Redes complexas são utilizadas para representar sistemas complexos, compostos de elementos que interagem uns com os outros. Uma das grandes vantagens de se empregar as redes é a possibilidade de se estudar a topologia presente nos mais diversos sistemas para obtermos informações sobre eles, entendê-los e compará-los. Devido à sua importância para a compreensão de processos intracelulares, desde início do desenvolvimento da área das redes complexas estudou-se a topologia da interação entre proteínas. Entretanto nos últimos anos com o desenvolvimento de novas técnicas de detecção o número de proteínas e interações reportadas cresceu de maneira muito acentuada; além disso, também existem alguns pontos sobre a sua topologia sobre os quais ainda não existe um consenso, como por exemplo qual a distribuição de graus desse tipo de rede. Neste trabalho estudamos as propriedades topológicas de redes de interação entre proteínas, utilizando as informações do banco de dados STRING, com ênfase no comportamento de suas medidas de centralidade e do espectro da matriz Laplaciana normalizada. Tanto a análise das medidas de centralidade e de suas correlações, quanto do espectro da matriz Laplaciana mostram que existem padrões topológicos que são conservados entre as redes dos organismos e que os mesmos também podem ser empregados para sua caracterização. Nossos resultados também mostram que as funções biológicas desempenhadas pelas proteínas podem ser identificadas pelas medidas de centralidade. Especificamente para a centralidade de autovetor, nossas análises indicam que ela está localizada nos maiores K-cores das redes consideradas. Os resultados aqui obtidos ressaltam que muitas informações relevantes podem ser extraídas da topologia das interações entre proteínas, além de indicarem a existência de possíveis estruturas conservadas; entretanto devido a incompletude dessas redes mais estudos precisam ser conduzidos para a avaliação de possíveis mudanças nos resultados aqui apresentados. / Complex networks can be used to model complex systems, composed of main elements that interact with each other. The advantage of using this approach is the possibility to study the topology of a wide range of systems so that we can get more information, understand and compare them. Due to its importance on the understanding of the intracellular biological processes, since the early beginning of the development of the complex networks field protein-protein interaction topologies have been studied. However, new techniques for the detection of proteins and their interactions have been developed recently, which has significantly increased the availability and reliability of the corresponding data over the last few years; moreover, there still are some debate about the topology of protein-protein interaction networks such as the degree distribution of this type of network. Here we will study the topological properties of protein-protein interaction networks created using the information of the STRING database focusing on centrality measures of their nodes, the correlation between them, and the normalized Laplacian matrix spectrum. Our results show the existence of topological patterns conserved between the protein interaction networks of different organisms and that both the correlation of the centrality pairs and the spectrum of the Laplacian matrix can be used for network characterization. Another study indicates that the set of centrality measures of a protein can be used to identify clusters with well defined biological functions. A more detailed look at the eigenvector centrality behavior reveals that this measure is localized on the proteins of the highest k-cores for all networks. These results highlight the importance of the topology on the study of protein-protein interactions and that more studies can lead to a better a more complete understanding of such systems.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-06-22Bitstream added on 2014-06-13T19:00:58Z : No. of bitstreams: 1 ramosjunior_jeb_dr_sjrp.pdf: 2591644 bytes, checksum: 2803802dd11e98eb15b509bbbac34884 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Na presente tese, a condensação-psi (“psi é a abreviação para a sentença em língua inglêsa “polymer and salt induced” - condensação induzida por polímero e sal”) do DNA é estudada experimentalmente e teoreticamente em diferentes contextos. Experimentos utilizando espectroscopia de dicroísmo circular são realizados para elucidar a influência do peso molecular do polímero flexível na condensação e decondensação reentrante do DNA. O diagrama de fase completo da transição é determinado e comparado com predições teóricas existentes. Um acordo quantitativo completo é encontrado com relação à condensação, mas apenas um acordo qualitativo é obtido com relação à transição reversa devido às aproximações da teoria. Esse problema teórico é revisitado nesta tese e um modelo teórico menos restritivo é desenvolvido ao longo das linhas originais da teoria das interações de depleção propostas por Asakura e Oosawa. A decondensação reentrante é encontrada em um amplo espectro de concentrações do sal e a dependência da concentração crítica do polímero flexível (PEGcrit) com relação ao seu peso molecular para ambas as transições está em acordo qualitativo com os dados experimentais. É também discutido ao longo desta tese, o sinergismo experimentalmente observado entre as interações de depleção e a complexão de proteínas básicas com o DNA na condensação dessa macromolécula. Experimentos de eletroforese em gel de agarose e espalhamento dinâmico de luz são realizados para esclarecer esse sinergismo e propôr um modelo microscópico para a formação e estabilidade do nucleóide em células procarióticas. Por fim, é investigada experimentalmente e teoreticamente a influência da topologia do DNA na condensação-psi. Os valores do PEGcrit são experimentalmente determinadas para a forma superhelicoidal e a forma linear... / In the present thesis, the DNA psi-condensation is studied both experimental and theoretically in several different contexts. Experiments using circular dichroism spectroscopy were performed in order to elucidate the influence of the flexible polymer's molecular weight on the DNA condensation and reentrant decondensation. The whole phase diagram was determined and compared with theoretical predictions. A full quantitative agreement is found for the condensation transitions; as far the reentrant decondensation transition is concerned, the model does not predict the entire phase diagram due to its assumptions. This theoretical problem is revisited in this thesis and a less restrictive model is developed along the lines of the original Asakura-Oosawa model for depletion interactions. The DNA reentrant decondensation is found within a wide range of salt concentration and the critical PEG (poly ethyleneglicol) concentrations (PEGcrit) dependence on the PEG’s degree of polymerization is in qualitative agreement with the experimental data. We also discuss in this thesis, the synergism found between molecular crowding and the “histone-like” protein binding to DNA molecules in condensing DNA. An agarose gel electrophoresis assay and dynamic light scattering experiments were performed in order to elucidate this synergism and to propose a microscopic model for the formation and stability of the prokaryotic nucleoid. At last, we investigate both theoretical and experimentally the influence of the DNA topology on the DNA psi-condensation, namely we investigate the role of super-coiling on the polymer induced DNA condensation and compare the PEGcrit critical concentrations for the super-coiled DNA as well as for the linearized form. Both experiments and analytical estimatives show that supercoiling has a limited role on the phase separation which accounts for the DNA condensation... (Complete abstract click electronic access below)

Orientadores: Goran Neshich, João Alexandre Ribeiro Gonçalves Barbosa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T21:50:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_JoseGeraldodeCarvalho_M.pdf: 10985777 bytes, checksum: 2610df8bda1ef229c4bcdc8c6c5d8325 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A propriedade das proteínas de se ligarem umas as outras de forma altamente específica, formando complexos estáveis, é uma característica fundamental para todos os processos biológicos. Uma melhor compreensão da formação do complexo abre perspectivas para muitas aplicações práticas, entre elas o design racional de novos fármacos. Trabalhos anteriores demonstraram, através de experimentos de varredura por alaninas, que um pequeno número de resíduos das interfaces protéicas contribui com a maior parte da energia de ligação e por isso foram chamados de hot spots. Devido à importância desses resíduos para as interações proteína-proteína, diversos métodos computacionais têm sido propostos para predizer os hot spots complementando assim o procedimento experimental. Entre esses, estão métodos physics-based como dinâmica molecular, e também métodos knowledge-based, onde dados experimentais são utilizados para treinar métodos computacionais que aprendem as regras para classificar corretamente os hot spots e usados posteriormente para classificar novos casos em estruturas de complexos protéicos. Entre os algoritmos de aprendizado computacionais mais utilizados estão árvores de decisão, redes neurais, máquinas de vetor de suporte. Nesse trabalho, desenvolvemos métodos de predição de hot spots utilizando máquinas de vetor de suporte, que foram abastecidas na entrada com um conjunto de 186 descritores estruturais extraídos do banco de dados STING_DB e também com 112 novos descritores propostos neste trabalho. Os métodos propostos nesse trabalho apresentaram desempenho superior aos métodos de predição de hot spots mais conhecidos da literatura, como KFC, Minerva, Rosetta e FOLDEF. Além disso, a análise estatística dos descritores e também a seleção dos descritores mais eficientes na tarefa de classificar hot spots permitiu que observássemos diversas características que são distintas entre resíduos que são hot spots e os que não são. Entre estas características, a entalpia de hidratação ao redor do resíduo sugere que essa região é mais hidrofílica em hot spots. Essa região, que para hot spots é denominada de anel-O, tem a função de impedir o contato do solvente com o hot spot e por isso, alguns autores acreditavam tratar-se de uma região hidrofóbica, algo que os resultados deste trabalho não confirmaram. Futuramente, os novos descritores propostos neste trabalho serão agregados ao STING_DB e o método de predição de hot spots será integrado ao STING permitindo a predição de hot spots de todos os complexos protéicos depositados no Protein Data Bank (PDB) assim como de complexos protéicos fornecidos pelo usuário / Abstract: The property of the proteins to bind each other in a highly specific way, forming stable complexes, is a key feature for all biological processes. A better understanding of the formation of protein complexes provides many practical applications, including the rational design of new drugs. Through experiments of alanine scanning, it was shown that a small number of residues belonging to protein interfaces contribute decisively to the binding energy and so were called hot spots. Because of the importance of these residues for protein-protein interactions many computational methods have been proposed to predict the hot spots and thus complement the experimental procedure. These include physics-based methods such as molecular dynamics and also knowledge-based methods where experimental data are used to train computational methods that learn the rules for correctly classifying the hot spots and are then used to classify new cases in structures of protein complexes. Among the computational learning algorithms most frequently used are decision trees, neural networks, support vector machines, among others. In this work, we developed methods to predict hot spots using support vector machines, using at the input 186 structural descriptors extracted from the STING_DB and 112 new descriptors proposed in this work. The methods proposed here showed superior performance to methods of predicting hot spots best known from the literature, such as KFC, Minerva, Rosetta and FOLDEF. In addition, statistical analysis of the descriptors and also the selection of the descriptors more efficient in the task of classifying hot spots allowed us to observe several characteristics that are distinct for residues that are hot spots. Among these features, the enthalpy of hydration suggests that the region around hot spots is more hydrophilic. This region, which for hot spots is called O-ring, serves to prevent the contact of the solvent with the hot spot and therefore some authors believe that this was a hydrophobic region whereas results presented here show otherwise. In future, the new descriptors described in this work will be added to the STING_DB and the method of prediction of hot spots will be integrated with STING allowing the prediction of hot spots of all protein complexes deposited in the Protein Data Bank (PDB) as well as protein complexes supplied by the user / Mestrado / Bioinformatica / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Um dos principais componentes envolvidos no processo de divisão celular bacteriana é FtsZ, uma proteína homóloga à tubulina eucariótica. FtsZ polimeriza no interior da célula formando um anel ao qual dá-se o nome de anel Z, responsável pelo recrutamento de diversas outras proteínas de divisão, formando o divisomo. Como meio de sobrevivência sob condições adversas, alguns procariotos, como B. subtilis, podem sofrer um tipo de diferenciação celular que forma um organismo em estado latente, conhecido como esporo. A primeira etapa da formação do esporo é a mudança da posição do anel Z para mais próximo a um dos pólos da célula, produzindo duas células com tamanhos diferentes. SpoIIE é uma proteína fosfatase integral de membrana, que se localiza especificamente no septo assimétrico de uma célula em processo de esporulação. Além de um papel na ativação do fator de transcrição de esporulação σF, SpoIIE se liga a FtsZ e a auxilia na formação do septo assimétrico. Para definirmos a região de FtsZ responsável pela interação com SpoIIE, neste trabalho foram realizados ensaios de duplo-híbrido utilizando vetores com domínios de ativação e de ligação ao DNA do fator de transcrição GAL4 de levedura fusionados a diferentes porções de FtsZ, bem como a SpoIIE. Esses experimentos não forneceram informações sobre interação entre essas proteínas, já que através deles não foi possível reproduzir o resultado positivo descrito na literatura. Como alternativa ao duplo-hibrido para identificarmos o sítio de interação entre as duas proteínas, criamos uma triagem genética capaz de identificar mutantes de FtsZ que não interagem com SpoIIE, fazendo uso de uma biblioteca de mutantes de FtsZ já disponível no laboratório. Foi padronizada uma técnica de microscopia em larga escala em placas de 96 poços, que permitiu a triagem de mais de mil de mutantes de FtsZ, em busca de um em que SpoIIE-GFP induzido não localizasse no anel Z em célula vegetativa. Porém todos os mutantes triados ainda localizavam SpoIIE-GFP. Paralelamente, foi realizada uma triagem de supressão, utilizando como ponto de partida um mutante de SpoIIE que perdeu capacidade de interagir com FtsZ e buscando mutações em FtsZ que reestabelecessem a interação com SpoIIE mutante. Foram triados cerca de 35000 mutantes nesse ensaio, dentre os quais dezoito apresentaram o fenótipo esperado para um supressor. No entanto, todos os candidatos selecionados tratavam-se de falsos-positivos. O motivo que leva esses candidatos a apresentarem o fenótipo esperado sem reestabelecer a interação entre as duas proteínas ainda é desconhecido. A fim de confirmar se não haveria outras proteínas do divisomo responsáveis por intermediar a interação entre FtsZ e SpoIIE, foram feitos experimentos de co-localização de FtsZ e SpoIIE na ausência de DivIB e FtsA. Em ambos os casos SpoIIE ainda localiza no divisomo, descartando a possibilidade de que DivIB e FtsA sejam mediadores da interação FtsZ-SpoIIE. Por fim, foram realizados experimentos de co-localização de SpoIIE com mutantes de FtsZ previamente identificados em outros experimentos em nosso laboratório. Nesse experimento foi identificado que a expressão de SpoIIE-GFP induzida por IPTG é capaz de reestabelecer a frequência de divisão no mutante FtsZ-R376T, que normalmente é deficiente na formação de divisomos. Esse resultado reforça a idéia de que essas proteínas interagem diretamente, e sugere que SpoIIE é capaz de reestabelecer a atividade de FtsZ em um mutante que apresente falhas na polimerização. / One of the major components involved in bacterial cell division is FtsZ, a protein homologous to the eukaryotic tubulin. FtsZ polymerizes inside the cell forming a ring to which is given the name Z ring, wich is responsible for the recruitment of several other proteins division, forming the divisome. As a means of survival under adverse conditions, some prokaryotes such as B. subtilis may undergo a type of cell differentiation that results in an organism in a latent state, known as a spore. The first stage of the spore formation is to change the Z ring position closer to the poles of the cell, producing two cells of different sizes. SpoIIE is an integral membrane phosphatase protein, which is specifically located in the septum of an asymmetric cell in sporulation process. In addition to a role in the activation of the sporulation transcription factor σF, SpoIIE binds to FtsZ and assists in the formation of the asymmetric septum. To define the FtsZ region responsible for interaction with SpoIIE, in this work we performed tests using two-hybrid vectors with activation and DNA binding domains of the yeast transcription factor GAL4 fused to different portions of FtsZ and SpoIIE. These experiments did not provide information on the interaction between these proteins, since through them it was not possible to reproduce the positive results reported in the literature. As an alternative to the two-hybrid to identify the site of interaction between the two proteins, we created a genetic screening that can identify FtsZ mutants that cannot interact with SpoIIE, using a library of FtsZ mutants already available in the laboratory. We standardized a large scale microscopy using 96-well plates, allowing the screening of over a thousand mutants of FtsZ in search of a induced SpoIIE-GFP which would no longer localize at the vegetative cell Z ring. However, all the screened mutants still localized SpoIIE-GFP. In parallel, we performed a screening of suppression, using as a starting point a SpoIIE mutant that lost the ability to interact with FtsZ and searching for mutations in FtsZ that would reestablish interaction with the SpoIIE mutant. We screened approximately 35,000 mutants in this essay, eighteen of which showed the phenotype expected for a suppressor. However, all selected candidates were false positives. The reason why such candidates do show the expected phenotype without reestablishment of the interaction between the two proteins is still unknown. In order to confirm whether there would be other divisiome proteins responsible for mediating the interaction between FtsZ and SpoIIE, co-localization experiments were made using FtsZ and SpoIIE in the absence of DivIB and FtsA. In both cases SpoIIE still located in divisome, ruling out the possibility that DivIB and FtsA are essencial mediators of the SpoIIE-FtsZ interaction. Finally, co-localization experiments were carried out with SpoIIE and FtsZ mutants previously identified in other experiments in our laboratory. In this experiment it was identified that the expression of IPTG-induced SpoIIE-GFP is able to restore the division frequency in the FtsZ-R376T mutant, which normally is deficient in the formation of divisomes. This result reinforces the idea that these proteins interact directly, and suggests that SpoIIE is able to restore the activity of FtsZ in a mutant that presents defect in polymerization.

Seres humanos dependem incessantemente de um sistema de reconhecimento efetivo contra infecções para sobreviver. Dentre as diversas proteínas que compõem a resposta imune inata estão os receptores do tipo Toll (TLR Toll-like Receptors), que possuem a função de reconhecer padrões moleculares associados a patógenos e dar início a uma resposta imune adequada. O carcinoma do colo uterino é uma das principais causas de morte de mulheres por câncer mundialmente, sendo o terceiro tipo de câncer mais comum entre mulheres. Este tipo de neoplasia é vinculada etiologicamente à infecção pelo Papilomavírus humano (HPV). Dentre as principais proteínas virais, E6 e E7 são responsáveis pela manipulação dos processos celulares para promover ciclo viral, sendo essenciais no processo de transformação celular. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi investigar a importância da via de sinalização de TLRs sobre a infecção por HPV. O polimorfismo rs5743836, na região promotora de TLR9, capaz de alterar a expressão deste receptor, foi estudado quanto à influência sobre a história natural da infecção por HPV em uma coorte de mulheres brasileiras; nenhuma associação relevante foi encontrada, indicando que este polimorfismo não interfere significativamente na resposta à infecção e risco de desenvolvimento de lesões no colo do útero causadas por HPV. Proteínas componentes da via de TLRs demonstraram serem alvos de interação com E6 de HPV16; dentre elas, o notável adaptador MyD88 e IKKε, enzima ativadora de importantes transfatores do sistema imune. Estas interações foram aqui estudadas. A interação de E6 com MyD88 resultou em estabilização da proteína viral, o que parece não depender do sítio LxxLL presente em MyD88, como ocorre com outros parceiros moleculares de E6. O sítio de interação de E6 com IKKε coincide com a região onde se localiza o sítio catalítico desta enzima, sugerindo a ação de E6 na ativação de proteínas alvo de IKKε. Esta interação foi observada em queratinócitos, células alvo das infecções por HPV. A produção de citocinas foi afetada por E6 de HPV16, resultando num aumento da quantidade de IL-8 e IL-6; a indução desta citocina poderia ser explicada pela ativação de IKKε. Estes resultados apontam para a capacidade do HPV16 de interferir com o sistema imune, contribuindo para o processo de carcinogênese. / Humans constantly rely on an effective recognition system against infections in order to survive. Among various proteins that compose the innate immune response, Toll-like Receptors (TLRs) have the role to recognize pathogen associated molecular patterns and initiate a proper immune response. The cervical cancer is one of the main causes of women death worldwide, being the third most common cancer type among women. This type of neoplasia is etiologically associated with the Human papillomavirus (HPV) infection. E6 and E7, two main viral proteins, are responsible for manipulating the cellular processes to promote the virus\' life-cycle, being essential to the cellular transformation process. In the context, the objective of this work was to investigate the relevance of the TLR signaling pathway on the HPV infection. The rs5743836 polymorphism, in the TLR9 promoter region, capable of altering this receptor\'s expression, was studied regarding its influence on the natural history of HPV infection in a Brazilian women cohort; no relevant association was found, indicating that this polymorphism does not interfere significantly in the infection response and risk of developing cervix lesions caused by HPV. Component proteins of TLR pathway were shown to be interaction targets of HPV16 E6; among them, the notable adaptor MyD88 and IKKε, enzyme that activates important immune system transfactors. These interactions were studied in this work. The interaction of E6 with MyD88 resulted in the stabilization of the viral protein, which seems independent of the LxxLL site present on MyD88, as in other E6 molecular partners. The interaction site on IKK with E6 matches with the region containing the enzyme\'s catalytic site, suggesting an influence of E6 in the activation of IKKε target proteins. This interaction was observed in keratinocytes, natural targets of HPV infections. The cytokines production was altered by HPV16 E6, resulting in an increase of IL-8 and IL-6 concentration; the induction of the latter could be explained by the activation of IKKε. These results point to the ability of HPV16 of interfering with the immune system, contributing to the carcinogenesis process.

Um dos principais componentes envolvidos no processo de divisão celular bacteriana é FtsZ, uma proteína homóloga à tubulina eucariótica. FtsZ polimeriza no interior da célula formando um anel ao qual dá-se o nome de anel Z, responsável pelo recrutamento de diversas outras proteínas de divisão, formando o divisomo. Como meio de sobrevivência sob condições adversas, alguns procariotos, como B. subtilis, podem sofrer um tipo de diferenciação celular que forma um organismo em estado latente, conhecido como esporo. A primeira etapa da formação do esporo é a mudança da posição do anel Z para mais próximo a um dos pólos da célula, produzindo duas células com tamanhos diferentes. SpoIIE é uma proteína fosfatase integral de membrana, que se localiza especificamente no septo assimétrico de uma célula em processo de esporulação. Além de um papel na ativação do fator de transcrição de esporulação σF, SpoIIE se liga a FtsZ e a auxilia na formação do septo assimétrico. Para definirmos a região de FtsZ responsável pela interação com SpoIIE, neste trabalho foram realizados ensaios de duplo-híbrido utilizando vetores com domínios de ativação e de ligação ao DNA do fator de transcrição GAL4 de levedura fusionados a diferentes porções de FtsZ, bem como a SpoIIE. Esses experimentos não forneceram informações sobre interação entre essas proteínas, já que através deles não foi possível reproduzir o resultado positivo descrito na literatura. Como alternativa ao duplo-hibrido para identificarmos o sítio de interação entre as duas proteínas, criamos uma triagem genética capaz de identificar mutantes de FtsZ que não interagem com SpoIIE, fazendo uso de uma biblioteca de mutantes de FtsZ já disponível no laboratório. Foi padronizada uma técnica de microscopia em larga escala em placas de 96 poços, que permitiu a triagem de mais de mil de mutantes de FtsZ, em busca de um em que SpoIIE-GFP induzido não localizasse no anel Z em célula vegetativa. Porém todos os mutantes triados ainda localizavam SpoIIE-GFP. Paralelamente, foi realizada uma triagem de supressão, utilizando como ponto de partida um mutante de SpoIIE que perdeu capacidade de interagir com FtsZ e buscando mutações em FtsZ que reestabelecessem a interação com SpoIIE mutante. Foram triados cerca de 35000 mutantes nesse ensaio, dentre os quais dezoito apresentaram o fenótipo esperado para um supressor. No entanto, todos os candidatos selecionados tratavam-se de falsos-positivos. O motivo que leva esses candidatos a apresentarem o fenótipo esperado sem reestabelecer a interação entre as duas proteínas ainda é desconhecido. A fim de confirmar se não haveria outras proteínas do divisomo responsáveis por intermediar a interação entre FtsZ e SpoIIE, foram feitos experimentos de co-localização de FtsZ e SpoIIE na ausência de DivIB e FtsA. Em ambos os casos SpoIIE ainda localiza no divisomo, descartando a possibilidade de que DivIB e FtsA sejam mediadores da interação FtsZ-SpoIIE. Por fim, foram realizados experimentos de co-localização de SpoIIE com mutantes de FtsZ previamente identificados em outros experimentos em nosso laboratório. Nesse experimento foi identificado que a expressão de SpoIIE-GFP induzida por IPTG é capaz de reestabelecer a frequência de divisão no mutante FtsZ-R376T, que normalmente é deficiente na formação de divisomos. Esse resultado reforça a idéia de que essas proteínas interagem diretamente, e sugere que SpoIIE é capaz de reestabelecer a atividade de FtsZ em um mutante que apresente falhas na polimerização. / One of the major components involved in bacterial cell division is FtsZ, a protein homologous to the eukaryotic tubulin. FtsZ polymerizes inside the cell forming a ring to which is given the name Z ring, wich is responsible for the recruitment of several other proteins division, forming the divisome. As a means of survival under adverse conditions, some prokaryotes such as B. subtilis may undergo a type of cell differentiation that results in an organism in a latent state, known as a spore. The first stage of the spore formation is to change the Z ring position closer to the poles of the cell, producing two cells of different sizes. SpoIIE is an integral membrane phosphatase protein, which is specifically located in the septum of an asymmetric cell in sporulation process. In addition to a role in the activation of the sporulation transcription factor σF, SpoIIE binds to FtsZ and assists in the formation of the asymmetric septum. To define the FtsZ region responsible for interaction with SpoIIE, in this work we performed tests using two-hybrid vectors with activation and DNA binding domains of the yeast transcription factor GAL4 fused to different portions of FtsZ and SpoIIE. These experiments did not provide information on the interaction between these proteins, since through them it was not possible to reproduce the positive results reported in the literature. As an alternative to the two-hybrid to identify the site of interaction between the two proteins, we created a genetic screening that can identify FtsZ mutants that cannot interact with SpoIIE, using a library of FtsZ mutants already available in the laboratory. We standardized a large scale microscopy using 96-well plates, allowing the screening of over a thousand mutants of FtsZ in search of a induced SpoIIE-GFP which would no longer localize at the vegetative cell Z ring. However, all the screened mutants still localized SpoIIE-GFP. In parallel, we performed a screening of suppression, using as a starting point a SpoIIE mutant that lost the ability to interact with FtsZ and searching for mutations in FtsZ that would reestablish interaction with the SpoIIE mutant. We screened approximately 35,000 mutants in this essay, eighteen of which showed the phenotype expected for a suppressor. However, all selected candidates were false positives. The reason why such candidates do show the expected phenotype without reestablishment of the interaction between the two proteins is still unknown. In order to confirm whether there would be other divisiome proteins responsible for mediating the interaction between FtsZ and SpoIIE, co-localization experiments were made using FtsZ and SpoIIE in the absence of DivIB and FtsA. In both cases SpoIIE still located in divisome, ruling out the possibility that DivIB and FtsA are essencial mediators of the SpoIIE-FtsZ interaction. Finally, co-localization experiments were carried out with SpoIIE and FtsZ mutants previously identified in other experiments in our laboratory. In this experiment it was identified that the expression of IPTG-induced SpoIIE-GFP is able to restore the division frequency in the FtsZ-R376T mutant, which normally is deficient in the formation of divisomes. This result reinforces the idea that these proteins interact directly, and suggests that SpoIIE is able to restore the activity of FtsZ in a mutant that presents defect in polymerization.

Seres humanos dependem incessantemente de um sistema de reconhecimento efetivo contra infecções para sobreviver. Dentre as diversas proteínas que compõem a resposta imune inata estão os receptores do tipo Toll (TLR Toll-like Receptors), que possuem a função de reconhecer padrões moleculares associados a patógenos e dar início a uma resposta imune adequada. O carcinoma do colo uterino é uma das principais causas de morte de mulheres por câncer mundialmente, sendo o terceiro tipo de câncer mais comum entre mulheres. Este tipo de neoplasia é vinculada etiologicamente à infecção pelo Papilomavírus humano (HPV). Dentre as principais proteínas virais, E6 e E7 são responsáveis pela manipulação dos processos celulares para promover ciclo viral, sendo essenciais no processo de transformação celular. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi investigar a importância da via de sinalização de TLRs sobre a infecção por HPV. O polimorfismo rs5743836, na região promotora de TLR9, capaz de alterar a expressão deste receptor, foi estudado quanto à influência sobre a história natural da infecção por HPV em uma coorte de mulheres brasileiras; nenhuma associação relevante foi encontrada, indicando que este polimorfismo não interfere significativamente na resposta à infecção e risco de desenvolvimento de lesões no colo do útero causadas por HPV. Proteínas componentes da via de TLRs demonstraram serem alvos de interação com E6 de HPV16; dentre elas, o notável adaptador MyD88 e IKKε, enzima ativadora de importantes transfatores do sistema imune. Estas interações foram aqui estudadas. A interação de E6 com MyD88 resultou em estabilização da proteína viral, o que parece não depender do sítio LxxLL presente em MyD88, como ocorre com outros parceiros moleculares de E6. O sítio de interação de E6 com IKKε coincide com a região onde se localiza o sítio catalítico desta enzima, sugerindo a ação de E6 na ativação de proteínas alvo de IKKε. Esta interação foi observada em queratinócitos, células alvo das infecções por HPV. A produção de citocinas foi afetada por E6 de HPV16, resultando num aumento da quantidade de IL-8 e IL-6; a indução desta citocina poderia ser explicada pela ativação de IKKε. Estes resultados apontam para a capacidade do HPV16 de interferir com o sistema imune, contribuindo para o processo de carcinogênese. / Humans constantly rely on an effective recognition system against infections in order to survive. Among various proteins that compose the innate immune response, Toll-like Receptors (TLRs) have the role to recognize pathogen associated molecular patterns and initiate a proper immune response. The cervical cancer is one of the main causes of women death worldwide, being the third most common cancer type among women. This type of neoplasia is etiologically associated with the Human papillomavirus (HPV) infection. E6 and E7, two main viral proteins, are responsible for manipulating the cellular processes to promote the virus\' life-cycle, being essential to the cellular transformation process. In the context, the objective of this work was to investigate the relevance of the TLR signaling pathway on the HPV infection. The rs5743836 polymorphism, in the TLR9 promoter region, capable of altering this receptor\'s expression, was studied regarding its influence on the natural history of HPV infection in a Brazilian women cohort; no relevant association was found, indicating that this polymorphism does not interfere significantly in the infection response and risk of developing cervix lesions caused by HPV. Component proteins of TLR pathway were shown to be interaction targets of HPV16 E6; among them, the notable adaptor MyD88 and IKKε, enzyme that activates important immune system transfactors. These interactions were studied in this work. The interaction of E6 with MyD88 resulted in the stabilization of the viral protein, which seems independent of the LxxLL site present on MyD88, as in other E6 molecular partners. The interaction site on IKK with E6 matches with the region containing the enzyme\'s catalytic site, suggesting an influence of E6 in the activation of IKKε target proteins. This interaction was observed in keratinocytes, natural targets of HPV infections. The cytokines production was altered by HPV16 E6, resulting in an increase of IL-8 and IL-6 concentration; the induction of the latter could be explained by the activation of IKKε. These results point to the ability of HPV16 of interfering with the immune system, contributing to the carcinogenesis process.

Neste trabalho, utilizamos a técnica de espalhamento de raios-X a baixos Ângulos (SAXS) para estudar a influência de dois derivados fenotiazínicos na estrutura de sistemas micelares, assim como suas propriedades de auto-associação, além de investigar a influência da variação de pH e de concentração nas interações entre proteínas em solução. Para tanto, utilizamos dois fármacos fenotiazínicos, (Trifluoperazina, TFP e a Clorpromazina, CPZ), em presença de L--fosfatidilcolina (LPC), um surfactante zwiteriônico (30 mM), a pH 4.0 e 7.0. Os resultados de SAXS indicam que a micela de LPC, em ausência de fenotiazina, pode ser representada por uma micela com forma elipsoidal (com razão axial 1.6 0.1). No entanto, em presença de TFP e de CPZ a forma da micela se altera, passando para um cilindro (com razão axial 2.5 0.1). Este efeito é acompanhado por uma diminuição do raio parafínico da micela (22.5 0.3 Å), em ausência de fármaco, para 20.0 0.5 em presença de 10 mM de fármaco. Em paralelo, realizamos medidas de EPR (Ressonância Paramagnética eletrônica) destes sistemas. Combinando os resultados de SAXS e de EPR, propusemos um sítio para a localização destes compostos nas micelas de LPC, que seria na interface polar/apolar da mesma. Em um segundo momento, utilizamos as técnicas de SAXS e de EPR para investigar as características estruturais dos agregados formados por TFP e CPZ (a 20 e 60 mM, a pH 4.0 e 7.0). As curvas de SAXS são compatíveis com o espalhamento de agregados pequenos com diferentes geometrias: elipsoidal, cilíndrico e tipo-paralelepípedo. Devido à resolução da técnica, dentro do intervalo de vetores de espalhamento utilizada (até cerca de 0.3 Å-1), não é possível determinar, de forma absoluta, a correta geometria dos agregados, ou seja, todas as geometrias citadas acima ajustam de forma satisfatória as curvas de SAXS. As análises dessas curvas também não excluem a possibilidade de que estes fármacos mantenham-se como nano-cristais em solução (compostos por cerca de 10 celas unitárias, empilhadas na direção-z), seguindo sua estrutura cristalográfica. Medidas de EPR indicam que os auto-agregados a pH 4.0 possuem características semelhantes às micelas, mas a pH 6.5 este efeito não foi evidenciado, uma vez que ocorre uma forte interação entre a sonda e os agregados. Este fato indica que os agregados, a pH 6.5, têm um maior empacotamento, em comparação aos sistemas a pH 4.0. Por fim, utilizamos a Albumina de Soro Bovina (BSA, a 10 50 mg/ml), em diferentes pHs (2.0 9.0), para investigar os efeitos de concentração e de pH nos potenciais de interação das macromoléculas em solução. O fator de forma da proteína foi obtido através da estrutura cristalográfica da HSA (Human Serum Albumine, proteína humana homóloga a BSA), enquanto que as interações proteína-proteína foram calculadas através da relação de fechamento RPA (Random Phase Approximation). Nossos dados indicam que a BSA mantém sua estrutura terciária inalterada de pH 4.0 a 9.0, independente de sua concentração. No entanto, a pH 2.0 a proteína sofre um processo de desenovelamento, indicado pelo aumento da dimensão máxima da mesma. Nossos dados dão suporte para concluir que as interações entre as proteínas, a 10 mg/ml, são praticamente desprezíveis, exceto para os sistemas compostos a pH 2.0 (onde a proteína está desenovelada) e a pH 4.0 (onde evidenciamos a presença de interferência atrativa entre as proteínas). Entretanto, a medida em que aumentamos a concentração proteica, uma função de interferência do tipo repulsiva aparece na curvas de SAXS (para os sistemas de pH 4.0 a 9.0). Além disso, no sistema composto por BSA, pH 5.4 e 50 mg/ml, evidenciamos a existência de monômeros e dímeros em solução, provavelmente devido a proximidade do ponto isoelétrico da proteína (entre 4.8 5.6). Este efeito não foi evidenciado para os outros pHs, nesta mesma concentração. A pH 2.0 (25 e 50 mg/ml) evidenciamos uma compactação da proteína, sendo que sua forma é diferente da forma nativa da BSA. Nestas condições, é possível que a proteína tenha alcançado um estado molten globule, como evidenciado em outros trabalhos. Acreditamos que os efeitos de volume excluído são de grande importância para a estabilidade da proteína in vivo. / In this work we study, mainly by means of small angle X-ray scattering (SAXS), the influence of two phenothiazine derivatives on biomimetic systems as well as the self-assembly features. At the same time, the conformational stability of proteins in the presence of denaturant agents (pH and concentration) was evaluated. First of all, the phenothiazine compounds trifluoperazine (TFP) and chlorpromazine (CPZ) with micelles of the zwitterionic surfactant L--lysophosphatidylcholine (LPC), at pHs 4.0 and 7.0, are reported. The SAXS results demonstrate that, upon addition of both phenothiazines, the LPC micelle of prolate ellipsoidal shape changes into a cylindrically shaped micelle, increasing its axial ratio from 1.6 0.1 (in the absence of drug) to 2.5 0.1 (for 5 and 10 mM of phenothiazine). Such an effect is accompanied by a shrinking of the paraffinic shortest semiaxis from 22.5 0.3 to 20.0 0.5 Å. Besides, EPR (Electronic Paramagnetic Resonance) evidenced a bigger motion immobilization of the nitroxe probe, in the presence of phenothiazines. Our results provide evidence that the positively charged phenothiazine molecule must be accommodated near the hydrophobic/hydrophilic inner micellar interface. Furthermore, SAXS and EPR experiments were carried out to investigate the structure of the self-aggregates of CPZ and TFP, in aqueous solution. SAXS studies (drug solutions of 20 and 60 mM, at pH 4.0 and 7.0) evidenced that several different particle form factors with a homogeneous electron density distribution, in respect to the water environment, could reproduce the scattering curves. Due to the limitation of scattering intensity in the q range above 0.15 Å-1, precise determination of the aggregate shape was not possible and all of the tested models for ellipsoids, cylinders, or parallelepipeds fitted the experimental data equally well. The SAXS data allows inferring, however, that CPZ molecules might self-assemble in a basis set of an orthorhombic cell, remaining as nanocrystallites in solution. Such nanocrystals are composed of a small number of unit cells (up to 10, in c-direction), with CPZ aggregation numbers of 60-80. EPR spectra of 5- and 16-doxyl stearic acids bound to the aggregates were also performed, indicating a micelle-like aggregate at pH 4.0, and a significant motional restriction of the nitroxide was observed at pH 6.5. This implies that the aggregate is densely packed at this pH and that the nitroxide is tightly bound to it producing a strongly immobilized EPR spectrum. Finally, the effect of concentration and pH on the protein-protein interactions of BSA (Bovine Serum Albumin, from 10 up to 50 mg/ml) was evaluated by SAXS. Our results give support to infer that BSA keeps its native shape (similar to the Human Serum Albumin, HSA, crystallographic structure) unaltered at middle-acid (pH 4.0) up to basic pHs (9.0). At pH 2.0, however, BSA undergoes an unfolding process, indicated by a non globular shape. The protein-protein interactions were analysed into the Random Phase Approximation. The results show that at smaller amounts of BSA (10 mg/ml) the interference effects are not significative over the SAXS curve for pH 5.4 up to 9.0. At pH 4.0 and 10 mg/ml, however, an attractive potential takes place over the SAXS curves, that becomes repulsive with increasing BSA concentration. Besides, at pH 5.4 and 50 mg/ml, we evidenced a dimer-monomer co-existence in the solution. At pH 2.0 and 25 and 50 mg/ml, BSA undergoes to a compact conformation. Probably, BSA is in a molten globule state. Our results give also support to infer that probably, the exclude volume effect plays an important role on the protein stability in vivo.

Betalaínas são alcalóides coloridos e com alta capacidade antioxidante que são encontrados em plantas e fungos. A biossíntese destes produtos naturais baseia-se na conversão enzimática da L-tirosina em ácido betalâmico e na condensação aldimínica deste com aminoácidos. A semissíntese de betalaínas naturais para aprofundar o estudo desta classe de pigmentos estimulou o desenvolvimento de betalaínas artificiais, incluindo derivados funcionais. Uma betalaína cumarínica foi criada para ser usada como sonda fluorescente para marcação de Plasmodium falciparum em glóbulos vermelhos. Esta Tese de Doutorado apresenta a semissíntese e estudo de três betalaínas cumarínicas (cBeets) e uma carboestiril-betalaína (csBeet). Procurou-se estabelecer relações entre as estruturas destes compostos e suas propriedades físico-químicas e fotofísicas como ponto de partida no desenvolvimento de uma nova classe de betalaínas funcionais. São apresentados dados sobre a lipofilicidade, estabilidade frente à hidrólise, potencial redox, absorção de um e dois fótons e fluorescência. Interações intermoleculares destes compostos foram investigadas por medidas de fluorescência em misturas binárias de solventes polares, albumina sérica bovina e micelas reversas de AOT em heptano/água. / Instituto de Química, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2017. Betalains are colorful alkaloids with high antioxidant capacity that are found in plants and fungi. The biosynthesis of these natural products is based on the enzymatic conversion of L-tyrosine into betalamic acid and aldimine condensation thereof with amino acids. The semisynthesis of natural betalains improved the knowledge on this class of pigments and stimulated the development of artificial betalains, including functional derivatives. A coumarinic betalain was created to be used as a fluorescent label for Plasmodium falciparum on red blood cells. This Doctoral Thesis presents the semisynthesis and study of three coumarin betalains (cBeets) and one carbostyril betalain (csBeet). It was sought to establish relationships between the structures of these compounds and their physical-chemical and photophysical properties as a starting point in the development of a new class of functional betalains. Data on lipophilicity, hydrolysis stability, redox potential, one- and two-photon absorption and fluorescence are presented. Intermolecular interactions of these compounds were investigated by fluorescence measurements in binary polar solvent mixtures, bovine serum albumin and AOT reverse micelles in heptane/water.

O Trypanosoma cruzi é capaz de matabolizar aminoácidos como fontes de carbono e energia, dentre eles, o aminoácido histidina (His). Canonicamente, a via de degradação de His compreende quatro passos enzimáticos que consistem na oxidação de His a glutamato (Glu). O Glu gerado é convertido em alfa-cetoglutarato (α-KG), que é incorporado ao ciclo de Krebs (TCA), gerando coenzimas reduzidas que irão fornecer elétrons para a cadeia transportadora de elétrons (CTE), produzindo ATP. Nesse trabalho foi possível demonstrar que o substrato da terceira enzima envolvida na degradação de His (imidazolona propionase-TcIP), chamado 4-imidazolona-5-propionato (IPA) é oxidado não enzimáticamente a α-KG, e este é capaz de ser metabolizado diretamente via TCA. Ainda foi possível demonstrar que essa enzima se encontra formando um complexo macromolecular com a segunda enzima da via (urocanato hidratase TcUH). Finalmente, obervou-se que o controle da expressão da TcIP é importante no processo de metaciclogênse de T. cruzi. / Trypanosoma cruzi is able to catabolize amino acids as carbon and energy sources, among them the amino acid histidine (His). Canonically, the His degradation pathway comprises four enzymatic steps consisting of the oxidation of His to glutamate (Glu). The Glu is converted to alpha ketoglutarate (α-KG), which is incorporated into the Krebs cycle (TCA), generating reduced coenzymes that will supply electrons to the electron transport chain (ETC), producing ATP. In this work it was possible to demonstrate that the substrate of the third enzyme involved in the His degradation (imidazolonepropionase - TcIP), called 4-imidazolone-5-propionate (IPA), is non-enzymatically oxidized to α-KG, which is able to be metabolized directly through TCA. It was possible to demonstrate that this enzyme is forming a macromolecular complex with the second enzyme (urocanate hydratase - TcUH). Finally, it was established that the control of TcIP expression is important in the metacyclogenesis process in T. cruzi.