As urease de plantas catalisam a hidrólise da ureia e apresentam efeitos tóxicos a fungos patogênicos e insetos fitófagos. Em soja [Glycine max L. Merrill] foram descritas duas ureases estruturais: a embrião-específica, codificada pelo gene Eu1, e a ubíqua, codificada pelo gene Eu4. Sabe-se que a urease embrião-específica purificada apresenta efeito inibitório sobre o crescimento in vitro de fungos filamentosos e desenvolvimento de insetos. A urease ubíqua é responsável pela reciclagem de toda a ureia proveniente do metabolismo, mas não há informações sobre seu envolvimento no sistema de defesa das plantas. A transformação genética é uma ferramenta importante em estudos de genômica funcional e, portanto, a disponibilidade de sistemas eficientes é um pré-requisito essencial. O objetivo deste trabalho foi a obtenção de plantas estavelmente transformadas a partir de embriões somáticos de soja submetidos ao sistema integrado bombardeamento/Agrobacterium, bem como a identificação e caracterização funcional dos genes que codificam as ureases estruturais de soja, especialmente a urease ubíqua em relação aos processos de resposta a fungos patogênicos. Inicialmente, testamos a eficiência de transformação de embriões somáticos secundários por um método que combina o bombardeamento de partículas livres de DNA com o sistema Agrobacterium. Plantas transgênicas férteis foram regeneradas de vários experimentos independentes de transformação utilizando diferentes plasmídios. Posteriormente, foi realizada a caracterização dos genes que codificam ureases presentes no genoma da soja. O gene Eu4 apresentou um padrão de expressão diferencial para genótipos suscetível e resistente ao longo do período de infecção por Phakopsora pachyrhizi, o agente etiológico da ferrugem asiática. Plantas transgênicas foram geradas visando a superexpressão de Eu4. Contudo, apenas uma planta apresentou níveis aumentados de expressão desse gene, enquanto que as demais plantas apresentaram o fenômeno de co-supressão dos genes endógeno e transgene. Avaliou-se o crescimento vegetativo dos fungos Rhizoctonia solani, Phomopsis sp., Fusarium solani, Colletotrichum gossypii e Penicillium herguei em meio de cultura contendo extrato protéico bruto de plantas transgênicas expressando maiores e menores níveis de urease e de plantas não-transgênicas. O crescimento dos fungos foi inversamente proporcional a quantidade da urease presente no extrato protéico das plantas. Quando infectadas por uredósporos de P. pachyrhizi, folhas destacadas das plantas co-suprimidas desenvolveram um número significativamente maior de lesões, pústulas e pústulas abetas do que folhas com níveis normais da enzima. Em conjunto estes resultados indicam um 15 importante envolvimento da urease ubíqua da soja na resposta à infecção da planta por fungos patogênicos. Além disso, um terceiro gene que codifica urease foi encontrado no banco de dados com a sequência completa do genoma da soja. O gene foi denominado Eu5 e seu produto SBU-III. A análise filogenética mostra que SBU-III está fortemente relacionada à isoforma embrião-específica. Apesar da grande similaridade na seqüência primária da proteína, SBU-III apresenta uma mutação em um aminoácido altamente conservado entre as ureases, sugerindo ausência da atividade ureolítica. O padrão de expressão do gene Eu5 em diferentes órgãos e estágios de desenvolvimento foi determinado por RT-qPCR. Transcritos foram detectados em sementes um dia após a quebra de dormência, em raízes de plantas jovens e em embriões em desenvolvimento. As evidências sugerem que SBU-III não está envolvida na disponibilização de nitrogênio para as plantas, mas esta pode ter função de defesa. / Plants ureases catalyze urea hydrolysis and display toxic effects against pathogenic fungi and phytophagous insects. For soybean [Glycine max L. Merrill] two structural ureases have been described: the embryo-specific, encoded by Eu1 gene, and the ubiquitous, encoded by Eu4 gene. The toxic property of purified embryo-specific urease against filamentous fungi and insects was demonstrated in vitro. The ubiquitous urease is responsible for recycling all metabolically-derived urea, but there were no information about its putative defense role. Plant genetic transformation offers significant advancement in functional genomics. Therefore an efficient transformation system is required. This study aims to obtain stable transformed plants derived from somatic embryos submitted to the integrated bombardment/ Agrobacterium system, as well as identify and functionally characterize the soybean structural urease-encoding genes, specially the ubiquitous urease gene response to fungi. First, the transformation of soybean proliferating somatic embryos by a procedure that combines DNA-free particle bombardment and Agrobacterium was evaluated. Transgenic fertile plants were recovered from many transformation experiments using different plasmids. After, a study of ureases enconding genes present in the soybean genome was carried out. In the present work, Eu4 gene showed a differential expression pattern in susceptible and resistant genotypes over the course of Phakopsora pachyrhizi infection, the Asian rust causal agent. Transgenic plants aiming Eu4 overexpression were obtained. However, a single transgenic plant exhibited Eu4 overexpression, whereas the other ones showed co-suppression of endogenous and transgenes urease genes. The growth of Rhizoctonia solani, Phomopsis sp., Fusarium solani, Colletotrichum gossypii and Penicillium herguei in media containing crude protein extract from either transgenic or non-transgenic leaves was evaluated. Fugal growth was inversely proportional to ubiquitous urease amount in plant crude extracts. When infected by P. pachyrhizi uredospores, detached leaves of co-suppressed plants developed a significantly higher number of lesions, pustules and erupted pustules than leaves containing normal levels of the enzyme. These results suggested an important role of soybean ubiquitous urease in plant response against fungal infection. Furthermore, by searching the completed soybean genome sequence, a third urease-encoding locus was identified. The gene was designated Eu5 and its product, SBU-III. Phylogenetic analysis shows that SBU-III is closely related to the embryo-specific isoform. Although a high similarity in amino acid sequence was observed, a mutation in a highly conserved residue suggests absence of ureolytic activity. Expression profile of Eu5 gene in different organs and developmental stages was determined by RT-qPCR. Transcripts were detected in seeds one day after dormancy break, roots of young plants and embryos of developing seeds. Evidences suggest that SBU-III may not be involved in nitrogen availability to plants, but a defense role was proposed.

O patógeno gástrico Helicobacter pylori é uma espiroqueta microaerofílica que infecta o estômago humano, causando gastrite, úlcera e até câncer gástrico. Esta bactéria produz grandes quantidades da enzima urease, essencial para a sobrevivência deste organismo no ambiente ácido do estômago. No entanto, nosso grupo já demonstrou que ureases possuem propriedades independentes de sua atividade ureolítica em modelos mamíferos, através de rotas mediadas por derivados de lipoxigenases. Neste trabalho avaliamos o potencial pró-inflamatório da urease de H. pylori, além de seus efeitos em células epiteliais gástricas. A urease induz edema de pata em camundongos com intensa infiltração de neutrófilos. In vitro, a urease a 100 nM foi quimiotática para neutrófilos humanos, induzindo a produção de espécies reativas de oxigênio. Neutrófilos ativados por urease mostraram um aumento de meia-vida, com a inibição de apoptose sendo acompanhada por alterações nos conteúdos das proteínas Bcl-XL e Bad. Estes efeitos da urease persistem na ausência de atividade enzimática. Os efeitos de edema de pata em camundongos, quimiotaxia e proteção contra a apoptose em neutrófilos humanos foram revertidos na presença de inibidores de lipoxigenase, como esculetina e AA861. Neutrófilos expostos a urease mostraram elevados níveis de 5-lipoxigenase, e nenhuma alteração nos níveis de ciclo-oxigenases. Também observamos que a urease é endocitada por células AGS de epitélio gástrico, que ocorre via endossomos EEA1 e Lamp1-positivos e é dependente de colesterol. Adicionalmente, a urease induz a migração de células AGS em um experimento que simula o ensaio de wound-healing. A urease também estimula a expressão de GM-CSF. Juntos, estes dados indicam que a urease, além do papel na sobrevivência no ambiente ácido do estômago, tem um papel importante nas doenças inflamatórias estomacais causadas por H. pylori. / The gastric pathogen Helicobacter pylori produces large amounts of urease, whose enzyme activity enables the bacterium to survive in the stomach. We have previously shown that ureases display enzyme-independent effects in mammalian models, most through lipoxygenases-mediated pathways. Here, we evaluated potential pro-inflammatory properties of H. pylori urease and its effects in epithelial gastric cells. Urease induced paw edema with intense neutrophil infiltration. In vitro 100 nM urease was chemotactic to human neutrophils, inducing production of reactive oxygen species. Urease-activated neutrophils showed increased lifespan, with inhibition of apoptosis accompanied by alterations of Bcl-XL and Bad contents. These effects of urease persisted in the absence of enzyme activity. Urease-induced paw edema, neutrophil chemotaxis and apoptosis inhibition reverted in the presence of the lipoxygenase inhibitors esculetin or AA861. Neutrophils exposed to urease showed increased content of lipoxygenase(s) and no alteration of cyclooxygenase(s). We observed that the endocytosis occur via EEA1 and Lamp1 endosomes, and is dependent of lipid rafts. Additionally, the urease induces the migration of AGS cells in an experiment that simulates the wound healing assay. Urease also stimulates the over-expression of GM-CSF by AGS cells. Altogether, our data indicate that the urease, besides allowing the bacterial survival in the stomach, could play an important role in the pathogenesis of the gastrointestinal inflammatory disease caused by H. pylori.

A cultura algodoeira tem significativa participação na economia mundial. O algodão (Gossypium hirsutum) é predado por uma grande variedade de insetos, entre eles o percevejo manchador Dysdercus peruvianus (Hemiptera: Pyrrhocoridae). O hábito alimentar deste inseto provoca danos nas sementes e fibras depreciando-as para a utilização comercial. Como alternativa para o aumento da resistência das plantas ao ataque de insetos predadores, estratégias biotecnológicas vêm sendo consideradas. A Canavalia ensiformis é fonte de proteínas com atividade inseticida como a urease, a canatoxina e a concanavalina-A. Tanto a canatoxina como a urease exercem efeitos tóxicos em ninfas deste percevejo, causando mortalidade e atraso no desenvolvimento dos insetos sobreviventes. De maneira análoga a outros modelos de insetos já estudados, a toxicidade em D. peruvianus dependeria da ativação proteolítica das proteínas por enzimas digestivas (catepsinas) do inseto e formação de um peptídeo tóxico. Neste trabalho, estudos de hidrólise in vitro na presença de inibidores seguidos por SDS-page e Western-blot confirmaram a ativação proteolítica da urease por enzimas do tipo catepsina-B. O homogeneizado de intestinos de ninfas hidrolisa também substratos típicos para catepsinas, como hemoglobina e Abz-AIAFFSRQ-EDDnp, e a atividade proteolítica é bloqueada por pepstatina-A e E-64, inibidores específicos para aspártico e cisteíno proteinases, respectivamente. Duas cisteíno proteinases (DpQ-NR e DpQ-E) de intestinos de ninfas de D. peruvianus foram parcialmente purificadas e caracterizadas. Ambas apresentaram pH ótimo de atividade proteolítica entre 4,5 e 6,5, na presença de DTT e foram totalmente inibidas por E-64. No entanto o perfil de inibição evidencia a presença de outras enzimas nas frações. Ensaios de especificidade da fração DpQ-NR revelaram a preferência da enzima por substratos contendo resíduo hidrofóbico em P2, enquanto a enzima DpQ-E tem preferência por substratos contendo aminoácidos básicos em P1. Assim, o trabalho desenvolvido sugere a presença de proteinases múltiplas no sistema digestivo de D. peruvianus e o possível envolvimento destas peptidases na ativação proteolítica da urease. / Cotton (Gossypium hirsutum), an important agricultural commodity, is attacked by a number of pests, such as the cotton stainer bug Dysdercus peruvianus (Hemiptera: Pyrrhocoridae) which may cause severe losses in cotton plantations. Bug feeding on the cotton seeds and stains the cotton fibers resulting in damage to the seed, besides being a vector for phytopathogenic bacteria and fungi. Biotechnology strategies focusing on plant defensive molecules are being considered as an alternative to increase host plant resistance against this pest. The jack bean Canavalia ensiformis is the source of proteins displaying insecticidal activity such as urease, canatoxin and concanavalin-A. Canatoxin and urease were shown to cause lethality and severe detrimental effects in surviving insects, delaying the development stages of D. peruvianus. As in other insect models studied previously, this would depend on the proteolytic activation of the protein by insect cathepsin-like digestive enzymes to produced toxic peptides. The in vitro hydrolysis of urease in the presence of inhibitors, followed by SDS-page and Wester-blot confirm the proteolytic activation by insect cathepsin B-like enzymes. A nymphal gut extract hydrolysed typical cathepsin substrates, such as hemoglobin and Abz-AIAFFSRQ-EDDnp, and hydrolysis was blocked by pepstatin-A and E-64, specific inhibitors of aspartic and cysteine proteinases. Two cysteine peptidases (DpQ-NR and DpQ-E) of D. peruvianus nymphs were partially purified and characterized. Both enzymes showed maximum activities at pH 4.5-5.0 and 5.5-6.5 in the presence of dithiotreitol and were totally inhibited by E-64. However, the inhibition profile points out to the presence of other types of proteinases in both fractions. DpQ-NR preferentially hydrolysed substrate with hydrophobic amino acids in P2, while DpQ-E had preference for substrate with basic residues in P1. Therefore, our work suggests the presence of multiple proteinases with distinct biochemical properties in the digestive system of D. peruvianus and the potencial involvement of these peptidases on the proteolytic activation of urease.

A urease de Canavalia ensiformis é de relevância histórica tendo sido a primeira proteína a ser cristalizada, feito realizado por Sumner em 1926 comprovando assim a natureza protéica das enzimas. Essa proteína também foi a primeira enzima contendo níquel a ser identificada. As ureases são amplamente encontradas em vegetais, bactérias e fungos, apresentando um alto grau de homologia entre si. Esta similaridade de seqüência primária indica um processo conservativo durante a Evolução e um papel fisiológico importante destas enzimas. As ureases microbianas estão envolvidas em processos patogênicos como formação de cálculos urinários, incrustação de catéter, pielonefrites, úlceras pépticas e possivelmente, na formação de tumores de estômago. Em vegetais, pouco se sabe a respeito da função biológica das ureases, embora sua presença em tecidos vegetais seja freqüente. Postula-se seu envolvimento na biodisponibilidade de nitrogênio; ou mesmo como mecanismo de defesa dos vegetais. A canatoxina, uma isoforma de urease isolada da C. ensiformis, é tóxica para insetos e possui outras atividades biológicas de interesse, dentre as quais destacam-se: 1) atividade secretagoga e pró-agregante em plaquetas de coelho; 2) atividade hemaglutinante indireta para hemácias de coelho; 3) propriedade próinflamatória, evidenciada nos modelos de edema de pata e pleuresia em ratos. Este estudo propõe-se a investigar se ureases bacterianas apresentariam propriedades biológicas como as da canatoxina; e se essas propriedades são dependentes ou não da atividade enzimática dessas ureases.

A cultura algodoeira tem significativa participação na economia mundial. O algodão (Gossypium hirsutum) é predado por uma grande variedade de insetos, entre eles o percevejo manchador Dysdercus peruvianus (Hemiptera: Pyrrhocoridae). O hábito alimentar deste inseto provoca danos nas sementes e fibras depreciando-as para a utilização comercial. Como alternativa para o aumento da resistência das plantas ao ataque de insetos predadores, estratégias biotecnológicas vêm sendo consideradas. A Canavalia ensiformis é fonte de proteínas com atividade inseticida como a urease, a canatoxina e a concanavalina-A. Tanto a canatoxina como a urease exercem efeitos tóxicos em ninfas deste percevejo, causando mortalidade e atraso no desenvolvimento dos insetos sobreviventes. De maneira análoga a outros modelos de insetos já estudados, a toxicidade em D. peruvianus dependeria da ativação proteolítica das proteínas por enzimas digestivas (catepsinas) do inseto e formação de um peptídeo tóxico. Neste trabalho, estudos de hidrólise in vitro na presença de inibidores seguidos por SDS-page e Western-blot confirmaram a ativação proteolítica da urease por enzimas do tipo catepsina-B. O homogeneizado de intestinos de ninfas hidrolisa também substratos típicos para catepsinas, como hemoglobina e Abz-AIAFFSRQ-EDDnp, e a atividade proteolítica é bloqueada por pepstatina-A e E-64, inibidores específicos para aspártico e cisteíno proteinases, respectivamente. Duas cisteíno proteinases (DpQ-NR e DpQ-E) de intestinos de ninfas de D. peruvianus foram parcialmente purificadas e caracterizadas. Ambas apresentaram pH ótimo de atividade proteolítica entre 4,5 e 6,5, na presença de DTT e foram totalmente inibidas por E-64. No entanto o perfil de inibição evidencia a presença de outras enzimas nas frações. Ensaios de especificidade da fração DpQ-NR revelaram a preferência da enzima por substratos contendo resíduo hidrofóbico em P2, enquanto a enzima DpQ-E tem preferência por substratos contendo aminoácidos básicos em P1. Assim, o trabalho desenvolvido sugere a presença de proteinases múltiplas no sistema digestivo de D. peruvianus e o possível envolvimento destas peptidases na ativação proteolítica da urease. / Cotton (Gossypium hirsutum), an important agricultural commodity, is attacked by a number of pests, such as the cotton stainer bug Dysdercus peruvianus (Hemiptera: Pyrrhocoridae) which may cause severe losses in cotton plantations. Bug feeding on the cotton seeds and stains the cotton fibers resulting in damage to the seed, besides being a vector for phytopathogenic bacteria and fungi. Biotechnology strategies focusing on plant defensive molecules are being considered as an alternative to increase host plant resistance against this pest. The jack bean Canavalia ensiformis is the source of proteins displaying insecticidal activity such as urease, canatoxin and concanavalin-A. Canatoxin and urease were shown to cause lethality and severe detrimental effects in surviving insects, delaying the development stages of D. peruvianus. As in other insect models studied previously, this would depend on the proteolytic activation of the protein by insect cathepsin-like digestive enzymes to produced toxic peptides. The in vitro hydrolysis of urease in the presence of inhibitors, followed by SDS-page and Wester-blot confirm the proteolytic activation by insect cathepsin B-like enzymes. A nymphal gut extract hydrolysed typical cathepsin substrates, such as hemoglobin and Abz-AIAFFSRQ-EDDnp, and hydrolysis was blocked by pepstatin-A and E-64, specific inhibitors of aspartic and cysteine proteinases. Two cysteine peptidases (DpQ-NR and DpQ-E) of D. peruvianus nymphs were partially purified and characterized. Both enzymes showed maximum activities at pH 4.5-5.0 and 5.5-6.5 in the presence of dithiotreitol and were totally inhibited by E-64. However, the inhibition profile points out to the presence of other types of proteinases in both fractions. DpQ-NR preferentially hydrolysed substrate with hydrophobic amino acids in P2, while DpQ-E had preference for substrate with basic residues in P1. Therefore, our work suggests the presence of multiple proteinases with distinct biochemical properties in the digestive system of D. peruvianus and the potencial involvement of these peptidases on the proteolytic activation of urease.

A urease de Canavalia ensiformis é de relevância histórica tendo sido a primeira proteína a ser cristalizada, feito realizado por Sumner em 1926 comprovando assim a natureza protéica das enzimas. Essa proteína também foi a primeira enzima contendo níquel a ser identificada. As ureases são amplamente encontradas em vegetais, bactérias e fungos, apresentando um alto grau de homologia entre si. Esta similaridade de seqüência primária indica um processo conservativo durante a Evolução e um papel fisiológico importante destas enzimas. As ureases microbianas estão envolvidas em processos patogênicos como formação de cálculos urinários, incrustação de catéter, pielonefrites, úlceras pépticas e possivelmente, na formação de tumores de estômago. Em vegetais, pouco se sabe a respeito da função biológica das ureases, embora sua presença em tecidos vegetais seja freqüente. Postula-se seu envolvimento na biodisponibilidade de nitrogênio; ou mesmo como mecanismo de defesa dos vegetais. A canatoxina, uma isoforma de urease isolada da C. ensiformis, é tóxica para insetos e possui outras atividades biológicas de interesse, dentre as quais destacam-se: 1) atividade secretagoga e pró-agregante em plaquetas de coelho; 2) atividade hemaglutinante indireta para hemácias de coelho; 3) propriedade próinflamatória, evidenciada nos modelos de edema de pata e pleuresia em ratos. Este estudo propõe-se a investigar se ureases bacterianas apresentariam propriedades biológicas como as da canatoxina; e se essas propriedades são dependentes ou não da atividade enzimática dessas ureases.

O patógeno gástrico Helicobacter pylori é uma espiroqueta microaerofílica que infecta o estômago humano, causando gastrite, úlcera e até câncer gástrico. Esta bactéria produz grandes quantidades da enzima urease, essencial para a sobrevivência deste organismo no ambiente ácido do estômago. No entanto, nosso grupo já demonstrou que ureases possuem propriedades independentes de sua atividade ureolítica em modelos mamíferos, através de rotas mediadas por derivados de lipoxigenases. Neste trabalho avaliamos o potencial pró-inflamatório da urease de H. pylori, além de seus efeitos em células epiteliais gástricas. A urease induz edema de pata em camundongos com intensa infiltração de neutrófilos. In vitro, a urease a 100 nM foi quimiotática para neutrófilos humanos, induzindo a produção de espécies reativas de oxigênio. Neutrófilos ativados por urease mostraram um aumento de meia-vida, com a inibição de apoptose sendo acompanhada por alterações nos conteúdos das proteínas Bcl-XL e Bad. Estes efeitos da urease persistem na ausência de atividade enzimática. Os efeitos de edema de pata em camundongos, quimiotaxia e proteção contra a apoptose em neutrófilos humanos foram revertidos na presença de inibidores de lipoxigenase, como esculetina e AA861. Neutrófilos expostos a urease mostraram elevados níveis de 5-lipoxigenase, e nenhuma alteração nos níveis de ciclo-oxigenases. Também observamos que a urease é endocitada por células AGS de epitélio gástrico, que ocorre via endossomos EEA1 e Lamp1-positivos e é dependente de colesterol. Adicionalmente, a urease induz a migração de células AGS em um experimento que simula o ensaio de wound-healing. A urease também estimula a expressão de GM-CSF. Juntos, estes dados indicam que a urease, além do papel na sobrevivência no ambiente ácido do estômago, tem um papel importante nas doenças inflamatórias estomacais causadas por H. pylori. / The gastric pathogen Helicobacter pylori produces large amounts of urease, whose enzyme activity enables the bacterium to survive in the stomach. We have previously shown that ureases display enzyme-independent effects in mammalian models, most through lipoxygenases-mediated pathways. Here, we evaluated potential pro-inflammatory properties of H. pylori urease and its effects in epithelial gastric cells. Urease induced paw edema with intense neutrophil infiltration. In vitro 100 nM urease was chemotactic to human neutrophils, inducing production of reactive oxygen species. Urease-activated neutrophils showed increased lifespan, with inhibition of apoptosis accompanied by alterations of Bcl-XL and Bad contents. These effects of urease persisted in the absence of enzyme activity. Urease-induced paw edema, neutrophil chemotaxis and apoptosis inhibition reverted in the presence of the lipoxygenase inhibitors esculetin or AA861. Neutrophils exposed to urease showed increased content of lipoxygenase(s) and no alteration of cyclooxygenase(s). We observed that the endocytosis occur via EEA1 and Lamp1 endosomes, and is dependent of lipid rafts. Additionally, the urease induces the migration of AGS cells in an experiment that simulates the wound healing assay. Urease also stimulates the over-expression of GM-CSF by AGS cells. Altogether, our data indicate that the urease, besides allowing the bacterial survival in the stomach, could play an important role in the pathogenesis of the gastrointestinal inflammatory disease caused by H. pylori.

Ureases, apesar de sua importância histórica para a Bioquímica, ainda são enigmáticas. Pouco se sabe a respeito de suas propriedades não-catalíticas, por exemplo. Nesse contexto, o presente trabalho submeteu uma urease de Canavalia ensiformis (JBURE-IIB) a simulações de dinâmica molecular, nos níveis de detalhamento atomístico e coarse-grained, buscando obter uma caracterização conformacional dessa urease, tanto como monômero quanto como trímero. Os dados assim obtidos sugerem que os domínios da proteína apresentam diferentes mobilidades, sendo o domínio γ o mais flexível. Esse domínio é também o principal responsável pela compactação do monômero da urease isolado, quando comparado à sua conformação cristalográfica. A mobilidade do domínio γ foi também associada ao processo de oligomerização da enzima. A forma trimérica da urease de C. ensiformis também se tornou mais compacta após a simulação, apontando as ureases como moléculas altamente flexíveis, principalmente devido às regiões de alças que conectam domínios estruturais, no caso de ureases vegetais. Sendo uma propriedade não necessariamente associada à catálise, a análise de tal flexibilidade pode auxiliar tentativas futuras de explicar a participação não-catalítica da urease em suas propriedades multifuncionais. / Ureases, despite their historical importance in biochemistry, are still enigmatic. For instance, little is known about their non-catalytic properties. In this context, the current work submitted a Canavalia ensiformis urease (JBURE-IIB) to molecular dynamics simulations at both atomistic and coarse-grained levels in order to obtain a conformational characterization of such urease in both monomeric and trimeric forms. The data suggest that the domains of the protein present different mobilities, with the γ domain being the most flexible one. This domain is also the main responsible for the compactness of the isolated urease monomer when compared to its crystallographic conformation. The γ domain mobility was also associated with the oligomerization process of the enzyme. The trimeric form of C. ensiformis urease also became more compact after simulation, pointing to ureases as highly flexible molecules, mainly due to coiled regions connecting the structural domains, in the case of plant ureases. As a property not necessarily related to catalysis, the analysis of this flexibility may enlighten further efforts to solve the non-catalytic aspects of urease in its moonlighting properties.

Nematóides entomopatogênicos (NEPS) e bactérias simbiontes representam uma das estratégias não-químicas mais bem sucedidas para o controle de insetos. Os juvenis infectivos dos nematóides Heterorhabditis sp. e Steinernema sp. buscam o hospedeiro no solo, o penetram através de aberturas naturais e rapidamente matam o inseto pela liberação, na hemocele, de bactérias entomopatogênicas dos gêneros Photorhabdus sp. e Xenorhabdus sp., respectivamente. A lagarta militar, Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) é uma das principais pragas da cultura do milho (Zea mays) no Brasil e os danos provocados pelo inseto reduzem o rendimento da cultura em até 39% e perdas de 500 milhões de dólares anuais. Isolados nativos de nematóides entomopatogênicos ativos contra S. frugiperda representam uma alternativa promissora ao uso intensivo de inseticidas químicos para o controle da lagarta-militar nas plantações de milho. Este estudo caracterizou a patogenicidade de oito isolados NEPs de incidência regional (denominados NEPETs) para o controle da praga em estádios associados ao solo. Os testes foram realizados com larvas de último ínstar (in vitro) e na fase de pré-pupa (in vitro e no solo). Os dados indicam que os percentuais de mortalidade mais elevados, tanto para lagartas como para pré-pupas, foram produzidos por isolados da família Heterorhabditidae. Estes isolados também foram os que produziram maior número de juvenis infectivos/larva mostrando a capacidade de multiplicação de NEPETs neste hospedeiro. As bactérias simbióticas associada aos nematóides entomopatogênicos foram isoladas, caracterizadas por testes bioquímicos e classificadas com base no seqüenciamento do 16S rDNA. Os isolados bacterianos, identificados como Photorhabdus e Xenorhabdus, quando injetados na hemocele de S. frugiperda produziram altos níveis de letalidade particularmente aqueles obtidos a partir dos nematóides da família Heterorhabditidae. Também avaliou-se a produção de urease de quatro bactérias entomopatogênicas, duas Photorhabdus e duas Xenorhabdus, in vitro e ao longo da infecção promovida pela injeção de bactérias. O padrão de produção de urease in vitro seguiu a curva de crescimento bacteriano e houve acúmulo da enzima na fase estacionária. Os dados sugerem uma correlação positiva entre a produção de urease pela bactéria e os efeitos entomopatogênicos sobre as lagartas. Há correlação direta entre a atividade específica alcançada por ureases ácidas na fase estacionária e mortalidade induzida por bactérias injetadas em lagartas de S. frugiperda. / Entomopathogenic nematodes (EPNs) and symbiotic bacteria represent one of the best non-chemical strategies for insect control. Infective juveniles of Heterorhabditis sp. and Steinernema sp. nematodes actively seek the host in the soil, penetrating through insect’s natural openings to reach the hemocoel where symbiotic bacteria Photorhabdus sp. and Xenorhabdus sp., respectively, are released and rapidly kill the insect host. The fall armyworm Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) is one of the major insect pests in corn (Zea mays) crops in Brazil, with infestations resulting in reduction up to 39% yield and losses amounting US$ 500 millions annually. Native strains of entomopathogenic nematodes active against S. frugiperda represent a promising alternative to the intensive use of chemical insecticides to control fall armyworm population in corn plantations. This study characterized the pathogenicity of eight EPNs isolates of regional incidence (denominated NEPETs) in stages where pest is associated to the soil. Tests were conducted with last instar larvae (in vitro) and in prepupae stage (in vitro and in soil). Data indicate that the highest mortality percentages, either for worms or prepupae, were produced by isolates of the Heterorhabditidae family. These isolates were also the ones that produced higher amounts of IJs/larvae showing the multiplication capacity of NEPETs on the host insect. Symbiotic bacteria associated to the entomopathogenic nematodes were successfully isolated and classified taxonomically both by phenotypic-biochemical criteria and sequencing of 16S rDNA. Isolated bacteria, identified as Photorhabdus and Xenorhabdus, injected into S. frugiperda hemocoel produced high levels of lethality particularly those from Heterorhabditidae family. We also studied the urease production of four entomopathogenic bacteria, two Photorhabdus and two Xenorhabdus, both in vitro and during the course of infection caused by injection of the bacteria. The pattern of urease production in vitro followed the bacteria growth curve accumulating in high levels towards the stationary phase. The data suggest a positive correlation between urease production by the bacteria and their entomopathogenic effect. There is direct correlation between the specific activity reached by acidic ureases at the stationary phase and mortality induced by injecting bacteria into S. frugiperda larvae.

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