Tesis para Optar al Grado Académico de Magíster en Bioquímica Área de Especialización: Proteínas y Biotecnología y Memoria para Optar al Título de Bioquímica / Para mantener la integridad, la célula debe controlar la cantidad y calidad de las proteínas. El Retículo Endoplásmico (RE) es el organelo en donde se sintetizan todas las proteínas transmembrana y la mayoría de las proteínas secretadas. Cuando se altera la homeostasis del Retículo Endoplásmico se produce una acumulación de proteínas mal plegadas en su lumen. Como respuesta a este estrés se activa una vía de señalización RE-núcleo, en la que se bloquea la expresión general, aumenta la expresión de chaperonas y se activan las vías proteolíticas del proteasoma y macroautofagia. Un método para producir Estrés en el Retículo Endoplásmico (ERE) es la eliminación del calcio reticular, necesario para el correcto plegamiento proteico. La autofagia mediada por chaperonas (AMC) es un sistema proteolítico que requiere la acción de chaperonas citosólicas para seleccionar, desplegar y dirigir proteínas mal plegadas al interior del lisosoma. Sus actores principales son el receptor lisosomal Lamp2A y la chaperona Hsc70. Se ha descrito la activación de AMC durante la privación prolongada de suero y durante el estrés oxidativo, pero no existen antecedentes de la activación durante el ERE, lo cual constituye el objetivo de esta tesis. Se usó como modelo de estudio células NIH3T3. En estas células se indujo ERE con Tapsigargina (TG), eliminando el calcio en el RE. Mediante western blot se comprobó la aparición de Chop, un factor transcripcional usado clásicamente como marcador de ERE. TG no aumentó la muerte celular, pero produjo un bloqueo en la división celular, deteniendo el ciclo en la etapa G1. Lo anterior se observó mediante citometría de flujo, usando yoduro de propidio como trazador. Mediante inmunocitoquímica y western blot se observó un aumento en los niveles totales de Lamp2A. Esto se relaciona al aumento de Lamp2A en la fracción lisosomal. Además la chaperona Hsc70 se relocaliza hacia la fracción lisosomal en respuesta al estímulo con TG. Estos eventos, el aumento del receptor Lamp2A y relocalización de la chaperona Hcs 70, se han relacionado anteriormente con aumento en la actividad de AMC. Células que expresan constitutivamente un iRNA contra Lamp2A, lo que las hace deficientes en AMC, aumentan la macroautofagia basal. La compensación de macroautofagia es mayor durante un evento de ERE. La mayor actividad de la macroautofagia se refleja en una menor expresión de Chop, que pudiese estar siendo degradado por macroautofagia. Células carentes de ATG5, que no activan macroautofagia, aumentan los niveles totales de Lamp2A. Este es un mecanismo compensatorio, que activa la AMC cuando la macroautofagia no está presente. Sin embargo, la TG disminuyó los niveles totales de Lamp2A. Este inesperado comportamiento puede estar ligado a la activación del proteasoma. En síntesis, esta tesis muestra el primer indicio de la activación de AMC durante un evento de ERE. Esta activación esta dada principalmente por un aumento en los niveles de Lamp2A, que solo se ha visto durante estrés oxidativo. Además muestra que las vías degradativas se comunican para eliminar las proteínas mal plegadas durante el ERE / To maintain the integrity, cells must control the quantity and quality of the proteins. Endoplasmic Reticulum (ER) is the organelle where all transmembrane protein and the most secretory protein are synthesized. Disturbances in the ER homeostasis lead to the accumulation of disfolding proteins in its lumen. In response to this stress a reticulum-nucleus signaling pathway is activated, inducing the selective expression of some genes (i.e. those related to chaperones) and the stimulation of proteolytic systems, including proteasome and macroautophagy. The removal of the calcium reticulum, necessary for the correct protein folding, produces ER stress. Chaperone-mediated autophagy (CMA) is another proteolytic system that requires the action of cytosolic chaperones to select, unfold and pull the unfolded substrate into the lysosomes. Its principal actors are the lysosomal receptor Lamp2A and the chaperone Hsc70. CMA is activated by long serum deprivation and oxidative stress. However it remains unknown whether CMA is stimulated during the ER stress, which it is the main aim of this thesis. The NIH3T3 cells were the study model used. In these cells, Thapsigargin (TG) induces ER stress through the removal ER calcium. Western blot showed an increase in the Chop level, a classic ER stress transcriptional factor. TG didn’t stimulate cell death but arrested cell cycle at G1 stage. This was showed through FACS, using propidium iodide dye. Immunocytochemistry and western blot studies showed that TG increases the Lamp2A total levels. Another observation is the increase of Lamp2A level in the lysosomal fraction. Also, we have seen increases in the hsc70 localization in to the lysosomal fraction. These events, the rise in Lamp2A levels and Hsc70 lysosomal localization, previously have being related with an increase in the CMA activity. Constitutive Lamp2A-siRNA cells, CMA deficient cells, increased basal macroautophagy. Also this macroautophagy compensation is most important during ER stress. The higher macroautophagy activity was associated with low expression of Chop, showing a probable degradation the Chop by macroautophagy. ATG5 knock out cells, macroautophagy deficient cells, showed an increase in the Lamp2A total levels. This cells revealing a compensatory effect of the CMA when the macroautophagy is inactive. However, TG produces a decrease of the levels of Lamp2A.This unexpected behavior is probably related to the proteasome activation. In synthesis, this tesis show by the first time the CMA activation during ER stress. This activation is related to the total Lamp2A increase, only before seen in oxidative stress. Also we show the connection between the proteolytic pathways in the unfolding protein degradation, during ER stress

The nucleoplasmin (NPM) family of acidic histone chaperones and the FK506-binding (FKBP) peptidyl proline isomerases are both linked to chromatin regulation. In vertebrates, NPM and FKBP domains are found on separate proteins. In fungi, NPM-like and FKBP domains are expressed as a single polypeptide in nucleoplasmin-like FKBP (NPL-FKBP) histone chaperones. Saccharomyces cerevisiae has two NPL-FKBPs: Fpr3 and Fpr4. These paralogs are 72% similar and are clearly derived from a common ancestral gene. This suggests that they may have redundant functions. Their retention over millions of years of evolution also implies that each must contribute non-redundantly to organism fitness. The redundant and separate biological functions of these chromatin regulators have not been studied. In this dissertation I take a systems biology approach to fill this knowledge gap. First, I refine the powerful synthetic genetic array (SGA) method of annotating gene-gene interactions, making it amenable for the analyses of paralogous genes. Using these ‘paralog-SGA’ screens I define distinct genetic interactions unique to either Fpr3 or Fpr4, shared genetic interactions common to both paralogs, and masked genetic interactions which are direct evidence for processes where these enzymes are functionally redundant. I provide transcriptomic evidence that Fpr3 and Fpr4 cooperate to regulate genes involved in polyphosphate metabolism and ribosome biogenesis. I identify an important role for Fpr4 at the 5’ ends of protein coding genes and the non-transcribed spacers of ribosomal DNA. Finally, I show that yeast lacking Fpr4 exhibit a genome instability phenotype at rDNA, implying that this histone chaperone regulates chromatin structure and DNA access at this locus. Collectively, these data demonstrate that Fpr3 and Fpr4 operate separately, cooperatively and redundantly to regulate a variety of chromatin environments. This work is the first comprehensive and comparative study of NPL-FKBP chaperones and as such represents a significant contribution to our understanding of their biological functions. / Graduate

A leishmaniose é uma enfermidade infecciosa causada por várias espécies de parasitas do gênero Leishmania e representa um dos principais problemas de saúde pública nos países subdesenvolvidos. No hospedeiro, a sobrevivência do protozoário causador dessa doença depende de uma classe especial de proteínas, as chaperonas moleculares ou proteínas de choque térmico como também são conhecidas. A função dessas proteínas é auxiliar no processo de enovelamento protéico, no transporte de proteínas entre as membranas e em muitas outras importantes funções celulares. Neste processo, as chaperonas moleculares são auxiliadas pelas suas co-chaperonas que desempenham função de destaque. Dentre as principais famílias de chaperonas moleculares temos as Hsp70 e as Hsp90 com suas respectivas co-chaperonas, as Hsp40 e a Aha1. O presente trabalho pretendeu inicialmente expressar e purificar as co-chaperonas moleculares Hsp40I e Hsp40II de L. braziliensis para realizar estudos de caracterização estrutural por meio das técnicas de dicroísmo circular e fluorescência. Contudo, a insolubilidade dessas proteínas, que pode ter sido causada pela presença de mutações nas sequências de DNA, motivou a caracterização de outra co-chaperona, a Aha1 de L. braziliensis (LbAha1). A LbAha1 foi expressa no sobrenadante celular e purificada por três etapas cromatográficas (troca aniônica, afinidade por íons cálcio e gel filtração). A análise da sequência de aminoácidos dessa proteína mostra que ela possui 9 resíduos de triptofano distribuídos nos dois domínios característicos da LbAha1. Estudos de desnaturação química por uréia, monitorados pelas técnicas de dicroísmo circular e fluorescência, mostram que os dois domínios da LbAha1 apresentam estabilidades diferentes. Os estudos estruturais realizados permitiram identificar as transições com o respectivo domínio. / Leishmaniasis is an infectious disease caused by several species of Leishmania species and represents major public health problems in developing countries. In the harborer, the survival of the parasite that cause this disease depends on a special class of proteins, molecular chaperones or heat shock proteins as they are also known. The function of these proteins is to assist in protein folding, transport of proteins and many other important cellular functions. In this process the molecular chaperones are helped by their co-chaperones that play a prominent role. Among the main families of molecular chaperones, there are Hsp70 and Hsp90 with their respective co-chaperones, Hsp40 and the Aha1. The present work, initially pretended to express and purify the molecular co-chaperones Hsp40I and Hsp40II of the L. braziliensis for structural characterization by spectroscopic techniques like fluorescence and circular dichroism. However, the insolubility of these proteins, possibly caused by the presence of mutations in their DNA sequences, led to the characterization of another co-chaperone, the Aha1 of the L. braziliensis. These proteins were expressed in the cell supernatant and purified by three chromatographic steps (anion exchange, affinity for calcium ions and gel filtration). The analysis of the DNA sequence of this protein shows that it has nine Trp residues distributed between the two domains and by urea denaturation studies monitored by fluorescence techniques and circular dichroism show that they have different stabilities.

Polyglutamine disease is a class of neurodegenerative diseases, which is manifested by the atrophy of nervous system that results in dementia and/or motor dysfunction. The major pathological characteristics include progressive loss of neuronal cells as well as the appearance of insoluble nuclear inclusions in degenerating neuronal cells. Polyglutamine disease is caused by CAG triplet expansion in the genome. When translated, such expansion leads to the formation of expanded polyglutamine domain within the respective disease proteins and promotes abnormal protein conformational changes. Owing to their misfolded nature, the expanded polyglutamine proteins form insoluble nuclear inclusions. These insoluble nuclear inclusions are heterogeneous in nature, in which polyglutamine protein and molecular chaperones are the recruited components. All eukaryotic cells express molecular chaperones which function to mediate the proper folding of proteins. The recruitment of molecular chaperones into nuclear inclusions that contain misfolded triplet-expanded proteins strongly suggests the involvement of molecular chaperones in polyglutamine disease progression. It has been shown that over-expression of molecular chaperones in polyglutamine disease models can lead to a suppression of polyglutamine toxicity and a concomitant increase in the solubility of disease proteins, i.e. the solubility of polyglutamine disease protein is related to its toxicity. Intrigued by these observations, I aimed at elucidating the mechanism of polyglutamine disease pathogenesis by first studying the cellular regulation of endogenous chaperone expression in neurodegeneration in a transgenic Drosophila model of polyglutamine disease. A biphasic regulation of Hsp70 expression was observed, which the regulation was at the transcription level. Moreover, over-expression of Hsp70 could alter the endogenous Hsp70 protein and mRNA level of polyglutamine disease fly model. The study may help the understanding of how the chaperone expression is regulated under the effects of polyglutamine expression and thus to find out the mechanism of pathogenesis. In addition, cellular proteins that change in solubility other than disease protein will also be identified. Small heat shock proteins, glutathione S transferase and alpha 4 proteasome subunit, etc., showed change in solubility or expression by 2D gel electrophoresis analysis. Identifying the proteins that change in solubility or expression may help the finding of the interplay of proteins and thus the pathways involve in the mechanism of polyglutamine disease pathogenesis. Understanding pathogenic pathways can give ideas on how polyglutamine lead to the disease, up- or down-regulation of those protein interplays may provide direction and therapeutic candidates to suppress polyglutamine disease. / Huen Ngar Yee. / "September 2006." / Advisers: Ho Yin Chan; Siu Kai Kong. / Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 68-03, Section: B, page: 1465. / Thesis (Ph.D.)--Chinese University of Hong Kong, 2006. / Includes bibliographical references (p. 134-146). / Electronic reproduction. Hong Kong : Chinese University of Hong Kong, [2012] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web. / Electronic reproduction. [Ann Arbor, MI] : ProQuest Information and Learning, [200-] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web. / Abstracts in English and Chinese. / School code: 1307.

Neste trabalho realizamos um programa de seqüenciamento em larga escala de cDNAs obtidos de bibliotecas construídas a partir de mRNA de células de B. emersonii submetidas ao choque térmico e ao estresse por cádmio. Obtivemos 6350 seqüências expressas (ESTs) de alta qualidade, que representam 2326 seqüências únicas putativas (unigenes) do fungo. Destes unigenes putativos, 1282 genes foram classificados em pelo menos uma das categorias do Consórcio Gene Ontology (GO). A análise do transcriptoma parcial de B. emersonii determinado até o momento permitiu a identificação de 78 unigenes codificando chaperones moleculares de todas as famílias conhecidas. Para avaliarmos a expressão global dos genes em resposta a estresses ambientais, como o choque térmico e o cádmio, realizamos ensaios de microarranjos de DNA nestas condições de estresse. Observamos que em resposta ao choque térmico, B. emersonii induz a expressão de genes que codificam proteínas relacionadas com o enovelamento de proteínas e com a proteólise, o que seria esperado em condições de temperaturas elevadas, assim como genes que codificam proteínas com propriedades antioxidantes, além de proteínas envolvidas no metabolismo de nucleotídeos e no metabolismo de carboidratos. Em resposta ao estresse por cádmio, verificou-se a indução de genes que codificam principalmente proteínas com propriedades antioxidantes, proteínas envolvidas no metabolismo de aminoácidos, proteínas relacionadas com o transporte celular e proteínas envolvidas no enovelamento de proteínas e proteólise. Uma das conseqüências do estresse por cádmio é o aumento do estresse oxidativo e proteínas antioxidantes têm um papel fundamental na resposta a este tipo de estresse. Dentre os genes observados durante o seqüenciamento das ESTs de B. emersonii, observamos dez genes codificando proteínas distintas da família Hsp70. Nove genes hsp70 são expressos em pelo menos um dos estágios do desenvolvimento do fungo e sete apresentam uma indução significativa após o choque térmico. Estes dados sugerem que estes genes desempenham um papel importante durante o desenvolvimento e em resposta ao estresse térmico em B. emersonii. Outro dado interessante obtido neste trabalho foi o enriquecimento de ESTs que continham íntrons em sua seqüência nas bibliotecas de estresse. Portanto, o choque térmico e o estresse por cádmio em B. emersonii diminuem a eficiência de processamento dos íntrons permitindo sua caracterização. O cDNA da proteína Hsp17 foi o que apresentou o maior número de ESTs seqüenciadas nas bibliotecas de estresse. Experimentos de Northern blot indicaram que o gene hsp17 possui um nível de expressão muito baixo durante o ciclo de vida de B. emersonii, no entanto, como esperado sua expressão aumenta drasticamente quando as células de esporulação ou germinação são submetidas a choque térmico. Os níveis da proteína Hsp17 acompanham os níveis do seu mRNA, indicando que o controle da expressão do gene hsp17 deve ocorrer em nível de transcrição. / In this work we realized a large scale, sequencing program of cDNAs libraries obtained from mRNA of B. emersonii cells submitted to heat shock and cadmium stress. A total of 6350 high quality expressed sequence tags (ESTs) were obtained, representing 2326 unique putative genes (unigenes) of this fungus. From these putative unigenes, 1282 genes were classified at least in one of the three Gene Ontology Consortium (GO) categories. The analysis of the partial transcriptome of B. emersonii, determined until now, allowed the identification of 78 unigenes encoding molecular chaperones of all known protein families. To evaluate the global expression of the genes in response to environmental stresses, such as heat shock and cadmium, DNA microarray assays were performed. We observed that in response to heat shock B. emersonii induces the expreession of genes encoding proteins related to protein folding and proteolysis, as expected under high temperature conditions, as well as genes encoding proteins with antioxidant properties and proteins involved in nucleotide and carbohydrate metabolism. In response to cadmium stress, we mainly verified the induction of genes for proteins with antioxidant properties, proteins involved in amino acid metabolism, proteins related to cellular transport and proteins related to protein folding and proteolysis. One of the consequences of the exposure to cadmium is the increase of oxidative stress, and antioxidant proteins have a fundamental role in the response to this kind of injury. Amongst the genes observed during the B. emersonii EST sequencing program, ten genes encoding distinct proteins from the Hsp70 family were observed. Nine of them are expressed at least in one stage of the fungus development and seven genes presented a significant induction during heat shock treatment. These data suggest that the hsp70 genes perform an important role during development and in response to heat stress in B. emersonii. Another interesting result from this work was the enrichment of ESTs containing introns in the stress libraries. Thus, heat shock and cadmium stress decrease the efficiency of intron processing in B. emersonii, allowing for intron characterization. The cDNA for the Hsp17 protein presented the highest number of ESTs sequenced from the stress libraries. Northern blot experiments indicated that the hsp17 gene is expressed at very low levels throughout the life cycle of B. emersonii, however, as expected its expression increases drastically when sporulation or germination cells are submitted to heat shock. Hsp17 protein levels accompany its mRNA levels, indicating that the control of expression of the hsp17 gene occurs at a transcriptional level.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2007. / Härtill 3 uppsatser.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 1998. / Vita. Includes bibliographical references (leaves [128]-146).

A leishmaniose é uma enfermidade infecciosa causada por várias espécies de parasitas do gênero Leishmania e representa um dos principais problemas de saúde pública nos países subdesenvolvidos. No hospedeiro, a sobrevivência do protozoário causador dessa doença depende de uma classe especial de proteínas, as chaperonas moleculares ou proteínas de choque térmico como também são conhecidas. A função dessas proteínas é auxiliar no processo de enovelamento protéico, no transporte de proteínas entre as membranas e em muitas outras importantes funções celulares. Neste processo, as chaperonas moleculares são auxiliadas pelas suas co-chaperonas que desempenham função de destaque. Dentre as principais famílias de chaperonas moleculares temos as Hsp70 e as Hsp90 com suas respectivas co-chaperonas, as Hsp40 e a Aha1. O presente trabalho pretendeu inicialmente expressar e purificar as co-chaperonas moleculares Hsp40I e Hsp40II de L. braziliensis para realizar estudos de caracterização estrutural por meio das técnicas de dicroísmo circular e fluorescência. Contudo, a insolubilidade dessas proteínas, que pode ter sido causada pela presença de mutações nas sequências de DNA, motivou a caracterização de outra co-chaperona, a Aha1 de L. braziliensis (LbAha1). A LbAha1 foi expressa no sobrenadante celular e purificada por três etapas cromatográficas (troca aniônica, afinidade por íons cálcio e gel filtração). A análise da sequência de aminoácidos dessa proteína mostra que ela possui 9 resíduos de triptofano distribuídos nos dois domínios característicos da LbAha1. Estudos de desnaturação química por uréia, monitorados pelas técnicas de dicroísmo circular e fluorescência, mostram que os dois domínios da LbAha1 apresentam estabilidades diferentes. Os estudos estruturais realizados permitiram identificar as transições com o respectivo domínio. / Leishmaniasis is an infectious disease caused by several species of Leishmania species and represents major public health problems in developing countries. In the harborer, the survival of the parasite that cause this disease depends on a special class of proteins, molecular chaperones or heat shock proteins as they are also known. The function of these proteins is to assist in protein folding, transport of proteins and many other important cellular functions. In this process the molecular chaperones are helped by their co-chaperones that play a prominent role. Among the main families of molecular chaperones, there are Hsp70 and Hsp90 with their respective co-chaperones, Hsp40 and the Aha1. The present work, initially pretended to express and purify the molecular co-chaperones Hsp40I and Hsp40II of the L. braziliensis for structural characterization by spectroscopic techniques like fluorescence and circular dichroism. However, the insolubility of these proteins, possibly caused by the presence of mutations in their DNA sequences, led to the characterization of another co-chaperone, the Aha1 of the L. braziliensis. These proteins were expressed in the cell supernatant and purified by three chromatographic steps (anion exchange, affinity for calcium ions and gel filtration). The analysis of the DNA sequence of this protein shows that it has nine Trp residues distributed between the two domains and by urea denaturation studies monitored by fluorescence techniques and circular dichroism show that they have different stabilities.

Neste trabalho realizamos um programa de seqüenciamento em larga escala de cDNAs obtidos de bibliotecas construídas a partir de mRNA de células de B. emersonii submetidas ao choque térmico e ao estresse por cádmio. Obtivemos 6350 seqüências expressas (ESTs) de alta qualidade, que representam 2326 seqüências únicas putativas (unigenes) do fungo. Destes unigenes putativos, 1282 genes foram classificados em pelo menos uma das categorias do Consórcio Gene Ontology (GO). A análise do transcriptoma parcial de B. emersonii determinado até o momento permitiu a identificação de 78 unigenes codificando chaperones moleculares de todas as famílias conhecidas. Para avaliarmos a expressão global dos genes em resposta a estresses ambientais, como o choque térmico e o cádmio, realizamos ensaios de microarranjos de DNA nestas condições de estresse. Observamos que em resposta ao choque térmico, B. emersonii induz a expressão de genes que codificam proteínas relacionadas com o enovelamento de proteínas e com a proteólise, o que seria esperado em condições de temperaturas elevadas, assim como genes que codificam proteínas com propriedades antioxidantes, além de proteínas envolvidas no metabolismo de nucleotídeos e no metabolismo de carboidratos. Em resposta ao estresse por cádmio, verificou-se a indução de genes que codificam principalmente proteínas com propriedades antioxidantes, proteínas envolvidas no metabolismo de aminoácidos, proteínas relacionadas com o transporte celular e proteínas envolvidas no enovelamento de proteínas e proteólise. Uma das conseqüências do estresse por cádmio é o aumento do estresse oxidativo e proteínas antioxidantes têm um papel fundamental na resposta a este tipo de estresse. Dentre os genes observados durante o seqüenciamento das ESTs de B. emersonii, observamos dez genes codificando proteínas distintas da família Hsp70. Nove genes hsp70 são expressos em pelo menos um dos estágios do desenvolvimento do fungo e sete apresentam uma indução significativa após o choque térmico. Estes dados sugerem que estes genes desempenham um papel importante durante o desenvolvimento e em resposta ao estresse térmico em B. emersonii. Outro dado interessante obtido neste trabalho foi o enriquecimento de ESTs que continham íntrons em sua seqüência nas bibliotecas de estresse. Portanto, o choque térmico e o estresse por cádmio em B. emersonii diminuem a eficiência de processamento dos íntrons permitindo sua caracterização. O cDNA da proteína Hsp17 foi o que apresentou o maior número de ESTs seqüenciadas nas bibliotecas de estresse. Experimentos de Northern blot indicaram que o gene hsp17 possui um nível de expressão muito baixo durante o ciclo de vida de B. emersonii, no entanto, como esperado sua expressão aumenta drasticamente quando as células de esporulação ou germinação são submetidas a choque térmico. Os níveis da proteína Hsp17 acompanham os níveis do seu mRNA, indicando que o controle da expressão do gene hsp17 deve ocorrer em nível de transcrição. / In this work we realized a large scale, sequencing program of cDNAs libraries obtained from mRNA of B. emersonii cells submitted to heat shock and cadmium stress. A total of 6350 high quality expressed sequence tags (ESTs) were obtained, representing 2326 unique putative genes (unigenes) of this fungus. From these putative unigenes, 1282 genes were classified at least in one of the three Gene Ontology Consortium (GO) categories. The analysis of the partial transcriptome of B. emersonii, determined until now, allowed the identification of 78 unigenes encoding molecular chaperones of all known protein families. To evaluate the global expression of the genes in response to environmental stresses, such as heat shock and cadmium, DNA microarray assays were performed. We observed that in response to heat shock B. emersonii induces the expreession of genes encoding proteins related to protein folding and proteolysis, as expected under high temperature conditions, as well as genes encoding proteins with antioxidant properties and proteins involved in nucleotide and carbohydrate metabolism. In response to cadmium stress, we mainly verified the induction of genes for proteins with antioxidant properties, proteins involved in amino acid metabolism, proteins related to cellular transport and proteins related to protein folding and proteolysis. One of the consequences of the exposure to cadmium is the increase of oxidative stress, and antioxidant proteins have a fundamental role in the response to this kind of injury. Amongst the genes observed during the B. emersonii EST sequencing program, ten genes encoding distinct proteins from the Hsp70 family were observed. Nine of them are expressed at least in one stage of the fungus development and seven genes presented a significant induction during heat shock treatment. These data suggest that the hsp70 genes perform an important role during development and in response to heat stress in B. emersonii. Another interesting result from this work was the enrichment of ESTs containing introns in the stress libraries. Thus, heat shock and cadmium stress decrease the efficiency of intron processing in B. emersonii, allowing for intron characterization. The cDNA for the Hsp17 protein presented the highest number of ESTs sequenced from the stress libraries. Northern blot experiments indicated that the hsp17 gene is expressed at very low levels throughout the life cycle of B. emersonii, however, as expected its expression increases drastically when sporulation or germination cells are submitted to heat shock. Hsp17 protein levels accompany its mRNA levels, indicating that the control of expression of the hsp17 gene occurs at a transcriptional level.

Orientadoesr: Carlos Henrique Inácio Ramos, Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-20T06:21:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_DanieliCristina_M.pdf: 10469841 bytes, checksum: df29d5b11d3cdd27679b971b2bbcb032 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Chaperonas moleculares (Heat Shock proteins - HSPs) são componentes chave do sistema de controle de qualidade de proteínas (PQC - Protein Quality Control), que é essencial para a vida, sendo responsável por manter a homeostase proteica e a adequada função de diversas vias. Problemas no processo de enovelamento estão relacionados a doenças degenerativas, amilóides e câncer. Em plantas, as chaperonas moleculares desempenham um papel crucial na proteção contra estresses bióticos e abióticos, pois como organismos sésseis, as plantas devem ser capazes de responder rapidamente a mudanças na temperatura, salinidade, déficit hídrico, entre outros. A chaperona molecular Hsp90 (Heat Shock protein 90 kDa) compreende uma família ubíqua, considerada um 'hub' por interagir com chaperonas, co-chaperonas e ter como clientes proteínas regulatórias essenciais como fatores de transcrição, quinases, receptores de hormônios, entre outros. A Hsp90 age em conjunto com co-chaperonas, as quais modulam e direcionam sua função. Uma destas co-chaperonas é a Hop (Hsp70-Hsp90 organizing protein), capaz de interagir simultaneamente com a Hsp90 e Hsp70, mediando a transferência de substratos. A Hop é composta por três domínios com repetições de tetratricopeptídeos (TPR) (TPR1, TPR2A e TPR2B), responsáveis pela interação com as chaperonas, porém a dinâmica desta interação não está bem entendida, uma vez que ainda não há estrutura da Hop inteira e o estado oligomérico desta co-chaperona ainda é controverso na literatura. Neste trabalho apresentamos a classificação de um gene de Hsp90 de cana-de-açúcar, e o início de sua caracterização funcional através de transgenia em Arabidopsis thaliana. Apresentamos também a caracterização biofísica de uma importante co-chaperona da Hsp90, a Hop (Hsp70-Hsp90 organizing protein) humana. Através da análise de sequências a Hsp90 de cana-de-açúcar foi classificada como Hsp90-3, uma isoforma citosólica. Plantas transgênicas de A. thaliana, produzidas a partir da inserção do gene da Hsp90-3 de cana-de-açúcar, apresentaram níveis reduzidos de Hsp90. Tal perturbação nos níveis de Hsp90 parece ter afetado a expressão de outras proteínas da rede de interações, relacionadas com processos diversos como resposta imune e fotossíntese. As plantas transgênicas também exibiram germinação mais rápida e raízes mais longas em relação ao controle. Sob estresse térmico, linhagens transgênicas apresentaram maior suscetibilidade à alta temperatura em relação ao controle. Tais resultados sugerem que a Hsp90 tem um importante papel na fisiologia celular e no desenvolvimento, e que os níveis de Hsp90 são críticos para a resposta frente a estresses. A caracterização biofísica do mutante Hop D456G, uma mutação no domínio TPR2B, mostrou que esta proteína é uma mistura de monômeros, dímeros e oligômeros maiores, porém com prevalência do estado monomérico. O resíduo D456 pode ter uma participação na dinâmica de dimerização e é possível que o estado oligomérico da Hop seja regulado entre os estados monomérico e dimérico, com a finalidade de facilitar sua atividade adaptadora / Abstract: Molecular chaperones (heat shock proteins - HSPs) are key components of protein quality-control system (PQC - Protein Quality Control), which maintains protein homeostasis and the proper function of several pathways, being essential for life. Defects in folding processes are related to degenerative diseases, amyloidosis and cancer. In plants, which as sessile organisms must be able to respond rapidly to changes in temperature, salinity, water deficit, and others, molecular chaperones play a crucial role in protecting against such biotic and abiotic stresses. Molecular chaperone Hsp90 (Heat Shock Protein 90 kDa) comprise an ubiquitous family, considered a hub as it interacts with chaperones, co-chaperones, and have as clients key regulatory proteins such as transcription factors, kinases, hormone receptors, and others. The chaperone acts together with co-chaperones, which modulate and guide Hsp90 function. The co-chaperone Hop (Hsp70-Hsp90 organizing protein), interacts simultaneously with Hsp90 and Hsp70, mediating substrate transfer. Hop has three TPR domains (TPR1, and TPR2A TPR2B) responsible for interaction with the chaperones, but this interaction dynamics remains unclear, since there is no structure of full length Hop and its oligomeric state is controversial in literature reports. This work presents the classification of an Hsp90 gene from sugarcane, and primary functional characterization studies in Arabidopsis thaliana transgenic lines. We also present the biophysical characterization of the human Hsp90 co-chaperone Hop (Hsp70-Hsp90 organizing protein). Through sequence analysis the Hsp90 from sugarcane has been classified as Hsp90-3, a cytosolic isoform. Transgenic A. thaliana, produced by Hsp90-3 insertion, exhibited reduced transcript levels of Hsp90. This disruption in Hsp90 levels seems to affect the expression of other proteins from the interaction network, which are related to various processes such as immune response and photosynthesis. Transgenics also exhibited faster germination and longer roots than the control. Under heat stress, transgenic lines showed increased susceptibility to high temperature. These results suggest that Hsp90 has an important role in cellular physiology and development; in addition the levels of Hsp90 are critical for responses to stresses. The biophysical characterization of the mutant D456G Hop, a mutation in domain TPR2B showed that this protein is a mixture of monomers, dimers and higher oligomers, but the monomeric state is majoritary. The residue D456 may be involved in dimerization dynamics, and it is possible that Hop is regulated between monomeric and dimeric species, to enable its adaptor functions / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular