Thesis (Ph.D.)--Virginia Commonwealth University, 2009. / Prepared for: Dept. of Human Genetics. Title from title-page of electronic thesis. Bibliography: leaves 166-195.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2007. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 132-147).

Thesis (Ph.D. in Toxicology) -- University of Colorado Denver, 2007. / Typescript. Includes bibliographical references (leaves 158-180). Free to UCD affiliates. Online version available via ProQuest Digital Dissertations;

Oligodendrocyte progenitors are highly sensitive to oxidative insults. Among the factors postulated to contribute to this susceptibility are high levels of intracellular iron and low antioxidant content. During ischemia, the neurotransmitter dopamine (DA) is released and may contribute to oxidative stress and oligodendrocyte injury in the hypomyelinating disorder, periventricular leucomalacia (PVL). In this thesis, I investigated the role of iron in DA-induced toxicity in primary cultures of oligodendrocyte progenitors, and assessed the contribution of the antioxidant defenses (glutathione (GSH), glutathione peroxidase (GPx) and superoxide dismutase (SOD)) and other survival factors (heat shock proteins and the protein kinase Akt) in determining the response of the cells to DA. / Addition of iron to cultures increased DA-induced expression of the stress protein heme oxygenase-1 (HO-1), and toxicity as assessed by mitochondrial activity, cellular release of lactate dehydrogenase, nuclear condensation and caspase-3 activation. In contrast, an iron chelator reduced these events. Furthermore, DA induced accumulation of superoxide, which was also reduced by the iron chelator. Surprisingly, a mimetic of the superoxide detoxifying enzyme, SOD potentiated DA toxicity, suggesting that generation of hydrogen peroxide via superoxide dismutation may be contributing to toxicity. Both a mimetic of the peroxide-scavenging enzyme, GPx and a GSH analog blocked DA-induced superoxide accumulation, HO-1 expression and caspase-3 activation. In addition, the GPx mimetic blocked caspase-3 activation induced by the combination of DA with iron. In contrast, an inhibitor of glutathione synthesis potentiated DA-induced HO-1 expression and cell death. / Finally, in further examining the cellular defense mechanisms, I found that various heat shock proteins increased in expression levels during oligodendroglial differentiation, however only heat shock protein-90 (HSP-90) was detected in oligodendrocyte progenitors. An HSP-90 inhibitor decreased activated Akt levels, induced caspase-3 activation, increased nuclear condensation, reduced oligodendrocyte progenitor viability, and potentiated DA-induced apoptosis. In addition, an Akt inhibitor alone exacerbated DA toxicity and in combination with the HSP-90 inhibitor caused synergistic potentiation of DA toxicity by enhancing caspase-3 activation. / In conclusion, elevated levels of iron, superoxide, deficient detoxification of peroxides by glutathione peroxidase and inadequate defense by glutathione contribute to the susceptibility of oligodendrocyte progenitors to DA-induced toxicity. On the other hand, HSP-90 alone or in concert with Akt play important roles in oligodendrocyte progenitors survival following an insult that produces oxidative stress.

Orientador: Carlos Henrique Inacio Ramos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-13T20:53:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cagliari_ThiagoCarlos_D.pdf: 4482929 bytes, checksum: a1439ac0cca9a21c77eb47d2e163c224 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: As proteinas sao macromoleculas que possuem importancia vital para o funcionamento celular, participando da maioria das reacoes biologicas e tambem como componentes estruturais. Para que uma proteina possa exercer sua funcao, precisa atingir sua estrutura nativa atraves de um processo denominado enovelamento proteico. Neste contexto, as chaperonas moleculares sao proteinas capazes de auxiliar no enovelamento de outras proteinas, atuando na prevencao de agregados, desagregacao, translocacao, ativacao, entre outros. Dentre os muitos tipos de chaperonas existentes, neste trabalho foram abordadas as chaperonas das familias Hsp100 e Hsp90, as quais estao relacionadas aos processos de desagregacao e auxilio do enovelamento de proteinas-substrato, respectivamente. O presente trabalho pretendeu produzir as proteinas recombinantes Hsp100 e Hsp82 de cana-de-acucar para a caracterizacao de suas respectivas relacoes estrutura-funcao. Para isto foram empregadas tecnicas como: dicroismo circular, fluorescencia, espalhamento dinamico de luz e ultracentrifugacao analitica. Assim, foi observado que a forca ionica do meio e capaz de influenciar a estrutura quaternaria da proteina Hsp100, a qual se apresenta hexamerica em menores concentracoes de sal. Alem disto, e capaz de reconhecer agregados proteicos formados pelas proteinas luciferase e citrato sintase em ensaios in vitro. Ja a proteina Hsp82 apresentou uma estrutura dimerica, a qual nao e influenciada pela presenca de nucleotideos e apresenta grande estabilidade termica. Finalmente, a proteina p23 humana, a qual e responsavel por auxiliar a proteina Hsp90 no enovelamento de muitas proteinas/complexos proteicos, tambem foi caracterizada. Foram observados indicios de que a regiao C-terminal, rica em residuos de aminoacidos carregados, pode possuir algum grau de estruturacao, apesar de alguns estudos na literatura indicarem o contrario. O estudo das chaperonas de cana-de-acucar foi direcionado por um trabalho previo de anotacao de sequencias relacionadas as chaperonas moleculares no banco de dados do projeto SUCEST (Sugarcane EST Genome Project), o qual foi realizado por nosso grupo de pesquisa. Alem disto, sao apresentados os resultados da anotacao das sequencias relacionadas as chaperonas de eucalipto no banco de dados FORESTs (Eucalyptus Genome Sequencing Project Consortium), possibilitando futuros estudos com estas proteinas. / Abstract: Proteins are macromolecules that are vital to the functioning cell, participating in most of the biological reactions as well as structural components. To perform its function, a protein need to achieve its native structure through a process called protein folding. In this context, the molecular chaperone proteins are able to assist in the folding of other proteins, acting in the prevention of aggregation, disaggregation, translocation, activation, among others. From all types of existing chaperones, here were highlight the Hsp100 and Hsp90 families, which are related to processes of disaggregation and assistance of substrateprotein folding, respectively. This study sought to produce the recombinant proteins Hsp100 and Hsp82 from sugar cane for the characterization of their structure-function relationships. In order to do this, some techniques were employed such as: circular dichroism, fluorescence, dynamic light scattering and analytical ultracentrifugation. As a result, it was observed that the ionic strength of the solvent is capable of influencing the quaternary structure of protein Hsp100, which presents as a hexamer in lower salt concentrations. Furthermore, it is capable of recognizing protein aggregates formed by luciferase protein and citrate synthase in in vitro essays. The Hsp82 protein showed a dimeric structure, which was not influenced by the presence of nucleotides and presented a great thermal stability. Finally, the human protein p23, which is responsible for assisting in the Hsp90 protein folding of many proteins/protein complexes, was also characterized. In spite of some studies indicating the contrary, we observed evidence that the C-terminal region, which is rich in charged amino acid residues, can possible have some structure. The sugarcane chaperones study was guided by a previous chaperone sequence annotation work in the SUCEST (Sugarcane EST Genome Project) databank performed by our research group. In addition, results regarding chaperone sequences annotation in the eucalyptus databank (FORESTs - Eucalyptus Genome Sequencing Project Consortium) were presented here as well, which can also lead to future chaperone proteins function and structure studies. / Doutorado

Orientadores: Carlos Henrique Inácio Ramos, Celso Eduardo Benedetti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-20T16:30:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendonca_YurideAbreu_D.pdf: 5998927 bytes, checksum: dad9a44995521aa0e68ad9507bd61765 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: As bactérias patogênicas gram-negativas desenvolveram estratégias sofisticadas para infectar seus hospedeiros, utilizando sistemas de secreção especializados para translocar proteínas de virulência através da membrana das células eucarióticas para o citoplasma. Para que este processo seja eficiente, estas proteínas de virulência devem estar parcialmente enoveladas ou mesmo desenoveladas para que possam ser transportadas para o interior das células hospedeiras através desses sistemas de secreção. Uma vez dentro das células alvo, as proteínas de virulência são encaminhadas ao seu estado nativo e ativadas pela própria maquinaria de enovelamento da célula hospedeira. As proteínas responsáveis em auxiliar o enovelamento protéico nas células são as chaperonas, denominadas classicamente de proteínas de choque térmico (Hsps). Plantas, por serem organismos sésseis, são muito mais vulneráveis a fatores de estresse biótico e abiótico, tornando o papel das Hsps ainda mais relevante para a homeostase protéica e viabilidade celular. O estudo das proteínas da família Hsp90 é muito difundido devido ao seu papel fundamental desempenhado nas situações de infecção e em diferentes tipos de estresse. Neste trabalho, a proteína recombinante Hsp90 de laranja doce (Citrus sinesis) foi clonada e purificada com o objetivo de estudar o mecanismo geral de infecção do fitopatógeno bacteriano de espécies de citros Xanthomonas citri (Xac). Investigou-se a interação, combinando técnicas de western blot e ensaios de pull-down, entre a Hsp90 e todas as quatro variantes da PthA, principal fator de virulência de Xac, e as co-chaperonas da Hsp90 de laranja ciclofilina (Cyp) e uma proteína tiorredoxina-"like? (TDX). Estas proteínas já foram descritas por se apresentarem reguladas positivamente na laranja doce durante a infecção com Xac, apontando para um possível papel da Hsp90 na formação de um complexo de enovelamento capaz de ativar as proteínas de virulência de Xac no interior das células infectadas. Além disso, investigamos a estrutura e função da Hsp90 de laranja doce que apresentou-se enovelada e solúvel, como medido por dicroísmo circular (CD), espectroscopia de fluorescência intrínseca e espalhamento de luz dinâmico (DLS). A Hsp90 se apresentou como um dímero em solução com um raio de Stokes de 62 Å, e altamente resistente á desnaturação por temperatura, como medido por CD. A proteína mostrou-se funcional, como medido pela sua capacidade de proteger a agregação da citrato sintase in vitro em um ensaio de espalhamento de luz. O estudo do efeito de nucleotídeos na conformação e função da Hsp90 através de CD, fluorescência intrínseca e de espalhamento de raios-X a baixos ângulos (SAXS) mostram alterações na conformação da proteína na presença destes ligantes / Abstract: Gram-negative bacterial pathogens, which have developed sophisticated strategies to infect hosts, use specialized secretion systems to secrete and translocate virulence proteins across the eukaryotic cell membrane into the cytoplasm. The translocation process depends on unfolded or partially folded virulence proteins to be transportated through the secretion system into the target inner cell where they are folded by the host chaperone machinery. Auxiliary proteins are responsible to help folding in cells and are known as molecular chaperones, or heat shock proteins (HSPs). Plants, being sessile organisms, are much more vulnerable to biotic and abiotic stress factors, making the role of HSPs even more important for protein homeostasis and cell viability. The study of the Hsp90 family is widespread due to the key role played in situations of infection and under various types of stress. In this work, an Hsp90 sweet orange (Citrus sinesis) was cloned and purified in order to study the general mechanism of infection of the bacterial pathogen of citrus species, Xanthomonas citri (Xac). First, we investigated the interaction, by combining immunostaining and pull-down assays, between Hsp90 and all four variants of PthA, the major virulence factor of Xac, and the orange Hsp90 cochaperonas cyclophilin (Cyp) and a thioredoxin-like protein (TDX). These proteins have been described to be upregulated in sweet orange during infection with Xac, pointing to a possible role of Hsp90 in the formation of a folding complex able to activate the virulence proteins of Xac inside the infected cells. Furthermore, we took to investigate the structure and function of the Hsp90 from sweet orange, which was folded and soluble as measured by circular dichroism (CD), intrinsic fluorescence spectroscopy and dynamic light scattering (DLS). Hsp90 was a dimer in solution with a Stokes radius of about 62 Å, tolerating up to 90 °C without denaturation, as measured by CD. The protein was functional, as measured by its ability to protect the aggregation of citrate synthase in an light scattering assay. The study of the effect of nucleotides on the conformation and function of Hsp90 by CD, intrinsic fluorescence and small-angle X-ray scattering (SAXS) show evidence of conformation modulation by ATP and ADP / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

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Thesis (Ph. D.)--University of Alabama at Birmingham, 2007. / Title from first page of PDF file (viewed Feb. 7, 2008). Includes bibliographical references.

Orientadoesr: Carlos Henrique Inácio Ramos, Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-20T06:21:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_DanieliCristina_M.pdf: 10469841 bytes, checksum: df29d5b11d3cdd27679b971b2bbcb032 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Chaperonas moleculares (Heat Shock proteins - HSPs) são componentes chave do sistema de controle de qualidade de proteínas (PQC - Protein Quality Control), que é essencial para a vida, sendo responsável por manter a homeostase proteica e a adequada função de diversas vias. Problemas no processo de enovelamento estão relacionados a doenças degenerativas, amilóides e câncer. Em plantas, as chaperonas moleculares desempenham um papel crucial na proteção contra estresses bióticos e abióticos, pois como organismos sésseis, as plantas devem ser capazes de responder rapidamente a mudanças na temperatura, salinidade, déficit hídrico, entre outros. A chaperona molecular Hsp90 (Heat Shock protein 90 kDa) compreende uma família ubíqua, considerada um 'hub' por interagir com chaperonas, co-chaperonas e ter como clientes proteínas regulatórias essenciais como fatores de transcrição, quinases, receptores de hormônios, entre outros. A Hsp90 age em conjunto com co-chaperonas, as quais modulam e direcionam sua função. Uma destas co-chaperonas é a Hop (Hsp70-Hsp90 organizing protein), capaz de interagir simultaneamente com a Hsp90 e Hsp70, mediando a transferência de substratos. A Hop é composta por três domínios com repetições de tetratricopeptídeos (TPR) (TPR1, TPR2A e TPR2B), responsáveis pela interação com as chaperonas, porém a dinâmica desta interação não está bem entendida, uma vez que ainda não há estrutura da Hop inteira e o estado oligomérico desta co-chaperona ainda é controverso na literatura. Neste trabalho apresentamos a classificação de um gene de Hsp90 de cana-de-açúcar, e o início de sua caracterização funcional através de transgenia em Arabidopsis thaliana. Apresentamos também a caracterização biofísica de uma importante co-chaperona da Hsp90, a Hop (Hsp70-Hsp90 organizing protein) humana. Através da análise de sequências a Hsp90 de cana-de-açúcar foi classificada como Hsp90-3, uma isoforma citosólica. Plantas transgênicas de A. thaliana, produzidas a partir da inserção do gene da Hsp90-3 de cana-de-açúcar, apresentaram níveis reduzidos de Hsp90. Tal perturbação nos níveis de Hsp90 parece ter afetado a expressão de outras proteínas da rede de interações, relacionadas com processos diversos como resposta imune e fotossíntese. As plantas transgênicas também exibiram germinação mais rápida e raízes mais longas em relação ao controle. Sob estresse térmico, linhagens transgênicas apresentaram maior suscetibilidade à alta temperatura em relação ao controle. Tais resultados sugerem que a Hsp90 tem um importante papel na fisiologia celular e no desenvolvimento, e que os níveis de Hsp90 são críticos para a resposta frente a estresses. A caracterização biofísica do mutante Hop D456G, uma mutação no domínio TPR2B, mostrou que esta proteína é uma mistura de monômeros, dímeros e oligômeros maiores, porém com prevalência do estado monomérico. O resíduo D456 pode ter uma participação na dinâmica de dimerização e é possível que o estado oligomérico da Hop seja regulado entre os estados monomérico e dimérico, com a finalidade de facilitar sua atividade adaptadora / Abstract: Molecular chaperones (heat shock proteins - HSPs) are key components of protein quality-control system (PQC - Protein Quality Control), which maintains protein homeostasis and the proper function of several pathways, being essential for life. Defects in folding processes are related to degenerative diseases, amyloidosis and cancer. In plants, which as sessile organisms must be able to respond rapidly to changes in temperature, salinity, water deficit, and others, molecular chaperones play a crucial role in protecting against such biotic and abiotic stresses. Molecular chaperone Hsp90 (Heat Shock Protein 90 kDa) comprise an ubiquitous family, considered a hub as it interacts with chaperones, co-chaperones, and have as clients key regulatory proteins such as transcription factors, kinases, hormone receptors, and others. The chaperone acts together with co-chaperones, which modulate and guide Hsp90 function. The co-chaperone Hop (Hsp70-Hsp90 organizing protein), interacts simultaneously with Hsp90 and Hsp70, mediating substrate transfer. Hop has three TPR domains (TPR1, and TPR2A TPR2B) responsible for interaction with the chaperones, but this interaction dynamics remains unclear, since there is no structure of full length Hop and its oligomeric state is controversial in literature reports. This work presents the classification of an Hsp90 gene from sugarcane, and primary functional characterization studies in Arabidopsis thaliana transgenic lines. We also present the biophysical characterization of the human Hsp90 co-chaperone Hop (Hsp70-Hsp90 organizing protein). Through sequence analysis the Hsp90 from sugarcane has been classified as Hsp90-3, a cytosolic isoform. Transgenic A. thaliana, produced by Hsp90-3 insertion, exhibited reduced transcript levels of Hsp90. This disruption in Hsp90 levels seems to affect the expression of other proteins from the interaction network, which are related to various processes such as immune response and photosynthesis. Transgenics also exhibited faster germination and longer roots than the control. Under heat stress, transgenic lines showed increased susceptibility to high temperature. These results suggest that Hsp90 has an important role in cellular physiology and development; in addition the levels of Hsp90 are critical for responses to stresses. The biophysical characterization of the mutant D456G Hop, a mutation in domain TPR2B showed that this protein is a mixture of monomers, dimers and higher oligomers, but the monomeric state is majoritary. The residue D456 may be involved in dimerization dynamics, and it is possible that Hop is regulated between monomeric and dimeric species, to enable its adaptor functions / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Carlos Henrique Inácio Ramos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:29:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_VivianeCristinaHeinzenda_D.pdf: 5558657 bytes, checksum: 719a2c54c3d42be8642a0beb9014221c (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: As chaperonas moleculares estão envolvidas na manutenção da homeostase celular, auxiliando no correto enovelamento de proteínas, e consequentemente em sua funcionalidade. Duas famílias de chaperonas moleculares participam de pontos-chave neste sistema. Uma delas é a Hsp100 que tem papel importante na desagregação de proteínas; a outra é a Hsp90 que tem o papel de auxiliar no enovelamento, ativação, e na translocação de proteínas regulatórias e sinalizadoras. Neste trabalho foram caracterizadas as chaperonas Hsp100 e Hsp90 de cana-de-açúcar, denominadas SHsp101 e SsHsp90, respectivamente, cuja expressão em níveis basais foi detectada em tecido foliar. As proteínas recombinantes foram produzidas em Escherichia coli, de maneira solúvel, e após purificação apresentaram-se enoveladas. A SHsp101 foi obtida como um hexâmero em solução, apresentando capacidade de ligar nucleotídeos ATP e ADP, e de hidrolisar o ATP de maneira alostérica com cooperatividade positiva; mas não foi capaz de hidrolisar o ADP, que por sua vez mostrou-se inibidor da atividade ATPásica. A SHsp101 exibiu atividades de proteção do substrato luciferase contra agregação induzida por alta temperatura e de desagregação e reenovelamento da proteína-modelo GFPuv, na presença de ATP e ATP?S. Análises de complementação in vivo revelaram que a superexpressão heteróloga de SHsp101 em cepas de levedura mutantes nulo de hsp104, aumentou a termotolerância a 53°C, proporcionando um aumento de 80 vezes na sobrevivência das leveduras. A SsHsp90 apresentou-se dimérica em solução, com características estruturais e conformacionais (modelo tridimensional gerado por modelagem comparativa e validado por meio de análises de ligação cruzada acoplada à espectometria de massas) semelhantes às homólogas de outros organismos. A SsHsp90 apresentou atividade chaperona de proteção contra agregação da proteína-modelo citrato sintase desnaturada por choque térmico. As informações acerca da expressão, estrutura, e função de SHsp101 e SsHsp90 obtidas neste trabalho, contribuem para um melhor entendimento destas famílias de chaperonas moleculares, particularmente em plantas, que por serem organismos sésseis, estão mais expostos às condições adversas do ambiente / Abstract: Molecular chaperones are involved in the maintenance of cellular homeostasis by promoting the correct folding of proteins, and consequently, ensuring their functionality. Two families of molecular chaperones participate at key points in this system. The first is Hsp90, which assists in protein refolding, activation, and the trafficking of regulatory and signaling proteins, while the second is Hsp100, which has an important role in protein disaggregation. In this study, the Hsp90 and Hsp100 proteins from sugarcane were characterized, denoted as SsHsp90 and SHsp101, respectively, and their basal level of expression was detected in leaf tissue. In addition, both were produced by Escherichia coli as soluble form and then they were purified in a folded state. The SHsp101 was obtained folded as hexamer in solution and showed capacity of bind both ATP and ADP, but could only hydrolyze ATP in an allosteric manner with positive cooperativity. In fact, the presence of ADP had an inhibitory effect on the ATPase activity. SHsp101 exhibited protection against aggregation of luciferase, and showed a disaggregation and refolding activity of GFPuv in the presence ATP and ATP?S. In vivo complementation analysis revealed that heterologous overexpression of SHsp101 in a null hsp104 yeast strain correlated with an 80 fold increase in yeast survival at 53°C. The dimer obtained for SsHsp90 had similar structural and conformational characteristics compared to other Hsp90 homologues, and was compatible with a three-dimensional model generated by comparative modeling, which was validated by cross-linking coupled to mass spectrometry. The SsHsp90 protected against thermal aggregation of citrate synthase. Taken together, the information about the expression, structure, and function of SHsp101 and SsHsp90 obtained in this study contribute to a better understanding of these molecular chaperone protein families, particularly in plants, which are sessile organisms and more exposed to adverse environmental conditions / Doutorado / Bioquimica / Doutora em Biologia Funcional e Molecular