A família Tiol Peroxidases (TPxs - Peroxirredoxinas e Glutationa peroxidases) purificadas definitivamente reduzem peróxidos rapidamente (peroxinitrito, ONOOH/ONOO; peróxido de hidrogênio, H2O2), mas nenhuma evidência direta desta atividade foi demonstrada em células vivas. Isto é particularmente importante pois o ciclo catalítico da atividade peróxido redutase de TPxs depende de sucessivas reações de trocas de tióis que podem limitar a velocidade de redução do peróxido. Neste trabalho, esta questão foi investigada em Saccharomyces cerevisiae (Sc) por meio de cinética de competição com um indicador fluorescente que é específico para ONOO (ácido borônico de cumarina; CBA), com a expectativa de que quanto maior a atividade peroxinitrito redutase, menor a oxidação do indicador. Também foi investigado o papel de duas peroxirredoxinas (Prxs) específicas na remoção deste peróxido. O estudo mostrou que a oxidação do indicador CBA dependente de ONOO foi sempre significativamente maior em células de Saccharomyces cerevisiae deficientes em TPxs (cepa 8) relativo a cepa nativa (WT). Além disso, a transfecção do gene que codifica a Prx mais abundante em Saccharomyces cerevisiae (Tsa1) na cepa 8 diminui parcialmente a oxidação de CBA. Além disso, a oxidação de CBA foi maior na cepa deficiente apenas da peroxirredoxina Tsa1 (a mais abundante da família) relativo à cepa WT, mostrando a relevância desta isoforma especificamente. De forma adversa, a oxidação de CBA na cepa deficiente da peroxirredoxina Tsa2 foi semelhante à cepa WT. Também, foi constatado que o processo de remoção de ONOO é catalítico (e não estequiométrico) para crescentes fluxos de peroxinitrito em todas as cepas e condições utilizadas no estudo. Finalmente, o estudo sugere que células possuem sistemas catalíticos peroxinitrito redutase redundantes, já que a própria cepa 8 apresenta e pode modular esta atividade. Estes resultados confirmam a expectativa da relevância de TPxs na remoção de ONOO e por extensão de outros peróxidos biologicamente relevantes e são a primeira evidência direta e em tempo real da atividade peroxinitrito redutase de TPxs em células. / The purified Thiol Peroxidases family (TPxs - Peroxiredoxins and Glutathione peroxidases) rapidly reduces peroxides (peroxynitrite, ONOOH/ONOO-, hydrogen peroxide, H2O2), but no direct evidence of this activity has been demonstrated in living cells. This is particularly important since the catalytic cycle of the TPxs peroxide reductase activity depends on successive thiol exchange reactions, which may limit the rate of peroxide reduction. In this work, this question was investigated in Saccharomyces cerevisiae (Sc) by competition kinetics using a fluorescent indicator that is specific for ONOO- (coumarin boronic acid; CBA). It is expected that the higher the peroxynitrite reductase activity, the lower the oxidation of the indicator. The role of two specific peroxiredoxins (Prxs) in the removal of this peroxide has also been investigated. The study showed that the oxidation of ONOO- dependent CBA indicator was always significantly higher in TPxs-deficient Saccharomyces cerevisiae cells (strain 8) compared to the native strain (WT). In addition, the transfection of the gene encoding the most abundant Prx into Saccharomyces cerevisiae (Tsa1) in the 8 strain partially diminishes CBA oxidation. Besides that, CBA oxidation was greater in the deficient strain only of the peroxiredoxin Tsa1 (the most abundant in the family) compared to the WT strain, showing the relevance of this isoform specifically. On the other hand, CBA oxidation in the deficient strain of the Tsa2 peroxiredoxin was similar to the WT strain. Also, it was found that the ONOO- removal process is catalytic (and not stoichiometric) for increasing peroxynitrite fluxes in all strains and conditions used in the study. Finally, the study suggests that cells have redundant peroxynitrite reductase catalytic systems, since the 8 strain itself presents and can modulate this activity. These results confirm the expectation of the relevance of TPxs in the removal of ONOO- and by extension of other biologically relevant peroxides and are the first direct and real-time evidence of peroxynitrite reductase activity of TPxs in cells.

A redução incompleta de oxigênio a água durante a respiração celular resulta na formação de Espécies Reativas de Oxigênio (EROs), compostos oxidantes que podem, em determinadas situações, gerar quadros sérios de estresse oxidativo celular. células aeróbicas são equipadas com um complexo sistema de defesas anti-oxidantes para lidar com esta situação. Peroxirredoxinas constituem uma família de enzimas anti-oxidantes com a habilidade de remover hidroperóxidos à custa de um agente redutor que contenha tióis, protegendo biomoléculas de danos oxidativos. Ahp1 e Tsa1 são as duas peroxirredoxinas mais abundantes da levedura Saccharomyces cerevisiae, podendo cada uma constituir até 1% do total de proteínas solúveis celulares. Neste trabalho, foi realizada a caracterização de algumas propriedades bioquímicas de Ahp1, principalmente no que diz respeito às suas preferências por substratos e sensibilidade à inativação por hidroperóxidos, as quais foram comparadas com as de Tsa1. Diversos cristais de Ahp1 foram obtidos e difrataram com resolução máxima de 1.8A. Diversas estratégias para a resolução de sua estrutura tridimensional foram adotadas, sem sucesso. Por outro lado, a estrutura tridimensional preliminar de Tsa1 foi resolvida, buscando relacionar as características funcionais da proteína com a sua organização espacial. Em uma outra linha, relações entre a regulação do gene AHP1 em condições fisiológicas específicas com a de outros genes que codificam enzimas anti-oxidantes foram reveladas. Ahp1, em conjunto com as outras Prxs Tsa2 e Prx1 parece desempenhar um papel importante na defesa contra o estresse oxidativo em situações nas quais os peroxissomos estão ativos e não possuem catalase. / The incomplete reduction of oxygen to water during respiration results in the formation of Reactive Oxygen Species (ROS), oxidizing compounds, which can generate severe cellular oxidative stress. Aerobic cells are equipped with a complex defense system to cope with this condition. Peroxiredoxins make up a family of antioxidant enzymes with the ability to remove hydroperoxides at the expense of a thiol-containing reducing agent, thereby protecting biomolecules from oxidative damage. Ahp1 and Tsa1 are the two most abundant peroxiredoxins in the yeast Saccharomyces cerevisiae, each one making up to 1% of the cellular soluble proteins. In this work, we carried out a biochemical characterization of some of Ahp1\'s properties, particularly of its substrate preferences and sensitivity to inactivation by hydroperoxides, which have been compared to those of Tsa1. In one approach, Ahp1 crystals were obtained and diffracted at 1.8A resolution. Several methods were unsuccessfully employed in the attempt to solve Ahp1 structure. On the other hand, the three-dimensional structure of Tsa1 was solved, aiming to correlate its functional properties with its spatial organization. In another part of the work, relations between the regulation of AHP1 and other Prx genes were revealed. Ahp1, together with Tsa2 and Prx1, appears to carry out an important role in the cellular defense against oxidative stress, in conditions where peroxisomes are active and devoid of catalase.

As peroxirredoxinas (Prx) são enzimas antioxidantes que se destacam pela capacidade de decompor uma grande variedade de hidroperóxidos com elevada eficiência (106-108M-1s-1), mantendo essas moléculas em níveis adequados à homeostase celular. Entretanto, já foi demonstrado que em diversos tipos tumorais os níveis de Prx são extremamente aumentados e experimentos envolvendo sua inativação resultam na diferenciação ou apoptose de células tumorais. Recentemente, foi descoberto um diterpenóide denominado adenantina que seria o primeiro inibidor para as Prx1 e Prx2 de humanos e foi demonstrada que sua aplicação em células de leucemia mieloide aguda promoveu diferenciação ou apoptose dessas células. Nesse contexto, o presente trabalho apresenta duas vertentes: 1) A caracterização das alterações estruturais e funcionais promovidas pela ligação da adenantina ao sítio ativo das Prx utilizando Tsa1 de Saccharomyces cerevisiae como modelo biológico, em função da sua alta similaridade com Prx2 de humanos; 2) Avaliação da atividade antitumoral dose dependente de adenantina sobre as linhagens celulares REH e MOLT-4 de leucemia linfoide aguda. No que concerne à primeira linha de investigação, nossos resultados revelam que Tsa1 é suscetível à inibição por adenantina, uma vez que o tratamento reduziu em ~66 % a velocidade de decomposição de peróxido de hidrogênio. Adicionalmente, a mutação da Thr44 de Tsa1, pertencente à chamada tríade catalítica, por uma Ser resultou em uma proteína mais suscetível a alterações na estrutura secundária e à inibição da atividade peroxidásica em função da ligação com adenantina, apresentando uma diminuição de ~85% na velocidade de reação. Características semelhantes foram observadas para a proteoforma Tsa2 de S. cerevisiae, que carreia naturalmente a substituição da Thr44 pela Ser. Análises de sequências de Prx em bancos de dados revelaram que majoritariamente proteínas contendo Ser são encontradas em organismos procariotos, muitos deles patogênicos. Finalmente, demonstramos por meio de ensaios citotoxicidade que as bactérias Staphylococcus aureus e Staphylococcus epidermidis, que possuem uma Ser na tríade catalítica, têm seu crescimento inibido pelo tratamento com adenantina (IC50 de 460µM e 77µM, respectivamente), enquanto que para Escherichia coli, que possui Thr nessa posição, a toxicidade da adenantina foi bastante baixa (não foi possível determinar o IC50 nas condições utilizadas). Dessa forma, os dados apresentados neste trabalho demonstram o potencial da utilização da adenantina tanto como antibiótico quanto como antileucêmico. / Peroxiredoxins (Prx) are antioxidant enzymes which stand out due the ability to decompose a wide variety of hydroperoxides with high efficiency (106-108M-1s-1) maintaining these molecules at suitable levels to cellular homeostasis and participating in several signaling events. However, it has been shown that, in many tumor types, Prx levels are extremely increased and experiments involving its inactivation have resulted in differentiation or apoptosis of tumor cells. It was recently found a diterpenoid, called adenanthin, that would be the first human Prx1 and Prx2 inhibitor and it was demonstrated that its application in acute myeloid leukemia cells was able to promote differentiation or apoptosis. In this context, this work presents two lines of research: 1) Characterization of structural and functional changes promoted by adenanthin binding to Prx active site using Tsa1 from Saccharomyces cerevisiae as biological model, due to its high similarity to human Prx2. 2) Evaluation of adenanthin dose-dependent antitumor activity over the acute lymphoid leukemia cell lines REH and MOLT-4. As regards the first line of research, our result reveal that Tsa1 is susceptible to inhibition by adenanthin, since the treatment with this binder reduced the hydrogen peroxide decomposition velocity in ~ 66%. In addition, the replacement of Thr44 from Tsa1, aminoacid belonging to the so-called catalytic triad, by a Ser resulted in a protein more susceptible to alterations in secondary structure and to peroxidase activity inhibition in function of adenanthin binding, presenting ~85% of decrease in reaction velocity. Similar characteristics were observed for Tsa2 proteoform from S. cerevisiae, which naturally carries the substitution of Thr44 by Ser. Prx sequences analyzes in databases revealed that mostly Ser-containing proteins are found in prokaryotic organisms, many of them pathogenic ones. Finally, we demonstrate through cytotoxicity assays that the bacteria Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis, which have a Ser in catalytic triad, have their growth inhibited by adenanthin treatment (IC50 of 460µM and 77µM, respectively), whereas for Escherichia Coli, which has Thr at that position, the tocyxicity of adenanthin was quite low (it was not possible to determine the IC50 under the used conditions). Regarding the second line of investigation, we found that adenanthin is able to induce the death of leukemic cell lines REH and MOLT-4, and for the last one, there was an unexpected proliferation of cells treated by the longest incubation period (72 hours), characterizing a possible indication of differentiation process. In this sense, the data presented here demonstrate the potential of adenanthin use in both antibiotic and antileukemic treatments.

Peroxirredoxinas (Prxs) são enzimas que desempenham papéis centrais no metabolismo redox celular, são proteínas abundantes reduzindo peróxidos com uma velocidade extraordinária. As Prxs estão presentes em todos os grupos taxonômicos, possuem várias isoformas com diferentes funções, tais como antioxidantes, chaperonas moleculares e reguladores da transdução de sinal. São peroxidases tióis dependentes baseadas em um resíduo de cisteína catalítico podendo ser divididas em 1-Cys ou 2-Cys, dependendo do número de resíduos de cisteínas envolvidos na catálise. Inicialmente a redução das Prxs foi descrita por ser estritamente dependente de tióis, no entanto nosso grupo demonstrou que o ascorbato também poderia reduzir o sulfênico intermediário das 1-Cys Prx (1-Cys Prx-SOH) em diferentes organismos. Esses dados representam um quebra no paradigma antioxidante tiól específico, mostrando que o ascorbato pode reduzir os ácidos sulfênicos nas 1-Cys Prx. Para obter evidências que o ascorbato possa ser considerado um redutor biológico das 1-Cys Prx, foi necessário determinar a constante de segunda ordem, uma vez que em células, outros compostos podem competir com este antioxidante. Devido a problemas técnicos, este foi um desafio por muitos anos. Neste trabalho, descrevemos a caracterização cinética da redução de ácidos sulfênicos por ascorbato em diferentes proteínas. Primeiramente, a redução das 1-Cys Prx-SOH foi analisado usando a enzima de A. fumigatus (AfPrxA) que apresenta similaridade de 37% com a Prdx6 (1-Cys Prx humana) e foi considerada uma enzima bastante estável. Inicialmente, realizamos a análise bi-substrato utilizando eletrodos específicos para H2O2 (Free Radical Analyzer 4100 da World Precision Instruments Inc.), através de uma abordagem de estado estacionário. AfPrxA decompõem H2O2 em uma reação ascorbato dependente com boa eficiência (kcat/KM asc = 7.4 x 103 M-1s-1), através de um mecanismo Bi-Bi Ping-Pong. Para apoiar ainda mais esses resultados, desenvolvemos uma abordagem cinética independente, baseada na competição entre diclorofenolindofenol (DCPIP) e ácidos sulfênicos por ascorbato. DCPIP é um sensor redox, cuja a coloração azul é perdida quando reduzido. Primeiramente, confirmamos que o DCPIP foi reduzido por ascorbato com uma constante de segunda ordem de 718 M-1s-1, similar a valores descritos na literatura anteriormente. Este método validou nossas condições de ensaio, permitindo determinar a constante de segunda ordem de reação entre AfPrxA-SOH e ascorbato (1,5 x 103 M-1s-1) a pH 7,44, 25ºC através da abordagem de pseudo-primeira ordem. Portanto, por dois métodos diferentes, demonstramos que o ascorbato reduz a AfPrxA-SOH com constantes de velocidade na ordem de 103 M-1s-1. Este ensaio também nos permitiu determinar as constantes de segunda ordem para as 1-Cys Prx de diferentes organismos como bactéria, levedura, planta e mamíferos. Em todos os casos, as constantes de velocidade foram na ordem de 103 M-1s-1. Posteriormente, analisamos se a 2-Cys Prx de levedura (Tsa1), que possui uma mutação na cisteína de resolução por um resíduo de serina (Tsa1-C170S) poderia adquiri atividade ascorbato dependente. Novamente, a forma ácido sulfênico da Tsa1-C170S foi reduzida por ascorbato na mesma ordem de grandeza de 103 M-1s-1. Em adição, decidimos investigar a redução dos Cys-SOH por ascorbato em outras proteínas como Gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (GAPDH) e Papaína que também possuem um ácido sulfênico como produto da oxidação. A constante de segunda ordem obtida da reação com ascorbato foi novamente à mesma ordem de grandeza (103 M-1s-1). Em conclusão, a redução de ácidos sulfênicos presentes nas Prxs por ascorbato pode ser considerada relevante em compartimentos subcelulares em que este redutor esteja presente em grandes quantidades. Além disso, o ascorbato pode reduzir ácidos sulfênicos de outras proteínas, e esta interação pode representar uma nova via na biologia redox que ainda precisa ser explorada in vivo / Peroxiredoxins (Prxs) are enzymes that play central roles in cellular redox metabolism, since they reduce peroxides with extraordinary rates and are abundant proteins. Prxs are found in all kingdoms with multiple isoforms, performing multiple functions such as antioxidants, molecular chaperones, and regulators of signal transduction. Prxs are Cys-based, thiol-dependent peroxidases with remarkable catalytic efficiency that can be divided into 1-Cys or 2-Cys, depending on the number of Cys residues involved in catalysis. Initially, reduction of Prxs was described to be strictly dependent on thiols, but later we showed that ascorbate can also reduce the sulfenic intermediate of 1-Cys Prx (1-Cys Prx-SOH) from various organisms. These data represented a breakthrough in the thiol-specific antioxidant paradigm, as ascorbate can also reduce sulfenic acids in 1-Cys Prx. To gain evidences that ascorbate could be a biological reductant for 1-Cys Prx it was necessary to determinate the respective second order rate constant, since in cells other compounds might compete with this antioxidant. Due to technical issues, this was a challenge for many years. In this work, we describe the kinetic characterization of sulfenic acid reduction by ascorbate in several proteins. Firstly, the reduction of 1-Cys Prx-SOH by ascorbate was analyzed using an enzyme from A. fumigatus (AfPrxA) that is 37% similar to PRDX6 (human 1-Cys Prx) and was quite stable. Initially, a steady-state, bi-substrate approach was followed by means of a specific H2O2 electrode (Free Radical Analyzer 4100, World Precision Instruments Inc.). AfPrxA decomposed H2O2 in an ascorbate dependent manner with good efficiency (kcat/KM asc = 7.4 x103 M-1s-1), through a Bi-Bi Ping-Pong mechanism. To further support these findings, we developed an independent, competitive kinetic approach based on the competition between dichlorophenolindophenol (DCPIP) and sulfenic acid to ascorbate. DCPIP is a redox sensor, whose blue color is lost when reduced. Firstly, we confirmed that in our conditions DCPIP was reduced by ascorbate with a second-order rate constant of 718 M-1s-1, similar to values previously described. This procedure validated our assay conditions and allowed us to proceed in the competitive method for the determination of the second order rate constant of the reaction of AfPrxA-SOH with ascorbate (1,5 x 103M-1s-1) at pH 7.44, 25ºC by pseudo first order approach. Therefore, by two independent approaches, we showed that ascorbate reduced AfPrxA-SOH with rate constants in the 103 M-1s-1 range. It also allowed us to determine the second order rate constants for the reduction 1-Cys Prxs from other organisms such as bacteria, yeast, plant and mammal. In all cases, the rate constants were in the 103 M-1s-1 range. Subsequently, we analyzed whether a recombinant yeast 2-Cys Prx (Tsa1), whose resolving Cys (Cysr) was mutated to a serine residue (Tsa1-C170S) acquired the ascorbate dependent activity. Again, the sulfenic acid form of Tsa1-C170S was reduced by ascorbate in the same 103 M-1s-1 range. In addition, we decided to investigate the reduction of Cys-SOH by ascorbate in other proteins like glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) and Papain that also have a sulfenic acid as product of their oxidation. The second order rate constants obtained for the reaction with ascorbate were again in the same range (103 M-1s-1). In conclusion, the reduction of sulfenic acids present in Prx by ascorbate might be relevant in the subcellular compartments in which this reductant is present at high levels, capable to compete with other reductants. Furthermore, ascorbate can reduce sulfenic acid in other proteins, and this interaction may represent a new route in redox biology that has yet be explored in vivo

2-Cys Prx compõem um grupo de enzimas antioxidantes homodiméricas que atuam na decomposição de hidroperóxidos utilizando uma cisteína reativa (cisteína peroxidásica - CysP). A alta reatividade da CysP é alcançada com o envolvimento de dois aminoácidos vicinais à CysP: uma treonina e uma arginina, que constituem a tríade catalítica. Após a decomposição do hidroperóxido, a CysP forma um dissulfeto intermolecular com um segundo resíduo de cisteína (cisteína de resolução - CysR), o qual é reduzido pela tiorredoxina (Trx). Durante o ciclo redox, estas enzimas sofrem alterações estruturais, mas os mecanismos envolvidos neste processo eram pouco compreendidos. Neste trabalho foi obtida a estrutura cristalográfica de Tsa1 de Saccharomyces cerevisiae, uma 2-Cys Prx. Através de abordagens envolvendo bioquímica e biologia molecular, foi verificada a importância de aminoácidos envolvidos na reatividade e em transições da estrutura terciária e quaternária. Por fim, foram realizados esforços para a determinação da estrutura cristalográfica de mutantes obtidos neste trabalho. / 2-Cys Prx constitute a group of homodimeric antioxidant enzymes that act in the decomposition of hydroperoxides using a reactive cysteine (peroxidase cysteine - CysP). The high reactivity of the CysP is achieved by the participation of two vicinal amino acids: a threonine and an arginine, which constitute the catalytic triad. After the decomposition of hydroperoxide, the CysP forms an intermolecular disulfide with a second cysteine residue (resolving cysteine - CysR), which is reduced by the thioredoxin (Trx). During the redox cycle, these enzymes undergo to changes in the structure, but the molecular mechanisms involved in this process were poorly understood. In this study we have obtained the crystallographic structure of the 2-Cys Prx enzyme Tsa1 from Saccharomyces cerevisiae. By means of biochemical and molecular biology approaches, the importance of amino acids involved in reactivity and structural transitions were determined. Finally, efforts have been performed to the determination of the crystallographic structures of mutant proteins obtained in this study.

SILVA, F. D. A. Caracterização bioquímica e molecular de uma 2-cis-peroxirredoxina de feijão-de-corda [Vigna unguiculata (L.) Walpers]. 2011. 104 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Francisco Lacerda (lacerda@ufc.br) on 2015-03-12T11:33:18Z No. of bitstreams: 1 2011_dis_fdasilva.pdf: 2610057 bytes, checksum: 7d820816e20ddbbc55e76ef2b7175733 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa(jairo@ufc.br) on 2016-01-29T20:48:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_dis_fdasilva.pdf: 2610057 bytes, checksum: 7d820816e20ddbbc55e76ef2b7175733 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-29T20:48:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_dis_fdasilva.pdf: 2610057 bytes, checksum: 7d820816e20ddbbc55e76ef2b7175733 (MD5) Previous issue date: 2011 / O feijão-de-corda [Vigna unguiculata (L.) Walpers] é uma das culturas de grande importância para a região Nordeste, pois representa um dos constituintes básicos da dieta de sua população. Embora a produção venha aumentando anualmente no país, a cultura enfrenta diversos tipos de estresses de natureza biótica e abiótica. Durante condições de estresses, espécies reativas de oxigênio (ROS) são produzidas acima da condição fisiológica, como consequência de alterações do metabolismo. O acúmulo de ROS, em vários tecidos, é nocivo para ácidos nucléicos, proteínas e lipídeos. Sendo assim, a busca de mecanismos que atuem na remoção e controle da produção dessas espécies reativas é de fundamental importância. O presente trabalho teve como objetivos purificar e caracterizar, nos seus aspectos bioquímicos, fisiológicos e moleculares, uma enzima antioxidante de folhas de feijão-de-corda, denominada de 2-cis-peroxirredoxina, que atua reduzindo o peróxido de hidrogênio (H2O2) e hidroperóxidos de alquil, produzindo água ou álcool, respectivamente. A 2-cis-peroxirredoxina purificada de folha de V. unguiculata, nomeada de Vu-2-cis-prx, foi obtida por fracionamento com sulfato de amônio (30-60%), cromatografia de afinidade em matriz de quitina e cromatografia de troca iônica em Resource Q. A Vu-2-cis-prx foi capaz de reduzir hidroperóxidos usando o poder redutor do NADPH e do DTT com auxílio do sistema tioredoxina. Apresentou massa molecular de, aproximadamente, 44 kDa/46 kDa, determinada por SDS-PAGE e cromatografia de exclusão molecular em coluna Superose 12, respectivamente. Já em condições redutoras, apresentou massa molecular de 22 kDa, indicativo de se tratar de uma proteína homodimérica, formada pelo estabelecimento de pontes dissulfeto intermoleculares. A Vu-2-cis-Prx apresentou pI de cerca de 4,7 e a análise por eletroforese bidimensional, com e sem DTT, revelou que a Vu-2-cis-Prx foi focalizada em vários spots protéicos, indicando diferentes estados de oxidação. Sua sequência N-terminal revelou haver similaridade de 96% com a peroxirredoxina de Phaseolus vulgaris e de Populus tricocarpa, e de 94% com aquelas de Vigna radiata, Pisum sativum, Ricinus cummunis e Nicitiana tabacum, além de um resíduo de cisteína altamente conservado na posição 52 (Cys52). Análises por ESI-Q-TOF MS/MS demonstrou massa molecular e pI de 28,622 kDa/5,18, respectivamente. O espectro de dicroísmo circular e desconvolução em pH 7,0 revelaram que a estrutura secundária é composta de 7,6% de ?-hélice, 39% de folha-?, 22,1% de volta-?, e 31% de padrão não ordenado. A Vu-2-cis-Prx se comportou estável ao calor e apresentou temperatura de desnaturação (Tm) de 74 °C. Apresentou, ainda, ótimo de atividade em pH 7.0 e mudanças estruturais e funcionais em pH 3 e 9. Vu-2-cis-Prx não foi capaz de apresentar atividade antifúngica contra Colletrotrichum gloeosporioides, contudo foi capaz de prevenir a degradação de DNA plamidial por ROS (H2O2). Os transcritos de Vu-2-cis-Prx foram altamente expressos em raízes, caules e folhas e a sequência de seu gene demonstrou 100% de homologia com os ESTs FG931548.1 e FG883990.1 de feijão-de-corda, depositados no NCBI. A sequência putativa de aminoácidos revelou 2 resíduos de cisteína conservados e diversos domínios típicos de membros da subfamília de 2-cis-peroxirredoxinas. Modelagem molecular da Vu-2-cis-Prx revelou que o resíduo de cisteína que participa do sítio-redox, denominada de cisteína peroxidásica, está em um bolso no qual o solvente tem acesso, sendo formado por um motivo “loop-hélice”. A Cys52 foi localizada na primeira volta da hélice rodeada pelos aminoácidos Pro45, Thr49 e Arg128, que são conservados em todas as 2-cis-peroxirredoxinas. Além disso, a Vu-2-cis-Prx se mostrou capaz de formar oligômeros com diferentes estados de oxidação. Em suma, foi descrito aqui, pela primeira vez, a purificação e caracterização de uma 2-cis-peroxirredoxina de feijão-de-corda que, semelhantemente a outros membros desta família, deve desempenhar papel crucial na protecção dos cloroplastos de plantas contra o estresse foto-oxidativo prevenindo, assim, danos ao aparato fotossíntético.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:21:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5577.pdf: 2976978 bytes, checksum: 5c1bd2e18805f80570f1c48b19a12574 (MD5) Previous issue date: 2013-08-19 / Financiadora de Estudos e Projetos / Reactive Oxygen Species (ROS) are generated by the incomplete reduction of oxygen during metabolic processes, exposure to external agents and as a secondary response to several diseases and when in excess, can cause injury to tissues and cells. During the evolution process, cells have developed several antioxidant mechanisms. One of such mechanisms encompasses the peroxiredoxins (PRDXs), which are highlighted for their abundance and high reactivity with their substrates. In humans, six different PRDXs have been described as located in different cellular compartments. In erythrocytes, PRDXs, particularly PRDX2, is the third most abundant protein, indicating its possible role in the cell development and their maintenance. However, there are few studies connecting these proteins to erythroid diseases, especially in hemolytic anemias, that have a high ROS production, such as beta thalassemia and sickle cell disease (SCD). This study evaluated the role of PRDXs in reticulocytes of patients with the diseases described above, compared to reticulocytes of health blood donors, using Real Time PCR and proteins will be analyzed by Western blot. Our results showed that the levels of transcript and PRDX1 protein were increased in BT patients and decreased in SCD. The PRDX2 transcript showed no differences in both diseases but in western blot analysis a decrease in PRDX2 protein was observed in SCD, indicating a possible pos transcription regulation process for this gene in SCD. The levels of PRDX5 transcript did not present difference in any of the diseases. A reduction in mRNA and protein levels for PRDX6 was observed in BT and SCD patients. Besides its action in the detoxification of ROS, PRDX6 acts also as a phospholipase A2 regulating the phospholipid turnover at the cell membrane. The decrease of this enzyme found in both patients could indicate that the cell membrane of the erythroid cells were not renovated leading to hemolysis observed in these patients. This is the first study correlating gene expression of peroxiredoxins in these hemolytic anemias The results could contribute in better understand the role of these protein and in a identification of new targets that could help in the management of diseases and improve the survival of these patients. / As espécies reativas de oxigênio (EROS) são geradas pela redução incompleta do oxigênio durante processos metabólicos, exposição a agentes externos e como resposta secundária a várias doenças, quando em excesso podem causar danos a tecidos e células. Durante o processo de evolução, as células desenvolveram vários mecanismos antioxidantes. Um desses mecanismos compreende as peroxirredoxinas (PRDXs), que se destacados pela sua abundância e grande reatividade com seus substratos. Em seres humanos já foram descritas seis diferentes PRDXs localizadasem diferentes compartimentos celulares. Nos eritrócitos, a PRDX2 é terceira proteína mais abundante, indicando um possível papel no desenvolvimento e manutenção destas células. No entanto, existem poucos estudos relacionando estas proteínas com doenças eritróides, especialmente anemias hemolíticas, que apresentam elevados níveis de EROS, como a beta talassemia (BT) e a anemia falciforme (AF). Este estudo avaliou o papel das PRDXs em reticulócitos de pacientes com as doenças descritas acima, comparando com reticulócitos de indivíduos sadios, utilizando PCR em tempo real e Western blot para análise proteica. Nossos resultados mostraram que o nível de transcritos e de proteínas PRDX1 foram aumentados em pacientes BT e diminuídos em pacientes com anemia falciforme. As análises de transcrição da PRDX2 não mostraram diferenças em ambas as doenças, contudo na análise de western blot foi observada diminuição desta proteína em pacientes com anemia falciforme, indicando um possível processo de regulação pós- transcricional deste gene nesta doença. Os níveis de transcrição da PRDX5 não apresentaram diferenças em nenhuma das doenças. A PRDX6 mostrou redução dos níveis de RNAm e proteicos em BT e AF. Além de sua atividade de detoxificação de EROS, a PRDX6 atua como fosfolipase A2 a renovação dos fosfolipídios de membrana. A diminuição desta enzima encontrada em ambos os pacientes poderia indicar que o reparo da membrana das células eritróides pode estar prejudicado conduzindo à hemólise observada nestes pacientes. Este é o primeiro estudo relacionando a expressão gênica de peroxirredoxinas nestas anemias hemolíticas Os resultados podem contribuir para compreender melhor o papel destas proteínas e na identificação de novos alvos que podem ajudar no tratamento destas doenças e melhorar a sobrevida destes pacientes.

Submitted by Luciana Sebin (lusebin@ufscar.br) on 2016-09-20T18:14:03Z No. of bitstreams: 1 TeseCAB.pdf: 11456750 bytes, checksum: 7ab706a3e4cc604844c73a7452eece9a (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T12:48:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseCAB.pdf: 11456750 bytes, checksum: 7ab706a3e4cc604844c73a7452eece9a (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T12:49:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseCAB.pdf: 11456750 bytes, checksum: 7ab706a3e4cc604844c73a7452eece9a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-21T12:49:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCAB.pdf: 11456750 bytes, checksum: 7ab706a3e4cc604844c73a7452eece9a (MD5) Previous issue date: 2015-11-25 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Peroxiredoxins (Prx) are antioxidant proteins capable of decomposing a variety of hydroperoxide are very abundant in the cell and in eukaryotes are distributed in many cell compartments. The Prx are able to reduce their substrates using a highly reactive cysteine residue, named peroxidatic cysteine (CP-S-), which is maintained in the thiolate form as a consequence of the active site environment. In hydroperoxide decomposition process the CP is oxidized to cysteine sulfenic acid (CP-SOH). These vast majorities of these proteins are obligate dimers and has a second cysteine involved in the catalytic cycle, named resolution cysteine (CR), which forms a disulfide with CP and is often reduced by the enzyme thioredoxin (Trx). In addition to the reduction of Prx, the Trx are involved in several other biological processes such as cell growth, inhibition of apoptosis, transcriptional activation and DNA synthesis. When cell are exposed to oxidative stress, the CP can suffer overoxidation, forming species such as cysteine sulfinic acid (CP-SO2H) and cysteine sulfonic acid (CP-SO2H), which are not reduced by Trx. However, the CP overoxidation results in a change of the of Prx quaternary structure, resulting in the formation of high molecular weight structures (HMW) with molecular chaperone property and related to signal transduction triggered by hydroperoxides. Saccharomyces cerevisiae, have two isoforms of cytosolic Prx (Tsa1 and Tsa2), which shares high similarity (86% identity and 96% similarity), but differ in cellular abundance and expression levels. However, these enzymes are often considered redundant proteins. This study aimed the comparative analysis searching for functional and structural differences between Tsa1 and Tsa2. We evaluated Tsa1 and Tsa2 relationships with its oxidizing (hydroperoxide) and reducing substrates (Trx1 and Trx2). We also performed structural and kinetic analysis showed a significant relationship between maintaining the decameric structure the activity of enzymes which occurs by a series polar interactions but not equal to the active site amino acids. Highlighting the Thr44 of Tsa1 (Ser in Tsa2) which is involved in decamer structure stabilization by a CH-π interaction type with the Tyr77 and through the Oγ atom (from Thr) polar interactions with Phe45 and Leu41. Overoxidation susceptibility assays were performed using Tsa1 and Tsa2, and our results revealed that organic hydroperoxides were able to promote the CP overoxidation more efficiently when compared to H2O2. In turn, Tsa2 was very more resistant to CP overoxidation than Tsa1. This difference was also investigated concerning the catalytic triad Thr (Tsa1) to Ser (Tsa2). We generated mutants carrying reciprocal substitutions Tsa1T44S and Tsa2S44T and our results revealed that Tsa1T44S become more resistant to CP overoxidation and Tsa2S44T become more sensitive. The formation of high molecular weight structures (HMW) of Tsa1, Tsa2 and mutants were also investigated by size exclusion chromatography (SEC) and transmission electron microscopy (TEM). The Tsa1, Tsa2 and mutants HMW formation were analyzed by size exclusion chromatograph (SEC) and transmission electron microscopy (TEM). The results showed an increase of HMW formation after Trx system reaction using high concentrations of CHP. Were observed the stacking of the ring-shaped structures besides spherical species. Our results demonstrate that Tsa1 and Tsa2 proteins differ significantly in overoxidation susceptibility and HMW complex formation, indicating that these proteins have not redundant biological roles and small changes in active site promote high functional and structural changes in these enzymes. / Peroxirredoxinas (Prx) são proteínas antioxidantes capazes de decompor uma grande variedade de hidroperóxidos, são muito abundantes na célula e em eucariotos estão distribuídas nos diversos compartimentos celulares. As Prx são capazes de reduzir seus substratos utilizando um resíduo de cisteína altamente reativa, denominada de cisteína peroxidásica (CP-S-), que se apresenta na forma de tiolato. No processo de decomposição de hidroperóxidos é oxidada a cisteína ácido sulfênico (CP-SOH). A grande maioria destas proteínas se apresenta como dímeros obrigatórios e apesar de algumas Prx apresentarem somente uma cisteína, grande parcela possui uma segunda cisteína envolvida no ciclo catalítico que recebe o nome de cisteína de resolução (CR), a qual forma um dissulfeto com CP, que frequentemente é reduzido pela enzima tiorredoxina (Trx). Adicionalmente à redução das Prx, as Trx estão envolvidas em diversos outros processos biológicos como crescimento celular, inibição de apoptose, ativação de transcrição e síntese de DNA. Quando a célula é exposta a elevado estresse oxidativo, pode ocorrer a superoxidação de CP formando espécies superoxidadas como a cisteína ácido sulfínico (CP-SO2H) e sulfônico (CPSO3H) que não podem ser reduzidas por Trx. Entretanto, também resulta na alteração da estrutura quaternária das Prx, levando à formação de estruturas de alto peso molecular (HMW) que possuem propriedade de chaperona molecular e estão relacionadas a transdução de sinal desencadeada por hidroperóxidos. Em Saccharomyces cerevisiae, há duas isoformas citosólicas de Prx (Tsa1 e Tsa2), que possuem grande semelhança (86% de identidade e 96% de similaridade), mas apresentam diferenças na concentração celular e nível de expressão. Entretanto, muitas vezes são consideradas proteínas redundantes. Este trabalho teve como objetivos uma análise comparativa aprofundada buscando um maior entendimento das diferenças funcionais e estruturais de Tsa1 e Tsa2. Foram avaliados a relação de Tsa1 e Tsa2 com seus substratos oxidantes (hidroperóxidos) e substratos redutores (Trx1 e Trx2). Análises estruturais e cinéticas demonstraram uma importante relação entre a manutenção da estrutura decamérica a atividade das enzimas a qual ocorre por uma serie interações polares similares mas não iguais entre aminoácidos do sítio ativo. Com destaque para a Thr44 de Tsa1 (Ser em Tsa2) que possui importância na estabilização da estrutura decamérica através de uma interação do tipo C-H-π com Tyr77 e através do átomo de O que possui interações polares com Phe45 e Leu41. Também foram realizadas análises de susceptibilidade a superoxidação de Tsa1 e Tsa2, e demonstrou-se que peróxidos orgânicos são capazes de promover mais eficientemente a superoxidação quando comparados a H2O2, sendo que Tsa1 apresenta uma maior sensibilidade a superoxidação. Essa diferença foi também relacionada à substituição Thr/Ser e análises de susceptibilidade a superoxidação dos mutantes Tsa1T44S e Tsa2S44T demonstraram que a substituição reciproca tornou Tsa1T44S mais resistente a superoxidação e Tsa2S44T mais sensível. A formação de estruturas de alto peso molecular (HMW) de Tsa1, Tsa2 e mutantes foram investigadas através de cromatografia de exclusão molecular (SEC) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Os resultados demonstraram um aumento da formação de HMW após reações de superoxidação utilizando o sistema Trx em altas concentrações de CHP e foi verificada a presença de empilhamentos de decâmeros, além de esferas, descritas na literatura. Os resultados obtidos neste trabalho demonstram de forma clara que as proteínas Tsa1 e Tsa2 diferem de forma significativa tanto na suscetibilidade a superoxidação quanto na formação de complexos HMW distintos, indicando fortemente que estas proteínas possuem papeis biológicos não redundantes e que alterações sutis de aminoácidos no sitio ativo promovem grandes alterações funcionais e estruturais nas enzimas.

Orientadores: Antonio Carlos Boschiero, Kléber Luiz de Araújo e Souza / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T22:13:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paula_FlaviaMariaMourade_D.pdf: 1277288 bytes, checksum: fbf2861e21e4c2c3095813e5df9456e2 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Durante a instalação do diabetes tipo 1 as células beta pancreáticas são alvos do ataque pelo sistema de defesa do organismo. A morte das células beta, em geral por apoptose, é provocada por contato direto com células ativadas do sistema imune e por mediadores inflamatórios tais como: citocinas pró-inflamatórias, quemocinas e radicais livres. As citocinas pró-inflamatórias, como IL1-beta, TNF-alpha e IFN-gamma, produzem grande quantidade de ROS e RNS no interior das células beta e estas, por sua vez, possuem uma baixa defesa anti-oxidante enzimática, principalmente ao que se refere às enzimas que degradam H2O2, como catalase e glutationa peroxidase. Tal combinação resulta no surgimento de estresse oxidativo e morte celular. Adicionalmente, outro sistema de peroxidases, as PRDXs, também atuam na proteção das células beta contra o estresse oxidativo. Neste sentido, o estudo sobre a modulação de PRDXs por agentes inflamatórios é de grande valia, à medida que se tenta descobrir novas vias intracelulares desencadeadas pelas citocinas e alternativas para suprir a vulnerabilidade das células beta pancreáticas ao estresse oxidativo. Para isso utilizamos linhagem de células beta produtoras de insulina RINm5F. Estas células foram expostas às citocinas pró-inflamatórias IL1-beta, TNF-alpha e IFN-gamma e à anti-inflamatória IL-4 e a expressão das PRDXs foi analizada. Nossos resultados demonstram que IFN-gamma e TNF-alpha reduzem a expressão da PRDX6. Quando separadas, essas citocinas alteram somente a expressão protéica, através da ativação de sistemas de proteólise, especialmente de calpaínas e ubiquitina-proteassomo, e via ativação da JNK/c-Jun. A pré-incubação das células RINm5F com a citocina antiinflamatória IL4, bloqueia os efeitos do TNF-alpha ou IFN-gamma sobre a expressão da PRDX6. Em conjunto, IFN-gamma e TNF-alpha reduzem tanto a expressão gênica quanto protéica da PRDX6. As alterações transcricionais ocorrem, provavelmente, por ação sinérgica de mais de uma via intracelular, neste caso, NFkB (ativado pelo TNF-alpha) e STAT1 (ativado pelo IFN-gamma), sendo necessária a participação dessas duas vias para a modulação gênica da PRDX6. A deleção dessa enzima aumenta a suceptibilidade das células RINm5F aos efeitos deletérios de IFN-gamma, TNF-alpha e H2O2, sugerindo função importante da PRDX6 na proteção das células beta ao estresse oxidativo / Abstract: Peroxiredoxins are a family of six antioxidant enzymes (PRDX1-6), and may be an alternative system for the pancreatic beta cells to cope with oxidative stress. This study investigated whether the main diabetogenic pro-inflammatory cytokines or the antiinflammatory cytokine IL-4 modulate PRDXs levels and putative intracellular pathways important for this process in the insulin-producing RINm5F cells. RINm5F cells expressed significant amounts of PRDX1, PRDX3 and PRDX6 enzymes. Only PRDX6 was modulated by cytokines, showing both mRNA and protein down-regulation following incubation of RINm5F cells with TNF-alpha and IFN-gamma but not with IL-1beta. Separately IFN-gamma or TNF-alpha decreased PRDX6 protein but not mRNA levels. The blockage of the JNK signalling and of the calpains and proteasome proteolysis systems restored PRDX6 protein levels. IL-4 alone did not modulate PRDXs levels. However, pre/co-incubation with IL-4 substantially prevented the decrease in PRDX6 induced by proinflammatory cytokines. Knockdown of PRDX6 increased susceptibility of RINm5F cells to the deleterious effects of pro-inflammatory cytokines and to oxidative stress. These results show that, from the PRDXs highly expressed in RINm5F cells, only PRDX6 is modulated by the diabetogenic cytokines IFN-gamma and TNF-alpha. This PRDX6 downregulation depends on the Calpain and proteasome systems and JNK signalling. PRDX6 is an important enzyme for protection against oxidative stress and the interaction between pro- and anti-inflammatory cytokines might be important to determine the antioxidant capacity of the cells / Doutorado / Fisiologia / Doutora em Biologia Funcional e Molecular

A redução incompleta de oxigênio a água durante a respiração celular resulta na formação de Espécies Reativas de Oxigênio (EROs), compostos oxidantes que podem, em determinadas situações, gerar quadros sérios de estresse oxidativo celular. células aeróbicas são equipadas com um complexo sistema de defesas anti-oxidantes para lidar com esta situação. Peroxirredoxinas constituem uma família de enzimas anti-oxidantes com a habilidade de remover hidroperóxidos à custa de um agente redutor que contenha tióis, protegendo biomoléculas de danos oxidativos. Ahp1 e Tsa1 são as duas peroxirredoxinas mais abundantes da levedura Saccharomyces cerevisiae, podendo cada uma constituir até 1% do total de proteínas solúveis celulares. Neste trabalho, foi realizada a caracterização de algumas propriedades bioquímicas de Ahp1, principalmente no que diz respeito às suas preferências por substratos e sensibilidade à inativação por hidroperóxidos, as quais foram comparadas com as de Tsa1. Diversos cristais de Ahp1 foram obtidos e difrataram com resolução máxima de 1.8A. Diversas estratégias para a resolução de sua estrutura tridimensional foram adotadas, sem sucesso. Por outro lado, a estrutura tridimensional preliminar de Tsa1 foi resolvida, buscando relacionar as características funcionais da proteína com a sua organização espacial. Em uma outra linha, relações entre a regulação do gene AHP1 em condições fisiológicas específicas com a de outros genes que codificam enzimas anti-oxidantes foram reveladas. Ahp1, em conjunto com as outras Prxs Tsa2 e Prx1 parece desempenhar um papel importante na defesa contra o estresse oxidativo em situações nas quais os peroxissomos estão ativos e não possuem catalase. / The incomplete reduction of oxygen to water during respiration results in the formation of Reactive Oxygen Species (ROS), oxidizing compounds, which can generate severe cellular oxidative stress. Aerobic cells are equipped with a complex defense system to cope with this condition. Peroxiredoxins make up a family of antioxidant enzymes with the ability to remove hydroperoxides at the expense of a thiol-containing reducing agent, thereby protecting biomolecules from oxidative damage. Ahp1 and Tsa1 are the two most abundant peroxiredoxins in the yeast Saccharomyces cerevisiae, each one making up to 1% of the cellular soluble proteins. In this work, we carried out a biochemical characterization of some of Ahp1\'s properties, particularly of its substrate preferences and sensitivity to inactivation by hydroperoxides, which have been compared to those of Tsa1. In one approach, Ahp1 crystals were obtained and diffracted at 1.8A resolution. Several methods were unsuccessfully employed in the attempt to solve Ahp1 structure. On the other hand, the three-dimensional structure of Tsa1 was solved, aiming to correlate its functional properties with its spatial organization. In another part of the work, relations between the regulation of AHP1 and other Prx genes were revealed. Ahp1, together with Tsa2 and Prx1, appears to carry out an important role in the cellular defense against oxidative stress, in conditions where peroxisomes are active and devoid of catalase.