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Orientadores: Ricardo Aparicio, Munir Salomão Skaf / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T01:45:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fonseca_EmanuellaMariaBarreto_D.pdf: 13119998 bytes, checksum: 0b4e5f9502ec2b9b4e347bcd68c9e261 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O câncer é uma doença cuja incidência e prevalência atinge proporções alarmantes, estabelecendo-se, hoje, como um problema mundial de saúde pública. A fosforilação de proteínas é um evento dinâmico e reversível, governado pela atividade oposta de proteínas tirosina quinases e proteínas tirosina fosfatases. Níveis elevados das fosfatases LMW-PTP e CDC25B foram observados em uma ampla variedade de tumores e, assim, estas foram selecionadas como alvo para o desenvolvimento de novos inibidores. Utilizando métodos in silico, uma coleção, contendo aproximadamente 500 mil fragmentos, foi montada a partir de um banco de compostos comerciais. Para cada enzima, esses fragmentos foram submetidos a distintos protocolos de docagem molecular, através dos quais 19 pequenas moléculas foram selecionadas e adquiridas comercialmente. Os resultados computacionais foram validados por ensaios de inibição enzimática, tendo sido identificados novos esqueletos moleculares capazes de inibir mais do que 50% da atividade enzimática, obtendo-se valores de eficiência do ligante de até 0,33 kcal mol-1 por átomo diferente de hidrogênio. Paralelamente, uma série de compostos derivados do ácido benzenofosfônico foi ensaiada frente à LMW-PTP após estudos de docagem, seguindo-se estudos cristalográficos que levaram à obtenção de duas estruturas inéditas: uma com a proteína na forma apo e outra de um complexo LMW-PTP:inibidor. Além do sítio ativo já conhecido, observou-se um segundo sítio cristalográfico cuja potencial função biológica, se confirmada, poderia abrir novas possibilidades para modular a atividade da LMW-PTP, perspectiva que demanda investigação / Abstract: Cancer is a disease whose incidence and prevalence have reached alarming proportions, emerging today as a major public health problem. Protein phosphorylation is a dynamic and reversible event, governed by the opposite activities of protein tyrosine kinases and protein tyrosine phosphatases. High levels of the phosphatases LMW-PTP and CDC25B have been observed in a wide variety of tumors and, for this reason, they have been selected as targets for inhibitor development. Using in silico methods, a collection of approximately 500,000 fragments was assembled from a database of commercial compounds. For each enzyme, these fragments were subjected to different molecular docking protocols, through which 19 small molecules have been selected and purchased. The computational results were validated by enzyme inhibition assays, with the identification of new molecular scaffolds capable of inhibiting in more than 50% the enzyme activity, resulting in ligand efficiency values up to 0.33 kcal mol-1 per non-H atom. Similarly, a number of compounds derived from benzenophosphonic acid was tested against the LMW-PTP after docking studies, followed by crystallographic studies which resulted in two new structures: one of the apo protein and another of a complex LMW-PTP:inhibitor. In addition to the previously described active site, a second crystallographic site was identified, whose potential biological function, if confirmed, might open new possibilities to modulate LMW-PTP activity, in a perspective which demands further investigation. / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências

Chez les Vertébrés, la moelle épinière se développe à partir de la région postérieure de la plaque neurale. La plaque neurale se ferme progressivement pour donner la gouttière puis le tube neural au cours de l'allongement antéro-postérieur de l'embryon. Les précurseurs neuraux sont soumis à l'action de morphogènes comme Sonic Hedgehog (Shh) au niveau de la gouttière neurale. La protéine Shh qui est sécrétée par les structures ventrales de la gouttière et du tube neural contrôle à la fois la prolifération et la spécification des précurseurs neuraux ventraux. Si les mécanismes moléculaires qui mènent à la spécification neuronale commençaient à être bien connus, les bases moléculaires de l'action proliférative de Shh restaient à élucider. <br />Pour comprendre comment Shh contrôle la prolifération dans l'ébauche de moelle épinière j'ai utilisé l'embryon de poulet comme modèle d'étude. J'ai observé que deux régulateurs du cycle cellulaire : Cycline D1 et CDC25B sont exprimés dans la partie ventrale de la gouttière neurale. Les Cyclines D sont connues pour leur rôle dans le couplage des signaux extracellulaires avec la progression des cellules en phase G1 du cycle. La phosphatase CDC25B est connue pour promouvoir la transition G2/M. J'ai démontré par des expériences de perte et de gain de fonction que l'expression de Cycline D1 et de CDC25B est régulée par la voie de signalisation Shh dans la partie ventrale de la gouttière neurale. L'inhibition de la voie dans le tube neural entraîne un blocage des cellules en phase G1 et à la transition G2/M. La surexpression de Cycline D1 dans le tube neural favorise la prolifération cellulaire au détriment de la différenciation neuronale. Ces données suggèrent donc que Shh pourrait maintenir en prolifération certaines populations de précurseurs neuraux par l'activation de la Cycline D1. Ce travail a donc permis l'identification de Cycline D1 et CDC25B comme des cibles de Shh. Il suggère que Shh agit positivement sur la prolifération à deux phases du cycle cellulaire : la progression en G1 et la transition G2/M. Le contrôle de la progression en G1 pourrait servir à maintenir certains précurseurs en prolifération, la signification du contrôle à la transition G2/M reste à être déterminé. Cette étude nous permet de mieux comprendre par quels mécanismes la voie de signalisation Shh va coordonner la prolifération avec la spécification dans le tube neural.

Générer de la diversité cellulaire est essentiel en biologie du développement et pour préserver l'homéostasie des tissus chez l'adulte. Cela résulte du choix des cellules souches et progéniteurs à s'engager dans un destin particulier en réponse à des signaux extrinsèques et à des propriétés intrinsèques. L'objectif de ma thèse était d'élucider le rôle du cycle cellulaire dans le processus de neurogenèse (production de neurones) en utilisant comme paradigme le tube neural d'embryon de poulet. D'une part, j'ai développé une nouvelle stratégie d'imagerie permettant de mesurer la longueur des quatre phases du cycle cellulaire en temps réel dans les progéniteurs neuraux. D'autre part, j'ai réalisé des expériences de gain et perte de fonction d'un régulateur de l'entrée en mitose, la phosphatase CDC25B, dans les progéniteurs neuraux et montré que ce régulateur du cycle favorise les divisions neurogéniques au dépend des divisions prolifératives contrôlant ainsi la production neuronale. / Generating cell diversity is essential in developmental biology and to preserve tissue homeostasis in adulthood. This results from the choice of stem cells and progenitor cells to commit into a particular fate in response to extrinsic cues and to intrinsic properties. The aim of my PhD was to elucidate the role of the cell cycle in the neurogenesis process (i.e. in neuron generation) using the embryonic chick neural tube as a paradigm. On the one hand, I have developed a new real time imaging strategy to measure the length of the four cell cycle phases in neural progenitors. On the other hand, I performed gain and loss of function experiments of a regulator that control mitosis input, the CDC25B phosphatase, in neural progenitors and showed that this cell cycle regulator promotes neurogenic divisions at the expense of proliferative divisions, thus controlling neuronal production.

La progression des cellules dans le cycle cellulaire est gouvernée par une famille de complexes à activité protéine kinase : les complexes CDK/cycline. L'activité de ces complexes est régulée notamment par la déphosphorylation activatrice de résidus tyrosine et thréonine par les phosphatases à double spécificité CDC25. Trois phosphatases CDC25 ont été identifiées dans les cellules de mammifères, et lors de notre travail, nous avons étudié la phosphatase CDC25B. Dans les cellules d'adénocarcinome humain (HeLa), nous avons montré que CDC25B présente une localisation nucléaire ou cytoplasmique stricte ou pan cellulaire, suggérant un trafic nucléo-cytoplasmique actif. Par des approches de mutagenèse dirigée et d'expression transitoire de la protéine sauvage ou mutante, nous avons identifié un signal de localisation nucléaire (NLS) et d'export nucléaire (NES) fonctionnels, et montré que la rétention cytoplasmique de CDC25B nécessite son interaction avec les protéines 14-3-3. Afin de caractériser les mécanismes régulant la fonction de CDC25B in vivo, nous avons entrepris la recherche de nouveaux partenaires de cette phosphatase. Partant d'observations biochimiques : la phosphorylation in vitro de CDC25B par la protéine kinase Eg3, nous avons établi que ces deux protéines interagissent in vivo, dans une lignée surexprimant de manière conditionnelle CDC25B. Une collection de protéines mutantes de CDC25B, nous a permis d'identifier (i) le site d'interaction avec la protéine kinase Eg3, (ii) un site de phosphorylation. Aucune modification de l'activité phosphatase de CDC25B, phosphorylée par Eg3 n'est observée in vitro. Cependant, nous avons montré in vivo, par une analyse en cytométrie de flux, que l'expression de CDC25B est capable d'annuler l'accumulation des cellules en phase G2 induite par la surexpression de Eg3. Ces derniers résultats suggèrent fortement une interaction fonctionnelle entre CDC25B et Eg3, dont les mécanismes in vivo restent à préciser. L'isolement de nouveaux partenaires protéiques de CDC25B a été entrepris par leur co-purification grâce à l'utilisation de lignées U2OS exprimant HA-CDC25B de manière conditionnelle, ou de protéines recombinantes MBP-CDC25B. Certains problèmes techniques ne nous ont pas encore permis d'isoler des partenaires, mais les derniers résultats sont prometteurs.

L'activation séquentielle des Kinases Dépendantes des Cyclines (CDK), associées à leur sous-unité régulatrice la cycline, contrôle la progression des cellules eucaryotes dans le cycle cellulaire. L'activité des complexes CDK/cycline est notamment régulée par une balance entre phosphorylation inhibitrice (Wee, Myt) et déphosphorylation activatrice par les phosphatases CDC25. Dans les cellules humaines, trois phosphatases à double spécificité CDC25A, B et C sont impliquées dans la régulation de ces complexes en différents points du cycle cellulaire. CDC25A agit à la transition G1/S alors que CDC25C contrôle l'entrée en mitose. Par contre, CDC25B agirait en phase S ainsi qu'à la transition G2/M. L'existence de trois variants de CDC25B (B1, B2 et B3) issus d'un épissage alternatif pourrait expliquer cette controverse. Afin d'étudier les rôles et les implications de chaque variant de CDC25B, nous avons d'abord étudié leur régulation par la protéine kinase CK2, kinase qui pourrait jouer un rôle dans le contrôle de la transition G2/M. Nos études in vitro ont démontré que CK2 phosphoryle les trois variants de CDC25B mais pas la protéine CDC25C. Une analyse par spectrométrie de masse de CDC25B indique qu'au moins deux résidus, les sérines 186 et 187, sont phosphorylés in vitro par CK2. De plus, CDC25B interagit avec CK2 in vitro et in vivo dans des cellules humaines et d'insectes. Enfin, la phosphorylation de CDC25B par CK2 augmente son activité phosphatase in vitro ainsi qu'in vivo. CK2 est donc un régulateur positif de l'activité catalytique des CDC25B. Au cours du cycle cellulaire ou en réponse aux points de contrôle, CDC25B est également régulée au niveau de sa localisation intracellulaire. En effet, la phosphatase réalise une navette entre le cytoplasme et le noyau, navette qui peut être régulée notamment par phosphorylation. Nous avons montré que la protéine kinase AKT/PKB phosphoryle in vitro CDC25B sur la sérine 353 et qu'elle provoque son accumulation dans le cytoplasme. L'activation d'AKT/PKB par le peroxyde d'hydrogène reproduit la relocalisation de CDC25B. Par contre, si la mutation de la sérine 353 abolit sa phosphorylation par AKT/PKB, elle n'induit qu'un retard dans la relocalisation cytoplasmique de CDC25B ce qui indique que d'autres mécanismes participent à ce phénomène. Ainsi nos différents travaux ont permis d'identifier deux nouveaux régulateurs de CDC25B, CK2 qui régule son activité catalytique et AKT/PKB qui participe au contrôle de sa localisation intracellulaire, et nous permettent de mieux comprendre la régulation de cette phosphatase même si de nombreux partenaires doivent encore être identifiés.

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