Em eucariotos, o processamento de pré-rRNA depende de vários fatores como endonucleases, exonucleases, RNA helicases, enzimas modificadoras de rRNA e componentes de snoRNPs. Com o objetivo de caracterizar novas proteínas envolvidas no processamento de pré-rRNA, foi identificada a proteína Nop53p interagindo com a proteína nucleolar Nop17p a partir de uma varredura da biblioteca de cDNAs de Saccharomyces cerevisiae. A cepa condicional contendo a seqüência da ORF NOP53 sob controle do promotor de galactose não cresce em meio contendo glicose, indicando que Nop53p seja uma proteína essencial para a viabilidade celular. Os resultados deste trabalho demonstram que Nop53p está envolvida nas etapas iniciais de clivagem do pré-rRNA, assim como nas clivagens responsáveis pela formação dos rRNAs maduros 5.8S e 25S. Análise mais detalhada do processamento de pré-RNA por Northern blot e \"pulse-chase labeling\", revelou também que Nop53p afeta principalmente o processamento do rRNA intermediário 27S, que origina os rRNAs maduros 5.8S e 25S. Nop53p participa do processamento desses rRNAs afetando a poliadenilação dos precursores dos rRNAs 5.8S e 25S. Experimentos de co-imunoprecipitação de RNA com a proteína de fusão ProtA-Nop53p confirmaram o envolvimento de Nop53p no processamento do 27S rRNA, indicando que essa proteína possa ligar RNA diretamente. A capacidade de Nop53p de ligar RNA foi confirmada através de testes in vitro, enquanto que ensaios de co-imunoprecipitação de cromatina revelaram que Nop53p liga-se ao rRNA 5.8S durante a transcrição. Nop53p regula a função do exossomo através da sua interação direta com a subunidade exclusivamente nuclear deste complexo, Rrp6p. / In eukaryotes, the rRNA processing depends on several factors, such as, endonucleases, exonucleases, RNA helicases, rRNA modifying enzymes and components of the snoRNPs. With the purpose of characterizing new proteins involved in pre-rRNA processing, Nop53p was identified interacting with the nucleolar protein Nop17p in a two hybrid assay. The conditional yeast strain containing the sequence of the ORF NOP53 under the control of the galactose promoter cannot grow in medium containing glucose, indicating that the protein is essential for cell viability. The results of this work demonstrate that Nop53p is involved in the initial steps of pre-rRNA processing and in the cleavages responsible for the formation of the mature rRNAs 5.8S and 25S. A more detailed analysis of the pre-rRNA processing, by Northern blot and pulse-chase labeling, revealed that Nop53p affects the processing of the 27S precursor, that originates the rRNAs 5.8S and 25S. Nop53p participates in the processing of these RNAs by affecting the polyadenylation of the precursors of the rRNAs 5.8S and 25S. RNA co-imunoprecipitation assays with the fusion protein A-Nop53p confirmed the involvement of Nop53p in the processing of the 27S pre-rRNA, indicating that the protein may interact directly with the RNA. The capacity of Nop53p to bind RNA was confirmed by in vitro assays, while chromatin imunoprecipitation assays demonstrated that Nop53p binds the 5.8S rRNA co- transcriptionally. Nop53p regulates the function of the exosome by interacting directly with the exclusively nuclear subunit of the complex, Rrp6p.

Orientador: Maria Célia Bertolini / Banca: Ana Paula Ulian de Araujo / Banca: Julio Cesar Borges / Resumo: Trabalhos anteriores realizados pelo nosso grupo levaram à identificação da proteína RVB-1 de Neurospora crassa como capaz de se ligar a um fragmento de DNA contendo o motif STRE (Stress Responsive Element). Este elemento de DNA, em Saccharomyces cerevisiae, é descrito estar presente na região promotora de genes responsivos a estresse, incluindo o estresse térmico. Uma busca nos bancos de dados de proteínas mostrou que a RVB-1 apresenta homologia estrutural à proteína RuvBL1 de humanos. Além disso, esta proteína é descrita possuir uma proteína paráloga, RuvBL2 ou Rvb2 de humano e S. cerevisiae, respectivamente, cuja proteína ortóloga em N. crassa foi denominada RVB-2. As proteínas RuvBLs foram encontradas estarem associadas a vários processos celulares, muito provavelmente devido as suas capacidades de formar grandes complexos proteicos e possuírem atividade ATPásica. Neste trabalho, estas proteínas foram parcialmente caracterizadas do ponto de vista funcional, bioquímico e biofísico. Os resultados obtidos por microscopia de fluorescência mostraram que ambas apresentam localização nuclear quando o fungo foi exposto a estresse térmico. A análise da expressão da proteína RVB-V5 mostrou estar aumentada, nessa mesma condição ambiental, quando analisada por Western blot. As duas proteínas foram produzidas na forma recombinante em Escherichia coli, tanto isoladamente quanto juntas, e a análise da expressão mostrou alta estabilidade em solução quando ambas foram produzidas em uma me... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Previous work by our group identified the Neurospora crassa RVB - 1 protein as able of binding to a DNA fragment containing the Stress Responsive Element (STRE). In Saccharomyces cerevisiae, this element is present in the promoter region of genes responsive to stress, including heat stress. RVB - 1 shows structural homology to human RuvBL1 protein, and is described to have a paralog, the RuvBL2 or Rvb2 protein in human and S. cerevisiae, respect ively. The N. crassa orthologous protein was identified and named RVB - 2. The RuvBLs proteins have been found to be associated with diverse cellular processes, most likely due to their ability to form large protein complexes and to have ATPase activity. In this work, these proteins were functional, biochemical and biophysically characterized. The fluorescence microscopy results showed that both proteins present nuclear localization in the fungus exposed to heat stress. Analyses of protein expression by Weste rn blot showed an increased expression of the RVB - 1 - v5 protei n in this same condition . The two proteins were produced in Escherichia coli, and expression analyses showed higher stability in solution when both were produced together. Both proteins showed in vitro interaction by pulldown analysis. The RVB - 1/2 complex has the secondary structure mostly formed by α - helices as analysis by CD. The size - exclusion chromatography suggested that the complex present different oligomeric structures when analyzed in the absence a... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Lucilene Arilho Ribeiro Bicudo / Resumo: A Síndrome de Microdeleção 22q11 (SD22q11), causada por uma deleção de aproximadamente 3Mb na região 22q11, apresenta uma frequencia média de 1 em 4000 a 9800 nascidos vivos sendo considera a síndrome de microdeleção mais frequente e a segunda causa mais comum de atraso no desenvolvimento e de doença congênita grave, após a síndrome de Down. De acordo com o tamanho e a localização da deleção, diferentes genes podem ser afetados e o principal gene considerado como responsável pelos sinais clássicos da síndrome é o TBX1. A SD22q11 caracteriza-se por um espectro fenotípico bastante amplo, com efeitos pleiotrópicos que resultam no acometimento de praticamente todos os órgãos e/ou sistemas, altamente variáveis com mais de 180 sinais clínicos já descritos, tanto físicos como comportamentais. Nesse trabalho aplicamos ferramentas de bioinformática com o intuito de descobrir padrões clínicos e sistêmicos da deleção 22q11, classificando casos sindrômicos em típicos e atípicos e estudando o impacto da deleção em redes de interação proteína-proteína (PPI). Para avaliação dos sinais clínicos que pudessem diferenciar pacientes sindrômicos foi aplicado uma metodologia baseada em aprendizado de máquina para classificar os casos em típico e atípico de acordo com os sinais clínicos através do algoritmo J48 (um algoritmo de árvore de decisão). As árvores de decisão selecionadas foram altamente precisas. Sinais clínicos como fissura oral, insuficiência velofaríngea, atraso no desenvolvimento de ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The 22q11 Microdeletion Syndrome (22q11DS), caused by a deletion of approximately 3Mb in the 22q11 region, has an average frequency of 1 in 4000 to 9800 live births and is considered the most frequent microdeletion syndrome and the second most common cause of developmental delay and severe congenital disease after Down syndrome. According to the size and location of the deletion, different genes may be affected and the main gene considered to be responsible for the classic signs of the syndrome is TBX1. 22q11DS is characterized by a very broad phenotypic spectrum with pleiotropic effects that result in the involvement of variable organs and/or systems with more than 180 clinical signs already described, both physical and behavioral. In this work, we applied bioinformatics tools to detect clinical and systemic patterns of 22q11 deletion, classifying typical and atypical syndromic cases, and studying the impact of deletion on protein-protein interaction (PPI) networks. To evaluate clinical signs that could differentiate syndromic patients, a machine-learning based methodology was used to classify the cases into typical and atypical according to the clinical signs through the algorithm J48 (a decision tree algorithm). The selected decision trees were highly accurate. Clinical signs such as oral fissure, velopharyngeal insufficiency, speech and language development delay, specific learning disability, behavioral abnormality and growth delay were indicative for case classification... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

A flor se caracteriza como um ramo altamente modificado, especializado na reprodução das angiospermas. Por ser responsável por um processo tão crucial no ciclo de vida das plantas, o desenvolvimento das flores é estritamente regulado por vias genéticas e sinais ambientais que controlam a transição da fase vegetativa para fase reprodutiva. Esse controle culmina na determinação no meristema floral, o qual se diferenciará nos quatro verticilos florais: sépalas, pétalas, estames e pistilo. Dentre os quatro verticilos, os estames e o pistilo são os órgãos responsáveis pela reprodução, logo é de suma importância compreender mecanismos moleculares responsáveis pelo correto desenvolvimento desses órgãos. Com o intuito de melhor compreender o desenvolvimento do pistilo, nosso grupo de pesquisa fez a caracterização inicial de um gene preferencialmente expresso no pistilo de Nicotiana tabacum, que controla a proliferação celular nesse órgão e foi denominado SCI1 (Stigma/style Cell-cycle Inhibitor 1). No entanto, seu mecanismo de ação ainda não foi elucidado. Avanços nas investigações tem revelado uma extensa rede de proteínas com as quais SCI1 interage, o que permitiu assumir que SCI1 está envolvido em vias de processamento de RNA e no ciclo celular. Seu envolvimento em processos celulares básicos, levantou a hipótese de uma possível expressão no início do desenvolvimento floral. Portanto, este trabalho teve por objetivos determinar onde e quando o gene SCI1 inicia sua expressão em flores de Nicotiana tabacum; relacionar a expressão de SCI1 com o desenvolvimento do pistilo; e analisar a regulação transcricional de SCI1. Através da hibridização in situ foi possível determinar que SCI1 inicia sua expressão no meristema floral e segue se expressando intensamente nos primórdios iniciais dos verticilos florais. A expressão de SCI1 no meristema floral e primórdios dos verticilos indica que este gene pode estar envolvido no desenvolvimento de todos os verticilos florais. A medida que os verticilos se especificam, a expressão de SCI1 é reduzida, exceto no pistilo, órgão em que se localizam as últimas células meristemáticas a se diferenciarem. O mRNA de SCI1 foi detectado tanto nos carpelos não fusionados, quanto já fusionados. A hibridização in situ também revelou a coexpressão de SCI1 com o gene NAG1 no meristema floral, nos verticilos dos estames e carpelos. NAG1 codifica um fator de transcrição responsável pela especificação do terceiro e quarto verticilos florais e SCI1 foi descrito como um gene que controla o desenvolvimento de estigmaxv e estilete, estruturas que fazem parte do quarto verticilo, logo essa co-expressão revela uma possível interação desse fator de transcrição com o promotor de SCI1. Essa interação foi predita in silico e confirmada em ensaio de mono híbrido (Yeast One Hybrid) com uma porção do promotor de SCI1, denominada frag1, que compreende 443pb acima do códon de iniciação (ATG). Análises in silico também encontraram um putativo sítio para a interação do fator de transcrição WUSCHEL nesse mesmo fragmento, no entanto os resultados obtidos nos ensaios de mono híbrido para esta interação foram inconclusivos. Plantas transgênicas expressando a proteína SCI1 em fusão traducional a GFP, sob controle do promotor endógeno de SCI1, foram capazes de reproduzir a expressão endógena desse gene e possibilitaram determinar a localização da proteína. Como o mRNA, a proteína SCI1 é encontrada a partir do meristema floral e em todos os verticilos florais. A medida que a flor se desenvolvia, a proteína foi reduzindo sua quantidade de maneira centrípeta nos verticilos, no entanto essa redução não foi observada no pistilo até o estádio 2, estádio em que foi possível a observação (devido ao tamanho da flor). Nessas plantas também foi possível detectar a proteína SCI1 nos tecidos especializados do estilete e estigma, tecido transmissor do estilete e zona secretória do estigma, respectivamente, assim como nas células do parênquima. Essas plantas também possibilitaram observar a proteína nos óvulos e confirmar sua localização em núcleo e nucléolo. Esse conjunto de dados confirmam a hipótese da expressão de SCI1 no meristema floral. Além disso, os resultados demonstram que a expressão de SCI1 é regulada diretamente pelo fator de transcrição NAG1 / The flower is characterized as a highly modified branch, specialized in the reproduction of angiosperms. Since it is responsible for such a crucial process in the life cycle of plants, flower development is strictly regulated by genetic pathways and environmental signals that control the transition from the vegetative phase to the reproductive phase. This control culminates in the floral meristem determination, which will differentiate in the four flower whorls: sepals, petals, stamens and pistil. Among the four whorls, stamens and pistil are the organs responsible for reproduction, so it is extremely important to understand the molecular mechanisms responsible for the correct development of these organs. In order to better understand the development of pistil, our research group made the initial characterization of a gene preferentially expressed in the pistil of Nicotiana tabacum, which controls cell proliferation in this organ and was denominated SCI1 (Stigma/style Cell-cycle Inhibitor 1). However, its mechanism of action has not yet been elucidated. Advances in the investigations have revealed an extensive network of proteins with which SCI1 interacts, which has allowed to assume that SCI1 is involved in RNA processing pathways and in the cell cycle. Its involvement in basic cellular processes, raised the hypothesis of a possible expression at the beginning of floral development. Therefore, this work had as objectives to determine where and when the SCI1 gene starts its expression in flowers of Nicotiana tabacum; to correlate SCI1 expression to pistil development; and to analyze the transcriptional regulation of SCI1. Through in situ hybridization, it was possible to determine that SCI1 starts its expression in the floral meristem and continues to express intensely in the early primordia of floral whorls. The expression of SCI1 in floral meristem and whorl primordia indicates that this gene may be involved in the development of all floral whorls. As the whorls are specified, the expression of SCI1 is reduced, except in the pistil, organ in which the last meristematic cells are located. SCI1 mRNA was detected in both unfused and fused carpels. In situ hybridization also revealed the co-expression of SCI1 with the NAG1 gene in the floral meristem, in the whorls of stamens and carpels. NAG1 encodes a transcription factor responsible for the specification of the third and fourth floral whorls and SCI1 was described as a gene that controls the development of stigma and style, structures that are part of the fourth whorl, so this co-expression reveals a possible interaction of this transcription factor with the SCI1 promoter. This interaction was predicted in silico and confirmed in a Yeast One Hybrid assay with a portion of the SCI1 promoter, called frag1, comprising 443bp upstream the initiation codon (ATG). In silico analyzes also found a putative site for the interaction of the WUSCHEL transcription factor in this same fragment, however the results obtained in Yeast One Hybrid assays for this interaction were inconclusive. Transgenic plants expressing the SCI1 protein in translational fusion to GFP, under the control of the endogenous SCI1 promoter, were able to reproduce the endogenous expression of this gene and enabled to determine the location of the protein. Like the mRNA, the SCI1 protein is found since the floral meristem and on all floral whorls. As the flower developed, the protein was reducing its amount in a centripetal way in the whorls, however this reduction was not observed in the pistil until the stage 2, the last stage in which the observation was possible (due to the size of the flower). In these plants it was also possible to detect the SCI1 protein in the specialized tissues of style and stigma, stylar transmitting tissue and stigmatic secretory zone, respectively, as well as in the parenchyma cells. These plants also allowed the observation of the protein in ovules and to confirm its localization in nucleus and nucleolus. This data set confirms the hypothesis of SCI1 expression in floral meristem. In addition, the results demonstrate that SCI1 expression is directly regulated by the transcription factor NAG1

A divisão celular bacteriana é orquestrada por FtsZ, uma proteína homóloga à tubulina eucariótica que possui a capacidade de polimerizar e gerar uma estrutura chamada de anel Z. O local onde esta estrutura citoesquelética contrátil é formada determina o futuro sítio de divisão. O complexo MinCD é um dos principais reguladores da posição da divisão, favorecendo a montagem do anel Z precisamente na região medial da bactéria. MinCD age como um inibidor sítio específico da polimerização de FtsZ, atuando preferencialmente nos polos celulares. MinC é a proteína do complexo que atua diretamente sobre FtsZ e inibe sua polimerização. Essa tese elucida a interação entre FtsZ e MinC e sugere o mecanismo exercido por MinC em Bacillus subtilis. Foi triada uma biblioteca de mutantes randômicos de FtsZ para identificação de mutantes resistentes à ação de MinC. Dentre estes, as substituições K243R e D287V, quando caracterizados usando espalhamento de luz e espectroscopia de fluorescência impediram a interação com MinC. Como as mutações estavam localizados em torno das hélices H-9 e H-10 no domínio C-terminal de FtsZ, concluímos que esta região representa o sítio de interação com MinC desta proteína. Como complemento ao mapeamento do sitio de ligação de MinC em FtsZ, identificamos a região de MinC que interage com FtsZ. Para tanto, escolhemos resíduos de MinC para mutagênese e caracterização. A escolha priorizou os resíduos conservados entre espécies Gram-positivas, experimentos de RMN, carga e exposição ao solvente dos mesmos. Dentre os resíduos de MinC mutados que afetaram sua capacidade de inibir a polimerização de FtsZ in vitro foram: Y8 e K12 (β-1), K15 (alça-2), H55 (β-3) , H84 (β-4) e K149 (C-terminal). Sendo assim, podemos concluir que a face de interação para FtsZ em MinC de B. subtilis é a única folha β do domínio N-terminal desta proteína. Com base nos sítios mapeados das duas proteínas experimentalmente, criamos um modelo in silico do complexo MinC-FtsZ por docking molecular. De acordo com o modelo gerado, MinC interage com a porção lateral de polímeros de FtsZ. Isto sugere que MinC atue na inibição da formação de feixes de filamentos de FtsZ, impedindo assim a formação de anéis Z funcionais. Esse mecanismo de ação do sistema Min é diferente do proposto para E. coli, no qual MinC interage com a face de polimerização FtsZ-FtsZ e impede a formação de protofilamentos de FtsZ. / Bacterial cell division is orchestrated by FtsZ, a protein homologous to eukaryotic tubulin that has the ability to polymerize and generate a cytoplasmic structure called the Z ring. The subcellular location where this cytoskeletal structure is formed determines the future division site. The MinCD complex is one of the main regulators of the position of cell division, driving the assembly of Z-ring precisely at the medial region of the cell. MinCD acts as a site-specific inhibitor of FtsZ polymerization, blocking Z ring formation at the cell poles. MinC is the protein of the complex that acts directly on FtsZ and inhibits its polymerization. This thesis elucidates the interaction between FtsZ and MinC and suggests the MinC mechanism in Bacillus subtilis. An ftsZ randomly mutagenized library was screened to identify mutants that are resistant to MinC action. Using right-angle light scattering and fluorescence spectroscopy we showed that substitutions K243R and D287V lost the interaction to MinC. These substituted residues clustered around the H-9 and H-10 helices in the C-terminal domain of FtsZ, thus, we conclude that this region is the binding site for MinC. In addition to mapping the MinC binding site on FtsZ, we also identified the FtsZ binding site in MinC. Based on residue conservation, NMR experiments and exposure to solvent, we chose residues of MinC for mutagenesis and characterization. The substituted residues that di srupted MinC ability to inhibit FtsZ polymerization in vitro were: Y8 and K12 (β-1), K15 (turn-2) , H55 (β-3), H84 (β-4) and K149 (C-terminal). Thus, we conclude that the binding site of MinC for FtsZ is located on the β only sheet at the N-terminal domain of MinC from B. subtilis. Finally, based on the binding sites of the two proteins mapped experimentally, we created a model of the complex between MinC and FtsZ by molecular docking. According to the generated model, MinC interacts with the lateral portion of FtsZ polymers. This indicates that MinC should inhibit assembly of higher order FtsZ polymers, thereby preventing the formation of a functional Z-ring. This mechanism of Min is different from that proposed in E. coli, in which MinC interacts with FtsZ polymerization interface and inhibits FtsZ protofilament formation.

Septinas abrangem uma família conservada de proteínas que ligam e hidrolisam GTP e formam heterofilamentos, anéis e redes para realizar as suas funções. Apresentam três domínios estruturais: o domínio N-terminal contendo uma sequência polibásica (para ligar membranas), o domínio de ligação ao nucleotídeo (G) e o domínio C-terminal que inclui uma sequência predita de formar um coiled-coil. Em humanos, as 13 septinas são classificadas em quatro grupos (I, II, III e IV) baseadas nas sequências de aminoácidos. O único filamento caracterizado estruturalmente, até hoje, é o formado por SEPT2-SEPT6-SEPT7, mostrando que as subunidades interagem através de duas interfaces (chamadas G e NC). Os determinantes estruturais da montagem correta do filamento são pouco conhecidos, sendo o estudo limitado pela complexidade em purificar e cristalizar complexos triméricos ou tetraméricos. Uma abordagem alternativa é estudar interfaces individuais de um filamento (G e/ou NC) por separado. Assim, o presente projeto objetivou estudar, utilizando uma abordagem biofísica e estrutural, a interface G formada por SEPT5 e SEPT8 para elucidar os fatores importantes em determinar a sua especificidade. Os domínios GTPase de SEPT5 e SEPT8 foram clonadas em vetor de expressão bicistrônico pET-Duet, co-expressas e co-purificadas. Estudos de análise do estado oligomérico e homogeneidade foram conduzidos utilizando cromatografia de exclusão molecular, espalhamento dinâmico de luz e ultracentrifugação analítica, revelando um complexo dimérico e monodisperso. O complexo apresenta uma mistura aproximadamente equimolar de nucleotídeos (GTP e GDP) ligados enquanto SEPT8(G) sozinha é incapaz de ligar qualquer um dos dois. Além disto o complexo apresenta uma termoestabilidade maior que SEPT8(G), verificado por um aumento em Tm de 5°C. Com o intuito de observar os determinantes estruturais da especificidade, ensaios de cristalização foram conduzidos e assim, cristais do complexo SEPT5-SEPT8(G) que difrataram apenas a muito baixa resolução foram obtidos. Na ausência de uma estrutura cristalográfica, modelagem por homologia foi realizada para analisar as interfaces G entre diferentes combinações de septinas. Identificamos uma interação entre aminoácidos característicos (aminoácidos únicos para cada grupo de septinas) para o complexo formado entre membros do grupo III, (incluindo SEPT5) e membros do grupo II, (incluindo SEPT8). Esta interação entre Phe131 (grupo III) e Thr19 (grupo II) pode explicar a especificidade na formação de uma interface G entre septinas destes grupos durante a formação do filamento e além disso, a importância da presença do GTP ligado ao septina do grupo II. Com isto, propomos pela primeira vez uma explicação plausível da relevância da perda de atividade catalítica das septinas deste grupo, um fato inexplicado até o momento. Mutação dos resíduos identificados levou a uma mudança no seu perfil de eluição do complexo durante purificação por exclusão molecular indicando alterações na formação do complexo mutante. / Septins are a conserved family of proteins that bind and hydrolyze GTP and form heterofilaments, rings and networks in order to carry out their functions. They have three structural domains: an N-terminal domain containing a polybasic sequence (for membrane binding), a nucleotide-binding (G) domain and a C-terminal domain including a sequence predicted to form a coiled-coil. In humans, 13 septins have been classified into four groups (I, II, III and IV) based on their amino acid sequences. The only structurally characterized filament described to date is formed by SEPT2-SEPT6-SEPT7, which reveals that the subunits interact through two different interfaces (G and NC). The structural determinants of correct filament assembly are poorly known, and this is limited by the complexity of purifying and crystallizing trimeric or tetrameric complexes. An alternative approach is to study a single filament interface (G or NC) on its own. Here, we aimed to study, using biophysical and structural approaches, the G interface formed between SEPT5 and SEPT8 to elucidate the factors relevant to determining its specificity. The GTPase domain of SEPT5 and SEPT8, were cloned into the bicistronic expression vector pET-Duet, co-expressed and co-purified. Studies to determine the oligomeric state and homogeneity of the complex were conducted using size exclusion chromatography, dynamic light scattering and analytical ultracentrifugation, revealing a monodisperse dimer for SEPT5-SEPT8(G). The complex elutes with an approximately equimolar mixture of bound nucleotides (GTP and GDP) whereas SEPT8(G) alone is shown to be unable to bind either. Furthermore, the complex has a greater thermostability than SEPT8(G), demonstrated by an increase of 5°C in Tm. In order to determine the structural determinants of specificity, crystallization trials were conducted and crystals of the SEPT5-SEPT8(G) complex were obtained, but these diffracted to only very low resolution. In the absence of a crystal structure, homology modeling was performed to analyze the potential G interfaces between different septin combinations. An interaction between characteristic amino acids (those which are unique to given septin group) was identified for the complex formed between group III septins (including SEPT5) and group II septins (including SEPT8). This interaction, between Phe131 (group II) and Thr19 (group III) may explain the specificity in the formation of a G interface between septins of these groups during filament formation and furthermore the importance of GTP bound to the group II septin. These observations allow us to propose for the first time a plausible explanation for relevance of the loss of catalytic activity by this septin group, an unexplained fact up until now. Mutation of the identified residues resulted in a change in the elution profile of the complex from the size exclusion column suggesting structural alterations in the mutants.

Septinas abrangem uma família conservada de proteínas que ligam e hidrolisam GTP e formam heterofilamentos, anéis e redes para realizar as suas funções. Apresentam três domínios estruturais: o domínio N-terminal contendo uma sequência polibásica (para ligar membranas), o domínio de ligação ao nucleotídeo (G) e o domínio C-terminal que inclui uma sequência predita de formar um coiled-coil. Em humanos, as 13 septinas são classificadas em quatro grupos (I, II, III e IV) baseadas nas sequências de aminoácidos. O único filamento caracterizado estruturalmente, até hoje, é o formado por SEPT2-SEPT6-SEPT7, mostrando que as subunidades interagem através de duas interfaces (chamadas G e NC). Os determinantes estruturais da montagem correta do filamento são pouco conhecidos, sendo o estudo limitado pela complexidade em purificar e cristalizar complexos triméricos ou tetraméricos. Uma abordagem alternativa é estudar interfaces individuais de um filamento (G e/ou NC) por separado. Assim, o presente projeto objetivou estudar, utilizando uma abordagem biofísica e estrutural, a interface G formada por SEPT5 e SEPT8 para elucidar os fatores importantes em determinar a sua especificidade. Os domínios GTPase de SEPT5 e SEPT8 foram clonadas em vetor de expressão bicistrônico pET-Duet, co-expressas e co-purificadas. Estudos de análise do estado oligomérico e homogeneidade foram conduzidos utilizando cromatografia de exclusão molecular, espalhamento dinâmico de luz e ultracentrifugação analítica, revelando um complexo dimérico e monodisperso. O complexo apresenta uma mistura aproximadamente equimolar de nucleotídeos (GTP e GDP) ligados enquanto SEPT8(G) sozinha é incapaz de ligar qualquer um dos dois. Além disto o complexo apresenta uma termoestabilidade maior que SEPT8(G), verificado por um aumento em Tm de 5°C. Com o intuito de observar os determinantes estruturais da especificidade, ensaios de cristalização foram conduzidos e assim, cristais do complexo SEPT5-SEPT8(G) que difrataram apenas a muito baixa resolução foram obtidos. Na ausência de uma estrutura cristalográfica, modelagem por homologia foi realizada para analisar as interfaces G entre diferentes combinações de septinas. Identificamos uma interação entre aminoácidos característicos (aminoácidos únicos para cada grupo de septinas) para o complexo formado entre membros do grupo III, (incluindo SEPT5) e membros do grupo II, (incluindo SEPT8). Esta interação entre Phe131 (grupo III) e Thr19 (grupo II) pode explicar a especificidade na formação de uma interface G entre septinas destes grupos durante a formação do filamento e além disso, a importância da presença do GTP ligado ao septina do grupo II. Com isto, propomos pela primeira vez uma explicação plausível da relevância da perda de atividade catalítica das septinas deste grupo, um fato inexplicado até o momento. Mutação dos resíduos identificados levou a uma mudança no seu perfil de eluição do complexo durante purificação por exclusão molecular indicando alterações na formação do complexo mutante. / Septins are a conserved family of proteins that bind and hydrolyze GTP and form heterofilaments, rings and networks in order to carry out their functions. They have three structural domains: an N-terminal domain containing a polybasic sequence (for membrane binding), a nucleotide-binding (G) domain and a C-terminal domain including a sequence predicted to form a coiled-coil. In humans, 13 septins have been classified into four groups (I, II, III and IV) based on their amino acid sequences. The only structurally characterized filament described to date is formed by SEPT2-SEPT6-SEPT7, which reveals that the subunits interact through two different interfaces (G and NC). The structural determinants of correct filament assembly are poorly known, and this is limited by the complexity of purifying and crystallizing trimeric or tetrameric complexes. An alternative approach is to study a single filament interface (G or NC) on its own. Here, we aimed to study, using biophysical and structural approaches, the G interface formed between SEPT5 and SEPT8 to elucidate the factors relevant to determining its specificity. The GTPase domain of SEPT5 and SEPT8, were cloned into the bicistronic expression vector pET-Duet, co-expressed and co-purified. Studies to determine the oligomeric state and homogeneity of the complex were conducted using size exclusion chromatography, dynamic light scattering and analytical ultracentrifugation, revealing a monodisperse dimer for SEPT5-SEPT8(G). The complex elutes with an approximately equimolar mixture of bound nucleotides (GTP and GDP) whereas SEPT8(G) alone is shown to be unable to bind either. Furthermore, the complex has a greater thermostability than SEPT8(G), demonstrated by an increase of 5°C in Tm. In order to determine the structural determinants of specificity, crystallization trials were conducted and crystals of the SEPT5-SEPT8(G) complex were obtained, but these diffracted to only very low resolution. In the absence of a crystal structure, homology modeling was performed to analyze the potential G interfaces between different septin combinations. An interaction between characteristic amino acids (those which are unique to given septin group) was identified for the complex formed between group III septins (including SEPT5) and group II septins (including SEPT8). This interaction, between Phe131 (group II) and Thr19 (group III) may explain the specificity in the formation of a G interface between septins of these groups during filament formation and furthermore the importance of GTP bound to the group II septin. These observations allow us to propose for the first time a plausible explanation for relevance of the loss of catalytic activity by this septin group, an unexplained fact up until now. Mutation of the identified residues resulted in a change in the elution profile of the complex from the size exclusion column suggesting structural alterations in the mutants.

A divisão celular bacteriana é orquestrada por FtsZ, uma proteína homóloga à tubulina eucariótica que possui a capacidade de polimerizar e gerar uma estrutura chamada de anel Z. O local onde esta estrutura citoesquelética contrátil é formada determina o futuro sítio de divisão. O complexo MinCD é um dos principais reguladores da posição da divisão, favorecendo a montagem do anel Z precisamente na região medial da bactéria. MinCD age como um inibidor sítio específico da polimerização de FtsZ, atuando preferencialmente nos polos celulares. MinC é a proteína do complexo que atua diretamente sobre FtsZ e inibe sua polimerização. Essa tese elucida a interação entre FtsZ e MinC e sugere o mecanismo exercido por MinC em Bacillus subtilis. Foi triada uma biblioteca de mutantes randômicos de FtsZ para identificação de mutantes resistentes à ação de MinC. Dentre estes, as substituições K243R e D287V, quando caracterizados usando espalhamento de luz e espectroscopia de fluorescência impediram a interação com MinC. Como as mutações estavam localizados em torno das hélices H-9 e H-10 no domínio C-terminal de FtsZ, concluímos que esta região representa o sítio de interação com MinC desta proteína. Como complemento ao mapeamento do sitio de ligação de MinC em FtsZ, identificamos a região de MinC que interage com FtsZ. Para tanto, escolhemos resíduos de MinC para mutagênese e caracterização. A escolha priorizou os resíduos conservados entre espécies Gram-positivas, experimentos de RMN, carga e exposição ao solvente dos mesmos. Dentre os resíduos de MinC mutados que afetaram sua capacidade de inibir a polimerização de FtsZ in vitro foram: Y8 e K12 (β-1), K15 (alça-2), H55 (β-3) , H84 (β-4) e K149 (C-terminal). Sendo assim, podemos concluir que a face de interação para FtsZ em MinC de B. subtilis é a única folha β do domínio N-terminal desta proteína. Com base nos sítios mapeados das duas proteínas experimentalmente, criamos um modelo in silico do complexo MinC-FtsZ por docking molecular. De acordo com o modelo gerado, MinC interage com a porção lateral de polímeros de FtsZ. Isto sugere que MinC atue na inibição da formação de feixes de filamentos de FtsZ, impedindo assim a formação de anéis Z funcionais. Esse mecanismo de ação do sistema Min é diferente do proposto para E. coli, no qual MinC interage com a face de polimerização FtsZ-FtsZ e impede a formação de protofilamentos de FtsZ. / Bacterial cell division is orchestrated by FtsZ, a protein homologous to eukaryotic tubulin that has the ability to polymerize and generate a cytoplasmic structure called the Z ring. The subcellular location where this cytoskeletal structure is formed determines the future division site. The MinCD complex is one of the main regulators of the position of cell division, driving the assembly of Z-ring precisely at the medial region of the cell. MinCD acts as a site-specific inhibitor of FtsZ polymerization, blocking Z ring formation at the cell poles. MinC is the protein of the complex that acts directly on FtsZ and inhibits its polymerization. This thesis elucidates the interaction between FtsZ and MinC and suggests the MinC mechanism in Bacillus subtilis. An ftsZ randomly mutagenized library was screened to identify mutants that are resistant to MinC action. Using right-angle light scattering and fluorescence spectroscopy we showed that substitutions K243R and D287V lost the interaction to MinC. These substituted residues clustered around the H-9 and H-10 helices in the C-terminal domain of FtsZ, thus, we conclude that this region is the binding site for MinC. In addition to mapping the MinC binding site on FtsZ, we also identified the FtsZ binding site in MinC. Based on residue conservation, NMR experiments and exposure to solvent, we chose residues of MinC for mutagenesis and characterization. The substituted residues that di srupted MinC ability to inhibit FtsZ polymerization in vitro were: Y8 and K12 (β-1), K15 (turn-2) , H55 (β-3), H84 (β-4) and K149 (C-terminal). Thus, we conclude that the binding site of MinC for FtsZ is located on the β only sheet at the N-terminal domain of MinC from B. subtilis. Finally, based on the binding sites of the two proteins mapped experimentally, we created a model of the complex between MinC and FtsZ by molecular docking. According to the generated model, MinC interacts with the lateral portion of FtsZ polymers. This indicates that MinC should inhibit assembly of higher order FtsZ polymers, thereby preventing the formation of a functional Z-ring. This mechanism of Min is different from that proposed in E. coli, in which MinC interacts with FtsZ polymerization interface and inhibits FtsZ protofilament formation.

Orientador: Yoon Kil Chang / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-24T06:53:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Schmiele_Marcio_D.pdf: 9722936 bytes, checksum: 95d9146270f349c5f3e7ad761ac0d266 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Os análogos de carne obtidos por extrusão termoplástica de proteínas vegetais são caracterizados pelo seu elevado teor proteico e estrutura semelhante às fibras da carne, envolvendo diversos tipos de ligações e/ou interações químicas entre as proteínas. O objetivo deste trabalho foi avaliar as características tecnológicas e físico-químicas de análogos de carne, à base de isolado proteico de soja, obtidos por processo de extrusão termoplástica a alta umidade (AU) e baixa umidade (BU). Para cada condição de umidade foi utilizado um Delineamento Composto Central Rotacional de três variáveis independentes (glúten vital, umidade de condicionamento e temperatura de extrusão). As variáveis dependentes avaliadas foram a textura instrumental, cor instrumental, capacidade de absorção de água, índice de solubilidade em água, capacidade de absorção de óleo, índice de dispersibilidade de proteína, energia mecânica específica e o tipo de interações proteicas. Estas interações foram avaliadas através de sete tipos de solventes específicos: (i) tampão fosfato para as proteínas no estado nativo; (ii) dodecil sulfato de sódio para as interações hidrofóbicas e iônicas; (iii) Triton 100X para as interações hidrofóbicas; (iv) ureia para as interações hidrofóbicas e pontes de hidrogênio; (v) ß-mercaptoetanol para as ligações dissulfeto; e (vi) ß-mercaptoetanol e ureia e (vii) dodecil sulfato de sódio e ureia, para avaliar o efeito sinérgico entre os sistemas. O ponto otimizado (caracterizado principalmente por promover maiores valores de L* e de capacidade de absorção de água, menores valores de índice de solubilidade em água, de capacidade de absorção de óleo, de desnaturação proteica e valores intermediários de textura instrumental e de energia mecânica específica) foi processado juntamente com uma amostra controle para ambos os processos com o intuito de validar os modelos matemáticos e avaliar as possíveis alterações na morfologia dos análogos de carne, na massa molecular das proteínas, na composição de aminoácidos totais e na desnaturação proteica. As melhores condições de processamento foram obtidos para os análogos de carne contendo de 12 e 5 % de glúten vital, 58 e 18 % de umidade de condicionamento e 135 e 100 °C para a temperatura de extrusão, para o processo AU e BU, respectivamente. As principais interações proteína-proteína encontradas nos análogos de carne foram as ligações dissulfeto e ligações de hidrogênio para o processo AU e as ligações dissulfeto e interações iônicas para o processo BU. A adição de glúten vital promoveu uma aparência mais lisa e melhor orientação na estrutura das fibras. Verificou-se que ocorreu aumento nas proteínas de baixa massa molecular e diminuição nas proteínas de alta massa molecular. No perfil de aminoácidos totais houve maior variação negativa para os aminoácidos essenciais (triptofano e treonina), semi essenciais (cisteína) e não essenciais (serina), indicando que houve redução no valor nutricional. As estruturas secundárias (a-hélice, ß-folha, ß-volta e a estrutura desordenada) mostraram alteração na sua conformação devido à desnaturação proteica e formação de novos agregados / Abstract: Meat analogue obtained by termoplastic extrusion of vegetable proteins are characterized by its high protein levels and structure similar to meat fibers, which comprises many types of chemical bonds and/or interactions between proteins. The aim of this work was to evaluate the technological and physico-chemical characteristics of meat analogue based on isolated soy protein obtained by thermoplastic extrusion process at high moisture (HM) and low moisture (LM) content. For each moisture condition was used a Central Rotational Composite Design with three independent variables (vital gluten, moisture content and extrusion temperature). The dependent variables evaluated were instrumental texture, instrumental color, water absorption capacity, water solubility index, oil absorption capacity, protein dispersibility index, specific mechanical energy, and the type of protein interactions. These interactions were evaluated using seven specific solvents types: (i) phosphate buffer for proteins in native state; (ii) sodium dodecil sulphate for hydrophobic and ionic interactions; (iii) Triton 100X for hydrophobic interactions; (iv) urea for hydrophobic interactions and hydrogen bonds; (v) ß-mercaptoethanol for dissulfide bonds; and (vi) ß-mercaptoethanol and urea and (vii) sodium dodecil sulphate and urea, for the synergistic effect between the systems. The optimized point (characterized mainly by promoting higher values for L* and water absorption capacity, lower values for water solubility index, oil absoption capacity and protein denaturation and intermediate values for instrumental texture and specific mechanical energy) was processed, together with a control sample for each processes, in order to validate the mathematical models and to evaluate possibles changes in the meat analogues morphology, in the protein molecular weight, in the total amino acid composition, and in the protein denaturation. The best processing conditions were obtained for the meat analogue containing 12 and 5 % of vital gluten, 58 and 18 % of moisture content and 135 and 100 °C of extrusion temperature, for the HM and LM processes, respectively. The main protein-protein interactions found in meat analogues were the dissulfide bonds and hydrogen bonds for the LM process and the dissulfide bonds and ionic interactions for the HM process. The addition of vital gluten promoted a smoother appearance and better orientation in the fiber structure. It was found that occured an increase in the protein with low molecular weight and a reduction in the protein with high molecular weight. There were a greater negative variation for the essential (tryptophan and threonine), semi-essential (cysteine) and nonessential (serine) amino acids in the total amino acid profile, indicating a reduction of the nutritional value. The secondary structure (a-helix, ß-sheet, ß-turn and disordered structure) showed alteration in its conformation due to the protein denaturation and formation of new aggregates / Doutorado / Tecnologia de Alimentos / Doutor em Tecnologia de Alimentos

O Transtorno de Déficit de Atenção e Hiperatividade (TDAH) é a doença do neurodesenvolvimento mais comum na infância, afetando cerca de 5,8% de crianças e adolescentes no mundo. Muitos estudos vêm tentando investigar a suscetibilidade genética em TDAH, mas sem muito sucesso. Este estudo teve como objetivo analisar variantes raras e comuns contribuindo para a arquitetura genética do TDAH. Foram gerados os primeiros dados de exoma de TDAH de 30 trios brasileiros em que o filho foi diagnosticado com TDAH esporádico. Foram analisados tanto variações de único nucleotídeo (ou SNVs, single-nucleotide variants) quanto variações de número de cópias (ou CNVs, copy-number variants), tanto nesses trios quanto em outros conjuntos de dados, incluindo uma amostra brasileira de 503 crianças/adolescentes controles, bem como resultados previamente publicados em quatro estudos com variação de número de cópias e uma meta-análise de estudos de associação ao longo do genoma. Tanto os trios quanto os controles fazem parte da Coorte de Escolares de Alto Risco para o desenvolvimento de Psicopatologia e Resiliência na Infância do Instituto Nacional de Psiquiatria do Desenvolvimento (INPD). Os resultados de trios brasileiros mostraram três padrões marcantes: casos com variações herdadas e somente SNVs de novo ou CNVs de novo, e casos somente com variações herdadas. Embora o tamanho amostral seja pequeno, pudemos ver que diferentes comorbidades são mais frequentes em casos somente com variações herdadas. Após explorarmos a composição de variações nos probandos brasileiros, foram selecionados genes recorrentes entre amostras do nosso estudo ou em bancos de dados públicos. Além disso, usando somente genes expressos no cérebro (amostras pós-mortem dos projetos Brain Atlas e Genotype-Tissue Expression), construímos uma rede de interação proteína-proteína \"in silico\" com interações físicas confirmadas por pelo menos duas fontes. Análises topológicas e funcionais dos genes da rede mostraram genes relacionados a sinapse, adesão celular, vias glutamatérgicas e serotonérgicas, o que confirma achados de trabalhos independentes na literatura indicando ainda novos genes e variantes genéticas nessas vias. / Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) is the most common neuro-developmental disorder in children, affecting 5.8% of children and adolescents in the world. Many studies have attempted to investigate the genetic susceptibility of ADHD without much success. The present study aimed to analyze rare and common variants contributing to the genetic architecture of ADHD. We generated exome data from 30 Brazilian trios where the children were diagnosed with sporadic ADHD. We analyzed both single-nucleotide variants (SNVs) and copy-number variants (CNVs) in these trios and across multiple datasets, including a Brazilian sample of 503 children/adolescent controls from the High Risk Cohort Study for the Development of Childhood Psychiatric Disorders, and also previously published results of four CNV studies of ADHD involving children/adolescent Caucasian samples. The results from the Brazilian trios showed 3 major patterns: cases with inherited variations and de novo SNVs or de novo CNVs and cases with only inherited variations. Although the sample size is small, we could see that various comorbidities are more frequent in cases with only inherited variants. After exploring the rare variant composition in our 30 cases we selected genes with variations (SNVs or located in CNV regions) in our trio analysis that are recurrent in the families analyzed or in public data sets. Moreover, using only genes expressed in brain (post-mortem samples from Brain Atlas and The Genotype-Tissue Expression project), we constructed an in silico protein-protein interaction (PPI) network, with physical interactions confirmed by at least two sources. Topological and functional analyses of genes in this network uncovered genes related to synapse, cell adhesion, glutamatergic and serotoninergic pathways, both confirming findings of previous studies and capturing new genes and genetic variants in these pathways.