O glicolaldeído é um aldeído hidroxilado de dois carbonos capaz de reagir com proteínas, alterando sua estrutura e função. Ele é formado como subproduto do metabolismo glicolítico, da reação da glicose com proteínas e também a partir da ação da mieloperoxidase sobre aminoácidos. Logo, situações de hiperglicemia e inflamação favorecem a formação do glicolaldeído. Sua reação com biomoléculas, além de prejudicar a função das mesmas, pode levar à produção de produtos finais de glicação avançada (AGEs). Diversos estudos têm relacionado o acúmulo de AGEs com diversas doenças como diabetes mellitus, mal de Alzheimer, falência renal e o próprio envelhecimento. Os AGEs apresentam boa parte de seus efeitos deletérios devidos à sua ligação com o receptor RAGE. Sabe-se que este mecanismo, de forma geral, promove uma resposta inflamatória, gerando estresse oxidativo. Entretanto, apesar dos grandes avanços no estudo dos AGEs e seu efeitos, muito pouco se sabe sobre a ação direta de precursores dos AGEs, como o glicolaldeído. Os objetivos deste trabalho foram investigar os efeitos agudos do glicolaldeído sobre parâmetros de estresse oxidativo no rim, coração e fígado de ratos. Ratos Wistar machos adultos receberam 10, 50 ou 100 mg/Kg de glicolaldeído através de injeção intravenosa. Os animais foram sacrificados 6, 12 e 24 horas após a injeção. Nós observamos um aumento dos marcadores de estresse oxidativo (carbonilação proteica, lipoperoxidação e diminuição de tióis reduzidos) em todas as estruturas analisadas. As enzimas superóxido dismutase, catalase e glioxalase I tiveram suas atividades moduladas pela injeção do glicolaldeído nos três órgãos estudados. Além disso a injeção do aldeído provocou o acúmulo de carboximetillisina, um dos AGEs mais estudados, no fígado dos animais. Nossos resultados sugerem que mesmo curtos eventos de hiperglicemia e inflamação, capazes de aumentar os níveis de glicolaldeído, podem gerar estresse oxidativo e, de forma cumulativa, favorecer as complicações observadas em doenças como o diabetes mellitus. / Glycolaldehyde is a two-carbon aldehyde that reacts with proteins, modifying their structure and impairing their function. It is formed as a byproduct of the nonenzymatic reaction between glucose and biomolecules and also from the action of myeloperoxidase upon amino acids. Thus, events of hyperglycemia and inflammation favor the formation of glycolaldehyde. Despite impairing protein function, glycolaldehyde might lead to the formation of advanced glycation end-products (AGEs). There are several studies relating AGEs to many diseases such as diabetes mellitus, Alzheimer’s disease, renal failure and the aging process itself. Part of the deleterious effects of AGEs is due to interaction with their receptor (RAGE). There is evidence that this interaction induces inflammatory responses and oxidative stress. Despite the huge advances in understanding the effects of AGEs, there are very few reports describing the effects of precursors of AGEs, such as glycolaldehyde. The objectives of this work were to investigate the acute effects of glycolaldehyde on oxidative stress parameters in the kidney, heart and liver of rats. Male adult Wistar rats received a single intravenous injection of glycolaldehyde at 10, 50 or 100 mg/Kg. The animals were sacrificed 6, 12 or 24 hours after injection. We observed an increase in markers of oxidative stress (protein carbonylation, lipoperoxidation and a decrease in reduced thiol content). The activities of superoxide dismutase, catalase and glyoxalase I were modulated by the injection of glycolaldehyde. Moreover, glycolaldehyde induced accumulation of N£-carboxymethyl(lysine), one of the most studied AGEs. Our results suggest that even short-term events of hyperglycemia and inflammation, capable of raising glycolaldehyde levels, might generate oxidative stress and, in a cumulative way, favor the onset of complications such as those observed in diabetes mellitus.

As enzimas da via do chiquimato são alvos atraentes para o desenvolvimento de agentes para tratar a tuberculose já que esta via é essencial para Mycobacterium tuberculosis e está ausente em humanos. A enzima chiquimato desidrogenase de M. tuberculosis (MtbSD), codificada pelo gene aroE, catalisa a quarta reação na via do chiquimato. Estudos de estrutura tridimensional, de perfis de pH e de mutagênese sítio-direcionada envolvendo muitas chiquimato desidrogenases sugerem a participação da Lisina-69 e do Aspartato-105 (numeração de acordo com a seqüência da MtbSD) na catálise e/ou na ligação ao substrato. A determinação das propriedades cinéticas de enzimas mutantes pode permitir importantes proposições acerca do papel destes resíduos para a enzima MtbSD. A mutagênese foi realizada usando uma técnica de amplificação por PCR para as seguintes proteínas mutantes: K69A, K69H, K69I, K69Q, D105A, D105N. Testes de diversas condições experimentais foram feitos para obter a expressão das proteínas MtbSD mutantes na fração solúvel. Além disso, empregamos um protocolo de purificação otimizado para obter as enzimas MtbSD não mutante e K69A aparentemente homogêneas. Realizamos ensaios cinéticos em estado estacionário e medidas espectrofluorimétricas destas duas enzimas, e os resultados indicam que o resíduo conservado Lisina-69 tem função catalítica e não está envolvido na ligação ao substrato para a MtbSD. Estudos estruturais, de mutagênese sítio-direcionada e de cinética enzimática podem trazer importantes contribuições para o desenho racional de novos e efetivos fármacos para tratar a tuberculose. / The shikimate pathway is an attractive target for the development of antitubercular agents because it is essential in Mycobacterium tuberculosis but absent in humans. Mycobacterium tuberculosis aroE-encoded shikimate dehydrogenase (MtbSD) catalyzes the forth reaction in the shikimate pathway. Three-dimensional structure studies, pH-rate profiles and site-directed mutagenesis studies involving many shikimate dehydrogenases have suggested participation of Lysine-69 and Aspartate-105 (M. tuberculosis numbering) in catalysis and/or substrate binding. Importantly, investigation of the kinetic properties of mutant enzymes can bring important insights about the role of these residues for the MtbSD enzyme. Mutagenesis was performed using a PCR-amplification technique for the following mutant proteins: K69A, K69H, K69I, K69Q, D105A, D105N. Screening of experimental conditions has been performed to obtain the expression of the MtbSD mutant proteins in the soluble fraction. In addition, an improved purification protocol was used to obtain homogeneous wild-type MtbSD and K69A mutant enzymes. We have carried out steady-state kinetic assays and spectrofluorimetric measurements for the wild type and the K69A enzymes. Results indicate that the conserved Lysine-69 residue in MtbSD plays a catalytic role and is not involved in substrate binding. Enzyme kinetics, site-directed mutagenesis and structural studies provide a framework on which to base the rational design of new and effective agents to treat tuberculosis.

O glicolaldeído é um aldeído hidroxilado de dois carbonos capaz de reagir com proteínas, alterando sua estrutura e função. Ele é formado como subproduto do metabolismo glicolítico, da reação da glicose com proteínas e também a partir da ação da mieloperoxidase sobre aminoácidos. Logo, situações de hiperglicemia e inflamação favorecem a formação do glicolaldeído. Sua reação com biomoléculas, além de prejudicar a função das mesmas, pode levar à produção de produtos finais de glicação avançada (AGEs). Diversos estudos têm relacionado o acúmulo de AGEs com diversas doenças como diabetes mellitus, mal de Alzheimer, falência renal e o próprio envelhecimento. Os AGEs apresentam boa parte de seus efeitos deletérios devidos à sua ligação com o receptor RAGE. Sabe-se que este mecanismo, de forma geral, promove uma resposta inflamatória, gerando estresse oxidativo. Entretanto, apesar dos grandes avanços no estudo dos AGEs e seu efeitos, muito pouco se sabe sobre a ação direta de precursores dos AGEs, como o glicolaldeído. Os objetivos deste trabalho foram investigar os efeitos agudos do glicolaldeído sobre parâmetros de estresse oxidativo no rim, coração e fígado de ratos. Ratos Wistar machos adultos receberam 10, 50 ou 100 mg/Kg de glicolaldeído através de injeção intravenosa. Os animais foram sacrificados 6, 12 e 24 horas após a injeção. Nós observamos um aumento dos marcadores de estresse oxidativo (carbonilação proteica, lipoperoxidação e diminuição de tióis reduzidos) em todas as estruturas analisadas. As enzimas superóxido dismutase, catalase e glioxalase I tiveram suas atividades moduladas pela injeção do glicolaldeído nos três órgãos estudados. Além disso a injeção do aldeído provocou o acúmulo de carboximetillisina, um dos AGEs mais estudados, no fígado dos animais. Nossos resultados sugerem que mesmo curtos eventos de hiperglicemia e inflamação, capazes de aumentar os níveis de glicolaldeído, podem gerar estresse oxidativo e, de forma cumulativa, favorecer as complicações observadas em doenças como o diabetes mellitus. / Glycolaldehyde is a two-carbon aldehyde that reacts with proteins, modifying their structure and impairing their function. It is formed as a byproduct of the nonenzymatic reaction between glucose and biomolecules and also from the action of myeloperoxidase upon amino acids. Thus, events of hyperglycemia and inflammation favor the formation of glycolaldehyde. Despite impairing protein function, glycolaldehyde might lead to the formation of advanced glycation end-products (AGEs). There are several studies relating AGEs to many diseases such as diabetes mellitus, Alzheimer’s disease, renal failure and the aging process itself. Part of the deleterious effects of AGEs is due to interaction with their receptor (RAGE). There is evidence that this interaction induces inflammatory responses and oxidative stress. Despite the huge advances in understanding the effects of AGEs, there are very few reports describing the effects of precursors of AGEs, such as glycolaldehyde. The objectives of this work were to investigate the acute effects of glycolaldehyde on oxidative stress parameters in the kidney, heart and liver of rats. Male adult Wistar rats received a single intravenous injection of glycolaldehyde at 10, 50 or 100 mg/Kg. The animals were sacrificed 6, 12 or 24 hours after injection. We observed an increase in markers of oxidative stress (protein carbonylation, lipoperoxidation and a decrease in reduced thiol content). The activities of superoxide dismutase, catalase and glyoxalase I were modulated by the injection of glycolaldehyde. Moreover, glycolaldehyde induced accumulation of N£-carboxymethyl(lysine), one of the most studied AGEs. Our results suggest that even short-term events of hyperglycemia and inflammation, capable of raising glycolaldehyde levels, might generate oxidative stress and, in a cumulative way, favor the onset of complications such as those observed in diabetes mellitus.

As enzimas da via do chiquimato são alvos atraentes para o desenvolvimento de agentes para tratar a tuberculose já que esta via é essencial para Mycobacterium tuberculosis e está ausente em humanos. A enzima chiquimato desidrogenase de M. tuberculosis (MtbSD), codificada pelo gene aroE, catalisa a quarta reação na via do chiquimato. Estudos de estrutura tridimensional, de perfis de pH e de mutagênese sítio-direcionada envolvendo muitas chiquimato desidrogenases sugerem a participação da Lisina-69 e do Aspartato-105 (numeração de acordo com a seqüência da MtbSD) na catálise e/ou na ligação ao substrato. A determinação das propriedades cinéticas de enzimas mutantes pode permitir importantes proposições acerca do papel destes resíduos para a enzima MtbSD. A mutagênese foi realizada usando uma técnica de amplificação por PCR para as seguintes proteínas mutantes: K69A, K69H, K69I, K69Q, D105A, D105N. Testes de diversas condições experimentais foram feitos para obter a expressão das proteínas MtbSD mutantes na fração solúvel. Além disso, empregamos um protocolo de purificação otimizado para obter as enzimas MtbSD não mutante e K69A aparentemente homogêneas. Realizamos ensaios cinéticos em estado estacionário e medidas espectrofluorimétricas destas duas enzimas, e os resultados indicam que o resíduo conservado Lisina-69 tem função catalítica e não está envolvido na ligação ao substrato para a MtbSD. Estudos estruturais, de mutagênese sítio-direcionada e de cinética enzimática podem trazer importantes contribuições para o desenho racional de novos e efetivos fármacos para tratar a tuberculose. / The shikimate pathway is an attractive target for the development of antitubercular agents because it is essential in Mycobacterium tuberculosis but absent in humans. Mycobacterium tuberculosis aroE-encoded shikimate dehydrogenase (MtbSD) catalyzes the forth reaction in the shikimate pathway. Three-dimensional structure studies, pH-rate profiles and site-directed mutagenesis studies involving many shikimate dehydrogenases have suggested participation of Lysine-69 and Aspartate-105 (M. tuberculosis numbering) in catalysis and/or substrate binding. Importantly, investigation of the kinetic properties of mutant enzymes can bring important insights about the role of these residues for the MtbSD enzyme. Mutagenesis was performed using a PCR-amplification technique for the following mutant proteins: K69A, K69H, K69I, K69Q, D105A, D105N. Screening of experimental conditions has been performed to obtain the expression of the MtbSD mutant proteins in the soluble fraction. In addition, an improved purification protocol was used to obtain homogeneous wild-type MtbSD and K69A mutant enzymes. We have carried out steady-state kinetic assays and spectrofluorimetric measurements for the wild type and the K69A enzymes. Results indicate that the conserved Lysine-69 residue in MtbSD plays a catalytic role and is not involved in substrate binding. Enzyme kinetics, site-directed mutagenesis and structural studies provide a framework on which to base the rational design of new and effective agents to treat tuberculosis.

O glicolaldeído é um aldeído hidroxilado de dois carbonos capaz de reagir com proteínas, alterando sua estrutura e função. Ele é formado como subproduto do metabolismo glicolítico, da reação da glicose com proteínas e também a partir da ação da mieloperoxidase sobre aminoácidos. Logo, situações de hiperglicemia e inflamação favorecem a formação do glicolaldeído. Sua reação com biomoléculas, além de prejudicar a função das mesmas, pode levar à produção de produtos finais de glicação avançada (AGEs). Diversos estudos têm relacionado o acúmulo de AGEs com diversas doenças como diabetes mellitus, mal de Alzheimer, falência renal e o próprio envelhecimento. Os AGEs apresentam boa parte de seus efeitos deletérios devidos à sua ligação com o receptor RAGE. Sabe-se que este mecanismo, de forma geral, promove uma resposta inflamatória, gerando estresse oxidativo. Entretanto, apesar dos grandes avanços no estudo dos AGEs e seu efeitos, muito pouco se sabe sobre a ação direta de precursores dos AGEs, como o glicolaldeído. Os objetivos deste trabalho foram investigar os efeitos agudos do glicolaldeído sobre parâmetros de estresse oxidativo no rim, coração e fígado de ratos. Ratos Wistar machos adultos receberam 10, 50 ou 100 mg/Kg de glicolaldeído através de injeção intravenosa. Os animais foram sacrificados 6, 12 e 24 horas após a injeção. Nós observamos um aumento dos marcadores de estresse oxidativo (carbonilação proteica, lipoperoxidação e diminuição de tióis reduzidos) em todas as estruturas analisadas. As enzimas superóxido dismutase, catalase e glioxalase I tiveram suas atividades moduladas pela injeção do glicolaldeído nos três órgãos estudados. Além disso a injeção do aldeído provocou o acúmulo de carboximetillisina, um dos AGEs mais estudados, no fígado dos animais. Nossos resultados sugerem que mesmo curtos eventos de hiperglicemia e inflamação, capazes de aumentar os níveis de glicolaldeído, podem gerar estresse oxidativo e, de forma cumulativa, favorecer as complicações observadas em doenças como o diabetes mellitus. / Glycolaldehyde is a two-carbon aldehyde that reacts with proteins, modifying their structure and impairing their function. It is formed as a byproduct of the nonenzymatic reaction between glucose and biomolecules and also from the action of myeloperoxidase upon amino acids. Thus, events of hyperglycemia and inflammation favor the formation of glycolaldehyde. Despite impairing protein function, glycolaldehyde might lead to the formation of advanced glycation end-products (AGEs). There are several studies relating AGEs to many diseases such as diabetes mellitus, Alzheimer’s disease, renal failure and the aging process itself. Part of the deleterious effects of AGEs is due to interaction with their receptor (RAGE). There is evidence that this interaction induces inflammatory responses and oxidative stress. Despite the huge advances in understanding the effects of AGEs, there are very few reports describing the effects of precursors of AGEs, such as glycolaldehyde. The objectives of this work were to investigate the acute effects of glycolaldehyde on oxidative stress parameters in the kidney, heart and liver of rats. Male adult Wistar rats received a single intravenous injection of glycolaldehyde at 10, 50 or 100 mg/Kg. The animals were sacrificed 6, 12 or 24 hours after injection. We observed an increase in markers of oxidative stress (protein carbonylation, lipoperoxidation and a decrease in reduced thiol content). The activities of superoxide dismutase, catalase and glyoxalase I were modulated by the injection of glycolaldehyde. Moreover, glycolaldehyde induced accumulation of N£-carboxymethyl(lysine), one of the most studied AGEs. Our results suggest that even short-term events of hyperglycemia and inflammation, capable of raising glycolaldehyde levels, might generate oxidative stress and, in a cumulative way, favor the onset of complications such as those observed in diabetes mellitus.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, 2007. / Submitted by wesley oliveira leite (leite.wesley@yahoo.com.br) on 2009-10-16T19:31:17Z No. of bitstreams: 1 Tese_Monica Santiago Barbosa.pdf: 382811 bytes, checksum: 4328a0b06b613d225acef72a46b938f6 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2009-10-20T15:42:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_Monica Santiago Barbosa.pdf: 382811 bytes, checksum: 4328a0b06b613d225acef72a46b938f6 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-10-20T15:42:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Monica Santiago Barbosa.pdf: 382811 bytes, checksum: 4328a0b06b613d225acef72a46b938f6 (MD5) Previous issue date: 2007 / Paracoccidioides brasiliensis é um importante patógeno humano que causa a paracoccidioidomicose (PCM), uma micose sistêmica com ampla distribuição na América Latina. A adesão e a invasão de células são eventos essenciais envolvidos na infecção e disseminação do patógeno. Além disso, patógenos utilizam suas moléculas de superfície para se ligar a componentes da matriz extracelular para estabelecer a infecção. Uma proteína antigênica de P. brasiliensis foi isolada de gel de eletroforese bidimensional de proteínas totais do fungo e caracterizada. Peptídeos foram obtidos da proteína de 36 kDa e pI 6.8 e mostraram homologia com gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH: EC 1.2.1.12) de diversos organismos. O cDNA completo e o gene que codificam para PbGAPDH foram obtidos e ambos contém uma ORF que codifica para uma proteína com 338 aminoácidos que apresenta todos os peptídeos caracterizados na PbGAPDH nativa. O gene Pbgapdh contém 5 exons interrompidos por 4 introns. Análises realizadas com a PbGAPDH deduzida sugerem sua utilidade em prover relações filogenéticas, como também evidenciaram a correlação entre a filogenia e as posições dos introns nos genes cognatos. A expressão de Pbgapdh foi analisada e uma única espécie de mRNA de 2.0 Kb, preferencialmente expressa na fase leveduriforme de P. brasiliensis foi detectada em concordância com os altos níveis de expressão da proteína. A proteína recombinante GAPDH foi utilizada para produção de anticorpo policlonal em coelho. Por microscopia imunoeletrônica e análises por Western blot, foi detectada a presença da GAPDH, na parede celular de leveduras de P. brasiliensis e no citoplasma. A GAPDH recombinante foi capaz de se ligar a fibronectina, laminina e colágeno do tipo I. Uma observação importante, é que tanto o tratamento de P. brasiliensis com anticorpo anti-GAPDH, quanto de pneumócitos tratados com a GAPDH recombinante, promoveram a inibição da aderência e internalização de P. brasiliensis à células cultivadas in vitro (pneumócitos). Essas observações indicam que a GAPDH possivelmente contribui para a adesão do microrganismo aos tecidos do hospedeiro e para a disseminação da infecção. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Paracoccidioides brasiliensis, an important human pathogen causing paracoccidioidomycosis (PCM), a systemic mycosis with broad distribution in Latin America. Adhesion to and invasion of host cells are essential steps involved in the infection and dissemination of pathogens. Furthermore, pathogens use their surface molecules to bind to host extracellular matrix components to establish infection. An adhesin of P. brasiliensis was isolated from gel after two dimensional electrophoresis and characterized. Endoproteinase Lys-C-digest peptides of the purified protein, which presented a molecular mass of 36 kDa and pI 6.8, were subjected to sequence analysis of their amino acids, that revealed strong homology to glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH: EC 1.2.1.12) from several sources. The complete cDNA and gene encoding PbGAPDH were obtained and both contained an open reading frame predicted to encode a 338 amino acid protein that presented all the peptides characterized in the native PbGAPDH. The Pbgapdh gene contained 5 exons interrupted by 4 introns. Analysis performed with the deduced PbGAPDH suggested its usefulness in providing phylogenetic relatedness, as well as evidenced the correlation between the phylogeny provided by the deduced proteins and introns positions in the cognate genes. The expression of Pbgapdh was analyzed and a single species of mRNA, of 2.0 Kb, preferentially expressed in the yeast parasitic phase of P. brasiliensis, was detected in agreement to the high levels of the GAPDH expression in the yeast cells of P. brasiliensis. The purified recombinant GAPDH was used to produce policlonal antibody in rabbit. By immunoelectron microscopy and Western blot analysis, GAPDH was detected in the cell wall and the cytoplasm of the yeast phase of P. brasiliensis. The recombinant GAPDH was found to bind to fibronectin, laminin, and type I collagen in ligand far-Western blot assays. Of special note, the treatment of P. brasiliensis yeast cells with anti-GAPDH polyclonal antibody and the incubation of pneumocytes with the recombinant protein promoted inhibition of adherence and internalization of P. brasiliensis to those in vitro cultured cells. These observations indicate that GAPDH could be contribute to the adhesion of the microorganism to host tissues and to the dissemination of infection.

As enzimas da via do chiquimato são alvos atraentes para o desenvolvimento de agentes para tratar a tuberculose já que esta via é essencial para Mycobacterium tuberculosis e está ausente em humanos. A enzima chiquimato desidrogenase de M. tuberculosis (MtbSD), codificada pelo gene aroE, catalisa a quarta reação na via do chiquimato. Estudos de estrutura tridimensional, de perfis de pH e de mutagênese sítio-direcionada envolvendo muitas chiquimato desidrogenases sugerem a participação da Lisina-69 e do Aspartato-105 (numeração de acordo com a seqüência da MtbSD) na catálise e/ou na ligação ao substrato. A determinação das propriedades cinéticas de enzimas mutantes pode permitir importantes proposições acerca do papel destes resíduos para a enzima MtbSD. A mutagênese foi realizada usando uma técnica de amplificação por PCR para as seguintes proteínas mutantes: K69A, K69H, K69I, K69Q, D105A, D105N. Testes de diversas condições experimentais foram feitos para obter a expressão das proteínas MtbSD mutantes na fração solúvel. Além disso, empregamos um protocolo de purificação otimizado para obter as enzimas MtbSD não mutante e K69A aparentemente homogêneas. Realizamos ensaios cinéticos em estado estacionário e medidas espectrofluorimétricas destas duas enzimas, e os resultados indicam que o resíduo conservado Lisina-69 tem função catalítica e não está envolvido na ligação ao substrato para a MtbSD. Estudos estruturais, de mutagênese sítio-direcionada e de cinética enzimática podem trazer importantes contribuições para o desenho racional de novos e efetivos fármacos para tratar a tuberculose. / The shikimate pathway is an attractive target for the development of antitubercular agents because it is essential in Mycobacterium tuberculosis but absent in humans. Mycobacterium tuberculosis aroE-encoded shikimate dehydrogenase (MtbSD) catalyzes the forth reaction in the shikimate pathway. Three-dimensional structure studies, pH-rate profiles and site-directed mutagenesis studies involving many shikimate dehydrogenases have suggested participation of Lysine-69 and Aspartate-105 (M. tuberculosis numbering) in catalysis and/or substrate binding. Importantly, investigation of the kinetic properties of mutant enzymes can bring important insights about the role of these residues for the MtbSD enzyme. Mutagenesis was performed using a PCR-amplification technique for the following mutant proteins: K69A, K69H, K69I, K69Q, D105A, D105N. Screening of experimental conditions has been performed to obtain the expression of the MtbSD mutant proteins in the soluble fraction. In addition, an improved purification protocol was used to obtain homogeneous wild-type MtbSD and K69A mutant enzymes. We have carried out steady-state kinetic assays and spectrofluorimetric measurements for the wild type and the K69A enzymes. Results indicate that the conserved Lysine-69 residue in MtbSD plays a catalytic role and is not involved in substrate binding. Enzyme kinetics, site-directed mutagenesis and structural studies provide a framework on which to base the rational design of new and effective agents to treat tuberculosis.

Orientador: Mario Jose Abdalla Saad / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-07-19T04:22:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alegre_SarahMonte_D.pdf: 1722619 bytes, checksum: 9f52c232fe3cdfeb33a536b700d294f7 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: A deficiência de G-6-PD é um erro inato do metabolismo de carboidratos em que a atividade ou estabilidade da glicose-6-fosfato desidrogenase (enzima que cataliza a reação inicial da via das pentoses-fosfato) está reduzida. Uma variedade de alterações é esperada, pois a referida enzima está presente em diferentes células e tecidos, incluindo pâncreas e o córtex da adrenal. Em nosso estudo anterior demonstramos que os portadores dessa deficiência enzimática apresentavam redução na fase rápida de secreção de insulina. No presente trabalho de pesquisa, tivemos como objetivo avaliar de forma mais precisa a secreção de insulina através da quantificação do peptídeo C plasmático após estimulo glicidico, assim como, após a L-arginina, outro estimulante da secreção de insulina, além da sensibilidade periférica à insulina. Constou dos objetivos avaliar a secreção de cortisol após estímulo com ACTH. Para tanto, foram estudados 11 individuos com deficiência de G-6-PD e 11 indivíduos controle que formaram o grupo I e foram submetidos aos testes par avaliar a função secretória da célula ß pancreática (Teste Endovenoso de Tolerância à Glicose - TETG e Teste da Arginina) e a sensibilidade periférica à insulina (Teste de Tolerdncia à Insulina - TTl). E, o grupo II composto com 12 indivíduos com deficiência de G-6-PD e 16 individuos controle que foram submetidos à estimulação das adrenais com ACTH (Teste do Cortisol). Para os dois grupos de estudo os procedimentos experimentais foram realizados após jejum de 12 -14 h. As amostras de sangue para as determinações séricos de glicose, insulina e peptideo C foram coletadas nos tempos: 0 (jejum}, 1, 3, 5, 7, 10, 30 e 60min. após a infusão de 0,5g de glicose/ Kg de peso corporal para o TETG e, 2, 3, 4, 5, 7 e 10 min. após o término da infusão de 50ml de L-arginina a 10% para o teste da arginina. A sensibilidade à insulina foi calculada pelo decaimento dos niveis séricos de glicose nos primeiros 15 min. após a infusão de 0,1 U de insulina regular humana / Kg de Peso corporal. A secreção de cortisol foi avaliada através de amostras basais de cortisol e, 30, 60 e 120 min. após infusão de 0,25mg de ACTH. Os resultados demonstram que pacientes com deficiência de G-6-PD e individuos controle apresentaram valores semelhantes de glicose plasmática durante o TETG. Os niveis séricos de insulina nos primeiros 10 min. do TETG, bem como os índices de avaliação da fase rápida de insulina foram significativamente menores nos pacientes com deficiência de G-6-PD. A quantificação do peptideo C está em concordância com esses resultados, pois os pacientes com deficiência enzimática apresentaram valores de peptideo C significativamente menores nos tempos: 1 min. (C: 3,2 ± 0,5 ng/ml X G-6-PD: 1,2 ± 0,5 ng/ml, p < 0,01); 3 min. (C: 4,5 ± 0,9 ng/ml X G-6-PD: 1,9 ± 0,4 ng/ml, p < 0,02); 5 min. (C: 4,8 ± 0,9 ng/ml X G-6-PD: 1,8 ± 0,3 ng/ml, p < 0,01); 7 min. (C: 4,1 ± 0,7 ng/ml X G-6-PD: 1,4 ± 0,3 ng/ml, p < 0,01); aos 10min. (C: 4,7 ± 1,0 ng/ml X G-6-PD: 1,5 ± 0,4 ng/ml, p < 0,01) e aos 30 min. (C: 4,3 ± 0,5 ng/ml X G-6-PD: 1,9 ± 0,5 ng/ml, p < 0,01) do T. E. T.G. Também a determinação das áreas sob as curvas de peptideo C, nos 60 min. do teste, bem como os índices de avaliação da fase rápida de secreção de insulina demonstram valores menores, estatisticamente significativos para o grupo de pacientes com deficiência de G-6-PD. A extração hepática de insulina,. após estimulo com glicose endovenosa, foi estatisticamente menor para os pacientes com deficiência de G-6-PD (C: 58,4 ± 4,1% X G-6-PD: 38,6 ± 8,8%, p < 0,05). O índice utilizado para avaliar a secreção de insulina no teste da arginna, a média dos três maiores valores nos primeiros 5 min., foi semelhante para os dois grupos quanto aos niveis de insulina, mas significativamente menor no grupo de individuos com deficiência de G-6-PD em relação ao peptideo C. A extração hepática de insulina, durante o teste da arginina, foi menor para o grupo, de portadores de deficiência de G-6-PD, embora esse resultado não tenha sido significativo. A sensibilidade periférica à insulina avaliada pela velocidade de decaimento da glicose foi semelhante nos dois grupos (C: 6,6 ± 1,0%/min. X G-6-PD: 5,56 ± 0.5%/min.). Para o grupo II, onde a secreção de cortisol foi avaliada durante a estimulação com ACTH, os niveis de cortisol plasmático foram significativamente menores nos pacientes com deficiência de G-6-PD aos 30 min. (C: 26 ± 1,2 µg/dl X G-6-PD: 21,1 ± 1,8 µg/dl, p < 0.05). No periodo restante do teste essa diferença desapareceu. A análise das áreas sob as curvas de cortisol foi semelhante nos dois grupos. Esses resultados demonstram que pacientes com deficiência de G-6-PD apresentam diminuição na secreção de insulina (fase rápida) após estimulo com glicose e L-arginina, sensibilidade periférica à insulina semelhante a de indivíduos controle e secreção de cortisol diminuida durante a primeira hora após estimulação com ACTH. / Abstract: Glucose - 6 - phosphate dehydrogenase deficiency ( G-6-PD ) is an inborn error of carbohydrate metabolism in which the activity and/or stability of G-6-PD ( enzyme that catalyses the initial reaction of the pentose phosphate pathway) is decreased. Recognition that deficiency of G-6-PD also occurs in other cells, tissues and biologic fluids raises the question that some specific functional alterations might happens in the affected persons. We demonstrated in our previous study that the patients with G-6-PD deficiency showed. Decreased first phase insulin release after glucose stimulation. The aim of the present study was to investigate the insulin secretory activity of pancreatic ß-cells through the determination of the C-peptide concentration after the intravenous glucose and L-arginine stimulation, and to evaluate the insulin sensitivity. It was also a purpose of this study to investigate the cortisol levels in response to stimulation with ACTH in those patients. The study included 11 male controls and 11 patients with G-6-PD deficiency ( group I ) that were studied with intravenous infusion of glucose, L-arginine and regular human insulin (0,1 UI/Kg B.W) to evaluate the secretion and action of insulin. The group II with 16 normal subjects and 12 G-6-PD deficient patients were submited to stimulation with ACTH ( 0,25 mg corticotropin). All the tests were performed in the morning after a 12-14h overnight fast. Blood samples for glucose, insulin, and C-peptide determination were collected before and 1,3,5,7,10,30 and 60 min. after intravenous glucose infusion (0,5 g/Kg body weight) (IVTT), before and 2,3,4,5,7 and 10 min. after L-arginine infusion ( 5g as a 10% solution ). The insulin sensitivity was calculated by the glucose disappearance rate during the first 15 min. after intravenous injusion of 0,1U of human insulin/Kg B.W. The cortisol secretion was evaluated before and at 30,60 and 120 min. after 0,25 mg of ACTH infusion. In the intravenous glucose tolerance test no significant differences were demonstrated between the mean plasma glucose levels of the G-6-PD deficient patients and those of the control group. The serum insulin levels during IVGTT from G-6-PD deficient patients were significantly lower when compared to insulin levels in the normal men in the first 10 min. as the index of first phase insulin release. The serum C - peptide levels were significantly lower in the G-6-PD deficient patients than the control group at: 1,3,5,7,10 and 30 min., and as the area under the curve of C - peptide levels in IVGTI. The hepatic extraction of insulin during IVGTT were significantly lower in the patients than in the control group. The index used to evaluate insulin secretory response after arginine infusion, mean of the highest values during the first 5 min. were similar between patients and controls for insulin levels, but signiflcantly lower in G-6-PD deficient patients when we analysed C-peptide, after arginine infusion. Patients and controls showed similar hepatic extraction of insulin in the arginine test. In the group II, after stimulation with ACTH, the cortisol levels were significantly lower in the G-6-PD deficient patients than the normal men at 30 min., but this differences between the groups decreased gradually and were no statistically significant, after the first hour. The areas under the cortisol levels for the two groups were similar. These results demonstrate that the G-6-PD deficient patients showed decresead insulin secretion ( first phase ) after glucose and L-arginine stimulation, decreased hepatic insulin extraction during IVGTI, no alteration in insulin peripheral sensitivity and decreased cortisol production in the first 30 min. after corticotropin stimulation. / Doutorado / Doutor em Medicina

Aspergillus fumigatus é um fungo filamentoso e saprofítico encontrado em todas as regiões do mundo. A principal forma de infecção ocorre através da inalação de conídios do fungo com predominância de infecções no trato respiratório, principalmente em pacientes imunocomprometidos. Foi caracterizada a função mitocondrial de A. fumigatus e sugeriu-se a presença de vias alternativas, dentre elas, a presença da NADH desidrogenase alternativa. A fim de colaborar com estudos para elucidação do papel desta enzima, foi realizada a clonagem dos genes das NADH desidrogenase alternativa interna e externa de A. fumigatus. A análise da seqüência de aminoácidos revelou um perfil de hidropaticidade com a presença de quatro regiões hidrofóbicas, semelhante às outras seqüências já descritas. Além disso, foram identificados dois motivos (GXGXXG) altamente conservados para ligações a nucleotídeos, dentro de um domínio os quais estão relacionados com a estrutura e atividade da enzima. A seqüência de cDNA do gene ndhiAf foi clonada em plasmídeo pYES2 e expressa em S. cerevisiae cepa CEN.PK873-2B; a expressão da NDHIAf foi verificada por técnica de Western-blot. A proteína foi expressa de forma ativa, conferindo à levedura uma respiração e a formação de um potencial de membrana resultantes da oxidação de substratos clássicos do complexo I, sugerindo sua localização na membrana mitocondrial interna. Além disso, as cepas expressando essa proteína foram capazes de crescer em meio contendo apenas lactato como fonte de carbono, uma característica atribuída à presença da NADH desidrogenase alternativa interna (NDHi). Considerando que a atividade das NDHIAf e NDHEAf estão sob controle metabólico, nos avaliamos o efeito de diferentes concentrações de glucose como única fonte de carbono no meio de cultura. Durante a germinação conidial, não foi observada expressão da NDHIAf e NDHEAf na presença de baixas concentrações de glucose. Entretanto, durante a fase de hifas foi observado um aumento na expressão de NDHIAf e NDHEAf. Por outro lado, em alta concentrações de glucose, durante a germinação conidial, foi observado expressão da NDHIAf mas nenhuma expressão da NDHEAf. Na fase de hifas observou-se um aumento da expressão da NDHIAf e uma diminuição da NDHEAf. / Aspergillus fumigatus is a filamentous and saprophytic fungus found in all regions of the world. The main form of infection occurs through inhalation of fungi conidial, with predominance of infections in the respiratory treat, mainly in immunocompromised host. It was characterized the mitochondrial function of A. fumigatus and suggested the presence of alternative pathways, including the alternative NADH dehydrogenase. In order to elucidate its role, genes of the external and internal enzymes were cloned. Analysis of the amino acid sequence and hydropathy plot revealed a profile with four hydrophobic regions, similar to other already described sequences. Moreover, two highly conserved motifs (GXGXXG) for the nucleotides interaction, related with the structure and activity of the enzyme, were identified inside the a domain. The sequence of DNA of the ndhiAf gene was cloned in an expression plasmid pYES2 and expressed in CEN.PK873-2B S. cerevisiae strain; the expression was confirmed by Western-blot analysis. The protein was expressed in an active form, providing to the yeast an oxygen consumption and a potential membrane formation due to oxidation of the complex I substract, suggesting its localization in the inner mitochondrial membrane. Moreover, strains expressing this protein were capable of growing in medium with only lactate as a carbon source, a characteristic associated with the presence of internal alternative NADH dehydrogenase (NDHI). Considering that NDHI and NDHE activities are under metabolic control, we evaluated the effect of different concentrations of glucose as the only carbon source in the medium of culture. During conidia germination, it was not observed neither an expression of NDHI nor NDHE in the presence of low concentrations of glucose. However, in hyphae phase was observed an increase an expression of NDHI and NDHE. On the other hand, in high concentration of glucose, during conidia germination was observed an expression of NDHI and not expression of NDHE. In hyphae phase was observed a decrease an expression of NDHI and an increase of NDHE.

Aspergillus fumigatus é um fungo filamentoso e saprofítico encontrado em todas as regiões do mundo. A principal forma de infecção ocorre através da inalação de conídios do fungo com predominância de infecções no trato respiratório, principalmente em pacientes imunocomprometidos. Foi caracterizada a função mitocondrial de A. fumigatus e sugeriu-se a presença de vias alternativas, dentre elas, a presença da NADH desidrogenase alternativa. A fim de colaborar com estudos para elucidação do papel desta enzima, foi realizada a clonagem dos genes das NADH desidrogenase alternativa interna e externa de A. fumigatus. A análise da seqüência de aminoácidos revelou um perfil de hidropaticidade com a presença de quatro regiões hidrofóbicas, semelhante às outras seqüências já descritas. Além disso, foram identificados dois motivos (GXGXXG) altamente conservados para ligações a nucleotídeos, dentro de um domínio os quais estão relacionados com a estrutura e atividade da enzima. A seqüência de cDNA do gene ndhiAf foi clonada em plasmídeo pYES2 e expressa em S. cerevisiae cepa CEN.PK873-2B; a expressão da NDHIAf foi verificada por técnica de Western-blot. A proteína foi expressa de forma ativa, conferindo à levedura uma respiração e a formação de um potencial de membrana resultantes da oxidação de substratos clássicos do complexo I, sugerindo sua localização na membrana mitocondrial interna. Além disso, as cepas expressando essa proteína foram capazes de crescer em meio contendo apenas lactato como fonte de carbono, uma característica atribuída à presença da NADH desidrogenase alternativa interna (NDHi). Considerando que a atividade das NDHIAf e NDHEAf estão sob controle metabólico, nos avaliamos o efeito de diferentes concentrações de glucose como única fonte de carbono no meio de cultura. Durante a germinação conidial, não foi observada expressão da NDHIAf e NDHEAf na presença de baixas concentrações de glucose. Entretanto, durante a fase de hifas foi observado um aumento na expressão de NDHIAf e NDHEAf. Por outro lado, em alta concentrações de glucose, durante a germinação conidial, foi observado expressão da NDHIAf mas nenhuma expressão da NDHEAf. Na fase de hifas observou-se um aumento da expressão da NDHIAf e uma diminuição da NDHEAf. / Aspergillus fumigatus is a filamentous and saprophytic fungus found in all regions of the world. The main form of infection occurs through inhalation of fungi conidial, with predominance of infections in the respiratory treat, mainly in immunocompromised host. It was characterized the mitochondrial function of A. fumigatus and suggested the presence of alternative pathways, including the alternative NADH dehydrogenase. In order to elucidate its role, genes of the external and internal enzymes were cloned. Analysis of the amino acid sequence and hydropathy plot revealed a profile with four hydrophobic regions, similar to other already described sequences. Moreover, two highly conserved motifs (GXGXXG) for the nucleotides interaction, related with the structure and activity of the enzyme, were identified inside the a domain. The sequence of DNA of the ndhiAf gene was cloned in an expression plasmid pYES2 and expressed in CEN.PK873-2B S. cerevisiae strain; the expression was confirmed by Western-blot analysis. The protein was expressed in an active form, providing to the yeast an oxygen consumption and a potential membrane formation due to oxidation of the complex I substract, suggesting its localization in the inner mitochondrial membrane. Moreover, strains expressing this protein were capable of growing in medium with only lactate as a carbon source, a characteristic associated with the presence of internal alternative NADH dehydrogenase (NDHI). Considering that NDHI and NDHE activities are under metabolic control, we evaluated the effect of different concentrations of glucose as the only carbon source in the medium of culture. During conidia germination, it was not observed neither an expression of NDHI nor NDHE in the presence of low concentrations of glucose. However, in hyphae phase was observed an increase an expression of NDHI and NDHE. On the other hand, in high concentration of glucose, during conidia germination was observed an expression of NDHI and not expression of NDHE. In hyphae phase was observed a decrease an expression of NDHI and an increase of NDHE.