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.

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.

Orientador: Ana Carolina de Mattos Zeri / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T00:57:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nogueira_MariaLuizaCaldas_M.pdf: 8261820 bytes, checksum: 7c9ed2193fd77623b3a8beea794eb743 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A mTOR é uma via de sinalização muito conservada que controla o crescimento celular em resposta à presença de nutrientes e fatores de crescimento. A desregulação dessa via em humanos está relacionada a doenças como câncer e diabetes. A quinase TOR é ativada na presença de aminoácidos e recentemente descobriu-se que as pequenas GTPases da família Rag são mediadoras da sinalização por Leucina. Essas GTPases são ancoradas na superfície do lisossomo por meio da interação com um complexo de três proteínas denominado Ragulator. Esse complexo também ancora um braço da via das MAPKs (MEK-ERK) aos lisossomos. O entendimento deste complexo pode nos ajudar a elucidar doenças em que a via da mTOR se encontra desregulada. Neste trabalho obtivemos o complexo Ragulator, através da expressão da proteína p18 em corpos de inclusão e sua renaturação através da adição de suas parceiras Mp1/p14 à diálise. Foram realizados estudos biofísicos com a intenção de caracterização do complexo, entretanto o alto grau de dissociação do mesmo resultou em certa dificuldade para caracterizá-lo completamente. Neste trabalho caracterizamos os agregados formados pela p18 e conseguimos reduzir sua formação através de diálise contendo agente redutor e suas proteínas parceiras. A renaturação da p18 na presença de MP1/p14 favoreceu seu rendimento, indicando a interação entre estas proteínas, porém não foi possível estabilizar o complexo Ragulator O estudo da divisão bacteriana é centralmente dependente de FtsZ, um homólogo procariótico das tubulinas. FtsZ desencadeia a divisão ao formar o "anel Z", uma estrutura supramolecular constituída por polímeros de FtsZ que circunda o interior da célula e funciona como arcabouço do aparato de divisão. A formação do anel Z é regulada por moduladores, proteínas que afetam tanto negativamente como positivamente a capacidade de FtsZ polimerizar-se. A proteína MinC é um inibidor da polimerização de FtsZ, recrutada por MinD para a face interna da membrana plasmática, onde o complexo MinCD exerce sua função. MinCD representa um inibidor sítio-específico da polimerização da FtsZ, previnindo a formação do anel Z nos pólos das células mas permitindo que isto aconteça na região central. A elucidação deste processo seria de grande valia para o desenho racional de inibidores da divisão bacteriana. Neste trabalho, comprovamos a interação entre MinC e FtsZ por Ressonância Magnética Nuclear. Estes proteínas não se encontravam em sua forma monomérica e o alto peso molecular do complexo impossibilitou a identificação dos aminoácidos envolvidos nesta interação, devido a limites da técnica 15NHSQC. No momento, a proteína MinC está sendo expressa em presença de deutério, o que aumenta significativamente o limite da técnica de 15NHSQC. Foram realizados ainda estudos biofísicos com intuito de caracterização da interação / Abstract: The mTOR signaling pathway is a very well conserved pathway that controls cell growth in response to the presence of nutrients and growth factors. Deregulation of this pathway in humans is related to diseases like cancer and diabetes. The TOR kinase is activated in the presence of amino acids and it was recently discovered that the Rag small GTPases family are mediators of signaling by Leucine. These GTPases are anchored on the surface of the lysosome through interactions with a complex of three proteins called Ragulator. This complex also anchors an arm of the pathway of MAPKs (MEK-ERK) to lysosomes. Understanding this can help us to elucidate complex diseases in which the mTOR pathway is upregulated. In this work, the Ragulator complex was obtained through the expression of p18 protein in inclusion bodies and their refolding by adding their partners MP1/p14 to dialysis. Biophysical studies were conducted with the intention of characterizing the complex, however its high degree of dissociation resulted in some difficulty to characterize it completely. In this work we characterized the aggregates formed by p18 and managed reduce its formation by dialysis containing reducing agent and its partner proteins. The p18 renatuation with MP1/p14 improve its yield, indicating interaction among these proteins, however the Ragulator complex wasn't stabilized. The study of bacterial division is centrally dependent on FtsZ, a prokaryotic homologue of tubulin. FtsZ triggers the division to form the "Z ring", a supramolecular structure consisting in FtsZ polymers that surrounds the cell and acts as a frame of the division apparatus. The formation of the Z ring is regulated by modulators, proteins that affect both negatively and positively the ability of FtsZ to polymerize. The MinC protein is an inhibitor of FtsZ polymerization, recruits MinD to the inner surface of the plasma membrane, where the complex MinCD exerts its function. MinCD is an inhibitor of site-specific polymerization of FtsZ, preventing the formation of the Z ring at the poles of the cells but allowing this to happen in the central region. The elucidation of this process would be invaluable for the rational design of bacterial division inhibitors. In this work, we confirmed the interaction between MinC and FtsZ by Nuclear Magnetic Resonance. These proteins were not in their monomeric form and the high molecular weight of the complex prevented the identification of the amino acids involved in this interaction, due to limitations of the 15NHSQC technology. At present, the MinC protein is being expressed in the presence of deuterium, which significantly increases the limit of this technique 15NHSQC. Biophysical studies were also performed with the aim of characterizing the interaction / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Neospora caninum (filo Apicomplexa) é um parasita obrigatório intracelular como todos os membros deste filo, alguns reconhecidos por causarem doenças com impacto relevante na saúde humana (Plasmodium e Toxoplasma) e veterinária (Babesia, Eimeria e Cryptosporidium). Causador da neosporose, N. caninum vem emergindo como um dos maiores causadores de abortos infecciosos em bovinos, levando a consideráveis perdas econômicas na bovinocultura mundial. Devido à sua recente descoberta, o conhecimento sobre diversos processos bioquímicos de N.caninum ainda é limitado, demandando novas pesquisas para a compreensão de seus mecanismos de sobrevivência e consequente identificação de alvos para intervenção terapêutica. O processo de invasão celular é bastante investigado em pesquisas envolvendo apicomplexas, uma vez que a sobrevivência desses parasitas depende do sucesso de sua entrada na célula hospedeira. Proteínas secretadas de organelas filo-específicas (micronemas, roptrias e grânulos densos) estão intimamente envolvidas com a invasão celular. Elas são responsáveis pela interação inicial com a célula hospedeira, participam da junção de movimento formada no momento da invasão, e contribuem para a estabilização do vacúolo parasitóforo. Neste trabalho as proteínas secretadas por taquizoítas de N. caninum foram investigadas de duas formas: (1) por caracterização molecular de proteínas com domínio Apple; e (2) por estudo do secretoma do parasita. Os domínios proteicos do tipo Apple são caracterizados pela capacidade de interação proteína-proteína e proteína-carboidrato, e estão presentes em algumas proteínas micronêmicas com propriedades adesivas. Neste trabalho três proteínas de N. caninum contendo domínios Apple foram caracterizadas: MIC17A, MIC17B e MIC17C. A análise das sequências proteicas e das estruturas dos domínios Apple, obtidas por modelagem molecular, mostraram alta identidade sequencial e estrutural entre MIC17A e MIC17C. Apesar de ser paráloga às outras duas, MIC17B apresenta diferenças importantes em sua sequência e estrutura. Para MIC17B e MIC17C foram realizados experimentos de detecção das proteínas nativas nos extratos total e secretado do taquizoíta que sugerem diferentes formas de processamento entre essas proteínas no parasita. Para MIC17B foi confirmada a localização em micronemas, num padrão diferente do observado para MIC17C. Os ensaios de invasão combinados aos de localização indicam que estas proteínas estejam relacionadas ao processo de invasão celular, porém, suas funções permanecem desconhecidas. O secretoma é o conjunto de proteínas secretadas pelo parasita e, para explorar a composição deste extrato (ESA) no taquizoíta de N. caninum, duas abordagens complementares foram utilizadas. Na primeira abordagem foram identificadas as proteínas presentes no ESA por espectrometria de massas. Na segunda abordagem realizou-se uma ii quantificação relativa das proteínas, marcadas por dois isótopos, nos extratos totais de taquizoítas submetidos ou não ao estímulo secretório. O resultado esperado seria com as proteínas secretadas diminuídas no parasita estimulado. Em ambas as abordagens foram utilizadas técnicas de espectrometria de massas de alta resolução (nanoLC-MS/MS), o que resultou num alto número de identificações; 615 proteínas no ESA e 2011 proteínas quantificadas. A comparação das duas abordagens permitiu o reconhecimento de proteínas com maior probabilidade de secreção. Uma rede de interação entre as proteínas diferencialmente expressas foi predita, gerando resultados que, associados às informações sobre as proteínas aumentadas, permitiram uma investigação sobre proteínas potencialmente envolvidas com a regulação do metabolismo relacionado à secreção. Os resultados obtidos por ambos os estudos aqui demonstrados somam conhecimento acerca do parasita N. caninum e demonstram ser úteis para guiar a busca e seleção de alvos a serem investigados para o desenvolvimento de terapêutica contra a neosporose. / Neospora caninum (Apicomplexa phylum) is an obligatory intracellular parasite like all members from this phylum, some causing diseases with relevant impact on human (Plasmodium and Toxoplasma) and veterinary (Babesia, Eimeria and Cryptosporidium) health. Causative agent of neosporosis, N. caninum has emerged as one of the leading causes of infectious abortion in cattle, generating huge economical losses in worldwide livestock. Due to its recent discovery, knowledge of N. caninum biochemical processes remains scarce, demanding new research for comprehending its survival mechanisms and, consequently, identifying new targets for therapeutic intervention. The invasion process has often been investigated in apicomplexans since their survival depends on the success of their entry into the host cell. Proteins secreted from phylum-specific organelles (micronemes, rhoptries and dense granules) are deeply involved with invasion. They are responsible for the initial interaction with the host cell; participate of the moving junction formed in the moment of invasion; and contribute for the stabilization of the parasitophorus vacuole. In this study, the proteins secreted by N. caninum tachyzoites were investigated in two ways: (1) the molecular characterization of Apple domaincontaining proteins; and (2) exploring the parasite secretome. The Apple protein domains are characterized by the ability to interact as protein-protein and proteincarbohydrate, and are present in some microneme proteins with adhesive properties. Here three N. caninum proteins containing Apple domains were characterized: MIC17A, MIC17B and MIC17C. Analyses of the Apple domains sequences and structures, obtained by molecular modeling, revealed high sequential and structural identities between MIC17A and MIC17C. Although being a paralog of the other two proteins, MIC17B presents significant differences in its sequence and structure. Experiments were performed for native MIC17B and MIC17C detection in the total and secreted tachyzoite extracts, suggesting different processing forms for these proteins in the parasite. For MIC17B, the microneme localization was confirmed, differently from the pattern observed for MIC17C. Invasion and localization assays indicated that these proteins are related to the cell invasion process; nevertheless, their functions remain unknown. The secretome is the set of proteins secreted by the parasite and, to explore this extract (ESA) composition in N. caninum, two complementary approaches were used. Firstly proteins present in ESA were identified by mass spectrometry. In the second approach, a relative quantification was performed on the proteomes of ethanol stimulated/non stimulated tachyzoites, expecting that the secreted proteins would be down regulated at the stimulated parasite. Both approaches were performed with high resolution mass spectrometry techniques (nanoLC-MS/MS), reaching a high number of identifications: 615 proteins iv in ESA and 2011 quantified proteins. The comparison between both approaches allowed the recognition of the most likely secreted proteins. An interaction network was predicted, involving the differentially expressed proteins. These results, associated with the information of up regulated proteins, allowed the investigation of proteins potentially involved with the secretion metabolism regulation. The findings from our two studies add up knowledge about N. caninum and demonstrate to be useful in guiding the search and selection for new targets for therapeutic development against neosporosis.

Um grande número de proteínas está envolvido no processamento de rRNA, e cada uma delas desempenha uma ação específica, seja como um fator estrutural, regulatório ou catalítico. Apesar da biogênese dos ribossomos ter sido intensamente estudada, ainda não se tem conhecimento claro da função de muitas proteínas envolvidas neste mecanismo. Dentre os snoRNPs, o grupo denominado box C/D é responsável pela metilação e clivagens no pré-rRNA. Através da análise de interação proteína-proteína do sistema do duplo híbrido a proteína aqui denominada Nop17p foi isolada interagindo com a proteína Rrp43p, uma subunidade do exossomo. Estudos de microarray mostraram que o mutante nulo Δnop17 tem o mesmo fenótipo que mutantes de genes envolvidos em tradução. No presente trabalho apresentamos uma análise detalhada da função da Nop17p e a importância da sua interação com a proteína Nop58p, componente do snoRNP de box C/D. Observamos também um defeito na função da Nop58p na ausência da Nop17p e outro dado importante apresentado aqui é que a localização sub-celular de componentes de snoRNPs de box C/D não é correta na ausência de Nop17p. Estes resultados evidenciam um envolvimento direto entre Nop17p e snoRNPs de box C/D, com um papel de regulação da função e/ou na montagem desses complexos. Apresentamos também dados com a proteína homóloga de humanos (hNop17p), que foi expressada na cepa Δnop17 de levedura e que conseguiu suprimir parcialmente o fenótipo termo-sensível dessa cepa, demonstrando uma possível conservação da função de Nop17p ao longo da evolução. / In eukaryotes, pre-rRNA processing depends on cis-acting elements and on a large number of non-ribosomal trans-acting factors, including endonucleases and exonucleases, RNA helicases, rRNA modifying enzymes and components of snoRNPs. The exosome is a conserved eukaryotic protein complex containing multiple 3\'-5\' exonucleases, which has been implicated in pre-rRNA, snoRNA and snRNA processing, as well as in mRNA degradation. In order to identify new proteins involved in rRNA processing, we have screened a yeast two-hybrid cONA library, to isolate proteins interacting with the exosome subunit Rrp43p. In this screen, a novel nucleolar protein, Nop17p, was identified which also interacts with the box C/D snoRNP protein Nop58p. The NOP17 gene is not essential for cell viability but its deletion causes a temperature-sensitive phenotype. Pre-rRNA processing analyses revealed that rRNA formation is affected in the Δnop17 strain subjected to the non-permissive temperature, although it is not blocked completely. In addition, primer extension analyses of RNA isolated from Nop17p-depleted cells subjected to the non-permissive temperature indicates that the pre-rRNA is undergoing different modification or degradation processes in these cells as compared to the parental strain. Nop17p was recently described in the same complex as Nop58p and, interestingly, its depletion leads to mislocalization of Nop1p, Nop56p, Nop58p and Snu13p, which are the core proteins of the box C/D ribonucleoprotein (snoRNP), indicating that Nop17p function is required either for nucleolar retention or for the proper assembly ofthe box C/D snoRNP.

Neospora caninum (filo Apicomplexa) é um parasita obrigatório intracelular como todos os membros deste filo, alguns reconhecidos por causarem doenças com impacto relevante na saúde humana (Plasmodium e Toxoplasma) e veterinária (Babesia, Eimeria e Cryptosporidium). Causador da neosporose, N. caninum vem emergindo como um dos maiores causadores de abortos infecciosos em bovinos, levando a consideráveis perdas econômicas na bovinocultura mundial. Devido à sua recente descoberta, o conhecimento sobre diversos processos bioquímicos de N.caninum ainda é limitado, demandando novas pesquisas para a compreensão de seus mecanismos de sobrevivência e consequente identificação de alvos para intervenção terapêutica. O processo de invasão celular é bastante investigado em pesquisas envolvendo apicomplexas, uma vez que a sobrevivência desses parasitas depende do sucesso de sua entrada na célula hospedeira. Proteínas secretadas de organelas filo-específicas (micronemas, roptrias e grânulos densos) estão intimamente envolvidas com a invasão celular. Elas são responsáveis pela interação inicial com a célula hospedeira, participam da junção de movimento formada no momento da invasão, e contribuem para a estabilização do vacúolo parasitóforo. Neste trabalho as proteínas secretadas por taquizoítas de N. caninum foram investigadas de duas formas: (1) por caracterização molecular de proteínas com domínio Apple; e (2) por estudo do secretoma do parasita. Os domínios proteicos do tipo Apple são caracterizados pela capacidade de interação proteína-proteína e proteína-carboidrato, e estão presentes em algumas proteínas micronêmicas com propriedades adesivas. Neste trabalho três proteínas de N. caninum contendo domínios Apple foram caracterizadas: MIC17A, MIC17B e MIC17C. A análise das sequências proteicas e das estruturas dos domínios Apple, obtidas por modelagem molecular, mostraram alta identidade sequencial e estrutural entre MIC17A e MIC17C. Apesar de ser paráloga às outras duas, MIC17B apresenta diferenças importantes em sua sequência e estrutura. Para MIC17B e MIC17C foram realizados experimentos de detecção das proteínas nativas nos extratos total e secretado do taquizoíta que sugerem diferentes formas de processamento entre essas proteínas no parasita. Para MIC17B foi confirmada a localização em micronemas, num padrão diferente do observado para MIC17C. Os ensaios de invasão combinados aos de localização indicam que estas proteínas estejam relacionadas ao processo de invasão celular, porém, suas funções permanecem desconhecidas. O secretoma é o conjunto de proteínas secretadas pelo parasita e, para explorar a composição deste extrato (ESA) no taquizoíta de N. caninum, duas abordagens complementares foram utilizadas. Na primeira abordagem foram identificadas as proteínas presentes no ESA por espectrometria de massas. Na segunda abordagem realizou-se uma ii quantificação relativa das proteínas, marcadas por dois isótopos, nos extratos totais de taquizoítas submetidos ou não ao estímulo secretório. O resultado esperado seria com as proteínas secretadas diminuídas no parasita estimulado. Em ambas as abordagens foram utilizadas técnicas de espectrometria de massas de alta resolução (nanoLC-MS/MS), o que resultou num alto número de identificações; 615 proteínas no ESA e 2011 proteínas quantificadas. A comparação das duas abordagens permitiu o reconhecimento de proteínas com maior probabilidade de secreção. Uma rede de interação entre as proteínas diferencialmente expressas foi predita, gerando resultados que, associados às informações sobre as proteínas aumentadas, permitiram uma investigação sobre proteínas potencialmente envolvidas com a regulação do metabolismo relacionado à secreção. Os resultados obtidos por ambos os estudos aqui demonstrados somam conhecimento acerca do parasita N. caninum e demonstram ser úteis para guiar a busca e seleção de alvos a serem investigados para o desenvolvimento de terapêutica contra a neosporose. / Neospora caninum (Apicomplexa phylum) is an obligatory intracellular parasite like all members from this phylum, some causing diseases with relevant impact on human (Plasmodium and Toxoplasma) and veterinary (Babesia, Eimeria and Cryptosporidium) health. Causative agent of neosporosis, N. caninum has emerged as one of the leading causes of infectious abortion in cattle, generating huge economical losses in worldwide livestock. Due to its recent discovery, knowledge of N. caninum biochemical processes remains scarce, demanding new research for comprehending its survival mechanisms and, consequently, identifying new targets for therapeutic intervention. The invasion process has often been investigated in apicomplexans since their survival depends on the success of their entry into the host cell. Proteins secreted from phylum-specific organelles (micronemes, rhoptries and dense granules) are deeply involved with invasion. They are responsible for the initial interaction with the host cell; participate of the moving junction formed in the moment of invasion; and contribute for the stabilization of the parasitophorus vacuole. In this study, the proteins secreted by N. caninum tachyzoites were investigated in two ways: (1) the molecular characterization of Apple domaincontaining proteins; and (2) exploring the parasite secretome. The Apple protein domains are characterized by the ability to interact as protein-protein and proteincarbohydrate, and are present in some microneme proteins with adhesive properties. Here three N. caninum proteins containing Apple domains were characterized: MIC17A, MIC17B and MIC17C. Analyses of the Apple domains sequences and structures, obtained by molecular modeling, revealed high sequential and structural identities between MIC17A and MIC17C. Although being a paralog of the other two proteins, MIC17B presents significant differences in its sequence and structure. Experiments were performed for native MIC17B and MIC17C detection in the total and secreted tachyzoite extracts, suggesting different processing forms for these proteins in the parasite. For MIC17B, the microneme localization was confirmed, differently from the pattern observed for MIC17C. Invasion and localization assays indicated that these proteins are related to the cell invasion process; nevertheless, their functions remain unknown. The secretome is the set of proteins secreted by the parasite and, to explore this extract (ESA) composition in N. caninum, two complementary approaches were used. Firstly proteins present in ESA were identified by mass spectrometry. In the second approach, a relative quantification was performed on the proteomes of ethanol stimulated/non stimulated tachyzoites, expecting that the secreted proteins would be down regulated at the stimulated parasite. Both approaches were performed with high resolution mass spectrometry techniques (nanoLC-MS/MS), reaching a high number of identifications: 615 proteins iv in ESA and 2011 quantified proteins. The comparison between both approaches allowed the recognition of the most likely secreted proteins. An interaction network was predicted, involving the differentially expressed proteins. These results, associated with the information of up regulated proteins, allowed the investigation of proteins potentially involved with the secretion metabolism regulation. The findings from our two studies add up knowledge about N. caninum and demonstrate to be useful in guiding the search and selection for new targets for therapeutic development against neosporosis.

Submitted by Anderson Silva (avargas@icict.fiocruz.br) on 2012-10-09T18:04:23Z No. of bitstreams: 1 andre_b_veloso_ioc_bp_0047_2011.pdf: 4592043 bytes, checksum: a2b54a8751c7c9a32fe93ed74e1392a6 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-10-09T18:04:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 andre_b_veloso_ioc_bp_0047_2011.pdf: 4592043 bytes, checksum: a2b54a8751c7c9a32fe93ed74e1392a6 (MD5) Previous issue date: 2011 / FAPERJ / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. / No presente trabalho, as atividades proteolíticas de extratos totais das fases pré-imaginais (ovos, larvas e pupa) e de imagos (machos e fêmeas), de Cx. quinquefasciatus foram caracterizadas por enzimografia em uma dimensão. Adicionalmente, o perfil proteolítico dos órgãos internos dos adultos (intestino e gônadas) foi analisado. Ao se comparar o perfil proteolítico das distintas fases evolutivas, observou-se que esses perfis apresentam diferenças qualitativas e quantitativas na expressão de peptidases. As atividades proteolíticas de todos os estágios do inseto são devidas, principalmente, a serinopeptidases do tipo tripsina, com atividades ótimas na faixa de pH alcalino. As tripsinas ativas dos quatro estádios larvais apresentam ampla estabilidade térmica, sendo ativas entre 25 °C – 65 °C, com atividade ótima entre 37 °C – 50 °C.. O perfil proteolítico dos imagos revelou que a expressão de algumas peptidases do tipo tripsina é sexo-específica e órgão-específica, sendo o perfil proteolítico das fêmeas mais complexo em número e intensidade quando ao perfil dos machos. Finalmente, o primeiro mapa proteômico parcial do intestino de fêmeas de Cx. quinquefasciatus foi obtido por eletroforese bidimensional e as proteínas foram identificadas por espectrometria de massas. / In this work, the proteolytic activities from total extracts of pre-imaginal stages (eggs, larvae and pupa) and adults (male and female) of peptidases of Cx. quinquefasciatus were characterized by one-dimensional zymography. In addition, the proteolytic profile from specific tissues such as gut and gonads was analyzed. Comparison of the proteolytic profiles from all life cycle stages revealed several quali- and quantitative differences in the peptidase expression. The proteolytic activities from both pre-imaginal and imaginal stages are mostly due to trypsin-like serine peptidases which display optimal activities at alkaline pH. The proteolytic enzymes of the four larval stages exhibited a broad thermal stability, showing activities in a range of 25 °C – 65 °C, with optimal activity between 37 °C – 50 °C. The proteolytic profile from imaginal stages revealed that the expression of some peptidase isoforms is sex-specific and tissue-specific. In addition, it was observed that the proteolytic profile from females is more complex, both in number of activities and in intensity levels, than that observed in males. Finally, it is reported here the first proteomic map of Cx. quinquefasciatus female gut obtained by two-dimensional electrophoresis and mass spectrometry analysis.

Um grande número de proteínas está envolvido no processamento de rRNA, e cada uma delas desempenha uma ação específica, seja como um fator estrutural, regulatório ou catalítico. Apesar da biogênese dos ribossomos ter sido intensamente estudada, ainda não se tem conhecimento claro da função de muitas proteínas envolvidas neste mecanismo. Dentre os snoRNPs, o grupo denominado box C/D é responsável pela metilação e clivagens no pré-rRNA. Através da análise de interação proteína-proteína do sistema do duplo híbrido a proteína aqui denominada Nop17p foi isolada interagindo com a proteína Rrp43p, uma subunidade do exossomo. Estudos de microarray mostraram que o mutante nulo Δnop17 tem o mesmo fenótipo que mutantes de genes envolvidos em tradução. No presente trabalho apresentamos uma análise detalhada da função da Nop17p e a importância da sua interação com a proteína Nop58p, componente do snoRNP de box C/D. Observamos também um defeito na função da Nop58p na ausência da Nop17p e outro dado importante apresentado aqui é que a localização sub-celular de componentes de snoRNPs de box C/D não é correta na ausência de Nop17p. Estes resultados evidenciam um envolvimento direto entre Nop17p e snoRNPs de box C/D, com um papel de regulação da função e/ou na montagem desses complexos. Apresentamos também dados com a proteína homóloga de humanos (hNop17p), que foi expressada na cepa Δnop17 de levedura e que conseguiu suprimir parcialmente o fenótipo termo-sensível dessa cepa, demonstrando uma possível conservação da função de Nop17p ao longo da evolução. / In eukaryotes, pre-rRNA processing depends on cis-acting elements and on a large number of non-ribosomal trans-acting factors, including endonucleases and exonucleases, RNA helicases, rRNA modifying enzymes and components of snoRNPs. The exosome is a conserved eukaryotic protein complex containing multiple 3\'-5\' exonucleases, which has been implicated in pre-rRNA, snoRNA and snRNA processing, as well as in mRNA degradation. In order to identify new proteins involved in rRNA processing, we have screened a yeast two-hybrid cONA library, to isolate proteins interacting with the exosome subunit Rrp43p. In this screen, a novel nucleolar protein, Nop17p, was identified which also interacts with the box C/D snoRNP protein Nop58p. The NOP17 gene is not essential for cell viability but its deletion causes a temperature-sensitive phenotype. Pre-rRNA processing analyses revealed that rRNA formation is affected in the Δnop17 strain subjected to the non-permissive temperature, although it is not blocked completely. In addition, primer extension analyses of RNA isolated from Nop17p-depleted cells subjected to the non-permissive temperature indicates that the pre-rRNA is undergoing different modification or degradation processes in these cells as compared to the parental strain. Nop17p was recently described in the same complex as Nop58p and, interestingly, its depletion leads to mislocalization of Nop1p, Nop56p, Nop58p and Snu13p, which are the core proteins of the box C/D ribonucleoprotein (snoRNP), indicating that Nop17p function is required either for nucleolar retention or for the proper assembly ofthe box C/D snoRNP.