NASCIMENTO, Camila Tauane Monteiro do. Expressão heteróloga de uma osmotina laticífera e desenvolvimento de protocolos para extração da proteína recombinante a partir de corpos de inclusão. 2016. 93 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2016. / Submitted by Eric Santiago (erichhcl@gmail.com) on 2016-07-19T15:11:48Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_ctmnascimento.pdf: 2987876 bytes, checksum: d61b36bc9503e63cca6a1c604887ad09 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2016-08-02T20:31:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_ctmnascimento.pdf: 2987876 bytes, checksum: d61b36bc9503e63cca6a1c604887ad09 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-02T20:31:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_ctmnascimento.pdf: 2987876 bytes, checksum: d61b36bc9503e63cca6a1c604887ad09 (MD5) Previous issue date: 2016 / In the previous step to this work, a protein identified as osmotin (CpOsm) was purified from Calotropis procera latex which showed strong antifungal activity. The protein was expressed in prokaryotic and eukaryotic systems, but a suitable protocol for purification has not been achieved. In the present work, from inclusion bodies (IB) obtained from Escherichia coli BL21 (DE3) proceeded to a survey by different solubilization protocols of proteins in an attempt to obtain the recombinant protein (rCpOsm) soluble, and then evaluates it as its activity and finally, exploring new methods for purification. The bacterial culture was induced at different conditions of temperature and time of induction. IB were subjected to chemical treatments with surfactants (CTAB; Cetrimide; ARG-12, a derivative surfactant Argenine) and a denaturing agent (guanidine hydrochloride); physical treatment by sonication and the enzymatic treatment with protease native C. procera latex. Electrophoresis assays suggested that two chemical surfactants were effective in solubilizing rCpOsm while not ARG-12. Although these cationic compounds solubilized rCpOsm more than other proteins of IB, while the sonication process samples produced with a greater variety of soluble proteins including rCpOsm. The enzymatic treatment showed that IB proteins are, in some range, digested while rCpOsm did not. All samples were evaluated for action on Colletotrichum gloeosporiodes after dialysis and lyophilization and showed inhibitory activity of spore germination and mycelial growth. However, it was shown that the activity could be related to the solubilising agents. Insoluble proteins obtained from E. coli containing the plasmid integrity, taken as a negative control showed no activity in these assays. The rCpOsm solubilized by CTAB was subjected to chromatography on Ni ++ column (Ni Sepharose 6 Fast Flow) pH 7.0; in hydrophobic media (FenilSepharose CL-4B) and ion exchange (Resource-S). None of the applied protocols resulted in the purification of rCpOsm and these data repeated what was observed previously for rCpOsm purified from Pichia pastoris. / Em etapa anterior a este trabalho, uma proteína identificada como osmotina (CpOsm) foi purificada do látex de Calotropis procera a qual apresentou forte atividade antifúngica. A proteína foi expressa em sistemas procarionte e eucarionte, mas um protocolo adequado para sua purificação não foi alcançado. No presente trabalho, partindo de corpos de inclusão (CI), obtidos de E. coli BL21(DE3) procedeu-se uma prospecção por diferentes protocolos de solubilização de suas proteínas, na tentativa de obter a proteína recombinante (rCpOsm) solúvel, para então avaliá-la quanto a sua atividade e por fim, prospectar novos métodos para sua purificação. A cultura bacteriana foi induzida em diferentes condições de temperatura e tempo de indução. Após 3 horas de indução a 37 °C, 180 rpm, os CI foram lisados e submetidos a tratamentos químicos com surfactantes (CTAB; Cetrimida; ARG-12: um surfactante derivado de argenina) e um agente desnaturante (Cloridrato de Guanidina); tratamento físico por sonicação (4 ciclos de 2,5 min. cada a 50% de potência) e tratamento enzimático com protease nativa do látex de C. procera. Ensaios de eletroforese sugeriram que os dois surfactantes químicos foram eficientes na solubilização de rCpOsm enquanto que ARG-12 não. Ainda, estes compostos catiônicos solubilizaram rCpOsm mais do que as demais proteínas dos CI, enquanto que o processo de sonicação produziu amostras com maior diversidade de proteínas solúveis, incluindo rCpOsm. O tratamento enzimático mostrou que proteínas de CI são, em algum alcance, digeridas enquanto que rCpOsm não. O efeito do tratamento dos CI com protease foi analisado por imagens de microscopia de força atômica e as diferenças de estrutura entre os CI tratados e não tratados documentados. Todas as amostras foram avaliadas quanto à ação sobre Colletotrichum gloeosporiodes após diálise e liofilização. Os produtos dos tratamentos com surfactantes apresentaram atividade antifúngica, demonstrando atividade inibitória de germinação de esporos e crescimento micelial. Entretanto, foi demonstrado que a atividade poderia estar relacionada aos agentes solubilizantes. Proteínas insolúveis obtidas de E. coli contendo o plasmídeo íntegro, tomadas como controle negativo, não apresentaram atividade nestes ensaios. A rCpOsm solubilizada com CTAB foi submetida a cromatografia em coluna de Ni++ (Ni Sepharose 6 Fast Flow) pH 7,0; em meio hidrofóbico (FenilSepharose CL-4B) e troca iônica (Resource-S). Nenhum dos protocolos aplicados resultou na purificação de rCpOsm e estes dados repetem o que foi observado previamente para a rCpOsm purificada a partir de Pichia pastoris.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / In the previous step to this work, a protein identified as osmotin (CpOsm) was purified from Calotropis procera latex which showed strong antifungal activity. The protein was expressed in prokaryotic and eukaryotic systems, but a suitable protocol for purification has not been achieved. In the present work, from inclusion bodies (IB) obtained from Escherichia coli BL21 (DE3) proceeded to a survey by different solubilization protocols of proteins in an attempt to obtain the recombinant protein (rCpOsm) soluble, and then evaluates it as its activity and finally, exploring new methods for purification. The bacterial culture was induced at different conditions of temperature and time of induction. IB were subjected to chemical treatments with surfactants (CTAB; Cetrimide; ARG-12, a derivative surfactant Argenine) and a denaturing agent (guanidine hydrochloride); physical treatment by sonication and the enzymatic treatment with protease native C. procera latex. Electrophoresis assays suggested that two chemical surfactants were effective in solubilizing rCpOsm while not ARG-12. Although these cationic compounds solubilized rCpOsm more than other proteins of IB, while the sonication process samples produced with a greater variety of soluble proteins including rCpOsm. The enzymatic treatment showed that IB proteins are, in some range, digested while rCpOsm did not. All samples were evaluated for action on Colletotrichum gloeosporiodes after dialysis and lyophilization and showed inhibitory activity of spore germination and mycelial growth. However, it was shown that the activity could be related to the solubilising agents. Insoluble proteins obtained from E. coli containing the plasmid integrity, taken as a negative control showed no activity in these assays. The rCpOsm solubilized by CTAB was subjected to chromatography on Ni ++ column (Ni Sepharose 6 Fast Flow) pH 7.0; in hydrophobic media (FenilSepharose CL-4B) and ion exchange (Resource-S). None of the applied protocols resulted in the purification of rCpOsm and these data repeated what was observed previously for rCpOsm purified from Pichia pastoris. / Em etapa anterior a este trabalho, uma proteÃna identificada como osmotina (CpOsm) foi purificada do lÃtex de Calotropis procera a qual apresentou forte atividade antifÃngica. A proteÃna foi expressa em sistemas procarionte e eucarionte, mas um protocolo adequado para sua purificaÃÃo nÃo foi alcanÃado. No presente trabalho, partindo de corpos de inclusÃo (CI), obtidos de E. coli BL21(DE3) procedeu-se uma prospecÃÃo por diferentes protocolos de solubilizaÃÃo de suas proteÃnas, na tentativa de obter a proteÃna recombinante (rCpOsm) solÃvel, para entÃo avaliÃ-la quanto a sua atividade e por fim, prospectar novos mÃtodos para sua purificaÃÃo. A cultura bacteriana foi induzida em diferentes condiÃÃes de temperatura e tempo de induÃÃo. ApÃs 3 horas de induÃÃo a 37 ÂC, 180 rpm, os CI foram lisados e submetidos a tratamentos quÃmicos com surfactantes (CTAB; Cetrimida; ARG-12: um surfactante derivado de argenina) e um agente desnaturante (Cloridrato de Guanidina); tratamento fÃsico por sonicaÃÃo (4 ciclos de 2,5 min. cada a 50% de potÃncia) e tratamento enzimÃtico com protease nativa do lÃtex de C. procera. Ensaios de eletroforese sugeriram que os dois surfactantes quÃmicos foram eficientes na solubilizaÃÃo de rCpOsm enquanto que ARG-12 nÃo. Ainda, estes compostos catiÃnicos solubilizaram rCpOsm mais do que as demais proteÃnas dos CI, enquanto que o processo de sonicaÃÃo produziu amostras com maior diversidade de proteÃnas solÃveis, incluindo rCpOsm. O tratamento enzimÃtico mostrou que proteÃnas de CI sÃo, em algum alcance, digeridas enquanto que rCpOsm nÃo. O efeito do tratamento dos CI com protease foi analisado por imagens de microscopia de forÃa atÃmica e as diferenÃas de estrutura entre os CI tratados e nÃo tratados documentados. Todas as amostras foram avaliadas quanto à aÃÃo sobre Colletotrichum gloeosporiodes apÃs diÃlise e liofilizaÃÃo. Os produtos dos tratamentos com surfactantes apresentaram atividade antifÃngica, demonstrando atividade inibitÃria de germinaÃÃo de esporos e crescimento micelial. Entretanto, foi demonstrado que a atividade poderia estar relacionada aos agentes solubilizantes. ProteÃnas insolÃveis obtidas de E. coli contendo o plasmÃdeo Ãntegro, tomadas como controle negativo, nÃo apresentaram atividade nestes ensaios. A rCpOsm solubilizada com CTAB foi submetida a cromatografia em coluna de Ni++ (Ni Sepharose 6 Fast Flow) pH 7,0; em meio hidrofÃbico (FenilSepharose CL-4B) e troca iÃnica (Resource-S). Nenhum dos protocolos aplicados resultou na purificaÃÃo de rCpOsm e estes dados repetem o que foi observado previamente para a rCpOsm purificada a partir de Pichia pastoris.

The pharmacologically important alkaloids morphine and codeine are found in latex of opium poppy (Papaver somniferum). Latex is harbored in laticifers, a specialized vascular cell-type. Isolation and characterization of latex-specific genes may provide a useful tool to metabolically engineer increased alkaloid production. Previous research in the Nessler laboratory identified genes that exhibit latex-specific gene expression. Latex-specific genes were an 2-oxoglutarate-dioxygense (DIOX), involved in hydroxylation, desaturation and epoxidation reactions, and two of the major latex proteins, MLP146 and MLP149. MLP-like proteins function in fruit ripening in various species that do not have the laticifer cell type. The latex-specific promoters (LSPs) for the three genes were sequenced. The 2.5 kb DIOX promoter was fused to the reporter gene Β-glucuronidase (GUS) to characterize its expression pattern. To assess the functional sites within the DIOX promoter, deletions were made 1.5 kb and 0.14 kb upstream of the ATG start codon, fused to GUS, and transformed into opium poppy, Arabidopsis thaliana, and tobacco (Nicotiana tabacum). The 2.5 kb DIOX:GUS and 1.5 kb EcoRIDIOX:GUS reporter gene constructs showed vascular specific expression in opium poppy, Arabidopsis, and tobacco. The 0.14 kb SpeIDIOX promoter deletion construct showed no activity in opium poppy, and limited expression in the shoot apical meristem and root hypocotyl axis in Arabidopsis. These results indicate that the minimum active DIOX promoter is greater than 0.14 kb. Over 1 kb of the LSPs were sequenced and analyzed for regulatory elements using the Plant cis-acting regulatory DNA elements database, PLACE (http://www.dna.affrc.go.jp/PLACE). Knowledge of the cis-elements and regulatory regions of LSPs would serve as a tool for metabolic engineering of poppy alkaloids. Sixty-five elements were conserved among 2 of the 3 LSPs. Among the cis-elements identified, some are associated with basic functions such as: light regulation, carbon metabolism and plant defense. Other elements include: WRKY elements that are binding sites of transcription factors known for signaling plant defense genes, a vascular cis-element, and a fruit specific element. The presence of plant defense and vascular cis-elements in the LSPs, correlate with the concept that latex is a protective defense mechanism found in the vascular system. The latex-specific promoters isolated and cis-elements identified in this research are potential tools for driving increased alkaloid production in opium poppy. / Master of Science