Orientador: Carlos Henrique Inácio Ramos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T13:20:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Murakami_LeticiaMariaZanphorlin_D.pdf: 5383539 bytes, checksum: 1a45d203e6e3c5a992791b8ce893aa36 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Chaperonas moleculares e proteínas de choque térmico (Heat shock protein, Hsp) atuam contra a agregação e o enovelamento incorreto de proteínas, que são os agentes causais de doenças neurodegenerativas, como por exemplo, Alzheimer e Parkinson. A Hsp90 é uma das mais importantes chaperonas moleculares, considerada essencial para a viabilidade celular em eucariotos, pois está associada com a maturação de proteínas atuantes na sinalização e ciclo celular. Além disso, foi demonstrado que a Hsp90 está envolvida na estabilização do fenótipo tumoral de diversos tipos de câncer, destacando a sua importância biomédica. A interação com co-chaperonas, proteínas auxiliares das chaperonas, permite que a Hsp90 atue como uma proteína "hub", ou seja, um ponto central de regulação de diversas proteínas. Muitas dessas co-chaperonas possuem um ou mais domínios do tipo TPR (do inglês, tetratricopeptide repeat) que interagem com o C-terminal da Hsp90. No presente projeto de doutorado, investigamos as características estruturais e termodinâmicas da interação entre o domínio C-terminal da Hsp90 (C-Hsp90) e a co-chaperona TPR Tom70 humana, utilizando técnicas de reação-cruzada acoplada à espectrometria de massas (LC-MS/MS), calorimetria de titulação isotérmica (ITC), espalhamento de raios-X à baixos ângulos (SAXS) e modelagem molecular. Os resultados de LC-MS/MS e ITC evidenciaram novas regiões na interação do complexo C-Hsp90/Tom70 que envolve a hélice A7 presente na Tom70 e experimentos de SAXS revelaram a estrutura em baixa resolução das proteínas C-Hsp90, Tom70 e do complexo C-Hsp90/Tom70. Além disso, investigamos o efeito do celastrol, um composto com potencial atividade anti-câncer, na conformação e na função da Hsp90. Na presença do composto, a Hsp90 sofre um processo de oligomerização e a natureza dos oligômeros foi determinada por ferramentas bioquímicas e biofísicas, tais como espalhamento dinâmico de luz (DLS), cromatografia de exclusão molecular analítica acoplada a espalhamento de luz em multiângulos (SEC-MALS) e eletroforese em gel nativo. Interessantemente, a oligomerização induzida pelo celastrol não afetou a atividade de proteção da Hsp90 contra a agregação protéica e a capacidade de ligação as co-chaperonas com enovelamento tipo TPR. Este é o primeiro trabalho a apontar um possível mecanismo para a ação do celastrol sobre a Hsp90. Coletivamente, nossos resultados e descobertas contribuem para uma melhor compreensão dos mecanismos moleculares relacionados à interação entre chaperonas e co-chaperonas, bem como, chaperonas e potenciais ligantes. / Abstract: Molecular chaperones and heat shock proteins (Hsp) act against protein aggregation and misfolding, which are the causal agents of neurodegenerative diseases such as Alzheimer and Parkinson. Hsp90 is one of the most important molecular chaperones, considered essential for cell viability in eukaryotes, since it is associated with the maturation of proteins involved in cell cycle and signaling. In addition, it was demonstrated that Hsp90 is implicated in the stabilization of the tumor phenotype of various types of cancer, highlighting its biomedical importance. The interaction with co-chaperones, auxiliary proteins of chaperones, allows that Hsp90 acts as a hub, being a central point for regulation of several other proteins. Many of these co-chaperones have one or more TPR domains that interact with the C-terminus of Hsp90. In this PhD project, we investigated structural and thermodynamic characteristics of the interaction between the C-terminus domain of Hsp90 (C-Hsp90) and the TPR co-chaperone human Tom70, using techniques of cross-linking coupled with mass spectrometry (LC-MS/MS), isothermal titration calorimetry (ITC), small angle X-ray scattering (SAXS) and molecular modeling. The results of LC-MS/MS and ITC revealed new regions involved in the interaction of the C-Hsp90 with Tom70, which encompasses the A7 helix from Tom70, and SAXS experiments unveiled the low resolution structure of the proteins C-Hsp90, Tom70 and the C-Hsp90/Tom70 complex. In addition, we investigated the effect of celastrol, a compound with a potential anti-cancer activity, on the conformation and function of Hsp90. In the presence of celastrol, Hsp90 undergoes oligomerization and the nature of the oligomers was determined by biochemical and biophysical tools such as dynamic light scattering (DLS), size-exclusion chromatography coupled to multi-angle light scattering (SEC-MALS) and native gel electrophoresis. Interestingly, the celastrol-induced oligomerization did not affect the protective activities of Hsp90 against protein aggregation or the capacity to bind TPR co-chaperones. This is the first study to point out a possible mechanism for the action of celastrol on Hsp90. Collectively, our findings contribute to a better understanding of the molecular mechanisms associated to the interaction between chaperones and co-chaperones, as well as chaperones and potential ligands / Doutorado / Quimica Organica / Doutora em Ciências

O desenvolvimento das doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer, está associado à presença de agregados proteicos contendo Tau hiperfosforilada (p-Tau). Esta disfunção da Tau leva a prejuízos na homeostase celular. Um mecanismo chave para diminuir e/ou prevenir os danos promovidos pelos agregados contendo Tau seria o estímulo de sua degradação. Neste sentido, a proposta do presente estudo foi analisar a degradação da proteína Tau após aumento da expressão exógena da cochaperona Bag-2, a qual influencia o sistema proteassomal de degradação; bem como avaliar a ativação dos sistemas de degradação, a fim de correlacionar estes sistemas em cultura de células primárias e organotípica do hipocampo de ratos. Os resultados mostraram que a rotenona foi capaz de aumentar os níveis de p-Tau e que a superexpressão de Bag-2, foi eficiente em prevenir e degradar a p-Tau. O mecanismo envolvido neste processo envolve a coordenação dos sistemas proteassomal e lisossomal, já que a Rab7 e a Rab24 (envolvidas na via lisossomal) mostraram-se diminuídas na fase que antecede a agregação proteica, enquanto houve aumento da Rab24 na presença dos agregados proteicos. Com relação ao peptídeo beta amiloide, foi demonstrado tendência de aumento de p-Tau acompanhado de diminuição da atividade proteassomal e lisossomal. O tratamento com PADK (ativador lisossomal) foi capaz de reverter este efeito nestas diferentes condições. A análise da interrelação entre os sistemas mostrou que uma inibição do proteassoma favorece a via lisossomal e que o inverso não se repete. Os resultados sugerem que a modulação das vias de degradação pode ser interessante para o estudo, prevenção e tratamento das doenças neurodegenerativas associadas à agregação de proteínas / Neurodegenerative diseases, such as Alzheimer\'s, are associated to protein inclusions containing hyperphosphorylated Tau (p-Tau). It is well established that Tau dysfunction impairs cell homeostasis. A key mechanism to prevent and/or reduce the damage promoted by aggregates of Tau might be its degradation. In view of this, the aims of the present study are to evaluate p- Tau clearance following exogenous expression of Bag-2, which stimulates proteasome; as well as to analyze the activation of both lysosome and proteasome pathways in order to understand the crosstalk between these two systems in primary and organotypic cultures of rat hippocampus. Results showed that rotenone was able of increasing p-Tau that was prevented and degraded by Bag-2 overexpression. Mechanisms involved in this process involve the coordination of cell degradation systems, depending upon aggregation status, since Rab7 and Rab24 (involved in lysosomal pathway) were decreased before protein aggregation, while Rab24 increased in the presence of protein inclusions. Amyloid-beta peptide also increased p-Tau accompanied by decreased proteasome and lysosome activity. PADK (lysosomal activator) treatment reverted the inhibition promoted by amyloidbeta peptide. Inhibition of proteasome leads to activation of lysosome, but lysosome inhibition does not affect proteasome. Overall, results suggest that targeting degradation pathways might be useful to understand, prevent and treat neurodegenerative diseases associated with protein deposits

O desenvolvimento das doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer, está associado à presença de agregados proteicos contendo Tau hiperfosforilada (p-Tau). Esta disfunção da Tau leva a prejuízos na homeostase celular. Um mecanismo chave para diminuir e/ou prevenir os danos promovidos pelos agregados contendo Tau seria o estímulo de sua degradação. Neste sentido, a proposta do presente estudo foi analisar a degradação da proteína Tau após aumento da expressão exógena da cochaperona Bag-2, a qual influencia o sistema proteassomal de degradação; bem como avaliar a ativação dos sistemas de degradação, a fim de correlacionar estes sistemas em cultura de células primárias e organotípica do hipocampo de ratos. Os resultados mostraram que a rotenona foi capaz de aumentar os níveis de p-Tau e que a superexpressão de Bag-2, foi eficiente em prevenir e degradar a p-Tau. O mecanismo envolvido neste processo envolve a coordenação dos sistemas proteassomal e lisossomal, já que a Rab7 e a Rab24 (envolvidas na via lisossomal) mostraram-se diminuídas na fase que antecede a agregação proteica, enquanto houve aumento da Rab24 na presença dos agregados proteicos. Com relação ao peptídeo beta amiloide, foi demonstrado tendência de aumento de p-Tau acompanhado de diminuição da atividade proteassomal e lisossomal. O tratamento com PADK (ativador lisossomal) foi capaz de reverter este efeito nestas diferentes condições. A análise da interrelação entre os sistemas mostrou que uma inibição do proteassoma favorece a via lisossomal e que o inverso não se repete. Os resultados sugerem que a modulação das vias de degradação pode ser interessante para o estudo, prevenção e tratamento das doenças neurodegenerativas associadas à agregação de proteínas / Neurodegenerative diseases, such as Alzheimer\'s, are associated to protein inclusions containing hyperphosphorylated Tau (p-Tau). It is well established that Tau dysfunction impairs cell homeostasis. A key mechanism to prevent and/or reduce the damage promoted by aggregates of Tau might be its degradation. In view of this, the aims of the present study are to evaluate p- Tau clearance following exogenous expression of Bag-2, which stimulates proteasome; as well as to analyze the activation of both lysosome and proteasome pathways in order to understand the crosstalk between these two systems in primary and organotypic cultures of rat hippocampus. Results showed that rotenone was able of increasing p-Tau that was prevented and degraded by Bag-2 overexpression. Mechanisms involved in this process involve the coordination of cell degradation systems, depending upon aggregation status, since Rab7 and Rab24 (involved in lysosomal pathway) were decreased before protein aggregation, while Rab24 increased in the presence of protein inclusions. Amyloid-beta peptide also increased p-Tau accompanied by decreased proteasome and lysosome activity. PADK (lysosomal activator) treatment reverted the inhibition promoted by amyloidbeta peptide. Inhibition of proteasome leads to activation of lysosome, but lysosome inhibition does not affect proteasome. Overall, results suggest that targeting degradation pathways might be useful to understand, prevent and treat neurodegenerative diseases associated with protein deposits