Th.--Pharm.--Paris 5, 1982. N°: 66.

Os carboidratos são moléculas diversas e complexas que são empregadas por organismos vivos em funções biológicas, como eventos energéticos, estruturais e de sinalização. L-Fucose é um monossacarídeo presente em diversos grupos biológicos, como mamíferos, insetos e plantas. Umas das modificações póstraducionais mais conhecidas contendo L-Fucose são os antígenos do sistema sanguíneo ABO e o leite humano. Alterações no padrão de fucosilação estão relacionadas a patologias como câncer e fucosidose. Essas alterações estão relacionadas ao balanço entre as atividades de α-L-fucosidases e fucosiltransferases. As -L-fucosidases são glicosídeo hidrolases que catalisam a hidrólise de ligações entre resíduos de L-Fucose ligados a outras moléculas. Fucosiltransferases são glicosiltransferases que transferem L-Fucose de GDPfucose para um substrato receptor específico. Embora a importância do metabolismo da fucose, existem poucas informações sobre este assunto em Arthropoda. A literatura indica que fucose, α-L-fucosidases e fucosiltransferases estão envolvidas na interação parasita-hospedeiro em carrapatos, sugerindo que o metabolismo da fucose é essencial para Arachnida. Nosso objetivo foi estudar o metabolismo de fucose em duas espécies de Arachnida: a aranha Nephilingis cruentata e o carrapato Amblyomma sculptum. Ele foi realizado através da caracterização das fucosidases nativas e recombinantes, estrutura e análise in silico, mutagênese sitio-dirigida, padrão de expressão, especificidade e efeito nas células tumorais. Além disso, analisamos as sequências de fucosiltransferases e a expressão por qPCR. As enzimas envolvidas em caminhos metabólicos de fucose também foram investigadas. NcFuc e AsFuc têm um pH ótimo de 5, são inibidas por fucose e fuconojirimicina e apresentam processo de oligomerização dependente de pH. Nós produzimos com sucesso as formas recombinantes dessas enzimas, e elas apresentam as mesmas propriedades cinéticas das formas nativas. A hidrólise de substratos naturais por NcFucr e AsFucr sugerem especificidades diferentes, e ambas conseguiram remover resíduos de fucose de celulares tumorais, reduzindo a invasão celular. Além disso, elas catalisaram reações de transfucosilação. A produção recombinante permitiu a identificação dos resíduos D214 e E59 como díade catalítica em NcFuc. As análises filogenéticas, os dados cinéticos, a modelagem molecular e a especificidade sugerem que os sítios ativos das α-Lfucosidases são diferentes em cada espécie de Arachnida e indicaram que o significado fisiológico da remoção de fucose é diferente entre os organismos. Os ensaios de qPCR evidenciaram que, embora as α-L-fucosidases possam ser enzimas lisossômicas, elas são principalmente expressas no sistema digestório em Arachnida e estão envolvidas na digestão. Representantes de todas as famílias conhecidas de fucosiltransferases foram identificados nos dados do transcriptoma de aranha. No entanto, POFUT1 também foi identificado no nível proteômico e sua análise de expressão indicou uma maior expressão no MG. Isso pode estar relacionado à regeneração de células após a secreção de enzimas digestivas. A análise transcriptômica e proteômica indica que o Arachnida usa vias salvage e de novo para a síntese de fucose. Considerando todos os dados obtidos, concluímos 11 que o metabolismo da fucose está relacionado à digestão em Arachnida, uma vez que eles podem obter a fucose da dieta devido à presença de α-L-fucosidases muito ativas. / Carbohydrates are diverse and complex molecules being employed by living organisms in biological functions such as energetic, structural and signalling events. L-Fucose is a monosaccharide component of many glycans present in a variety of biological groups, such as mammals, insects, and plants. Some of the best-known examples of post-translational modified molecules containing L-Fucose are the ABO blood antigen system and human milk. Changes in the fucosylation pattern are related to pathologies like cancer and fucosidosis. These changes are related to the balance between the activities of α-L-fucosidases and fucosyltransferases. α-Lfucosidases are glycoside hydrolases that catalyse the hydrolysis of glycosidic bonds between residues of L-Fucose to other molecules. Fucosyltransferases are glycosyltransferases which transfer L-Fucose from a GDP-fucose to a specific acceptor. Although the importance of fucose metabolism, there is few information about this subject in Arthropoda. Literature indicates that fucose, α-L-fucosidases and fucosyltransferases are involved in host-pathogen interaction in ticks, suggesting that fucose metabolism is essential to Arachnida. Our aim was to study the metabolism of fucose in two Arachnida species: the spider Nephilingis cruentata and the tick Amblyomma sculptum. This was accomplished through the characterization of native and recombinant fucosidases, structure and in silico analyses, site-directed mutagenesis, expression pattern, specificity and, effect on tumour cells. Besides that, we analysed fucosyltransferases sequences and expression by qPCR. The enzymes involved in fucose metabolic pathways were also investigated. NcFuc and AsFuc have a pH optimum of 5.0, are competitively inhibited by fucose and fuconojirimycin and present an oligomerisation process pH dependent. We successfully produced the recombinant form of these enzymes, and they have the same kinetic properties of native forms. Natural substrate hydrolysis by NcFucr and AsFucr suggest different specificities and they were able to remove fucose residues from tumour cell lines, reducing cell invasion. Moreover, they catalysed transfucosylation reactions. The recombinant production allowed the identification of the residues D214 and E59 as the catalytic dyad in NcFuc. Phylogenetic analysis, kinetic data, molecular modelling, and specificity assays suggest that α-L-fucosidase active sites are different to each Arachnida species and indicated that the physiological significance of fucose removal is different among organisms qPCR assays evidenced that although fucosidases might be lysosomal enzymes, they are mainly expressed at the digestive system in Arachnida and are involved in digestion. Representatives of all known families of fucosyltransferases were identified in the spider MG transcriptome data. However, POFUT1 was also identified at the proteomic level and its expression analysis indicated a higher expression at MG. This might be related to the regeneration of cells after secretion of digestive enzymes. Transcriptomic and proteomic analysis indicate that Arachnida uses both salvage and de novo pathways to fucose synthesis. Considering all the obtained data we concluded that fucose metabolism is related to digestion in Arachnida since they are able to salvage fucose from diet due to the presence of very active α-L-fucosidases.

Glicoconjugados são abundantes na superfície de Trypanosoma cruzi e têm sido bastante estudados por diferentes grupos. A degradação dessas moléculas, no entanto, tem sido alvo de pouco interesse. O objetivo deste trabalho foi determinar a atividade de alfa-L-fucosidase em T.cruzi uma vez que trabalhos anteriores haviam concluído que várias hidrolases, entre elas a alfa-L-fucosidase estavam ausentes em epimastigota (AVILA, et al., 1979). Empregando-se p-nitrofenilfucopiranosídeo como substrato e extrato de formas epimastigotas, verificou-se que a enzima apresenta praticamente a mesma atividade em um intervalo de pH entre 6,0 e 7,5, caindo drasticamente em pHs mais ácidos. A incubação prévia da enzima a 28°C em pH 7,0 leva à perda de aproximadamente 30% de sua atividade após 1h 30mim e à perda de 100% após 4 horas de incubação. O efeito de íons na atividade da enzima foi estudado,verificando-se que Zn +2 inibe 90% sua atividade, enquanto que outros, como o Ca +2 praticamente não tem efeito. A enzima é parcialmente encontrada na fração particulada, podendo ser solubilizada parcialmente com 1% de Triton X-100 ou com NaCl 1 M. As tentativas feitas de purificar a enzima foram infrutíferas, uma vez que não se encontraram condições para manter a proteína ativa por longos períodos de tempo. A alfa-L-fucosidase está presente não só em pimastigotas, mas também em tripomastigotas, embora parentemente com diferentes atividades específicas, sendo maior em epimastigotas. Mesmo nos epimastigotas, grandes variações de atividade específica foram detectadas ao longo deste trabalho (de 0,03 a 0,23 unidades). Anticorpos preparados contra alfa-L-fucosidase comercial de epidídimo bovino imunoprecipitaram de extratos de epimastigotas previamente marcados com 35 S-metionina, um polipeptídeo em torno de 50 kDa após eletroforese em gel desnaturante e uma banda de 130-150 kDa em gel não desnaturante, sugerindo que a enzima em T.cruzi pode ser dimérica, a exemplo de outras alfa-L-fucosidases descritas na literatura. A imunoprecipitação de extrato de epimastigotas marcados com 35 S-metionina na presença de tunicamicina, com o anticorpo anti-alfa-L-fucosidase revelou um polipeptídeo de 45 kDa, mostrando que a enzima é glicosilada. A glicosilação daenzima também foi observada pelo emprego de corantes comerciais. Além disso, os anticorpos anti-alfa-L-fucosidase imunoprecipitam moléculas com atividade de alfa-L-fucosidase,embora não se tenha observado aumento da atividade, possivelmente devido à perda de atividade da enzima nas condições empregadas durante a imunoprecipitação. Os anticorpos anti-alfa-L-fucosidase reconhecem, por imunofluorescência indireta, tanto as formas epimastigotas como tripomastigotas de cultura de tecido. A análise por microscopia de transmissão mostra a reatividade intensa do anticorpo com uma região membranar localizada na região posterior do epimastigota. No caso do tripomastigota, a reatividade é menos pronunciada mostrando uma leve marcação no interior do parasita. / Alpha-L-fucose is a component of glycoproteins, inc1uding glycoproteins isolated from Tcruzi. a-L fucosidases have been isolated from different sources, but earlier studies were unable to detect this enzyme in T. cruzi epimastigotes (AVILA et al., 1979). In this work immunocytochemical and biochemical techniques have been used to localize and characterize a membrane-associated, neutral-pH-optimum alpha-L fucosidase from Trypanosoma cruzi epimastigotes. Light and electron microscopy specifically localized the alpha-L fucosidase on membranes in the posterior region of the epimastigotes and on the parasite surface. Immunoreactivity for alpha-L-fucosidase, a1though less intense, was also detected on the surface of trypomastigotes. Fractionation of epimastigotes homogenates indicated that over 50% of the a-Lfucosidase activity was associated with the 80 000 g pellet. This pellet-associated activity could be solubilized with 1 M NaCl or with 1% Triton X-I 00, suggesting that alpha-L-fucosidase is peripherally associated with membranes. Analysis of alpha-L-fucosidase on epimastigote extracts indicated that the enzyme had a pH-activity curve (with an optimum near 7) which was comparable to other alpha-L-fucosidases reported in the literature. A higher specific activity (in units/mg) was found in epimastigotes as compared to the other differentiation stages of the parasite: 0.028 for epimastigotes, 0.002 for metacyc1ic trypomastigotes and 0.015 for tissue - cultured trypomastigotes. SDS/PAGE and Westem blotting analysis indicated that epimastigotes have a protein band of 50 kDa which was immunoreactive with anti-alpha-L-fucosidase antibodies.

Glicoconjugados são abundantes na superfície de Trypanosoma cruzi e têm sido bastante estudados por diferentes grupos. A degradação dessas moléculas, no entanto, tem sido alvo de pouco interesse. O objetivo deste trabalho foi determinar a atividade de alfa-L-fucosidase em T.cruzi uma vez que trabalhos anteriores haviam concluído que várias hidrolases, entre elas a alfa-L-fucosidase estavam ausentes em epimastigota (AVILA, et al., 1979). Empregando-se p-nitrofenilfucopiranosídeo como substrato e extrato de formas epimastigotas, verificou-se que a enzima apresenta praticamente a mesma atividade em um intervalo de pH entre 6,0 e 7,5, caindo drasticamente em pHs mais ácidos. A incubação prévia da enzima a 28°C em pH 7,0 leva à perda de aproximadamente 30% de sua atividade após 1h 30mim e à perda de 100% após 4 horas de incubação. O efeito de íons na atividade da enzima foi estudado,verificando-se que Zn +2 inibe 90% sua atividade, enquanto que outros, como o Ca +2 praticamente não tem efeito. A enzima é parcialmente encontrada na fração particulada, podendo ser solubilizada parcialmente com 1% de Triton X-100 ou com NaCl 1 M. As tentativas feitas de purificar a enzima foram infrutíferas, uma vez que não se encontraram condições para manter a proteína ativa por longos períodos de tempo. A alfa-L-fucosidase está presente não só em pimastigotas, mas também em tripomastigotas, embora parentemente com diferentes atividades específicas, sendo maior em epimastigotas. Mesmo nos epimastigotas, grandes variações de atividade específica foram detectadas ao longo deste trabalho (de 0,03 a 0,23 unidades). Anticorpos preparados contra alfa-L-fucosidase comercial de epidídimo bovino imunoprecipitaram de extratos de epimastigotas previamente marcados com 35 S-metionina, um polipeptídeo em torno de 50 kDa após eletroforese em gel desnaturante e uma banda de 130-150 kDa em gel não desnaturante, sugerindo que a enzima em T.cruzi pode ser dimérica, a exemplo de outras alfa-L-fucosidases descritas na literatura. A imunoprecipitação de extrato de epimastigotas marcados com 35 S-metionina na presença de tunicamicina, com o anticorpo anti-alfa-L-fucosidase revelou um polipeptídeo de 45 kDa, mostrando que a enzima é glicosilada. A glicosilação daenzima também foi observada pelo emprego de corantes comerciais. Além disso, os anticorpos anti-alfa-L-fucosidase imunoprecipitam moléculas com atividade de alfa-L-fucosidase,embora não se tenha observado aumento da atividade, possivelmente devido à perda de atividade da enzima nas condições empregadas durante a imunoprecipitação. Os anticorpos anti-alfa-L-fucosidase reconhecem, por imunofluorescência indireta, tanto as formas epimastigotas como tripomastigotas de cultura de tecido. A análise por microscopia de transmissão mostra a reatividade intensa do anticorpo com uma região membranar localizada na região posterior do epimastigota. No caso do tripomastigota, a reatividade é menos pronunciada mostrando uma leve marcação no interior do parasita. / Alpha-L-fucose is a component of glycoproteins, inc1uding glycoproteins isolated from Tcruzi. a-L fucosidases have been isolated from different sources, but earlier studies were unable to detect this enzyme in T. cruzi epimastigotes (AVILA et al., 1979). In this work immunocytochemical and biochemical techniques have been used to localize and characterize a membrane-associated, neutral-pH-optimum alpha-L fucosidase from Trypanosoma cruzi epimastigotes. Light and electron microscopy specifically localized the alpha-L fucosidase on membranes in the posterior region of the epimastigotes and on the parasite surface. Immunoreactivity for alpha-L-fucosidase, a1though less intense, was also detected on the surface of trypomastigotes. Fractionation of epimastigotes homogenates indicated that over 50% of the a-Lfucosidase activity was associated with the 80 000 g pellet. This pellet-associated activity could be solubilized with 1 M NaCl or with 1% Triton X-I 00, suggesting that alpha-L-fucosidase is peripherally associated with membranes. Analysis of alpha-L-fucosidase on epimastigote extracts indicated that the enzyme had a pH-activity curve (with an optimum near 7) which was comparable to other alpha-L-fucosidases reported in the literature. A higher specific activity (in units/mg) was found in epimastigotes as compared to the other differentiation stages of the parasite: 0.028 for epimastigotes, 0.002 for metacyc1ic trypomastigotes and 0.015 for tissue - cultured trypomastigotes. SDS/PAGE and Westem blotting analysis indicated that epimastigotes have a protein band of 50 kDa which was immunoreactive with anti-alpha-L-fucosidase antibodies.

Les glycoprotéines localisées à la surface des cellules jouent un rôle dans les phénomènes inflammatoires, les infections virales, la reconnaissance cellule/hôte ou l'adhésion cellulaire. Parmi les enzymes responsables de la biosynthèse de ces glycoprotéines, l'alpha-L-fucosidase est impliquée dans un grand nombre de phénomènes biologiques, parfois liés à de sévères pathologies. Des études récentes ont montré que l'activité de la fucosidase est sur-exprimée chez les patients atteints de certains types de cancers. Ces travaux présentent dans un premier temps la synthèse totale et l'évaluation biologique de puissants inhibiteurs de l'alpha-L-fucosidase de type pyrrolidine polyhydroxylée comme outil pour mieux appréhender le rôle de cette enzyme. Une première série est diversement susbtituée par un groupement lipophile apportant de fortes interactions avec l'enzyme alors qu'une deuxième série de molécules dimériques permet d'étudier l'effet de la multivalence sur l'inhibition de l'alpha-L-fucosidase. Dans un deuxième temps, des molécules hybrides de types ferrocényl-iminosucres comme nouvelle classe d'agents anticancéreux sont étudiées. Dans cette approche, l'alpha-L-fucosidase est envisagée comme récepteur potentiel pour cibler les tissus cancéreux. La conjugaison d'une pyrrolidine, affichant une forte affinité pour la fucosidase, à un groupement cytotoxique comme le ferrocène pourrait permettre d'acheminer une molécule cytotoxique sélectivement vers les tissus cancéreux. La synthèse, la puissance d'inhibition, l'activité antiproliférative et l'analyse cristallographique de ces conjugués organométalliques sont présentées dans ces travaux. / Glycoproteins located on cells surface are involved in a number of biological processes including cell adhesion, cell/host recognition, inflammation and viral infections. The biosynthesis of these glycoproteins is assumed in part by alpha-L-fucosidase. Many biological phenomena are related with this enzyme, sometimes associated with severe disease. Recent studies show that fucosylation activities are markedly enhanced in several types of cancer cell lines. On the one hand, this work presents the synthesis and the biological evaluation of polyhydroxylated pyrrolidines as potent alpha-L-fucosidase inhibitors. A series of iminosugars that incorporate a hydrophobic subtituent at the pseudoanomeric position should provide strong interaction in the active site and could serve as a tool to better understand the role of this enzyme. A second series of dimeric molecules allows the study of multivalency effect on inhibition. On the other hand, ferrocenyl-iminosugars are studied as a new class of anticancer agents. In this approach, we explore the possibility of using the fucose binding protein AFU as a target for the selective delivery of a cytotoxic molecule towards cancer cells. A panel of conjugates was prepared, composed of a pyrrolidine moiety, showing a high affinity for the fucosidase, linked to a ferrocenyl moiety, displaying antitumoral properties by reactive oxygen species production. The synthesis of these hybrids, the biological results and the structure/activity relationships are presented.

Thesis (Ph.D.)--University of Alabama at Birmingham, 2007. / Title from PDF title page (viewed on July 16, 2010). Includes bibliographical references (p. 98-111).

Os artrópodes constituem as formas mais abundantes de vida animal no planeta. O sistema digestivo dos Arthropoda é uma das mais importantes superfícies de contato com o ambiente. Pouco se conhece a respeito do sistema digestivo dos aracnídeos. Identificamos as principais carboidrases digestivas em três Arachnida modelo: Tityus serrulatus, Amblyomma cajennense e Nephilengys cruentata. As α-fucosidases são glicosídeo hidrolases que catalisam a hidrólise de ligações glicosídicas entre uma fucose ligada a outro carboidrato ou outro tipo de molécula. Estas enzimas são fundamentais no processamento de glicoproteínas e glicolipídeos. Observamos altas atividades de α-fucosidases em todas as espécies estudadas e estas enzimas foram isoladas e caracterizadas. / Arthropods are the most abundant animal life form on the planet. The digestive system of Arthropoda is one of the most important areas of contact with the environment. The study of Arachnida digestive enzymes has been sporadic and remains a largely unexplored area. We identified the most important digestive carbohydrases in three Arachnida models: Tityus serrulatus, Amblyomma cajennense and Nephilengys cruentata. The α-fucosidases are glycoside hydrolases that catalyze the hydrolysis of glycosidic links between a fucose linked to other carbohydrate or another type of molecule. These enzymes are essential in the processing of glycoprotein and glycolipids. We showed that all models tested presented high activities of digestive α-fucosidases and these enzymes were isolated and characterized.

Os artrópodes constituem as formas mais abundantes de vida animal no planeta. O sistema digestivo dos Arthropoda é uma das mais importantes superfícies de contato com o ambiente. Pouco se conhece a respeito do sistema digestivo dos aracnídeos. Identificamos as principais carboidrases digestivas em três Arachnida modelo: Tityus serrulatus, Amblyomma cajennense e Nephilengys cruentata. As α-fucosidases são glicosídeo hidrolases que catalisam a hidrólise de ligações glicosídicas entre uma fucose ligada a outro carboidrato ou outro tipo de molécula. Estas enzimas são fundamentais no processamento de glicoproteínas e glicolipídeos. Observamos altas atividades de α-fucosidases em todas as espécies estudadas e estas enzimas foram isoladas e caracterizadas. / Arthropods are the most abundant animal life form on the planet. The digestive system of Arthropoda is one of the most important areas of contact with the environment. The study of Arachnida digestive enzymes has been sporadic and remains a largely unexplored area. We identified the most important digestive carbohydrases in three Arachnida models: Tityus serrulatus, Amblyomma cajennense and Nephilengys cruentata. The α-fucosidases are glycoside hydrolases that catalyze the hydrolysis of glycosidic links between a fucose linked to other carbohydrate or another type of molecule. These enzymes are essential in the processing of glycoprotein and glycolipids. We showed that all models tested presented high activities of digestive α-fucosidases and these enzymes were isolated and characterized.