Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09628.pdf: 3653996 bytes, checksum: 64178443fa60d8cd4d92b9231d8df23b (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:47:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 08365.pdf: 11054143 bytes, checksum: fbcba90b2c7b731c19fd9fe83143485d (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Orientador: Carlos Henrique Inacio Ramos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-05T11:57:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Regis_WiliamCesarBento_D.pdf: 2288615 bytes, checksum: 63ccd34d93524d993a42e51b4e2f9855 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Os estudos em biologia estrutural avançaram muito nos últimos anos e inúmeras informações, obtidas principalmente por dados cristalográficos, ajudaram no entendimento dos mecanismos de ação e efeito biológico de várias proteínas contudo o caminho que vai da síntese até a estruturação dde uma porteína aidna é pouco conhecido. Uma descrição termodinâmica detalhada de proteínas é fundamental para se entender seu papel biológico e conhecer as interações e forças que determinam o enovelamento. Este é o foco pincipal deste trabalho que utilizou para isso as mioglobinas de baleia e de cavalo. O estudo da apomioglobina se divide quase igualmente entre as proteínas oriundas de espermacete, a qual está clonada, e de cavalo, a qual é obtida comercialmente. Ambas possuem alta homologia e comportamento similar quanto ao enovelamento, assumindo-se em geral que estas proteínas apresentam o mesmo fenômeno no que diz respeito ao enovelamento. Contudo, esta hipótese pode não ser verdadeira, o que torna necessário medir e comparar a estabilidade destas proteínas. Apenas recentemente um método confiável para medir a estabilidade de mioglobina em uma reação reversível foi implantado: análise do desenovelamento por uréia de um derivado ciano de mioglobina em uma faixa de pH limitado. Nossos resultados mostraram que a mioglobina de cavalo é 2,1 kcal/mol menos estável que a mioglobina de espermacete em pH 5,0 e 25 ºC. Além disso, a mioglobina de cavalo agregou em altas concentrações, como medido por experimentos de gel filtração e ultracentrifugação analítica. A alta estabilidade da mioglobina de espermacete foi identificada tanto para a forma apoquanto para a forma holo e se mostrou independente de pH, na faixa de 5 até 8, e da presença de até 200 mM de cloreto de sódio. A substituição dos resíduos de alanina nas posições 15 e 74 por glicina, encontrados na mioglobina de cavalo, diminuiu a estabilidade da proteína em 1,0 kcal/mol. As apoproteínas de mamíferos que mergulham são significativamente mais estáveis do que as apoproteínas de mamíferos terrestres. Este fenômeno pode ser explicado pela suposição de que sob pressão seletiva um acúmulo de mutações que levam a pequenas estabilizações nas características globais de estabilidade das proteínas. Mamíferos que mergulham em grandes profundidades, como a baleia, são expostos a anaerobiose prolongada e conseqüente condições de acidose. Isto pode levar a uma série de acúmulos de mutações que promoverão resistência ao desenovelamento e a perda do grupo heme, fenômenos que podem ocorrer durante a acidose (Tang et al., 1998). Os resultados deste trabalho indicaram que a propensão a formação de hélices é um componente importante para explicar as diferenças de estabilidade entre as mioglobinas de cavalo e de espermacete / Abstract: The work in the literature on the stability and folding pathway of myoglobin is almost equally divided between horse myoglobin, which is available commercially, and sperm whale myoglobin, which must be cloned and expressed. The two proteins share high homology, show similar folding behavior and it is often assumed that all folding phenomena found with one protein will also be found with the other. This assumption may not be true, which makes essential to compare their basic properties, such as stability and dependence on temperature and salt concentration. However, no reliable method have been used to access the precisely difference in stability between these two proteins because it was not possible until recently to measure the stability of holoMb in a reversible unfoldingr efolding reaction. The reversible folding of myoglobin can be measured by using the cyanmet derivative and urea unfolding but only in a limited pH range. We report data at equilibrium showing that horse myoglobin was 2.1 kcal/mol less stable than sperm whale myoglobin at pH 5.0, 25 ºC, and aggregated at high concentrations as measured by gel filtration and analytical ultracentrifugation experiments. The higher stability of sperm whale myoglobin was identified for both apo and holo forms, and was independent of pH from 5 to 8 and of the presence of sodium chloride. We also show that the substitution of sperm whale myoglobin residues Ala15 and Ala74 to Gly, the residues found at positions 15 and 74 in horse myoglobin, decreased the stability by 1.0 kcal/mol, indicating that helix propensity is an important component of the explanation for the difference in stability between the two proteins / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:48:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09624.pdf: 7500503 bytes, checksum: 0fbfc877328a1063a37709866b6cefdc (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09628.pdf: 3653996 bytes, checksum: 64178443fa60d8cd4d92b9231d8df23b (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:47:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 08365.pdf: 11054143 bytes, checksum: fbcba90b2c7b731c19fd9fe83143485d (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

A hemoglobina de Glossoscolex paulistus (HbGp) é caracterizada por uma massa molecular de 3,6 MDa, alta estabilidade oligomérica, resistência a auto-oxidação, e alta afinidade em ligar oxigênio. A estrutura quaternária desta macromolécula apresenta 144 cadeias com grupo heme (globinas) e 36 cadeias sem grupo heme (linkers), dispostos em duas camadas hexagonais. No presente trabalho estudos de caracterização das subunidades da HbGp, bem como da estabilidade da HbGp em diferentes formas, em função do pH, e em diferentes concentrações de ureia, por diferentes técnicas biofísicas, foram realizados. Os estudos de caracterização por eletroforese SDS-PAGE, MALDI-TOF-MS e ultracentrifugação analítica (AUC) das subunidades isoladas mostraram que apenas o monômero d obtido da cromatografia de exclusão por tamanho (SEC) tem alto grau de pureza. Para as demais frações mais de uma contribuição foi observada em solução. Assim, para a fração trimérica, duas espécies estão presentes em solução, a espécie predominante (87 %) é atribuída ao trímero abc e a outra espécie (13 %) pode ser associada ao complexo (abc + L). Os dados espectroscópicos e de AUC mostraram que a estabilidade da HbGp depende fortemente do estado de oxidação do heme, do ligante coordenado no centro metálico e da concentração de proteína. Assim, a forma oxidada, a meta-HbGp, mostrou-se menos estável em meio alcalino e na presença de ureia, seguida pelas formas oxi- e cianometa-HbGp. Desta forma, no pH 8,0, a meta-HbGp está totalmente dissociada em trímero abc e monômero d, enquanto a oxi-HbGp está apenas parcialmente dissociada com uma contribuição de 88 % de proteína íntegra em solução e a cianometa-HbGp não sofre dissociação oligomérica. Os valores de coeficiente de sedimentação s20,w e massa molecular (MM) determinados para as espécies em solução são similares aos observados para as correspondentes espécies isoladas por SEC. Na presença de ureia a mesma tendência foi observada para as três formas da HbGp. Porém, para uma caracterização melhor de processo de desnaturação, os dados espectroscópicos foram analisados usando modelos de dois e três estados para obter informações sobre os parâmetros termodinâmicos do sistema. Assim, bons ajustes foram obtidos usando ambos os modelos, no entanto, o modelo de três estados foi mais adequado para descrever o processo. Por este modelo o processo de desnaturação da HbGp pode ser descrito por duas etapas. A primeira etapa, na faixa de 1,0 - 3,0 mol/L de ureia, está associada a transição do estado nativo para o estado intermediário (N → I), e é caracterizada pela dissociação do oligômero nas diferentes subunidades da HbGp. O estado intermediário apresenta propriedades físico-químicas similares ao estado nativo, sugerindo que o processo de dissociação oligomérica não induz mudanças significativas na estrutura secundária e na região do grupo heme da proteína. Os parâmetros termodinâmicos associados à primeira transição apresentaram erros consideráveis, que podem ser atribuídos à complexidade do estado intermediário com diferentes espécies em solução bem como à semelhança ao estado nativo. A segunda etapa (I → U) com transição bem definida entre 4,5 - 5,0 mol/L de desnaturante é caracterizada pela desnaturação das subunidades dissociadas. Os dados de AUC e SAXS são consistentes com os dados obtidos por espectroscopia, onde a primeira etapa do processo foi caracterizada pela dissociação oligomérica do oligômero em dodecâmero (abcd)3, tetrâmero abcd, trímero abc e monômero d. Para concentrações acima de 4,0 e 5,0 mol/L de ureia, para oxi-HbGp e cianometa-HbGp, respectivamente, aumentos significativos nos valores de I(0), Dmax e Rg sugerem que as subunidades da HbGp estão desnaturadas em solução. As massas moleculares (MM) obtidas por espectrometria de massas e AUC, e os coeficientes de sedimentação s20,w são consistentes com outros resultados reportados para hemoglobinas ortólogas. Além disso, os resultados aqui apresentados representam um avanço importante na caracterização do processo de desnaturação de proteínas oligoméricas complexas. / Glossoscolex paulistus hemoglobin (HbGp) is characterized by a molecular mass of 3.6 MDa, a high oligomeric stability, a high resistance to oxidation and a high affinity to oxygen. The quaternary structure of this macromolecule consists of 144 globin chains, and 36 additional chains lacking the heme group, named linkers, organized in a double-layered hexagonal structure. In this current work the characterization of the HbGp subunits and the effect of pH and urea upon the oligomeric stability were studied by several biophysical techniques. Our results obtained by electrophoresis SDS-PAGE, MALDI-TOF-MS and analytical ultracentrifugation (AUC) showed that only the monomer d isolated by size exclusion chromatography (SEC) presented high purity. For the other fractions various species were observed in the solution. Thus, for the trimeric fraction, two species are present in the equilibrium, the main species with percentage contribution of 87 % is assigned to the trimer abc and the species with 13 % in the solution is associated to the complex (abc + L). Additionally, the data obtained by several spectroscopic techniques and AUC show clearly that the oligomeric stability of HbGp depends on the iron oxidation state, the specific ligand coordinated to the iron and the protein concentration. Therefore, our results show that the met-HbGp form is the less stable one in the alkaline medium and in the presence of urea, followed by the oxy- and cyanomet- forms. In this way, at pH 8.0, the met- form is fully dissociated into smaller subunits, such as, trimer abc and monomer d, while the oxy-HbGp is partially dissociated with a significant percentage contribution (88 %) of undissociated protein, and the cyanomet-HbGp does not undergo oligomeric dissociation. The sedimentation coefficients (s20,w) and molecular masses (MM) values for species present in the solution, at different pH, are very close to the values obtained for isolated species. In the presence of urea the same behavior was observed for the three HbGp forms as compared to the alkaline medium. However, for a full characterization of the unfolding process the thermodynamic parameters were obtained by spectroscopic data analysis using models of two and three states. Adequate fits were obtained for both models, but the three states model was very appropriate to describe the HbGp denaturation process. Thus, the denaturation process of HbGp is defined by two phases. The first phase between 1.0 and 3.0 mol/L, of urea is assigned to the transition of native state to an intermediate state (N → I), and is characterized by dissociation of the oligomer in several subunits. The strong similarity of the intermediate state to the native one suggests that oligomeric dissociation induces little changes in the secondary structure and the region of heme group of the protein. As a consequence, the thermodynamic parameters associated to the first transition have large errors due to the complexity of the intermediate state with different species in the solution, as well as its great similarity to the native state. The second phase (I → U), associated with a cooperative transition at 4,5 - 5,0 mol/L of denaturant agent, is attributed to the unfolding of the dissociated subunits. Our AUC and SAXS data are very consistent with spectroscopic data. Thus, in the first phase the oligomeric dissociation of whole protein in dodecamer (abcd)3, tetramer abcd, trimer abc and monomer d was observed. For urea concentrations above 4.0 - 5,0 mol/L, for oxy-HbGp and cyanomet-HbGp, respectively, the significant increase in I(0), Dmax and Rg values suggests that the HbGp subunits are denatured in the solution. The molecular masses values (MM) obtained by mass spectrometry and AUC, and the sedimentation coefficients (s20,w) are consistent with others results reported in the literature for orthologous hemoglobins. In addition, the results of this work correspond to an important advance in the characterization of the denaturation process of this complex oligomeric protein.

Extracellular vesicles (exosomes) are the subject of current nephrology proteomics research as they are considered as a promising source of potential biomarkers of kidney disease. This work is focused on discovery of the most appropriate procedure for the urinary exosomes isolation. We have compared already described methods, based on different physicochemical principles of isolation: hydrostatic filtration dialysis (HFD), differential ultracentrifugation, ultrafiltration through a 100 kDa filter, or sample precipitation with Total Exosome Isolation (from urine) kit. Characterization of individual isolated exosomal fractions was performed using SDS-PAGE method (presence of contaminating proteins), western blot analysis (detection of exosomal markers TSG101, alix), nanoparticle tracking analysis (NTA, vesicle size and concentration) or transmission electron microscopy (TEM, vesicles morphology). Due to the presence of contaminating proteins in urine samples, which could distort the results of subsequent proteomic assays, the conditions for the cleavage of undesirable proteins by proteinase K prior to their own isolation were optimized. It has been found that the best yield and purity of the isolated exosomal fractions were provided by a process combining HFD with differential ultracentrifugation...

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Les coronavirus tels que le SARS-CoV-2 représentent un danger pour la santé publique, mobilisant la science pour le développement d’outils. Considérant les risques du SARS-CoV-2, celui doit être manipulé en laboratoire de niveau de sécurité 3, limitant la recherche. Le coronavirus OC43 représente un modèle utile manipulable en niveau de sécurité 2, mais peu de méthodes standardisées existent pour celui-ci. La première partie de cette étude consiste au développement de modèle de culture cellulaire pour la production et la titration de OC43. Mes travaux démontrent l’utilité des lignées MRC-5 et HRT-18 ainsi que la sensibilité de la titration par Tissue Culture Infectious Dose 50 Immunoperoxidase Assay (TCID50-IPA). La seconde partie emploie une méthode de pointe en virologie qui n’a pas encore été démontrée pour les coronavirus, soit la virométrie en flux. Celle-ci permet la quantification absolue de particules virales, ce qui est un avantage aussi bien pour la recherche que pour une potentielle méthode diagnostique. J'ai ainsi développé une méthode de purification et de concentration du coronavirus OC43 pour permettre son étude en virométrie en flux avec un bruit de fond négligeable. Un marquage efficace de ~99% des particules virales a été démontré avec les marqueurs Syto 13 et Syto 62. De plus, le marquage par un anticorps contre la protéine S permet de d’évaluer la présence de virus. Finalement, les nouvelles méthodes développées ici permettront des études plus poussées sur les coronavirus. / Coronaviruses such as SARS-CoV-2 represent a danger for public health, mobilizing science for the development of new tools. Considering the risks of SARS-CoV-2, a biosecurity level 3 laboratory is required for their studies, which limits scientific research. The coronavirus OC43 represents a useful model that can be safely manipulated in biosecurity level 2 facilities but existing methods to study this virus are not well standardized or optimized. Therefore, I firstly developed a cell culture model for the production and titration of OC43. My data demonstrate the importance of the cell lines MRC-5 and HRT-18 and the sensitivity of the titration method called Tissue Culture Infectious Dose 50 Immunoperoxidase Assay (TCID50-IPA). Secondly, I explored a cutting-edge virometry method called flow virometry which allows the absolute quantification of intact viral particles, which is advantageous for many studies or as a potential diagnostic tool. I hence put together a protocol to purify and concentrate OC43 for this application with minimal background noise. Moreover, labeling the virus with Syto dyes (Syto 13, Syto 62) is very efficient with ~99% of viral particles marked. Furthermore, an antibody against the S protein of OC43 can mark the virus efficiently enough to evaluate the presence of viral particles. Finally, the optimization and development of these methods for coronavirus will enable further research.