A família das galectinas compreende um grupo de lectinas cujos domínios de reconhecimento de carboidratos (CRDs) possuem afinidade específica para ß-galactosídeos. Estas se encontram amplamente distribuídas em células normais e neoplásicas de diferentes organismos e estão envolvidas em uma grande diversidade de mecanismos celulares. As galectinas têm sido foco de estudos recentes, principalmente pelo seu envolvimento em processos inflamatórios e neoplásicos, entretanto, muitas perguntas sobre as interações com diferentes carboidratos, a especificidade destas interações e o papel específico das galectinas em inflamação, adesão celular, progressão tumoral e metástase permanecem ainda sem resposta. O presente projeto focou os estudos estruturais dos domínios de reconhecimento de carboidratos (CRDs) da galectina-4 humana (HGal-4). Nosso trabalho envolveu a clonagem, expressão, purificação dos domínios de reconhecimento de carboidratos (CRD-I e CRD-II) de forma independente. O domínio CRD-I da HGal-4 foi cristalizado e sua estrutura determinada por técnicas de cristalografia de raios-X a 2 Å de resolução. A estrutura cristalográfica do domínio CRD-I da galectina-4 humana possue duas folhas- compostas de seis fitas (S1- S6) e cinco fitas (F1-F6) enoveladas na forma de um -sanduiche. Uma comparação estrutural entre membros da classe das galectinas mostra que este enovelamento global dos CRDs é conservado e que e a diferença em especificidade pelos carboidratos observado pelas diferentes galectinas é consequência de mutações pontuais de aminoácidos. Os resultados obtidos no desenvolvimento do presente projeto serão utilizados como uma ferramenta importante para o entendimento de processos celulares que envolvem a galectina-4 humana, como inflamação, progressão celular e metástase, e conseqüentemente, contribuir para o planejamento de novas estratégias de diagnóstico e tratamento de neoplasias. / The galectin family comprises a group of lectins where the carbohydrate-recognition domains (CRDs) display specific affinity for ß-galactosides. They are widely distributed in normal and neoplasic cells of different organisms and are involved in a great diversity of cellular mechanisms. The galectins have been focus of recent studies, mainly for their involvement in inflammatory and neoplasic processes, however, many questions about the interactions with different carbohydrates, the specificity of these interactions and the specific role of the galectins in inflammation, cell adhesion, tumor progression and metastasis remain unanswered.The present project focused the strctural studies of human galectin-4 (HGal-4) carbohydrate-recognition domains (CRDs). Our work involved the independent cloning, heterologous expression and purification of both carbohydrate-recognition domains (CRD-I and CRD-II). The HGal-4 CRD-I domain has been successfully crystallized and its structure solved by X-ray crystallography techniques at 2 Å resolution. The crystallographic structure of HGal-4 CRD-I domain comprises two -sheets containing six (S1- S6) and five strands (F1-F6) each packed as a -sandwich domain. A structural comparison among members of galectin class of proteins shows that this folding is highly conserved and that the difference in specificity for carbohydrate molecules is consequence of punctual aminoacid mutations. Our results will be used as an important tool towards a better understanding of cellular processes such as inflammation, cell progression and metastasis, and consequently, contribute for the development of new strategies for diagnosis and treatment of neoplasies.

A família das galectinas compreende um grupo de lectinas cujos domínios de reconhecimento de carboidratos (CRDs) possuem afinidade específica para ß-galactosídeos. Estas se encontram amplamente distribuídas em células normais e neoplásicas de diferentes organismos e estão envolvidas em uma grande diversidade de mecanismos celulares. As galectinas têm sido foco de estudos recentes, principalmente pelo seu envolvimento em processos inflamatórios e neoplásicos, entretanto, muitas perguntas sobre as interações com diferentes carboidratos, a especificidade destas interações e o papel específico das galectinas em inflamação, adesão celular, progressão tumoral e metástase permanecem ainda sem resposta. O presente projeto focou os estudos estruturais dos domínios de reconhecimento de carboidratos (CRDs) da galectina-4 humana (HGal-4). Nosso trabalho envolveu a clonagem, expressão, purificação dos domínios de reconhecimento de carboidratos (CRD-I e CRD-II) de forma independente. O domínio CRD-I da HGal-4 foi cristalizado e sua estrutura determinada por técnicas de cristalografia de raios-X a 2 Å de resolução. A estrutura cristalográfica do domínio CRD-I da galectina-4 humana possue duas folhas- compostas de seis fitas (S1- S6) e cinco fitas (F1-F6) enoveladas na forma de um -sanduiche. Uma comparação estrutural entre membros da classe das galectinas mostra que este enovelamento global dos CRDs é conservado e que e a diferença em especificidade pelos carboidratos observado pelas diferentes galectinas é consequência de mutações pontuais de aminoácidos. Os resultados obtidos no desenvolvimento do presente projeto serão utilizados como uma ferramenta importante para o entendimento de processos celulares que envolvem a galectina-4 humana, como inflamação, progressão celular e metástase, e conseqüentemente, contribuir para o planejamento de novas estratégias de diagnóstico e tratamento de neoplasias. / The galectin family comprises a group of lectins where the carbohydrate-recognition domains (CRDs) display specific affinity for ß-galactosides. They are widely distributed in normal and neoplasic cells of different organisms and are involved in a great diversity of cellular mechanisms. The galectins have been focus of recent studies, mainly for their involvement in inflammatory and neoplasic processes, however, many questions about the interactions with different carbohydrates, the specificity of these interactions and the specific role of the galectins in inflammation, cell adhesion, tumor progression and metastasis remain unanswered.The present project focused the strctural studies of human galectin-4 (HGal-4) carbohydrate-recognition domains (CRDs). Our work involved the independent cloning, heterologous expression and purification of both carbohydrate-recognition domains (CRD-I and CRD-II). The HGal-4 CRD-I domain has been successfully crystallized and its structure solved by X-ray crystallography techniques at 2 Å resolution. The crystallographic structure of HGal-4 CRD-I domain comprises two -sheets containing six (S1- S6) and five strands (F1-F6) each packed as a -sandwich domain. A structural comparison among members of galectin class of proteins shows that this folding is highly conserved and that the difference in specificity for carbohydrate molecules is consequence of punctual aminoacid mutations. Our results will be used as an important tool towards a better understanding of cellular processes such as inflammation, cell progression and metastasis, and consequently, contribute for the development of new strategies for diagnosis and treatment of neoplasies.

A galectina-4 humana (HGal-4), pertencente à família das galectinas, possui dois domínios de reconhecimento de carboidratos (CRDs) com alta afinidade para β-galactosídeos e se encontra amplamente distribuída em células normais e neoplásicas de diferentes organismos. Suas funções snglobam uma grande variedade de eventos celulares, tais como processos inflamatórios, neoplásicos, progressão tumoral e metástase. Entretanto, muitas perguntas sobre suas interações com diferentes carboidratos, a especificidade destas interações e o papel específico das galectinas permanecem ainda sem resposta. No presente trabalho, propomos a investigação das interações galectina-glicano da galectina-4 humana e de seus domínios CRDs independentes (CRD-I e CRD-II) através de um conjunto de métodos biofísicos. Através do método de dicroísmo circular (CD), usando várias regiões espectrais, e fluorescência fomos capazes de entender mudanças ocorrentes na estrutura secundária e terciária das protéinas quando da interação com lactose/sacarose. Estes dados, juntamente com testes de hemaglutinação, mostraram que a glectina-4 e os CRDs respondem de forma distinta à ligação com açúcar. Por diferentes técnicas (fluorescência, ITC e MST) determinamos as constantes de dissociação para os domínios CRDs (Kd ~0,5 mM) e para HGal-4 e, de forma qualitativa, os valores obtidos indicaram possíveis estados oligoméricos dessas proteínas. A investigação da interação proteína-membrana da HGal-4 foi feita, primeiramente, com miméticos de membranas e monitorada pela técnica de RPE em crescente complexidade de composição de tais miméticos, indo desde composições mais simples, passando por lipid rafts na presença de diferentes glicolipídeos (GM1, LPS) e chegando-se à interação com células tumorais (U87MG, T98G e HT-29). Tais experimentos mostraram que galectina-4 reconhece e se liga naqueles modelos onde existem glicanos complexos na superfície. Investigamos também a participação de HGal-4 endógena e exógena no tratamento quimioterápico de células tumorais e verificamos um papel importante de HGal-4 para células HT-29. Finalizando esta tese, apresentamos o trabalho realizado em um ano de estágio na University of Oxford, durante o qual, investigamos a estrutura da região C-terminal de um receptor da família GPCR, qual seja o receptor de neurotensina NTS1. Aqui, mais uma vez, foi empregada a técnica de RPE que aliada à produção/marcação de mutantes do receptor, permitiu determinar que a hélice H8 se estabiliza quando em proteolipossomos. / Human galectin-4 (HGal-4), a member of the galectin family, contains two carbohydrate recognition domains (CRDs) with high affinity for β-galactosides and is widely distributed in normal and neoplastic cells of different organisms. Its functions include a wide variety of cellular events such as inflammation, cancer, cell adhesion, tumor progression and metastasis. However, many questions about their interactions with different carbohydrates, the specificity of these interactions and the specific role of galectins remain unanswered. In this study, we propose the investigation of galectin-glycan interactions of human galectin-4 and its independent CRDs (CRD-I and-II) through a combination of biophysical methods. From circular dichroism (CD), measured in different spectral ranges, and fluorescence experiments we were able to understand changes in secondary and terciary structure of the protein while interacting with lactose/sucrose. These results along with hemagglutination assays showed that galectin-4 and its CRDs respond differently to sugar binding. From fluorescence, ITC and MST measurements we determined the dissociation constants for the CRDs (Kd ~0.5 mM) and for HGal-4. These values qualitatively indicated the formation of potential oligomers of CRDs and of HGal-4. The investigation of the HGal-4 interaction with membranes was firstly performed using mimetic membranes and monitored by EPR spectroscopy. The composition of the mimetic membranes was gradually increased so that to span simple compositions (such as DMPC), passing by lipid rafts in the presence of different glycolipds (GM1, LPS) up to interactions with tumor cells (U87MG, T98G e HT-29). These experiments showed that galectin-4 recognizes and binds to membrane models constituted by complex glycans on their surface. We also investigated the involvement of endogenous and exogenous HGal-4 in chemotherapies of tumor cells and found an important role of HGal-4 in the case of HT-29 cells. At last, we presented the work done in an one-year internship at the University of Oxford, during which we investigated the C-terminal region of the GPCR family receptor, the neurotensin receptor NTS1. Here, we used once again the EPR technique combined with the production/spin-labelling of mutants of the receptors, and determined that helix H8 was stabilized upon receptor reconstitution in proteolipossomes.

A galectina-4 humana (HGal-4), pertencente à família das galectinas, possui dois domínios de reconhecimento de carboidratos (CRDs) com alta afinidade para β-galactosídeos e se encontra amplamente distribuída em células normais e neoplásicas de diferentes organismos. Suas funções snglobam uma grande variedade de eventos celulares, tais como processos inflamatórios, neoplásicos, progressão tumoral e metástase. Entretanto, muitas perguntas sobre suas interações com diferentes carboidratos, a especificidade destas interações e o papel específico das galectinas permanecem ainda sem resposta. No presente trabalho, propomos a investigação das interações galectina-glicano da galectina-4 humana e de seus domínios CRDs independentes (CRD-I e CRD-II) através de um conjunto de métodos biofísicos. Através do método de dicroísmo circular (CD), usando várias regiões espectrais, e fluorescência fomos capazes de entender mudanças ocorrentes na estrutura secundária e terciária das protéinas quando da interação com lactose/sacarose. Estes dados, juntamente com testes de hemaglutinação, mostraram que a glectina-4 e os CRDs respondem de forma distinta à ligação com açúcar. Por diferentes técnicas (fluorescência, ITC e MST) determinamos as constantes de dissociação para os domínios CRDs (Kd ~0,5 mM) e para HGal-4 e, de forma qualitativa, os valores obtidos indicaram possíveis estados oligoméricos dessas proteínas. A investigação da interação proteína-membrana da HGal-4 foi feita, primeiramente, com miméticos de membranas e monitorada pela técnica de RPE em crescente complexidade de composição de tais miméticos, indo desde composições mais simples, passando por lipid rafts na presença de diferentes glicolipídeos (GM1, LPS) e chegando-se à interação com células tumorais (U87MG, T98G e HT-29). Tais experimentos mostraram que galectina-4 reconhece e se liga naqueles modelos onde existem glicanos complexos na superfície. Investigamos também a participação de HGal-4 endógena e exógena no tratamento quimioterápico de células tumorais e verificamos um papel importante de HGal-4 para células HT-29. Finalizando esta tese, apresentamos o trabalho realizado em um ano de estágio na University of Oxford, durante o qual, investigamos a estrutura da região C-terminal de um receptor da família GPCR, qual seja o receptor de neurotensina NTS1. Aqui, mais uma vez, foi empregada a técnica de RPE que aliada à produção/marcação de mutantes do receptor, permitiu determinar que a hélice H8 se estabiliza quando em proteolipossomos. / Human galectin-4 (HGal-4), a member of the galectin family, contains two carbohydrate recognition domains (CRDs) with high affinity for β-galactosides and is widely distributed in normal and neoplastic cells of different organisms. Its functions include a wide variety of cellular events such as inflammation, cancer, cell adhesion, tumor progression and metastasis. However, many questions about their interactions with different carbohydrates, the specificity of these interactions and the specific role of galectins remain unanswered. In this study, we propose the investigation of galectin-glycan interactions of human galectin-4 and its independent CRDs (CRD-I and-II) through a combination of biophysical methods. From circular dichroism (CD), measured in different spectral ranges, and fluorescence experiments we were able to understand changes in secondary and terciary structure of the protein while interacting with lactose/sucrose. These results along with hemagglutination assays showed that galectin-4 and its CRDs respond differently to sugar binding. From fluorescence, ITC and MST measurements we determined the dissociation constants for the CRDs (Kd ~0.5 mM) and for HGal-4. These values qualitatively indicated the formation of potential oligomers of CRDs and of HGal-4. The investigation of the HGal-4 interaction with membranes was firstly performed using mimetic membranes and monitored by EPR spectroscopy. The composition of the mimetic membranes was gradually increased so that to span simple compositions (such as DMPC), passing by lipid rafts in the presence of different glycolipds (GM1, LPS) up to interactions with tumor cells (U87MG, T98G e HT-29). These experiments showed that galectin-4 recognizes and binds to membrane models constituted by complex glycans on their surface. We also investigated the involvement of endogenous and exogenous HGal-4 in chemotherapies of tumor cells and found an important role of HGal-4 in the case of HT-29 cells. At last, we presented the work done in an one-year internship at the University of Oxford, during which we investigated the C-terminal region of the GPCR family receptor, the neurotensin receptor NTS1. Here, we used once again the EPR technique combined with the production/spin-labelling of mutants of the receptors, and determined that helix H8 was stabilized upon receptor reconstitution in proteolipossomes.