A esquistossomose humana, doença causada pelo S. mansoni e com 6 milhões de infectados somente no Brasil, possui uma única estratégia terapêutica eficiente atualmente disponível. Esta se baseia na utilização de praziquantel e relatos de cepas resistentes à essa droga tem despertado o interesse da comunidade científica sobre o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas. Uma melhor caracterização dos processos metabólicos do parasita podem auxiliar nestas buscas. Diante desse contexto, nosso grupo tem trabalhado na caracterização estrutural e funcional das enzimas que compõem a via de salvação de purinas e pirimidinas deste parasita, com dez enzimas já caracterizadas. Uma das enzimas remanescentes é a uridina fosforilase (UP) (EC 2.4.2.3), cujo a qual o genoma do parasita apresenta duas isoformas, a smUPa e smUPb (92% de identidade entre elas). Com o objetivo de caracterizar estruturalmente estas enzimas, ambas foram obtidas via expressão heteróloga, purificadas e submetidas a ensaios de cristalização e co-cristalização (para obtenção das estruturas interagindo com diferentes ligantes). Após coleta de dados de difração de raio-x, processamento e refinamento adequado foram obtidas seis estruturas da smUPa (smUPaapo, smUPa+Timidina, smUPa+timina, smUPa+uracil, smUPa-5fluorouracil) e duas da smUPb (smUPbapo e smUPb+citrato). A análise das estruturas revela que as duas isoformas apresentam essencialmente a mesma estrutura, no entanto, apesar das poucas divergências em nível de sequência de aminoácidos, existem diferenças significativas entre os sítios ativos. A smUPa apresenta o sítio com as mesmas características de UPs conhecidas, em contrapartida a smUPb apresenta duas mudanças significativas que elimina a capacidade de interagir com a base nitrogenada (Q201L) e a cavidade que acomoda a base nitrogenada (G126D), o que torna as smUPs um caso único de isoformas de UP em um mesmo organismo conhecidas. É plausível que a smUPb não seja capaz de catalisar a fosforólise reversível da uridina, sendo ou um pseudogene ou alguma outra enzima com atividade catalítica diferente da UP. Para a completa caracterização destas enzimas, testes de atividade enzimática serão realizados e deverão auxiliar a determinar a real função da smUPb. / Human schistosomiasis, a disease caused by Schistosoma sp., is estimated to affect six million individuals in Brazil alone and there is currently only one therapeutic strategy available. This is based on the use of praziquantel and reports of the appearance of strains resistant to the drug has motivated the scientific community towards the search for new possible therapies. Biochemical characterization of the parasites metabolism is essential for the rational development of new therapeutic alternatives. Based on this,reasoning our group has been working on the structural and functional characterization of the enzymes involved in the pyrimidine and purine salvage pathways of S. mansoni. One of the remaining enzymes to be characterized is uridine phosphorylase (UP) (EC 2.4.2.3), for which there are two isoforms present in the parasite genome, smUPa and smUPb, which share 92% sequence identity. In order to structurally characterize these enzymes, both smUPs were produced by heterologous expression, purified and submitted to crystallization e co-crystallization assays, in the latter case in order to obtain the structure of different enzyme-ligand complexes. After data collection, processing and refinement, five structures of smUPa (smUPaapo, smUPa+Timidina, smUPa+timina, smUPa+uracil and smUPa+5fluorouracil) and two structures of smUPb (smUPbapo and smUPb+citrato) were obtained. Analysis of the structures revealed that the isoforms have the same fold, but despite the high sequence identity, significant differences are observed at the active site probably profoundly affecting enzyme activity. Whilst SmUPa presents an active site similar to that of other known UPs, smUPb is predicted to lack the ability to interact with the nucleoside base due to the presence of a leucine in place of a glutamine at position 201 and an aspartatic acid in place of glycine at position 126. These differences turn the smUPs into a unique case of UP isoforms. It is plausible that smUPb is unable to catalyze the reversible phosphorolysis of uridine and could be either a pseudogene or a different enzyme altogether of unknown catalytic activity. A complete functional characterization in vitro will be necessary in order to determine its real function.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:41:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000422760-Texto+Completo-0.pdf: 1667027 bytes, checksum: 3a4e17bc0587e9fb62a27ed8ef767155 (MD5) Previous issue date: 2010 / Uridine phosphorylase (UP) is a key enzyme in the pyrimidine salvage pathway, catalyzing the reversible phosphorolysis of uridine to uracil and ribose-1- phosphate (R1P). The human UP type 1 (hUP1) is a molecular target for the design of inhibitors intended to boost endogenous uridine levels to rescue normal tissues from the toxicity of fluoropyrimidine nucleoside chemotherapeutic agents, such as capecitabine and 5-fluorouracil. Here, we describe a method to obtain homogeneous recombinant hUP1, and present initial velocity, product inhibition, and equilibrium binding data. These results suggest that hUP1 catalyzes uridine phosphorolysis by a steady-state ordered bi bi kinetic mechanism, in which inorganic phosphate binds first followed by the binding of uridine, and uracil dissociates first, followed by R1P release. Fluorescence titration at equilibrium showed cooperative binding of either Pi or R1P binding to hUP1. Amino acid residues involved in either catalysis or substrate binding were proposed based on pH-rate profiles. / A uridina fosforilase (UP) é uma enzima chave na rota de salvamento das pirimidinas, catalisando a fosforólise reversível de uridina a uracil e ribose-1- fosfato (R1P). A UP humana do tipo 1 (hUP1) é um alvo molecular para o desenho de inibidores com a finalidade de aumentar os níveis endógenos de uridina para “resgatar” os tecidos normais da toxicidade produzida pelo uso de agentes quimioterápicos análogos de pirimidinas, como o 5- fluorouracil e a capecitabina. Neste trabalho, descrevemos o método de obtenção da proteína recombinante homogênea hUP1, dados de velocidade inicial, inibição pelo produto e ensaios de ligação em equilíbrio. Esses resultados sugerem que a hUP1 catalisa a fosforólise de uridina por um mecanismo cinético bi bi ordenado, no qual o fosfato inorgânico se liga primeiro seguido pela ligação da uridina, e o uracil de dissocia primeiro, seguido pela dissociação da R1P. Os ensaios de ligação por fluorescência em equilíbrio mostraram uma ligação cooperativa tanto do PI como da R1P. Os resíduos de aminoácidos envolvidos tanto na catálise como na ligação foram propostos pelo perfil de pH.

Made available in DSpace on 2014-04-05T02:01:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000456493-Texto+Completo-0.pdf: 8676620 bytes, checksum: ab14797b76f59292226e96a871d584a6 (MD5) Previous issue date: 2013 / The world impact of cancer is increasing through the years and only a few decades ago it was classified as a worldwide public health problem. Cancer cells display many biochemical and biological peculiarities and the research for new drugs to treat or improve the quality of patient life justify the design of compounds with defined molecular targets to affect biochemical pathways of the tumor. The pyrimidine salvage pathway is one of the cellular pathways that have interesting molecular targets for drug design. The human uridine phosphorylase 1 (hUP1) is a key enzyme of pyrimidine salvage and is responsible for the reversible phosphorolysis of uridine to uracil and ribose-1-phosphate in presence of inorganic phosphate. Uridine is proposed to be a biochemical modulator to counteract the host toxicity caused by chemotherapy with 5-fluorouracil (5-FU).Kinetic characterization data were the starting point for hUP1 inhibitors planning. This work describes synthesis, kinetic and thermodynamic characterization of new compounds; also, results from eukaryotic cell cultured analysis and animal models supported the selection of the most promising compound. From the lead molecule, presenting inhibition values in nanomolar range, chemical replacement experiments were performed in specific spots of the molecule, leading to derived compounds with improved affinity profile. By kinetic characterization and thermodynamic discrimination profile the most potent inhibitors were characterized as competitive and uncompetitve inhibitors towards hUP1 natural substrates uridine and inorganic phosphate, respectively, showing its abilities to form a noncatalytic ternary complex. The cell cultured assessment with our lead compound showed the improved capacity of the compound to boost the sensibility of tumor cells to 5-FU treatment, with no significant influence on normal cells. Likewise, in murine model of mucositis, our data suggest that the lead compound maybe efficient to intestinal mucosa protection and to inhibit the hUP1 enzyme-mediated increase in the uridine plasma levels. Thus, the results presented here strengthen the interest for hUP1 inhibitors and for the uridine use as a biochemical modulator of side effects observed during fluoropyrimidines chemotherapy. / O impacto do câncer no mundo vem crescendo ao longo dos anos e há algumas décadas foi classificado como um problema de saúde pública mundial. A busca por novos fármacos para o tratamento e para a melhora da qualidade de vida dos pacientes visa o desenho de fármacos com alvos moleculares definidos, a fim de atingir rotas metabólicas do tumor. Dentre as rotas celulares, a via de salvamento de pirimidinas apresenta alvos moleculares interessantes para o desenho de possíveis novos fármacos quimioterápicos. A enzima humana uridina fosforilase 1 (hUP1) é uma das enzimas-chave dessa via, sendo responsável pelo controle da concentração homeostática da uridina, através da fosforólise reversível de uridina à uracil e ribose-1-fosfato na presença de fosfato inorgânico.A uridina tem sido proposta como um modulador para auxiliar na diminuição dos efeitos adversos gerados durante o tratamento com 5-fluorouracil (5-FU). Os dados da caracterização cinética foram utilizados como ponto de partida para o planejamento de novos inibidores da hUP1. Este trabalho descreve a síntese desses novos compostos, assim como a caracterização cinética e termodinâmica; análise em cultura de células eucarióticas e experimentos em roedores também auxiliaram na seleção de um composto promissor. A partir do composto líder, com valores de inibição na faixa de nanomolar, derivatizações químicas foram realizadas em locais específicos da molécula e a obtenção de compostos com afinidades aprimoradas foi confirmada.A partir da caracterização cinética e termodinâmica, determinamos que os melhores inibidores atuam como inibidores competitivos e incompetitivos em relação aos substratos naturais da hUP1, uridina e fosfato inorgânico, respectivamente, revelando a capacidade desses em formar um complexo ternário não catalítico. O ensaio em cultura de células com a molécula líder revelou que o composto é capaz de elevar a sensibilidade de células tumorais ao 5-FU, não exercendo, entretanto, nenhuma influência sobre células normais. Do mesmo modo, no modelo de mucosite intestinal em ratos, o composto apresentou resultados promissores, revelando uma possível proteção da mucosa intestinal, que pode se dar através da elevação da concentração de uridina no plasma. Assim, os resultados aqui apresentados reforçam o interesse na busca de inibidores da enzima hUP1 e na estratégia do uso da uridina como um modulador bioquímico dos efeitos adversos gerados durante a quimioterapia com fluoropirimidinas.

A esquistossomose humana, doença causada pelo S. mansoni e com 6 milhões de infectados somente no Brasil, possui uma única estratégia terapêutica eficiente atualmente disponível. Esta se baseia na utilização de praziquantel e relatos de cepas resistentes à essa droga tem despertado o interesse da comunidade científica sobre o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas. Uma melhor caracterização dos processos metabólicos do parasita podem auxiliar nestas buscas. Diante desse contexto, nosso grupo tem trabalhado na caracterização estrutural e funcional das enzimas que compõem a via de salvação de purinas e pirimidinas deste parasita, com dez enzimas já caracterizadas. Uma das enzimas remanescentes é a uridina fosforilase (UP) (EC 2.4.2.3), cujo a qual o genoma do parasita apresenta duas isoformas, a smUPa e smUPb (92% de identidade entre elas). Com o objetivo de caracterizar estruturalmente estas enzimas, ambas foram obtidas via expressão heteróloga, purificadas e submetidas a ensaios de cristalização e co-cristalização (para obtenção das estruturas interagindo com diferentes ligantes). Após coleta de dados de difração de raio-x, processamento e refinamento adequado foram obtidas seis estruturas da smUPa (smUPaapo, smUPa+Timidina, smUPa+timina, smUPa+uracil, smUPa-5fluorouracil) e duas da smUPb (smUPbapo e smUPb+citrato). A análise das estruturas revela que as duas isoformas apresentam essencialmente a mesma estrutura, no entanto, apesar das poucas divergências em nível de sequência de aminoácidos, existem diferenças significativas entre os sítios ativos. A smUPa apresenta o sítio com as mesmas características de UPs conhecidas, em contrapartida a smUPb apresenta duas mudanças significativas que elimina a capacidade de interagir com a base nitrogenada (Q201L) e a cavidade que acomoda a base nitrogenada (G126D), o que torna as smUPs um caso único de isoformas de UP em um mesmo organismo conhecidas. É plausível que a smUPb não seja capaz de catalisar a fosforólise reversível da uridina, sendo ou um pseudogene ou alguma outra enzima com atividade catalítica diferente da UP. Para a completa caracterização destas enzimas, testes de atividade enzimática serão realizados e deverão auxiliar a determinar a real função da smUPb. / Human schistosomiasis, a disease caused by Schistosoma sp., is estimated to affect six million individuals in Brazil alone and there is currently only one therapeutic strategy available. This is based on the use of praziquantel and reports of the appearance of strains resistant to the drug has motivated the scientific community towards the search for new possible therapies. Biochemical characterization of the parasites metabolism is essential for the rational development of new therapeutic alternatives. Based on this,reasoning our group has been working on the structural and functional characterization of the enzymes involved in the pyrimidine and purine salvage pathways of S. mansoni. One of the remaining enzymes to be characterized is uridine phosphorylase (UP) (EC 2.4.2.3), for which there are two isoforms present in the parasite genome, smUPa and smUPb, which share 92% sequence identity. In order to structurally characterize these enzymes, both smUPs were produced by heterologous expression, purified and submitted to crystallization e co-crystallization assays, in the latter case in order to obtain the structure of different enzyme-ligand complexes. After data collection, processing and refinement, five structures of smUPa (smUPaapo, smUPa+Timidina, smUPa+timina, smUPa+uracil and smUPa+5fluorouracil) and two structures of smUPb (smUPbapo and smUPb+citrato) were obtained. Analysis of the structures revealed that the isoforms have the same fold, but despite the high sequence identity, significant differences are observed at the active site probably profoundly affecting enzyme activity. Whilst SmUPa presents an active site similar to that of other known UPs, smUPb is predicted to lack the ability to interact with the nucleoside base due to the presence of a leucine in place of a glutamine at position 201 and an aspartatic acid in place of glycine at position 126. These differences turn the smUPs into a unique case of UP isoforms. It is plausible that smUPb is unable to catalyze the reversible phosphorolysis of uridine and could be either a pseudogene or a different enzyme altogether of unknown catalytic activity. A complete functional characterization in vitro will be necessary in order to determine its real function.

Made available in DSpace on 2015-04-14T14:51:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 422760.pdf: 1667027 bytes, checksum: 3a4e17bc0587e9fb62a27ed8ef767155 (MD5) Previous issue date: 2010-02-25 / A uridina fosforilase (UP) ? uma enzima chave na rota de salvamento das pirimidinas, catalisando a fosfor?lise revers?vel de uridina a uracil e ribose-1- fosfato (R1P). A UP humana do tipo 1 (hUP1) ? um alvo molecular para o desenho de inibidores com a finalidade de aumentar os n?veis end?genos de uridina para resgatar os tecidos normais da toxicidade produzida pelo uso de agentes quimioter?picos an?logos de pirimidinas, como o 5- fluorouracil e a capecitabina. Neste trabalho, descrevemos o m?todo de obten??o da prote?na recombinante homog?nea hUP1, dados de velocidade inicial, inibi??o pelo produto e ensaios de liga??o em equil?brio. Esses resultados sugerem que a hUP1 catalisa a fosfor?lise de uridina por um mecanismo cin?tico bi bi ordenado, no qual o fosfato inorg?nico se liga primeiro seguido pela liga??o da uridina, e o uracil de dissocia primeiro, seguido pela dissocia??o da R1P. Os ensaios de liga??o por fluoresc?ncia em equil?brio mostraram uma liga??o cooperativa tanto do PI como da R1P. Os res?duos de amino?cidos envolvidos tanto na cat?lise como na liga??o foram propostos pelo perfil de pH.

Made available in DSpace on 2015-04-14T14:51:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 456493.pdf: 8676620 bytes, checksum: ab14797b76f59292226e96a871d584a6 (MD5) Previous issue date: 2013-12-11 / The world impact of cancer is increasing through the years and only a few decades ago it was classified as a worldwide public health problem. Cancer cells display many biochemical and biological peculiarities and the research for new drugs to treat or improve the quality of patient life justify the design of compounds with defined molecular targets to affect biochemical pathways of the tumor. The pyrimidine salvage pathway is one of the cellular pathways that have interesting molecular targets for drug design. The human uridine phosphorylase 1 (hUP1) is a key enzyme of pyrimidine salvage and is responsible for the reversible phosphorolysis of uridine to uracil and ribose-1-phosphate in presence of inorganic phosphate. Uridine is proposed to be a biochemical modulator to counteract the host toxicity caused by chemotherapy with 5-fluorouracil (5-FU). Kinetic characterization data were the starting point for hUP1 inhibitors planning. This work describes synthesis, kinetic and thermodynamic characterization of new compounds; also, results from eukaryotic cell cultured analysis and animal models supported the selection of the most promising compound. From the lead molecule, presenting inhibition values in nanomolar range, chemical replacement experiments were performed in specific spots of the molecule, leading to derived compounds with improved affinity profile. By kinetic characterization and thermodynamic discrimination profile the most potent inhibitors were characterized as competitive and uncompetitve inhibitors towards hUP1 natural substrates uridine and inorganic phosphate, respectively, showing its abilities to form a noncatalytic ternary complex. The cell cultured assessment with our lead compound showed the improved capacity of the compound to boost the sensibility of tumor cells to 5-FU treatment, with no significant influence on normal cells. Likewise, in murine model of mucositis, our data suggest that the lead compound maybe efficient to intestinal mucosa protection and to inhibit the hUP1 enzyme-mediated increase in the uridine plasma levels. Thus, the results presented here strengthen the interest for hUP1 inhibitors and for the uridine use as a biochemical modulator of side effects observed during fluoropyrimidines chemotherapy. / O impacto do c?ncer no mundo vem crescendo ao longo dos anos e h? algumas d?cadas foi classificado como um problema de sa?de p?blica mundial. A busca por novos f?rmacos para o tratamento e para a melhora da qualidade de vida dos pacientes visa o desenho de f?rmacos com alvos moleculares definidos, a fim de atingir rotas metab?licas do tumor. Dentre as rotas celulares, a via de salvamento de pirimidinas apresenta alvos moleculares interessantes para o desenho de poss?veis novos f?rmacos quimioter?picos. A enzima humana uridina fosforilase 1 (hUP1) ? uma das enzimas-chave dessa via, sendo respons?vel pelo controle da concentra??o homeost?tica da uridina, atrav?s da fosfor?lise revers?vel de uridina ? uracil e ribose-1-fosfato na presen?a de fosfato inorg?nico. A uridina tem sido proposta como um modulador para auxiliar na diminui??o dos efeitos adversos gerados durante o tratamento com 5-fluorouracil (5-FU). Os dados da caracteriza??o cin?tica foram utilizados como ponto de partida para o planejamento de novos inibidores da hUP1. Este trabalho descreve a s?ntese desses novos compostos, assim como a caracteriza??o cin?tica e termodin?mica; an?lise em cultura de c?lulas eucari?ticas e experimentos em roedores tamb?m auxiliaram na sele??o de um composto promissor. A partir do composto l?der, com valores de inibi??o na faixa de nanomolar, derivatiza??es qu?micas foram realizadas em locais espec?ficos da mol?cula e a obten??o de compostos com afinidades aprimoradas foi confirmada. A partir da caracteriza??o cin?tica e termodin?mica, determinamos que os melhores inibidores atuam como inibidores competitivos e incompetitivos em rela??o aos substratos naturais da hUP1, uridina e fosfato inorg?nico, respectivamente, revelando a capacidade desses em formar um complexo tern?rio n?o catal?tico. O ensaio em cultura de c?lulas com a mol?cula l?der revelou que o composto ? capaz de elevar a sensibilidade de c?lulas tumorais ao 5-FU, n?o exercendo, entretanto, nenhuma influ?ncia sobre c?lulas normais. Do mesmo modo, no modelo de mucosite intestinal em ratos, o composto apresentou resultados promissores, revelando uma poss?vel prote??o da mucosa intestinal, que pode se dar atrav?s da eleva??o da concentra??o de uridina no plasma. Assim, os resultados aqui apresentados refor?am o interesse na busca de inibidores da enzima hUP1 e na estrat?gia do uso da uridina como um modulador bioqu?mico dos efeitos adversos gerados durante a quimioterapia com fluoropirimidinas.