis were statistically ordinated using multidimensional scaling, and changes (in magnitude and direction) in bacterial metabolic activity were observed. Such methods enable the tracing of where bacteria divert their energies, such as to growth or maintenance and thus provide a greater understanding of bacterial behaviour in activated sludge. While studying anoxic and anaerobic conditions were beyond the scope of this work, the use of such methods to monitor bacterial metabolic activity under such conditions is warranted.