La ligation chimique implique la liaison des molécules de manière covalente pour former un nouveau complexe ayant les propriétés combinées de ses composants individuels. Ainsi, les composés naturels ou synthétiques avec leurs activités individuelles peuvent être conjuguer pour créer des substances possédant des caractéristiques uniques. Un domaine d' intérêt particulier à ces procédures est le marquage de protéines. Afin de simplifier et d'accélérer la découverte de nouvelles réactions de ligation bioselectives, nous avons conçu un système de screening rapide pour attribuer de la sélectivité et de la réactivité d'un groupement fonctionnel vers une série de dérivés d'acides aminés traçable. Une fonction chimique à propriétés prometteuse – 3-arylpropiolonitrile (APN) – a été identifiée. Les études comparatives ont démontré que cette technique offrait une meilleure sélectivité et stabilité par rapport à la technologie classique basée sur l’utilisation du groupement maléimide. L’utilisation de l’APN permet d’obtenir des bioconjugués propres et résistants à la décomposition, ce qui est d’une importance cruciale pour les applications médicales. Étude structure-réactivité nous a permis d'optimiser ses propriétés et de préparer une série de sondes fonctionnelles, dont un a été utilisé pour tester la sélectivité d'APN sur les mélanges modèles de peptides. De plus, les APN ont été trouvés à posséder une sélectivité élevée vers sélénocystéine: un acide aminé rare mais très important présent dans de nombreux enzymes actives. Une série des APN a été testée pour son activité inhibitrice envers une enzyme contenant sélénocystéine – thiorédoxine réductase – et s'est révélé posséder des activités élevées Enfin, une approche combinatoire de type split and mix a été développée visant à identifier des séquences peptidiques possédant la réactivité élevée avec les réactifs biosélectifs déjà connus. / Chemical ligation involves the linking of molecules in covalent manner to form a novel complex having the combined properties of its individual components. Thus, natural or synthetic compounds with their individual activities can be chemically combined to create unique substances possessing carefully engineered characteristics. A field of especial interest in such ligation procedures is protein labeling.To accelerate the discovery of new bioselective ligation reactions, we designed a screening system for fast assigning of the selectivity and reactivity of a given functional group owards series of UVGtraceable amino acid derivatives. As a result of our screening a promising cysteineGselective scaffold–3Garylpropiolonitrile (APN)–was identified. Its remarkable selectivity, high reactivity and of both starting and addition products in aqueous and organic media represents an important advantage compared to methodologies classically used for cysteine tagging. StructureGreactivity study allowed us to optimise its properties and toprepare a series of funcional probes, one of which was used for!an accurate test of APN selectivity on model mixtures of peptides. Furthermore, APN were found to possess an elevated selectivity towards selenocysteine:ararebut very important amino!acid found in many active enzymes.A series of APN was tested for their inhibitory activity towards one of such selenocysteineGcontaining enzyme–thioredoxine reductase–and was found to possess promising activities, which however still must be!optimised.Lastly, a screening system devoted to the discovery of reagents reactivity towards a sequence of amino acid residue was elaborated and allowed us to determine presumable discrepancy in reactivity of APN depending on the amino acid residue neighbouring the cysteine moiety. Such difference in reactivity may represent an important advantage for bioconjugation, and is currently under further investigation.

Cette thèse a pour but de déterminer les espèces séléniées (spéciation) issues du métabolisme du poisson (truite) suite à l’enrichissement en sélénium, organique ou inorganique, des aliments piscicoles. Ces informations, complémentaires à celles utilisées en nutrition, sont nécessaires pour juger de la nécessité et de l’adéquation d’une supplémentation en sélénium des aliments végétaux afin de garantir les fonctions biologiques dépendantes de Se, ainsi que la qualité nutritionnelle des poissons. δa capacité équivalente d’un apport en sélénium inorganique ou organique à relever les niveaux de sélénoprotéines en cas de carence a ainsi été mise en évidence, ce qui diffère des conclusions habituellement obtenues sur la base de mesures du sélénium total. δ’utilisation de traceurs mono-spécifiques et mono-isotopiqueslors de la préparation d’échantillons (sang/plasma de truite) a montré l’existence de réactions co-précipitation et/ou d’interactions entre analytes séléniés et protéines démontrant l’attention particulière qui doit être portée à l’étape de préparation d’échantillon. / This PhD aims at the determination of selenium species (speciation) of fish metabolism after inorganic or organic selenium enrichment of aquaculture feeds. This information, complementary to the one obtained in the nutrition field, is necessary to assess the requirement and the suitability of the selenium supplementation of plant based feed in order toensure selenium dependent biological functions, as well as the nutritional quality of fish. The equivalent ability of inorganic and organic selenium to raise selenoproteins levels in case of deficiency was revealed, which differs with conclusion usually obtained based on total selenium measurements. The use of monospecific and monoisotopic tracers during sample preparation (trout plasma/blood) showed the existence of co-precipitation reactions and interactions between selenized analytes and proteins demonstrating thus that attention has to be paid to the sample preparation step.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:20:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4383.pdf: 5759644 bytes, checksum: 0a6a6bb722062f7934be619267686311 (MD5) Previous issue date: 2012-04-24 / Universidade Federal de Minas Gerais / Selenium (Se) is an essential element found in selenoproteins as the 21st amino acid (Selenocysteine Sec).For the Sec incorporation and the related biosynthetic pathaway, several elements are required: tRNASec, a UGA codon and a Sec insertion sequence (SECIS), a conserved motif downstream of the selenoprotein encoding gene. Selenoproteins generally participate in the cellular redox balance, playing an important role on cell growth and proliferation. These proteins, as well as the the Sec synthesis pathway, are present in members of the Bacteria, Archaea and Eukarya domains, being identified in several protozoa, including the kinetoplastids. Auranofin, a gold-contaning antirheumatic drug, is a known selenoproteins inhibitorand Trypanosoma brucei and Leishmania majorcells are sensitive to this compound, with a LD50 in nanomolar range. This indicates a possible dependence of these parasites on selenoproteins. Theselenophosphate synthetase (SELD/SPS2) is responsible for the formation of monoselenophosphate from selenide and ATP, being essencial for selenoprotein biosynthesis. SPS2 knockdown led to apoptosis under sub-optimal growth conditions. The selenoproteome of these flagellated protozoa consists of distant homologs of the mammalian SelK and SelT, and a novel selenoprotein designated SelTryp, a kinetoplastidspecific protein. The functions of any of these selenoproteins are not known.We have investigated the effect of their downregulation in T. brucei to interpret their possible physiological role. The TbSelK depletion shows no effect on growth under optimal conditions, but the cells became more sensitive to endoplasmic reticulum stress agents and oxidative stress, suggesting that SelK is an ER stress-regulated protein and plays an important role in protecting T. brucei cells from ER stress agent. The TbSelT gene silence by RNA interference hampers the parasite survival, but the sensitivity to the agents tested was not asevident as it was forTbSelK, suggesting a role for TbSelT in protection against stress, but not specifically ER stress. Our results show the importance of selenocysteine and selenoproteins to parasite survival. / Selênio (Se) é um elemento essencial encontrado em selenoproteínas na forma do 21º aminoácido selenocisteína (Sec U). A incorporação co-traducional de Sec depende de uma complexa via de síntese, de um códon de terminação UGA em fase de leitura e uma estrutura terciária do RNA mensageiro conhecida como elemento SECIS. A maioria das selenoproteínas conhecidas participa de processos de manutenção do estado redox das células, tendo um importante papel no crescimento e proliferação celular. Essas proteínas, bem como os componentes da via de síntese de Sec, estão presentes em membros dos domínios de Bactérias, Arquéais e Eucaria, tendo sido identificada em diversos protozoários, incluindo os kinetoplastidas. Auranofin, um composto de ouro usado como agente antireumático, tem sido descrito como um inibidor de selenoproteínas através de sua ligação com o aminoácido selenocisteína e células de Trypanosoma brucei e Leishmania major são altamente sensíveis a este composto, apresentando um LD50 na faixa de nanomolar. Esta evidência indica uma possível dependência destes parasitas por selenoproteínas e consequentemente pela sua via de síntese. A selenofosfato sinetase (SELD/SPS2) é a enzima responsável pela síntese de monoselenofosfato a partir de seleneto e ATP, sendo, portanto uma proteína fundamental na síntese de selenocisteína. Sua depleção levou a apoptose celular quando mantidas em condições de estresse. Esse efeito pode ser causado pela consequente falta das selenoproteínas ou pelo acúmulo de espécies tóxicas de selênio, como o seleneto. Os protozoários apresentam número reduzido de selenoproteínas e kinetoplastidas apresentam 3, duas homólogas distantes de mamíferos, SelK e SelT, e uma nova proteína exclusiva denominada SelTryp, que não apresentam homologia com nenhuma outra proteína descrita. O papel dessas proteínas não é conhecido, e nós investigamos suas possíveis funções através da inibição de sua expressão. A depleção de TbSelK não mostrou efeito sob condições normais, mas tornou as células mais sensíveis a agentes indutores de estresse de retículo endoplasmático, o que nos permite inferir uma função de manutenção da homeostase dessa organela. A depleção de TbSelT causou uma diminuição no crescimento celular, mas o aumento da sensibilidade aos agentes indutores de estresse não foi tão pronunciada como em TbSelK. Nossos resultados revelam a importância de selenocisteína para parasitas, uma vez que esses organismos enfrentam diversos tipos de estresses para manter a viabilidade e a progressão da doença nos diferentes hábitats encontrados ao longo do seu ciclo de vida.

Les maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington sont des pathologies progressives qui affectent le système nerveux, conduisant à la mort de certaines cellules nerveuses. Toutes ces maladies se caractérisent par la perte progressive de neurones dans des régions plus ou moins localisées du système nerveux, entraînant des complications cognitives, motrices ou perceptives. La MP est caractérisée par une dégénérescence sélective et progressive des neurones dopaminergiques situés dans la substance noire pars compacta (SNc), et de leurs terminaisons nerveuses qui normalementlibèrent la dopamine dans le striatum. Bien que les causes exactes de la MP soient inconnues, de nombreuses études ont démontré le rôle important du stress oxydatif dans la dégénérescence des neurones dopaminergiques. D’ailleurs, un niveau élevé de radicaux libres est observé dans le cerveau de patients post-mortem. Ces observations suggèrent que les protéines qui jouent un rôle dans la protection des neurones contre les effets du stress oxydatif peuvent représenter des cibles thérapeutiques intéressantes. En effet, pour maintenir l'équilibre d'oxydo-réduction, les cellules recrutent plusieurs enzymes réductrices dont des membres de la famille des sélénoprotéines. Des résultats obtenus dans notre laboratoire ont montré que la sélénoprotéine T (SelT), une nouvelle sélénoprotéine identifiée dans les cellules nerveuses dans notre laboratoire, est fortement exprimée dans les conditions de dégénérescence des neurones suite à un stress oxydant, et exerce un rôle neuroprotecteur. Ce rôle est assuré par son site actif contenant une cystéine et une sélénocystéine. Le but de ce travail de thèse était de valider l’utilisation d’un peptide nommé PSELT contenant le coeur actif de la SelT en tant que traitement neuroprotecteur dans la MP. Le traitement des cellules de neuroblastome SH-SY5Ypar le peptide PSELT réduit significativement les niveaux des radicaux libres et stimule la survie cellulaire en inhibant l’apoptose. Le PSELT semble traverser la membrane plasmique pour exercer son effet. In vivo, l’administration intranasale du PSELT protège les neurones et les fibres dopaminergiques dans un modèle de la MP chez la souris traitée par le 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP). Le peptide PSELT augmente le taux de la tyrosine hydroxylase et inhibe l’apoptose, ce qui aboutit à une amélioration des troubles moteurs induits par le MPTP chez les animaux. L’ensemble de ces résultats montrent pour la première fois qu’un peptide issu de la SELT, le PSELT, est capable de protéger les neurones dopaminergiquesin vitro et in vivo et d’améliorer l’activité motrice des animaux modèles de la MP, ouvrant la voie au développement d’une nouvelle thérapie de neuroprotection pour la MP. / Résumé en anglais non fourni

A previous study identified Enterococcus faecalis as one of two bacteria known to have the selD gene and other selenium related genes without having the genes necessary to make selenocysteine or selenouridine. EF2570, a gene in the cluster, was later shown to be upregulated during biofilm formation and also responsible for a selenite- and molybdate-dependent increase in biofilm formation in vitro. The protein encoded was identified as a selenium dependent molybdenum hydroxylase (SDMH), enzymes that contain a labile selenium atom required for activity. While the process of inserting selenocysteine into a protein is well known, the process by which a SDMH acquires a labile selenium atom has not yet been described. To begin unraveling this pathway, the nifS-like EF2568 from the gene cluster will be characterized. Some NifS-like proteins have been shown to have selenocysteine lyase activity, providing a source of selenium for selenophosphate synthetase, the selD gene product. Study of EF2568 has shown that it specifically reacts with L-selenocysteine to form selenide and alanine with L-cysteine inhibiting the reaction. Guided by homology to the well-characterized human and E. coli NifS-like proteins, mutants of the active site and substrate discerning residues were also characterized for activity with L-selenocysteine and L-cysteine. While mutation of the residue at position 112 thought to be responsible for substrate specificity did not affect reactivity of the enzyme with L-cysteine, it did affect reactivity with L-selenocysteine. Studying the characteristics of this novel group II selenocysteine lyase will provide a foundation for studying the remaining pathway.

Le rôle des deux paires de bases universelles inverse Hoogsteen U : A ( RHUAs ) présentent chez les ARNt standards , une dans la boucle T et l'autre dans le noyau de la forme en L , a été étudiée. Pour chacun des RHUAs , un criblage génétique spécialisé in vivo chez les bactéries , le système suppresseur ambre ( pour l'étude de la RHUA dans la boucle T ) et le système d'ARNt de la sélénocystéine ( tRNASec ) ( pour l'étude de la RHUA dans le noyau ) , ont été utilisé pour générer des variants fonctionnels à partir de multiples librairies combinatoires . Ces variants ont ensuite été séquencé et soumis à une analyse systématique qui comprend la modélisation informatique et un type d'analyse phylogénétique. Les résultats du système suppresseur ambre ont montré un ensemble de variants fonctionnels qui ne nécessitent pas le motif RHUA dans la boucle T et qui ont remplacé la méthode standard de l'interaction entre les boucles D et T avec une double hélice interboucle , ILDH . D'autres études ont abouti à la détermination d'un modèle In silico de l'alternative à la norme standard de la boucle T, sous le nom de type III . Les résultats du système tRNASec ont révélé que pour cette ARNt exceptionnel, l'absence de RHUA ( dans le noyau ) assure une flexibilité accrue qui est spécifiquement nécessaire pour la fonction de tRNASec . Ainsi, les ARNt standards , à la différence de tRNASec , avec la présence universelle de RHUA dans le noyau , a été naturellement sélectionnée pour être rigide . Pris ensemble, la RHUA joue un rôle essentiel dans la stabilisation des interactions tertiaires. / The role of two universally present reverse Hoogsteen U:A base pairs (RHUAs) in the T-loop and in the core of the L-shape of standard tRNA was studied. To study each of the RHUAs, bacterial in vivo genetic screens were used including the amber suppressor system (for the study of the RHUA in the T-loop) and the selenocysteine tRNA(tRNASec) system (for the study of the RHUA in the core). These screens generated functional variants from multiple combinatorial libraries. These variants were subsequently sequenced and subjected to a systematic analysis which included computer modeling and a type of phylogenetic analysis. The results from the amber suppressor system showed a set of functional variants which did not require the RHUA motif in the T-loop, and had replaced the standard way of interaction between the D and T loops with an interloop double helix, ILDH. Further study culminated in the determination of an insilico model of the alternative to the standard T-loop known as type III. The results from the tRNASec system revealed that for this exceptional tRNA, the absence of RHUA (in the core) ensures an enhanced flexibility that is specifically required for tRNASec function. Thus standard tRNAs, unlike tRNASec, with the universal presence of RHUA in the core have been naturally selected to be rigid. Taken together, RHUA plays an essential role in the stabilization of tertiary interactions.

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Made available in DSpace on 2016-12-08T16:24:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PGCA11MA081.pdf: 22717 bytes, checksum: 41112e9e69fe9ceac2afe9b11e56e60f (MD5) Previous issue date: 2011-02-25 / Trypanosoma evansi is the pathogenic trypanosomatid with the worldwidest distribution, generating economic losses in Africa, South America, Europe, Asia and Oceania. This protozoan is the etiologic agent of the disease know as Surra or Mal das Cadeiras, wich affects almost all species of mammals, with a recent case in humans. An important metabolic pathway described in all the three kingdoms of life is the incorporation of selenium into proteins, wich mainly has an antioxidant function. Selenium is used in the form of the amino acid selenocysteine, which is incorporated into the nascent polypeptide co-translationally through the stop codon "UGA". Some elements plays a key role into this pathway: a signaling nucleotide structure in the messenger RNA (SECIS), a specifc tRNA (tRNASec) and an enzyme complex that allows the conversion of selenium in its active form monoselenophosphate (SPS), its aminoacylation in tRNASec (SerRS, PSTK, SepSecS) and the coupling of nucleotidic and proteic structures (SECIS, EF-Sec, SBP2) in the UGA codon to translation and insertion of selenocysteine into the protein. This work demonstrated that T. evansi express the genes selB (EF-Sec), selC (tRNASec), selD (SPS) and pstk in its mRNA. The domains analysis of T. evansi selB, selD and PSTK genes found regions that are consistent with the predicted proteins functions. The predicted secondary structure of T. evansi tRNASec shares the most of the characteristics of eukaryotic tRNASec. Using Southern Blot, we showed that selB, selD and pstk are single copie genes in T. evansi genomic DNA. The SPS proteis was correctly localized in the total protein extract of the parasite, with a 43 kDa band. The same protein has a cytoplasmatic localization in T. evansi, as showed by indirect immunofluorescence. The gene of a trypanosomatid exclusive selenoprotein, selTRYP, was amplified of the cDNA and sequenced. Through these results, we suggest that T. evansi is capable of using selenium for the formation of selenoproteins, and the presence of the selTRYP, selb, selc, seld and pstk genes may indicate a potential future therapeutic target, since recent data show an increase in the parasite resistance to the commercial available drugs in different continents / O Trypanosoma evansi é o tripanossomatídeo patogênico de maior distribuição mundial, causador de prejuízos econômicos na África, América do Sul, Europa, Ásia e Oceania. Este protozoário é o agente etiológico da doença conhecida como Surra ou Mal das Cadeiras, que afeta praticamente todas as espécies de mamíferos, com um recente caso em humanos. Uma importante via metabólica descrita em todos os reinos da vida é a incorporação de selênio em proteínas, com função, principalmente, antioxidante. O selênio é utilizado na forma do aminoácido selenocisteína, que é incorporada ao polipeptídeo nascente co-traducionalmente através do códon de parada UGA . Para que isto ocorra, são necessárias uma estrutura nucleotídica sinalizadora no RNA mensageiro (SECIS), um RNA transportador específico (tRNASec) e um complexo de enzimas que permitem a conversão do selênio em sua forma ativa, monoselenofosfato (SPS), sua aminoacilação no tRNASec (SerRS, PSTK, SepSecS) e o acoplamento de estruturas nucleotídicas e protéicas (SECIS, EF-Sec, SBP2) para que o códon UGA seja traduzido em selenocisteína e a mesma seja inserida na proteína. Neste trabalho foi demonstrado que o T. evansi expressa os genes selB (EF-Sec), selC (tRNASec), selD (SPS) e PSTK. A análise de domínios dos genes selB, selD e PSTK de T. evansi encontrou regiões condizentes com as características funcionais das proteínas formadas. A estrutura secundária predita do tRNASec de T. evansi compartilha a maioria das características dos tRNASec de eucariotos. Através da técnica de Southern Blot, demonstrou-se que os genes selB, selD e PSTK possuem cópia única no DNA genômico de T. evansi. Utilizando-se Western Blot, a proteína SPS foi localizada corretamente no extrato protéico do protozoário, formando uma banda de 43 kDa. Foi realizada também uma imunolocalização da SPS, sendo que a mesma possui localização citoplasmática neste protozoário. O gene de uma selenoproteína exclusiva de tripanossomatídeos, a selTRYP, foi amplificado do cDNA e parcialmente sequenciado. Através desses resultados, sugere-se que o T. evansi é capaz de utilizar selênio para a formação de selenoproteínas, e a presença dos genes da via de inserção de selenocisteína pode indicar um potencial futuro alvo terapêutico, visto que recentes dados demonstram um crescimento de cepas resistentes aos medicamentos disponíveis no mercado em vários continentes

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Le sélénium est un micronutriment essentiel pour des nombreux organismes vivants, y compris l’homme. Son rôle est lié à sa présence dans des sélénoprotéines sous forme d’un acide aminé, génétiquement encodé – la sélénocystéine. Il y a 25 sélénoprotéines encodées dans le génome humain. Leurs fonctions, la cinétique et la hiérarchie d'expression se trouvent au cœur des problématiques de recherche concernant le sélénium et la santé humaine. Il existe également un autre type de protéines où le sélénium est inséré par un remplacement partiel du soufre dans la méthionine mais aussi, potentiellement, dans la cystéine. Ces protéines suscitent l’intérêt dans les sciences de nutrition comme source de sélénium biodisponible dans l’alimentation naturelle et supplémentée. L'objectif de cette thèse a été la mise au point de méthodologies analytiques visant la spéciation du sélénium incorporé dans les protéines à l’échelle du protéome entier. Une procédure inédite a été développée pour la détection globale de protéines séléniées dans des gels d’électrophorèse bidimensionnelle par l’imagerie d’ablation laser ICP MS (spectrométrie de masse plasma à couplage inductif) permettant de s’affranchir de l’utilisation de l’isotope radioactif 75Se. Les autres avancées comprennent la mise en place d’un couplage robuste de HPLC capillaire avec l’ICP MS pour la détection des sélénopeptides dans des microvolumes de digestats trypsiques des protéines extraites du gel ainsi que la mise en place des protocoles d’identification des protéines séléniées par la spectrométrie de masse électrospray en tandem utilisant la trappe orbitale (Orbitrap). Les méthodes développées ont permis (i) la caractérisation de la part du protéome sélénié contenant la sélénocystéine chez la levure séléniée, (ii) l’identification des protéines majeures qui accumulent le sélénium dans le blé, et (iii) le dosage semi quantitatif et la caractérisation globale des sélénoprotéomes (GPx1, GPx4, TRxR1, TRxR2, Sel15kDa) dans les lignées cellulaires. / Selenium is an essential micronutrient for many living organisms including man. Its role is related to selenoproteins which contain genetically encoded selenocysteine. There are 25 selenoproteins encoded in the human genome. Their function, expression kinetics and hierarchy have been a topic of intense research in life sciences. There is another type of proteins which contain selenium inserted non-specifically by partly replacing sulphur in methionine and, potentially, cysteine. They are of interest in nutrition science as source of bio-available selenium in natural and supplemented foods. The goal of this Ph.D. was the development of methodologies for the analysis of selenium-containing proteins on the entire proteome scale. A novel procedure was developed for their global detection in 2D electrophoretic gels par laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP MS) imaging permitting to avoid the use of the radioactive 75Se. The other developments included (i) a robust capillary HPLC – ICP MS coupling allowing the detection of Se-containing peptides in microliter volumes of the digests of proteins extracted from the gel and (ii) protocols allowing the targeted identification of the Se-containing proteins by a parallel capillary HPLC - electrospray Orbitrap MS/MS. The methods developed allowed (i) the characterisation of the selenocystein-containing part of the selenoproteome of Se-enriched yeast, (ii) identification of the major Se-accumulating proteins in wheat, and (iii) semiquatitive analysis and global identification of the selenoproteomes (GPx1, GPx4, TRxR1, TRxR2, Sel15kDa) expressed in different human cell lines.