A resistência natural do gambá Didelphis marsupialis ao veneno de serpentes se deve a fatores antibiotrópicos presentes em seu soro, do qual DM43 é um dos responsáveis pela inibição da atividade hemorrágica. Com o objetivo de entender melhor o mecanismo de ação desta proteína contra a metaloprotease contida no veneno pretendeu-se, neste trabalho, otimizar as condições de cristalização de DM43, na tentativa de determinar sua estrutura por difração de raios-X. Ensaios de cristalização revelaram que o sulfato de amônio é o precipitante mais eficiente na produção de cristais de DM43. A visualização e indexação dos padrões de difração destes cristais permitiram apenas a determinação dos parâmetros de sua cela unitária, devido a baixa qualidade dos mesmos. Deste modo, os seguintes parâmetros de cela unitária foram encontrados: a = b = 117.34 (0.03) Å, c = 193.39 (0.02)Å, ?=?=90° e ? = 120°, correspondentes ao sistema cristalino trigonal ou hexagonal. A recente determinação da sequência de aminoácidos de DM43, possibilitou modelar sua estrutura tridimensional por homologia utilizando o método de satisfação das restrições espaciais. Os três domínios tipo imunoglobulina de DM43 foram modelados em duas partes a partir da estrutura de referência KIR2DL1(1nkr) homóloga a dois domínios C-terminais de DM43, com apenas 27.72% de identidade. O domínio N-terminal denominado D0, foi modelado separadamente contra o domínio C-terminal de KIR2DL1 com um grau de identidade igual a 28.89%. A partir do programa GRASP e PATCHES, foram detectadas as prováveis regiões de ligação entre as duas partes da molécula e uma possível região responsável pela dimerização no domínio D2 de DM43. Interessantemente, resíduos polares em KIR2DLs que foram substituídos por hidrofóbicos em DM43, concentrando-se em uma face do domínio D2 ausente de sítios de glicosilação, o que coincide com as observações de dimerização do receptor do hormônio de crescimento. Um motivo estrutural característico de receptores hematopoiéticos identificados como WSXWS box, foi encontrado em todos os domínios de DM43, especialmente no domínio D2. Supõe-se que a sua existência esteja relacionada com a orientação relativa dos domínios por manter o primeiro triptofano do motivo posicionado exatamente na interface entre os domínios. Surge ainda uma fita extra (F´), no domínio D2, não pertencente ao enovelamento imunoglobulina devido a presença da Pro273, muito bem conservada, a três resíduos do motivo WSXWS. Esta fita parece desempenhar um papel importante na orientação do motivo pois além de formar ligações de hidrogênio com a fita G do domínio anterior, posiciona corretamente o primeiro triptofano do motivo na interface. Somando-se a isto, a presença de resíduos hidrofóbicos na interface dos domínios D1 e D2pode estar contribuindo para a orientação angular relativa menor que 90° entre os dois domínios. Uma interpretação análoga a de hormônios de crescimento sugere que, os loops entre as fitas AB, CC´ e EF do domínio 1, BC e FG do domínio 2 e o linker entre estes dois domínios, estejam envolvidos na interação da metaloprotease com DM43. / The natural resistance of the opossum, Didelphis marsupialis, towards snake venom is due to antibothropic factors present in the blood serum, of which DM43 is one. It is responsible for the inhibition of the hemorrhagic activity of the venom. With a view to better understanding the mechanism of action of this protein against venom metalloproteases, one of the aims of the present work was to optimize the crystallization conditions of DM43 in order to determine its three-dimensional structure by X-ray diffraction. Crystallization trials revealed that ammonium sulphate was the best precipitant. Visualization and indexing of the diffraction patterns from such crystals only allowed for the determination of the unit cell parameters due to their inherently low quality. The values obtained were a = b = 117.34 (0.03) \'ANGSTRON\', c = 193.39 (0.02) Å, ?=?= 90° e ? = 120°, corresponding to the trigonal or hexagonal crystal systems. The recent determination of the amino acid sequence of DM43 permitted the homology modelling of its three-dimensional structure by satisfaction of spatial restraints. The three immunoglobulin-like domains of DM43 were modelled in two separate parts from the reference structure KIR2DL1 (1nkr), homologous to the two C-terminal domains of DM43, with which its shares 27.72% sequence identity. The N-terminal domain, denominated D0, was separately modelled based on the C-terminal domain of KIR2DL1, with which it shares 28.89% identity. The programs PATCHES and GRASP were used to detect the probable interface region between the two separate parts of the molecule as well as a region probably responsible for dimerisation. Polar residues in KIR2DL1 which had been substituted by hydrophobic residues in DM43 are observed concentrated on one face of the molecule devoid of glycosilation sites (D2) coinciding with the dimerisation interface observed in the growth hormone receptor. A structural motif characteristic of the haematopoetic receptor family, identified as the WSXWS box, was observed to some extent in all three domains of DM43 and most evident in domain D2. It is speculated that the existence of this motif is related to the relative orientation of the domains, by maintaining the first tryptophan of the motif positioned at the domain interface. An additional ?-strand (F) in D2, which is not characteristic of the immunoglobulin fold, is observed due to the presence of the conserved Pro273, three-residues prior to the WSXWS box. This strand appears to play an important role in correctly positioning the motif as it forms hydrogen bonds with strand G of the previous domain thus orientating the first tryptophan of the motif at the interface. The presence of hydrophobic residues at the interdomain interface, may also contribute to stabilizing the acute angular relationship between D1 and D2. An analogous interpretation to that given for the growth hormone receptor, suggests that the loops between ?-strands AB, CC\' and EF of domain D1 and between strands BC and FG do domain D2 plus the linker region, are involved in the binding of metalloproteinase by DM43.

A resistência natural do gambá Didelphis marsupialis ao veneno de serpentes se deve a fatores antibiotrópicos presentes em seu soro, do qual DM43 é um dos responsáveis pela inibição da atividade hemorrágica. Com o objetivo de entender melhor o mecanismo de ação desta proteína contra a metaloprotease contida no veneno pretendeu-se, neste trabalho, otimizar as condições de cristalização de DM43, na tentativa de determinar sua estrutura por difração de raios-X. Ensaios de cristalização revelaram que o sulfato de amônio é o precipitante mais eficiente na produção de cristais de DM43. A visualização e indexação dos padrões de difração destes cristais permitiram apenas a determinação dos parâmetros de sua cela unitária, devido a baixa qualidade dos mesmos. Deste modo, os seguintes parâmetros de cela unitária foram encontrados: a = b = 117.34 (0.03) Å, c = 193.39 (0.02)Å, ?=?=90° e ? = 120°, correspondentes ao sistema cristalino trigonal ou hexagonal. A recente determinação da sequência de aminoácidos de DM43, possibilitou modelar sua estrutura tridimensional por homologia utilizando o método de satisfação das restrições espaciais. Os três domínios tipo imunoglobulina de DM43 foram modelados em duas partes a partir da estrutura de referência KIR2DL1(1nkr) homóloga a dois domínios C-terminais de DM43, com apenas 27.72% de identidade. O domínio N-terminal denominado D0, foi modelado separadamente contra o domínio C-terminal de KIR2DL1 com um grau de identidade igual a 28.89%. A partir do programa GRASP e PATCHES, foram detectadas as prováveis regiões de ligação entre as duas partes da molécula e uma possível região responsável pela dimerização no domínio D2 de DM43. Interessantemente, resíduos polares em KIR2DLs que foram substituídos por hidrofóbicos em DM43, concentrando-se em uma face do domínio D2 ausente de sítios de glicosilação, o que coincide com as observações de dimerização do receptor do hormônio de crescimento. Um motivo estrutural característico de receptores hematopoiéticos identificados como WSXWS box, foi encontrado em todos os domínios de DM43, especialmente no domínio D2. Supõe-se que a sua existência esteja relacionada com a orientação relativa dos domínios por manter o primeiro triptofano do motivo posicionado exatamente na interface entre os domínios. Surge ainda uma fita extra (F´), no domínio D2, não pertencente ao enovelamento imunoglobulina devido a presença da Pro273, muito bem conservada, a três resíduos do motivo WSXWS. Esta fita parece desempenhar um papel importante na orientação do motivo pois além de formar ligações de hidrogênio com a fita G do domínio anterior, posiciona corretamente o primeiro triptofano do motivo na interface. Somando-se a isto, a presença de resíduos hidrofóbicos na interface dos domínios D1 e D2pode estar contribuindo para a orientação angular relativa menor que 90° entre os dois domínios. Uma interpretação análoga a de hormônios de crescimento sugere que, os loops entre as fitas AB, CC´ e EF do domínio 1, BC e FG do domínio 2 e o linker entre estes dois domínios, estejam envolvidos na interação da metaloprotease com DM43. / The natural resistance of the opossum, Didelphis marsupialis, towards snake venom is due to antibothropic factors present in the blood serum, of which DM43 is one. It is responsible for the inhibition of the hemorrhagic activity of the venom. With a view to better understanding the mechanism of action of this protein against venom metalloproteases, one of the aims of the present work was to optimize the crystallization conditions of DM43 in order to determine its three-dimensional structure by X-ray diffraction. Crystallization trials revealed that ammonium sulphate was the best precipitant. Visualization and indexing of the diffraction patterns from such crystals only allowed for the determination of the unit cell parameters due to their inherently low quality. The values obtained were a = b = 117.34 (0.03) \'ANGSTRON\', c = 193.39 (0.02) Å, ?=?= 90° e ? = 120°, corresponding to the trigonal or hexagonal crystal systems. The recent determination of the amino acid sequence of DM43 permitted the homology modelling of its three-dimensional structure by satisfaction of spatial restraints. The three immunoglobulin-like domains of DM43 were modelled in two separate parts from the reference structure KIR2DL1 (1nkr), homologous to the two C-terminal domains of DM43, with which its shares 27.72% sequence identity. The N-terminal domain, denominated D0, was separately modelled based on the C-terminal domain of KIR2DL1, with which it shares 28.89% identity. The programs PATCHES and GRASP were used to detect the probable interface region between the two separate parts of the molecule as well as a region probably responsible for dimerisation. Polar residues in KIR2DL1 which had been substituted by hydrophobic residues in DM43 are observed concentrated on one face of the molecule devoid of glycosilation sites (D2) coinciding with the dimerisation interface observed in the growth hormone receptor. A structural motif characteristic of the haematopoetic receptor family, identified as the WSXWS box, was observed to some extent in all three domains of DM43 and most evident in domain D2. It is speculated that the existence of this motif is related to the relative orientation of the domains, by maintaining the first tryptophan of the motif positioned at the domain interface. An additional ?-strand (F) in D2, which is not characteristic of the immunoglobulin fold, is observed due to the presence of the conserved Pro273, three-residues prior to the WSXWS box. This strand appears to play an important role in correctly positioning the motif as it forms hydrogen bonds with strand G of the previous domain thus orientating the first tryptophan of the motif at the interface. The presence of hydrophobic residues at the interdomain interface, may also contribute to stabilizing the acute angular relationship between D1 and D2. An analogous interpretation to that given for the growth hormone receptor, suggests that the loops between ?-strands AB, CC\' and EF of domain D1 and between strands BC and FG do domain D2 plus the linker region, are involved in the binding of metalloproteinase by DM43.

A pós-genômica surgiu como um próspero campo para que as infinidades de seqüências provenientes dos projetos genoma tenham os seus significados biológicos elucidados. Um dos mecanismos descritos na literatura capaz de gerar surpreendente diversidade protéica é o splicing alternativo (AS). Próximo de 22% das proteínas com estruturas tridimensionais resolvidas por difração de raios-X ou ressonância magnética nuclear (RMN) são humanas e pouco se sabe dos efeitos de eventos de splicing alternativo em suas funções. Uma vez que estas estruturas tridimensionais (3D) protéicas humanas são de alguma forma redundantes, o conjunto de genes humanos únicos que as correspondem é muito reduzido, em torno de 1%. Hoje em dia ainda são escassos os exemplos de duas isoformas de splicing alternativo de um mesmo gene com estruturas tridimensionais experimentais disponíveis. A variedade de proteínas que este evento pode potencialmente produzir é demasiado grande para que projetos de genômica estrutural em andamento consigam determinar suas estruturas. Isto tem inviabilizado, ainda que temporariamente, estudos sobre implicações funcionais de splicing alternativo no proteoma quando se utilizando dados estruturais experimentais. Entretanto, a bioinformática possibilita estudos deste porte com base nos dados de mapeamento no genoma, tanto de transcritos como de proteínas com estrutura tridimensional (3D) determinada. Torna-se possível, então, a prospecção de genes com isoformas de AS com estruturas 3D contendo informação adicional quando comparada à isoforma de AS. Produzimos para tal finalidade uma nova metodologia para detecção de eventos de AS no transcriptoma humano utilizando matrizes binárias para cada transcrito e estrutura de proteína 3D. Selecionadas as isoformas protéicas putativas, foram construídas 73 estruturas 3D utilizando conceitos de modelagem molecular por homologia. Foram escolhidas aleatoriamente 21 isoformas de AS para simulações por dinâmicas moleculares (SDM), e que cerca de 80% destes modelos se apresentaram estruturalmente estáveis. A anotação biológica relativa a cada fragmento não inserido na seqüência da proteína devido à sua remoção no mRNA resultante do evento de AS foi obtida e mostrou que mais de 80% delas possuem algum tipo de relevância funcional para a proteína. Concluímos que, para o nosso conjunto de dados, os eventos de splicing alternativo produzem isoformas que podem atuar como dominantes negativas, antagonistas ou atenuadoras da sua atividade biológica. / The post-genomic era has emerged as one prosper field to deal with the huge amount of sequences produced by genome projects and increase the understanding of its biological meaning. One of the most surprising mechanisms capable to generate a lot of protein diversity is alternative splicing in immature mRNAs. No more than 22% of the known protein structures elucidated by X-ray diffraction or nuclear magnetic resonance (NMR) were made using human proteins and the knowledge about alternative splicing functional implications is weak. Since those human protein three-dimensional structures (3D) are redundant, the unique number of human genes represented by them is estimated around 1%. Nowadays there are only a few cases describing two isoforms that have their own protein 3D structures done experimentally. The variety that alternative splicing can produce is large enough to structural genome projects undergoing could determinate its structures, fact that have negating, at least for a while, large-scale studies about functional implications of alternative splicing using experimental data. However, bioinformatics turn possible this kind of projects using the mapping onto the genome of transcripts and the sequence of the known protein 3D structures. Using this approach we searched for alternative splicing isoforms which have at least one known protein structure with additional biological information when compared against the isoform. We have produced a new methodology for detecting alternative splicing in the human transcriptoma using binary matrices for each transcript and known 3D protein structure. After the selection of putative isoforms, there were constructed 73 3D protein using concepts of molecular modelling by homology. There were randomly selected 21 of them to the submitted to molecular dynamics simulations and 80% of them showed that they were structurally stable. The biological annotation of each non-inserted fragment due to alternative splicing shows that 80% of them have in some degree functional importance. Then, we conclude that, for our dataset, the alternative splicing events produce isoforms that can act as negative dominants, antagonists or even regulators of their biological activity.

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These parasites have developed resistance to commonly used drugs and therefore there is a need to develop new antimalarial agents. Aryltetralone lignans are compounds that show antiplasmodial activity in vitro against P. falciparum, but its mechanism of action is still not fully understood. In this work, we postulate a plausible mode of action of some aryltetralone lignans and according to the obtained results we suggest modifications to the ligands for a better biological activity. In order to achieve our objectives we first performed a search for similar chemical compounds, for which their macromolecular targets were known. From the results obtained, P. falciparum tubulin was selected as a potential target for these lignans. Since there is no experimentally determined three-dimensional structure for this protein, we performed a molecular homology modeling of P. falciparum tubulin and the structure of bovine tubulin complexed with colchicine was selected as template. The analysis of the obtained model showed that the three dimensional structure of Plasmodium tubulin is conserved in relation to the bovine tubulin with some important substitutions occurring in the colchicine binding site region: Ala250B by Ser248B, Ala316B by Cys314B and Ile318B by Met316B. Then, molecular docking of the aryltetralone lignans, colchicine and podophyllotoxin was performed in the modeled P. falciparum tubulin. The docking calculations results allowed to conclude firstly that, although the amino acid substitutions in the binding site, the colchicine binding mode in the P. falciparum tubulin is exactly the same as that already described in the literature for bovine tubulin. As for podophyllotoxin, a different binding mode from that described in the literature for bovine tubulin was obtained due to the replacement of Ala250B by Ser248B and the Val318B by Met316B. For the aryltetralone lignans studied, three different binding modes were obtained: one exhibited by compounds 1, 2 and 3, another by 4 and 6, and a third one by 5. The lignans 1, 2 and 3 are oriented in a way so that the C ring containing the dimethoxy or methylenedioxy group is positioned in the same region obtained for the ring containing the trimethoxy group in the case of colchicine and podophyllotoxin, performing a C-H...π interaction with Leu246B. Lignans 4 and 6 orient themselves with the aromatic ring C between Ala180A and Leu246B and being held in this position by C-H...π interactions. Lignan 5 is oriented with the aromatic ring C between Leu246B and Leu253B, performing C-H...π interactions with these residues, in a similar way to what was obtained with colchicine in this site. So the likely mechanism of action of the aryltetralone lignans studied here would be their binding to the same colchicine binding site in the tubulin protein of P. falciparum and thereby interrupting the divisions and other cellular functions. / A malária é uma doença febril aguda causada por protozoários parasitas pertencentes ao gênero Plasmodium, sendo a espécie P. falciparum a responsável pela maioria das formas severas e mortes pela doença. Estes parasitas desenvolveram resistência aos fármacos comumente utilizados e, portanto, existe a necessidade de se desenvolver novos agentes antimaláricos. Lignanas ariltetralônicas são compostos que apresentam atividade antiplasmodial in vitro contra o P. falciparum, porém seu mecanismo de ação ainda não é totalmente compreendido. Neste trabalho, conseguimos postular o modo de ação de algumas lignanas ariltetralônicas e, a partir dos resultados obtidos, sugerimos modificações nestes compostos de modo a obter uma melhoria na sua atividade biológica. Para isso, primeiramente foi realizada uma busca por compostos químicos semelhantes, cujos alvos macromoleculares eram conhecidos. A partir dos resultados obtidos, selecionou-se a tubulina do P. falciparum como potencial alvo para estas lignanas. Como não há estrutura tridimensional determinada experimentalmente para esta proteína, foi realizada a modelagem molecular por homologia da tubulina do P. falciparum, selecionando como molde a estrutura da tubulina bovina complexada com colchicina. A partir da análise do modelo construído, verificou-se que a estrutura tridimensional da tubulina do Plasmodium é conservada em relação à tubulina bovina e que ocorrem algumas substituições importantes na região do sítio de ligação da colchicina: Ala250B por Ser248B, Ala316B por Cys314B e Ile318B por Met316B. Em seguida, foi realizado o docking molecular das lignanas ariltetralônicas, da colchicina e da podofilotoxina na tubulina do P. falciparum. Os resultados do docking permitiram concluir primeiramente que, embora ocorram algumas substituições de aminoácidos no sítio, o modo de ligação da colchicina na tubulina do P. falciparum é exatamente o mesmo ao já descrito na literatura para a tubulina bovina. Já para a podofilotoxina, foi obtido um modo de ligação diferente do descrito na literatura para a tubulina bovina, devido à substituição da Ala250B pela Ser248B e da Val318B pela Met316B. Para as lignanas ariltetralônicas estudadas, foram obtidos três modos de ligação diferentes: um exibido pelos compostos 1, 2 e 3, outro para 4 e 6 e um terceiro modo exclusivo para 5. As lignanas 1, 2 e 3 orientam-se de modo que o anel C, que contém o grupo dimetóxi ou metilenodióxi, se posiciona na mesma região do sítio obtida para o anel contendo o grupo trimetóxi da colchicina e da podofilotoxina, realizando uma interação C–H...π com a Leu246B. As lignanas 4 e 6 orientam-se com o anel aromático C entre a Ala180A e a Leu246B, sendo mantido nesta posição por interações C–H...π. No caso da lignana 5, esta se orienta com o anel aromático C entre a Leu246B e Leu253B, realizando interações C– H...π com estes resíduos, semelhante ao que foi obtido para a colchicina neste sítio. Assim, o mecanismo provável de ação das lignanas ariltetralônicas aqui estudadas passaria pela sua ligação ao mesmo sítio de ligação da colchicina na proteína tubulina do P. falciparum e, com isso, interrompendo as divisões e outras funções celulares.

A pós-genômica surgiu como um próspero campo para que as infinidades de seqüências provenientes dos projetos genoma tenham os seus significados biológicos elucidados. Um dos mecanismos descritos na literatura capaz de gerar surpreendente diversidade protéica é o splicing alternativo (AS). Próximo de 22% das proteínas com estruturas tridimensionais resolvidas por difração de raios-X ou ressonância magnética nuclear (RMN) são humanas e pouco se sabe dos efeitos de eventos de splicing alternativo em suas funções. Uma vez que estas estruturas tridimensionais (3D) protéicas humanas são de alguma forma redundantes, o conjunto de genes humanos únicos que as correspondem é muito reduzido, em torno de 1%. Hoje em dia ainda são escassos os exemplos de duas isoformas de splicing alternativo de um mesmo gene com estruturas tridimensionais experimentais disponíveis. A variedade de proteínas que este evento pode potencialmente produzir é demasiado grande para que projetos de genômica estrutural em andamento consigam determinar suas estruturas. Isto tem inviabilizado, ainda que temporariamente, estudos sobre implicações funcionais de splicing alternativo no proteoma quando se utilizando dados estruturais experimentais. Entretanto, a bioinformática possibilita estudos deste porte com base nos dados de mapeamento no genoma, tanto de transcritos como de proteínas com estrutura tridimensional (3D) determinada. Torna-se possível, então, a prospecção de genes com isoformas de AS com estruturas 3D contendo informação adicional quando comparada à isoforma de AS. Produzimos para tal finalidade uma nova metodologia para detecção de eventos de AS no transcriptoma humano utilizando matrizes binárias para cada transcrito e estrutura de proteína 3D. Selecionadas as isoformas protéicas putativas, foram construídas 73 estruturas 3D utilizando conceitos de modelagem molecular por homologia. Foram escolhidas aleatoriamente 21 isoformas de AS para simulações por dinâmicas moleculares (SDM), e que cerca de 80% destes modelos se apresentaram estruturalmente estáveis. A anotação biológica relativa a cada fragmento não inserido na seqüência da proteína devido à sua remoção no mRNA resultante do evento de AS foi obtida e mostrou que mais de 80% delas possuem algum tipo de relevância funcional para a proteína. Concluímos que, para o nosso conjunto de dados, os eventos de splicing alternativo produzem isoformas que podem atuar como dominantes negativas, antagonistas ou atenuadoras da sua atividade biológica. / The post-genomic era has emerged as one prosper field to deal with the huge amount of sequences produced by genome projects and increase the understanding of its biological meaning. One of the most surprising mechanisms capable to generate a lot of protein diversity is alternative splicing in immature mRNAs. No more than 22% of the known protein structures elucidated by X-ray diffraction or nuclear magnetic resonance (NMR) were made using human proteins and the knowledge about alternative splicing functional implications is weak. Since those human protein three-dimensional structures (3D) are redundant, the unique number of human genes represented by them is estimated around 1%. Nowadays there are only a few cases describing two isoforms that have their own protein 3D structures done experimentally. The variety that alternative splicing can produce is large enough to structural genome projects undergoing could determinate its structures, fact that have negating, at least for a while, large-scale studies about functional implications of alternative splicing using experimental data. However, bioinformatics turn possible this kind of projects using the mapping onto the genome of transcripts and the sequence of the known protein 3D structures. Using this approach we searched for alternative splicing isoforms which have at least one known protein structure with additional biological information when compared against the isoform. We have produced a new methodology for detecting alternative splicing in the human transcriptoma using binary matrices for each transcript and known 3D protein structure. After the selection of putative isoforms, there were constructed 73 3D protein using concepts of molecular modelling by homology. There were randomly selected 21 of them to the submitted to molecular dynamics simulations and 80% of them showed that they were structurally stable. The biological annotation of each non-inserted fragment due to alternative splicing shows that 80% of them have in some degree functional importance. Then, we conclude that, for our dataset, the alternative splicing events produce isoforms that can act as negative dominants, antagonists or even regulators of their biological activity.

As vias de sinalização celular por meio de moléculas são um dos principais meios de controle funcional de um organismo. O entendimento das funções de moléculas sinalizadoras facilita a compreensão das vias metabólicas de um organismo, assim possibilitando uma melhor compreensão de vários eventos biológicos e também de várias doenças. A sinalização pelo ácido retinóico (AR), e seus derivados, é responsável pelo controle de várias funções, por exemplo: crescimento celular, diferenciação celular, formação da retina, desenvolvimento cardíaco e também relacionado a várias patologias como diabetes, obesidades, cânceres, e doenças cardiovasculares. A ação do ácido retinóico é controlada em dois níveis: no metabolismo de síntese/degradação e na sua utilização na sinalização para a expressão gênica. A maquinaria que controla o metabolismo inclui as enzimas de síntese do AR (aldeído desidrogenase ALDH) e as enzimas de degradação do AR (Cyp26), que controlam a distribuição espaço-temporal do AR durante a embriogênese. As ALDHs são enzimas NAD(P)+ dependentes, que oxidam uma ampla gama de aldeídos para os seus correspondentes ácidos carboxílicos, sendo ALDH1A2 a principal enzima na transformação de retinal em ácido retinóico. A maquinaria da sinalização celular por AR contém os receptores nucleares controlados por AR (RARs) que estão envolvidos com o controle da transcrição gênica. Os mecanismos de controle de expressão mais comuns são os que ocorrem na fase transcricional. Um desses mecanismos envolve proteínas que se ligam às regiões promotoras de transcrição, representadas por trechos de DNA que geralmente estão localizados próximo à região de início da transcrição, mas que também podem estar a centenas ou até milhares de pares de bases desse início. Essas proteínas modulam a maquinaria transcricional, podendo ativá-la ou inibi-la. A associação de várias técnicas como a biologia molecular, bioinformática, filogenia, análises estruturais de biomoléculas, mecânica molecular e métodos termodinâmicos tem se mostrado uma poderosa abordagem para compreensão de sistemas biológicos simplificando e agilizando o desenvolvimento do conhecimento científico. Nessa direção, esse estudo desenvolveu duas análises: a primeira estudando a evolução das funções das enzimas ALDH, utilizando-se de técnicas de genômica combinatória, filogenia, bioinformática, estrutura de biomoléculas e de biologia do desenvolvimento, tentando compreender o modo como as ALDHs, que apresentam as seqüências de aminoácidos bastante similares, puderam divergir para gerar funções diversas como a destoxificação e a sinalização. Para este estudo foram analisados os genomas de 487 organismos em busca de seqüências de ALDHs e também o genoma do organismo modelo Branchiostoma floridae. Foram obtidas 190 seqüências que foram utilizadas em uma análise filogenética para tentar compreender a função primordial e também para definir grupos de aminoácidos candidatos a marcadores das diferentes famílias de ALDHs. Essas 190 seqüências também foram modeladas estruturalmente e analisada a forma e o volume do canal onde se aloja o aldeído a ser oxidado. A partir dessas informações foi possível prever que as ALDHs passaram das funções ancestrais de controle do padrão corporal para algo mais abrangente como funções protetoras. A segunda análise, utilizando-se das estruturas tridimensionais dos fatores de transcrição ligados ao DNA em diferentes posições e submetendo esses complexos a processos de mecânica molecular, cálculos termodinâmicos e análises das ligações de hidrogênio para tentar prever os mais prováveis sítios de interação entre os receptores e o DNA. O modelo escolhido para essa análise foram os fatores de transcrição regulados por ácido retinóico o RAR e RXR utilizando a região promotora do gene RARE-2 para avaliar as mais prováveis regiões de ligação desses fatores. Para esse estudo foram construídos 71 complexos proteína-DNA que foram submetidos a processos de mecânica molecular e cálculos termodinâmicos. A partir dessas informações foi possível prever uma região de maior afinidade entre o fator de transcrição e o DNA. As análises de ligações de hidrogênio possibilitaram definir exatamente a região de interação entre os fatores de transcrição e o DNA, e também descrever as interações moleculares responsáveis pela especificidade da interação. / Cellular signaling paths through molecules are one of the main processes of functional control of an organism. The comprehension of signaling molecules functions enables one to understand the metabolic pathways of an organism, along with related biological events and several diseases. The signaling through retinoic acid (RA) and its secondary products is responsible for controlling several functions, such as cellular growth and differentiation, retinas formation and cardio development, and is also related to several pathologies such as diabetes, obesity, cancers and cardiovascular disorders. There are two levels of control of retinoic acid activity: synthesis/degradation metabolism and its use in gene expression signaling. The machinery that controls the metabolism includes RAs synthesis (aldehyde dehydrogenase ALDH) and degradation (Cyp26) enzymes, which control the space-temporal distribution of RA during the embryogenesis. The ALDHs are NAD(P)+ dependent enzymes that oxidize many types of aldehydes into the related carboxylic acids, being the ALDH1A2 the main enzyme involved in the process of transformation of retinal into retinoic acid. The machinery of cellular signaling through RA contains the nuclear receptors controlled by RA (RARs) that are involved in the control of gene transcription. The most common mechanisms of expression control are the ones that occur during the transcriptional phase. One of these mechanisms involves proteins that bind to the transcription promoter regions, represented by DNA sequences that are usually located close to the region where the transcription starts, but can also be hundreds or thousands of base pairs apart from the starting point. These proteins modulate the transcriptional machinery, being responsible for both its activation and inhibition. The association of several techniques as molecular biology, bioinformatics, phylogeny, structural analysis of biomolecules, molecular mechanics and thermodynamic methods has been shown as a powerful tool for the understanding of biological systems, simplifying and speeding up the production of related scientific knowledge. Facing this direction, the present study developed two analyses. The first one studied the evolution of ALDH enzymes functions, using the techniques of combinatory genomic, phylogeny, bioinformatics, structure of biomolecules and developmental biology, in the attempt of understanding how the ALDHs could diverge and acquire different functions as detoxification and signaling, despite the fact that they have very similar aminoacid sequences. For this study, ALDHs sequences were searched for in the genome of 487 organisms plus the model organisms, Branchiostoma floridae. All 190 sequences obtained were used in a phylogenetic analysis, in the attempt of understanding the primordial function of the enzyme and defining possible groups of conserved aminoacids in the different families of ADLHs. These 190 sequences were also structurally modeled and the shape and volume of the channel where the aldehyde is placed to be oxidized were analyzed. Based on this information, it became possible to predict that the ALDHs moved from ancestral functions of corporal pattern control to a wider spectrum of protection functions. For the second analysis we submitted the complex formed by tridimensional structures of the transcriptional factors bond to DNA in different positions to processes of molecular mechanics, thermodynamic calculi and analysis of the hydrogen bonds, in order to predict the most probable sites of interaction between the receptors and the DNA. The model chosen for this analysis were the transcription factors regulated by retinoic acid, RAR and RXR, using the promoter region of the gene RARE-2 to assay the most probable binding regions of these factors. For this study, 71 protein-DNA complexes were built and submitted to processes of molecular mechanics and thermodynamic calculi. Based on the resulting data, it became possible to predict a region of greater affinity between the transcription factor and the DNA. The analyses of hydrogen bonds enabled us to define the exact region where the interaction between the transcription factor and the DNA takes place and also enabled us to describe the molecular interactions responsible for the specificity of this interaction.

A proteína P21 do Trypanosoma cruzi participa no processo de infecção da célula hospedeira, desse modo é de grande importância: elucidar as vias de sinalização induzidas pela proteína, bem como caracterizar a nível molecular e estrutural a P21. O que vai auxiliar no entendimento da função biológica da P21 e sua participação no processo de infecção. A P21 recombinante é expressa Escherichia coli em sua maioria na fração insolúvel. Visando aumento de proteína na fração solúvel, foi realizada a clonagem do gene da P21 em vetor pSMT3, bem como testes de expressão subsequentes em diferentes cepas de expressão de E. coli, em vetor pET-28 e pSMT3 e variadas condições de expressão e lise celular. Desse modo obtiveram-se as condições que permitissem uma maior concentração da P21 na fração solúvel. A expressão foi realizada no vetor pET-28, cepa BL21, a 37°C com meio 2xYT a 0.5 mM de IPTG, utilizando a técnica de sonicação como lise. A P21 foi purificada em cromatografia de afinidade e posteriormente em coluna de exclusão molecular. Foram realizados estudos de modelagem por homologia levaram a elaborar a hipótese de que a P21 tem a função de inibidor de serinoprotease do tipo kunitz. Posteriormente essa hipótese foi confirmada com ensaios de avaliação da atividade inibitória da P21 frente à tripsina, quimiotripsina e elastase neutrofílica, o qual a P21 mostrou capaz de inibir a elastase neutrofílica. Estudos com espalhamento dinâmico da luz (DLS) revelaram que as amostras testadas de P21 contém diferentes concentrações de agregados de alto peso molecular em todos os pHs avaliados. Outras medidas foram realizadas para avaliar o estado de agregação da P21 de acordo com a temperatura e verificou-se que entre 32-52 °C, a proteína apresenta menor raio hidrodinâmico, indicando menor agregação nesse intervalo. Estudos de dicroísmo circular revelaram que a P21 apresenta por volta de 20% de α hélice, 32% de folha-β, 22% de volta e 23 % estrutura randômica. De acordo com a curva de desnaturação referente ao espectro de CD obtido, a P21 se mostra desnaturada a partir de 64°C. / The Trypanosoma cruzi protein P21 participates in the host cell infection process, but its specific function is poorly described. Thus it is important to elucidate the signaling pathways induced by the protein and characterize the P21 at the structural and molecular levels, as a contribution towards the understanding of the P21 biological function and its role in the infection process. The Escherichia coli recombinant P21 is expressed mostly in the insoluble fraction. Aiming to increase protein in the soluble fraction, we performed the cloning of the P21 gene in pSMT3 vector and subsequent expression tests in different expression strains of E. coli in pET-28 and pSMT3 vectors and varied expression conditions and cell lysis. Thus we obtained conditions that allow a greater concentration of the P21 in the soluble fraction. The expression vector was performed using vector pET-28, in Bl21 strain at 37°C in 2xYT culture medium with 0.5 mM IPTG, using the sonication technique in cell lysis. The recombinant P21 was purified by Ni affinity chromatography and subsequently a molecular exclusion column. We performed homology modeling studies which led to assume that P21 can be a serinprotease inhibitor of Kunitz type. Furthermore, this hypothesis was confirmed in the experiments testing the P21 inhibitory activity against the trypsin, chymotrypsin and elastase. We found the P21 exclusively inhibit neutrophil elastase. Studies using dynamic light scattering (DLS) revealed that the samples containing P21 contained large molecular weigth aggregates in different concentrations at all evaluated pHs. Others measurements were performed to assess the P21 aggregation state according to the temperature and we found that between 32-52 °C the protein had a smaller hydrodynamic radius, indicating less aggregation in this range. Circular dichroism (CD) studies revealed that P21 has about 20% α-helix, 32% β, -sheet, 22% turn and 23% of random structure. According to the denaturation curve for the CD spectrum obtained, the P21 was denatured from 64°C.

A proteína P21 do Trypanosoma cruzi participa no processo de infecção da célula hospedeira, desse modo é de grande importância: elucidar as vias de sinalização induzidas pela proteína, bem como caracterizar a nível molecular e estrutural a P21. O que vai auxiliar no entendimento da função biológica da P21 e sua participação no processo de infecção. A P21 recombinante é expressa Escherichia coli em sua maioria na fração insolúvel. Visando aumento de proteína na fração solúvel, foi realizada a clonagem do gene da P21 em vetor pSMT3, bem como testes de expressão subsequentes em diferentes cepas de expressão de E. coli, em vetor pET-28 e pSMT3 e variadas condições de expressão e lise celular. Desse modo obtiveram-se as condições que permitissem uma maior concentração da P21 na fração solúvel. A expressão foi realizada no vetor pET-28, cepa BL21, a 37°C com meio 2xYT a 0.5 mM de IPTG, utilizando a técnica de sonicação como lise. A P21 foi purificada em cromatografia de afinidade e posteriormente em coluna de exclusão molecular. Foram realizados estudos de modelagem por homologia levaram a elaborar a hipótese de que a P21 tem a função de inibidor de serinoprotease do tipo kunitz. Posteriormente essa hipótese foi confirmada com ensaios de avaliação da atividade inibitória da P21 frente à tripsina, quimiotripsina e elastase neutrofílica, o qual a P21 mostrou capaz de inibir a elastase neutrofílica. Estudos com espalhamento dinâmico da luz (DLS) revelaram que as amostras testadas de P21 contém diferentes concentrações de agregados de alto peso molecular em todos os pHs avaliados. Outras medidas foram realizadas para avaliar o estado de agregação da P21 de acordo com a temperatura e verificou-se que entre 32-52 °C, a proteína apresenta menor raio hidrodinâmico, indicando menor agregação nesse intervalo. Estudos de dicroísmo circular revelaram que a P21 apresenta por volta de 20% de α hélice, 32% de folha-β, 22% de volta e 23 % estrutura randômica. De acordo com a curva de desnaturação referente ao espectro de CD obtido, a P21 se mostra desnaturada a partir de 64°C. / The Trypanosoma cruzi protein P21 participates in the host cell infection process, but its specific function is poorly described. Thus it is important to elucidate the signaling pathways induced by the protein and characterize the P21 at the structural and molecular levels, as a contribution towards the understanding of the P21 biological function and its role in the infection process. The Escherichia coli recombinant P21 is expressed mostly in the insoluble fraction. Aiming to increase protein in the soluble fraction, we performed the cloning of the P21 gene in pSMT3 vector and subsequent expression tests in different expression strains of E. coli in pET-28 and pSMT3 vectors and varied expression conditions and cell lysis. Thus we obtained conditions that allow a greater concentration of the P21 in the soluble fraction. The expression vector was performed using vector pET-28, in Bl21 strain at 37°C in 2xYT culture medium with 0.5 mM IPTG, using the sonication technique in cell lysis. The recombinant P21 was purified by Ni affinity chromatography and subsequently a molecular exclusion column. We performed homology modeling studies which led to assume that P21 can be a serinprotease inhibitor of Kunitz type. Furthermore, this hypothesis was confirmed in the experiments testing the P21 inhibitory activity against the trypsin, chymotrypsin and elastase. We found the P21 exclusively inhibit neutrophil elastase. Studies using dynamic light scattering (DLS) revealed that the samples containing P21 contained large molecular weigth aggregates in different concentrations at all evaluated pHs. Others measurements were performed to assess the P21 aggregation state according to the temperature and we found that between 32-52 °C the protein had a smaller hydrodynamic radius, indicating less aggregation in this range. Circular dichroism (CD) studies revealed that P21 has about 20% α-helix, 32% β, -sheet, 22% turn and 23% of random structure. According to the denaturation curve for the CD spectrum obtained, the P21 was denatured from 64°C.

As vias de sinalização celular por meio de moléculas são um dos principais meios de controle funcional de um organismo. O entendimento das funções de moléculas sinalizadoras facilita a compreensão das vias metabólicas de um organismo, assim possibilitando uma melhor compreensão de vários eventos biológicos e também de várias doenças. A sinalização pelo ácido retinóico (AR), e seus derivados, é responsável pelo controle de várias funções, por exemplo: crescimento celular, diferenciação celular, formação da retina, desenvolvimento cardíaco e também relacionado a várias patologias como diabetes, obesidades, cânceres, e doenças cardiovasculares. A ação do ácido retinóico é controlada em dois níveis: no metabolismo de síntese/degradação e na sua utilização na sinalização para a expressão gênica. A maquinaria que controla o metabolismo inclui as enzimas de síntese do AR (aldeído desidrogenase ALDH) e as enzimas de degradação do AR (Cyp26), que controlam a distribuição espaço-temporal do AR durante a embriogênese. As ALDHs são enzimas NAD(P)+ dependentes, que oxidam uma ampla gama de aldeídos para os seus correspondentes ácidos carboxílicos, sendo ALDH1A2 a principal enzima na transformação de retinal em ácido retinóico. A maquinaria da sinalização celular por AR contém os receptores nucleares controlados por AR (RARs) que estão envolvidos com o controle da transcrição gênica. Os mecanismos de controle de expressão mais comuns são os que ocorrem na fase transcricional. Um desses mecanismos envolve proteínas que se ligam às regiões promotoras de transcrição, representadas por trechos de DNA que geralmente estão localizados próximo à região de início da transcrição, mas que também podem estar a centenas ou até milhares de pares de bases desse início. Essas proteínas modulam a maquinaria transcricional, podendo ativá-la ou inibi-la. A associação de várias técnicas como a biologia molecular, bioinformática, filogenia, análises estruturais de biomoléculas, mecânica molecular e métodos termodinâmicos tem se mostrado uma poderosa abordagem para compreensão de sistemas biológicos simplificando e agilizando o desenvolvimento do conhecimento científico. Nessa direção, esse estudo desenvolveu duas análises: a primeira estudando a evolução das funções das enzimas ALDH, utilizando-se de técnicas de genômica combinatória, filogenia, bioinformática, estrutura de biomoléculas e de biologia do desenvolvimento, tentando compreender o modo como as ALDHs, que apresentam as seqüências de aminoácidos bastante similares, puderam divergir para gerar funções diversas como a destoxificação e a sinalização. Para este estudo foram analisados os genomas de 487 organismos em busca de seqüências de ALDHs e também o genoma do organismo modelo Branchiostoma floridae. Foram obtidas 190 seqüências que foram utilizadas em uma análise filogenética para tentar compreender a função primordial e também para definir grupos de aminoácidos candidatos a marcadores das diferentes famílias de ALDHs. Essas 190 seqüências também foram modeladas estruturalmente e analisada a forma e o volume do canal onde se aloja o aldeído a ser oxidado. A partir dessas informações foi possível prever que as ALDHs passaram das funções ancestrais de controle do padrão corporal para algo mais abrangente como funções protetoras. A segunda análise, utilizando-se das estruturas tridimensionais dos fatores de transcrição ligados ao DNA em diferentes posições e submetendo esses complexos a processos de mecânica molecular, cálculos termodinâmicos e análises das ligações de hidrogênio para tentar prever os mais prováveis sítios de interação entre os receptores e o DNA. O modelo escolhido para essa análise foram os fatores de transcrição regulados por ácido retinóico o RAR e RXR utilizando a região promotora do gene RARE-2 para avaliar as mais prováveis regiões de ligação desses fatores. Para esse estudo foram construídos 71 complexos proteína-DNA que foram submetidos a processos de mecânica molecular e cálculos termodinâmicos. A partir dessas informações foi possível prever uma região de maior afinidade entre o fator de transcrição e o DNA. As análises de ligações de hidrogênio possibilitaram definir exatamente a região de interação entre os fatores de transcrição e o DNA, e também descrever as interações moleculares responsáveis pela especificidade da interação. / Cellular signaling paths through molecules are one of the main processes of functional control of an organism. The comprehension of signaling molecules functions enables one to understand the metabolic pathways of an organism, along with related biological events and several diseases. The signaling through retinoic acid (RA) and its secondary products is responsible for controlling several functions, such as cellular growth and differentiation, retinas formation and cardio development, and is also related to several pathologies such as diabetes, obesity, cancers and cardiovascular disorders. There are two levels of control of retinoic acid activity: synthesis/degradation metabolism and its use in gene expression signaling. The machinery that controls the metabolism includes RAs synthesis (aldehyde dehydrogenase ALDH) and degradation (Cyp26) enzymes, which control the space-temporal distribution of RA during the embryogenesis. The ALDHs are NAD(P)+ dependent enzymes that oxidize many types of aldehydes into the related carboxylic acids, being the ALDH1A2 the main enzyme involved in the process of transformation of retinal into retinoic acid. The machinery of cellular signaling through RA contains the nuclear receptors controlled by RA (RARs) that are involved in the control of gene transcription. The most common mechanisms of expression control are the ones that occur during the transcriptional phase. One of these mechanisms involves proteins that bind to the transcription promoter regions, represented by DNA sequences that are usually located close to the region where the transcription starts, but can also be hundreds or thousands of base pairs apart from the starting point. These proteins modulate the transcriptional machinery, being responsible for both its activation and inhibition. The association of several techniques as molecular biology, bioinformatics, phylogeny, structural analysis of biomolecules, molecular mechanics and thermodynamic methods has been shown as a powerful tool for the understanding of biological systems, simplifying and speeding up the production of related scientific knowledge. Facing this direction, the present study developed two analyses. The first one studied the evolution of ALDH enzymes functions, using the techniques of combinatory genomic, phylogeny, bioinformatics, structure of biomolecules and developmental biology, in the attempt of understanding how the ALDHs could diverge and acquire different functions as detoxification and signaling, despite the fact that they have very similar aminoacid sequences. For this study, ALDHs sequences were searched for in the genome of 487 organisms plus the model organisms, Branchiostoma floridae. All 190 sequences obtained were used in a phylogenetic analysis, in the attempt of understanding the primordial function of the enzyme and defining possible groups of conserved aminoacids in the different families of ADLHs. These 190 sequences were also structurally modeled and the shape and volume of the channel where the aldehyde is placed to be oxidized were analyzed. Based on this information, it became possible to predict that the ALDHs moved from ancestral functions of corporal pattern control to a wider spectrum of protection functions. For the second analysis we submitted the complex formed by tridimensional structures of the transcriptional factors bond to DNA in different positions to processes of molecular mechanics, thermodynamic calculi and analysis of the hydrogen bonds, in order to predict the most probable sites of interaction between the receptors and the DNA. The model chosen for this analysis were the transcription factors regulated by retinoic acid, RAR and RXR, using the promoter region of the gene RARE-2 to assay the most probable binding regions of these factors. For this study, 71 protein-DNA complexes were built and submitted to processes of molecular mechanics and thermodynamic calculi. Based on the resulting data, it became possible to predict a region of greater affinity between the transcription factor and the DNA. The analyses of hydrogen bonds enabled us to define the exact region where the interaction between the transcription factor and the DNA takes place and also enabled us to describe the molecular interactions responsible for the specificity of this interaction.