As enzimas da via do chiquimato são alvos atraentes para o desenvolvimento de agentes para tratar a tuberculose já que esta via é essencial para Mycobacterium tuberculosis e está ausente em humanos. A enzima chiquimato desidrogenase de M. tuberculosis (MtbSD), codificada pelo gene aroE, catalisa a quarta reação na via do chiquimato. Estudos de estrutura tridimensional, de perfis de pH e de mutagênese sítio-direcionada envolvendo muitas chiquimato desidrogenases sugerem a participação da Lisina-69 e do Aspartato-105 (numeração de acordo com a seqüência da MtbSD) na catálise e/ou na ligação ao substrato. A determinação das propriedades cinéticas de enzimas mutantes pode permitir importantes proposições acerca do papel destes resíduos para a enzima MtbSD. A mutagênese foi realizada usando uma técnica de amplificação por PCR para as seguintes proteínas mutantes: K69A, K69H, K69I, K69Q, D105A, D105N. Testes de diversas condições experimentais foram feitos para obter a expressão das proteínas MtbSD mutantes na fração solúvel. Além disso, empregamos um protocolo de purificação otimizado para obter as enzimas MtbSD não mutante e K69A aparentemente homogêneas. Realizamos ensaios cinéticos em estado estacionário e medidas espectrofluorimétricas destas duas enzimas, e os resultados indicam que o resíduo conservado Lisina-69 tem função catalítica e não está envolvido na ligação ao substrato para a MtbSD. Estudos estruturais, de mutagênese sítio-direcionada e de cinética enzimática podem trazer importantes contribuições para o desenho racional de novos e efetivos fármacos para tratar a tuberculose. / The shikimate pathway is an attractive target for the development of antitubercular agents because it is essential in Mycobacterium tuberculosis but absent in humans. Mycobacterium tuberculosis aroE-encoded shikimate dehydrogenase (MtbSD) catalyzes the forth reaction in the shikimate pathway. Three-dimensional structure studies, pH-rate profiles and site-directed mutagenesis studies involving many shikimate dehydrogenases have suggested participation of Lysine-69 and Aspartate-105 (M. tuberculosis numbering) in catalysis and/or substrate binding. Importantly, investigation of the kinetic properties of mutant enzymes can bring important insights about the role of these residues for the MtbSD enzyme. Mutagenesis was performed using a PCR-amplification technique for the following mutant proteins: K69A, K69H, K69I, K69Q, D105A, D105N. Screening of experimental conditions has been performed to obtain the expression of the MtbSD mutant proteins in the soluble fraction. In addition, an improved purification protocol was used to obtain homogeneous wild-type MtbSD and K69A mutant enzymes. We have carried out steady-state kinetic assays and spectrofluorimetric measurements for the wild type and the K69A enzymes. Results indicate that the conserved Lysine-69 residue in MtbSD plays a catalytic role and is not involved in substrate binding. Enzyme kinetics, site-directed mutagenesis and structural studies provide a framework on which to base the rational design of new and effective agents to treat tuberculosis.

As enzimas da via do chiquimato são alvos atraentes para o desenvolvimento de agentes para tratar a tuberculose já que esta via é essencial para Mycobacterium tuberculosis e está ausente em humanos. A enzima chiquimato desidrogenase de M. tuberculosis (MtbSD), codificada pelo gene aroE, catalisa a quarta reação na via do chiquimato. Estudos de estrutura tridimensional, de perfis de pH e de mutagênese sítio-direcionada envolvendo muitas chiquimato desidrogenases sugerem a participação da Lisina-69 e do Aspartato-105 (numeração de acordo com a seqüência da MtbSD) na catálise e/ou na ligação ao substrato. A determinação das propriedades cinéticas de enzimas mutantes pode permitir importantes proposições acerca do papel destes resíduos para a enzima MtbSD. A mutagênese foi realizada usando uma técnica de amplificação por PCR para as seguintes proteínas mutantes: K69A, K69H, K69I, K69Q, D105A, D105N. Testes de diversas condições experimentais foram feitos para obter a expressão das proteínas MtbSD mutantes na fração solúvel. Além disso, empregamos um protocolo de purificação otimizado para obter as enzimas MtbSD não mutante e K69A aparentemente homogêneas. Realizamos ensaios cinéticos em estado estacionário e medidas espectrofluorimétricas destas duas enzimas, e os resultados indicam que o resíduo conservado Lisina-69 tem função catalítica e não está envolvido na ligação ao substrato para a MtbSD. Estudos estruturais, de mutagênese sítio-direcionada e de cinética enzimática podem trazer importantes contribuições para o desenho racional de novos e efetivos fármacos para tratar a tuberculose. / The shikimate pathway is an attractive target for the development of antitubercular agents because it is essential in Mycobacterium tuberculosis but absent in humans. Mycobacterium tuberculosis aroE-encoded shikimate dehydrogenase (MtbSD) catalyzes the forth reaction in the shikimate pathway. Three-dimensional structure studies, pH-rate profiles and site-directed mutagenesis studies involving many shikimate dehydrogenases have suggested participation of Lysine-69 and Aspartate-105 (M. tuberculosis numbering) in catalysis and/or substrate binding. Importantly, investigation of the kinetic properties of mutant enzymes can bring important insights about the role of these residues for the MtbSD enzyme. Mutagenesis was performed using a PCR-amplification technique for the following mutant proteins: K69A, K69H, K69I, K69Q, D105A, D105N. Screening of experimental conditions has been performed to obtain the expression of the MtbSD mutant proteins in the soluble fraction. In addition, an improved purification protocol was used to obtain homogeneous wild-type MtbSD and K69A mutant enzymes. We have carried out steady-state kinetic assays and spectrofluorimetric measurements for the wild type and the K69A enzymes. Results indicate that the conserved Lysine-69 residue in MtbSD plays a catalytic role and is not involved in substrate binding. Enzyme kinetics, site-directed mutagenesis and structural studies provide a framework on which to base the rational design of new and effective agents to treat tuberculosis.

As enzimas da via do chiquimato são alvos atraentes para o desenvolvimento de agentes para tratar a tuberculose já que esta via é essencial para Mycobacterium tuberculosis e está ausente em humanos. A enzima chiquimato desidrogenase de M. tuberculosis (MtbSD), codificada pelo gene aroE, catalisa a quarta reação na via do chiquimato. Estudos de estrutura tridimensional, de perfis de pH e de mutagênese sítio-direcionada envolvendo muitas chiquimato desidrogenases sugerem a participação da Lisina-69 e do Aspartato-105 (numeração de acordo com a seqüência da MtbSD) na catálise e/ou na ligação ao substrato. A determinação das propriedades cinéticas de enzimas mutantes pode permitir importantes proposições acerca do papel destes resíduos para a enzima MtbSD. A mutagênese foi realizada usando uma técnica de amplificação por PCR para as seguintes proteínas mutantes: K69A, K69H, K69I, K69Q, D105A, D105N. Testes de diversas condições experimentais foram feitos para obter a expressão das proteínas MtbSD mutantes na fração solúvel. Além disso, empregamos um protocolo de purificação otimizado para obter as enzimas MtbSD não mutante e K69A aparentemente homogêneas. Realizamos ensaios cinéticos em estado estacionário e medidas espectrofluorimétricas destas duas enzimas, e os resultados indicam que o resíduo conservado Lisina-69 tem função catalítica e não está envolvido na ligação ao substrato para a MtbSD. Estudos estruturais, de mutagênese sítio-direcionada e de cinética enzimática podem trazer importantes contribuições para o desenho racional de novos e efetivos fármacos para tratar a tuberculose. / The shikimate pathway is an attractive target for the development of antitubercular agents because it is essential in Mycobacterium tuberculosis but absent in humans. Mycobacterium tuberculosis aroE-encoded shikimate dehydrogenase (MtbSD) catalyzes the forth reaction in the shikimate pathway. Three-dimensional structure studies, pH-rate profiles and site-directed mutagenesis studies involving many shikimate dehydrogenases have suggested participation of Lysine-69 and Aspartate-105 (M. tuberculosis numbering) in catalysis and/or substrate binding. Importantly, investigation of the kinetic properties of mutant enzymes can bring important insights about the role of these residues for the MtbSD enzyme. Mutagenesis was performed using a PCR-amplification technique for the following mutant proteins: K69A, K69H, K69I, K69Q, D105A, D105N. Screening of experimental conditions has been performed to obtain the expression of the MtbSD mutant proteins in the soluble fraction. In addition, an improved purification protocol was used to obtain homogeneous wild-type MtbSD and K69A mutant enzymes. We have carried out steady-state kinetic assays and spectrofluorimetric measurements for the wild type and the K69A enzymes. Results indicate that the conserved Lysine-69 residue in MtbSD plays a catalytic role and is not involved in substrate binding. Enzyme kinetics, site-directed mutagenesis and structural studies provide a framework on which to base the rational design of new and effective agents to treat tuberculosis.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-07-20Bitstream added on 2014-06-13T19:49:15Z : No. of bitstreams: 1 panzarinijunior_jr_me_sjrp.pdf: 604960 bytes, checksum: c4a1aad20a25c80f6fee78c9f6a59495 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A lepra ou hanseníase é uma doença crônica infecciosa de pele e nervos periféricos causados pelo patógeno intracelular obrigatório do Mycobacterium leprae (M. leprae). A lepra afeta milhões de pessoas em todo mundo, principalmente os habitantes de países pobres em desenvolvimento e industrializados. O seqüenciamento do genoma do M. leprae revelou a presença de genes da via metabólica do ácido chiquímico, que tem uma importância fundamental na produção de compostos aromáticos em plantas, bactérias e fungos. A via metabólica do ácido chiquímico consiste em sete enzimas que catalisam a conversão seqüencial de eritrose-4-fosfato (E4P) e fosfoenolpiruvato (PEP) em corismato, a qual está ausente em humanos, minimizando os efeitos tóxicos das drogas no organismo e aumentando a especificidade das novas drogas desenvolvidas. A análise do modelo estrutural da chiquimato quinase de M. leprae (MlSK) complexada com ácido chiquímico, adenosina difosfato(ADP) e magnésio (Mg+2), a qual catalisa o quinto passo da via metabólica do ácido chiquímico obtidos por métodos de modelagem molecular comparativa foi validado e poderá ser utilizado para o desenho de drogas específicas contra o M. leprae e vários outros microrganismos que apresentam a mesma via. Este trabalho aumenta a certeza de que a modelagem comparativa é uma ferramenta útil em bioinformática estrutural, uma vez que não se tem acesso às estruturas determinadas experimentalmente, podendo ser valiosa na anotação de Dissertação de Mestrado seqüências genômicas, contribuindo para a genômica estrutural e funcional, e simulações de docking proteína-ligante. / Leprosy or Hansen's disease is a chronic infection of the skin and peripheral nerves caused for obligate intracellular pathogen Mycobacterium leprae . The leprosy is affecting million persons in whole world, principally the inhabitants of poor countries in development and industrialized. The genome sequencing of M. leprae has revealed the presence of genes of metabolic pathway of the shikimic acid, what is pivotal importance to production of aromatic compounds in plants, bacteria and fungi. The metabolic pathway of the shikimic acid consists of seven enzymes that catalyse the sequential conversion of erythrose-4-phosphate (E4P) and phosphoenolpyruvate (PEP) to chorismate, which is absent in humans, minimizing the toxic effects of the drugs in the organism and increasing the specificity of the new drugs developed. The analysis of shikimate kinase structural model of M. leprae (MlSK) complex with shikimic acid, adenosine diphosphate (ADP) and magnesium (Mg+2), which catalysing the fifth step of shikimic acid metabolic pathway obtained by methods of molecular comparative modeling was validated and it will be able to draw specific drugs against M. leprae and several other microorganisms that presents the same pathway. This work increase the conviction that comparative modeling is an useful tool in structural bioinformatics, once that have not acess to the experimentally determined estructures, can be valuable in annotating genome sequence,contributing to the structural and functional genomics, and protein-ligand docking simulations.

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2017-09-01T13:05:01Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Wanderson Lucas da Costa - 2017.pdf: 3043089 bytes, checksum: 32c1b9c81dae778ab37d939fdba41eb5 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-09-15T13:46:23Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Wanderson Lucas da Costa - 2017.pdf: 3043089 bytes, checksum: 32c1b9c81dae778ab37d939fdba41eb5 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-15T13:46:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Wanderson Lucas da Costa - 2017.pdf: 3043089 bytes, checksum: 32c1b9c81dae778ab37d939fdba41eb5 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-08-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Paracoccidioides spp. are thermodymorphic fungi that when inhaled by humans, these conidia find a favorable environment, changing to the yeast phase and becoming pathogenic causing paracoccidioidomycosis (PCM), one of the most prevalent systemic mycoses in Brazil. Some antifungals are used in the treatment of PCM. Treatment depends on the patient's progression and tolerability of each drug, but their treatment may be for long periods and cause various side effects in the patient. The chiquimate pathway is coordinated by 7 enzymes that perform consecutive steps to convert erythrose-4-phosphate and phosphoenol pyruvate (PEP) into chorismate. In microorganisms, this pathway is involved in the production of the amino acids phenylalanine, tyrosine and tryptophan; These amino acids are essential to the maintenance of these organisms. In this work, pGEX4T3 vector cloning and heterologous expression of Pb18 EPSP synthase belonging to the chiquimate pathway were performed. This protein was expressed in E. coli (DE3) strain and purified. Antibodies were produced for expression analysis of the protein in Western blot. The modeling of EPSP synthase was performed aiming to identify the amino acids involved in the active site. The pull down-GST assay with soluble Pb18 proteins allowed the identification of 40 proteins that interact with EPSP synthase. These proteins belong to different functional categories, which are involved with the availability of phosphoenol pyruvate, the substrate necessary for the functioning of the chiquimate pathway. / Paracoccidioides spp. são fungos termodimórficos que ao serem inalados pelo ser humano, esses conídios encontram um ambiente propício, mudando para a fase de levedura e tornando-se patogênico causando a paracoccidioidomicose (PCM), umas das micoses sistêmicas de maior prevalência no Brasil. Alguns antifúngicos são empregados no tratamento da PCM. O tratamento depende do avanço da doença e da capacidade de tolerância do paciente a cada medicamento, mas o seu tratamento pode ser por longos períodos e causando diversos efeitos colaterais no paciente. A via do chiquimato é coordenada pela ação de 7 enzimas que realizam passos consecutivos para transformar a eritrose-4-fosfato e fosfoenol piruvato (PEP) em corismato. Em micro-organismos, esta via está envolvida com a produção dos aminoácidos fenilalanina, tirosina e triptofano; estes aminoácidos são essenciais à manutenção desses organismos. Neste trabalho foi realizado a clonagem em vetor pGEX4T3 e expressão heteróloga da EPSP–sintase de Pb18 pertencente à via do chiquimato. Essa proteína foi expressa em linhagem E. coli (DE3) e purificada. Os anticorpos foram produzidos para análise da expressão da proteína em Western blot. A modelagem da EPSP-sintase foi realizada visando identificar os aminoácidos envolvidos no sítio ativo. O ensaio de pull down-GST com proteínas solúveis de Pb18 possibilitou a identificação de 40 proteínas que interagem com EPSP-sintase. Essas proteínas pertencem a diferentes categorias funcionais, as quais estão envolvidas com a disponibilidade de fosfoenol piruvato, substrato necessário para o funcionamento da via do chiquimato.

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2017-06-02T19:54:07Z No. of bitstreams: 1 2015 - Soraia John da Silva.pdf: 1762972 bytes, checksum: aae3e43996736241367a1924339662c0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-02T19:54:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015 - Soraia John da Silva.pdf: 1762972 bytes, checksum: aae3e43996736241367a1924339662c0 (MD5) Previous issue date: 2015-08-20 / CAPES / The glyphosate, herbicide used in different countries, inhibits the 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), blocking the synthesis of aromatic amino acids. With this, it still affects the activity of phenylalanine ammonia lyase (PAL) and the concentration of metabolites in plants. Its activity was first reported as a metal chelator. Therefore, to make use of this herbicide, may be formation of complexes with metals from soil, occurring change in the effectiveness of the product and loss of minerals. Thus, to avoid such problems,this study aimed to compare the effectiveness of three forms of glyphosate: purified, previously complexed with metals, and a commercial form (Roundup WG?). The effects of glyphosate complexes with copper, cobalt and nickel with different stoichiometries and different pH values on the in vitro activity of EPSPs were evaluated. Selected complex for the first experiment in vivo were Cu421 and Co821 (first number for pH and the latter two to stoichiometry glyphosate: metal). These complexes were used in the in vivo experiment I, as well as distilled water (control), purified Roundup and glyphosate on transgenic soybean and B. decumbens. In the following experiments (II and III), mineral oil was used in all treatments to reduce leaching of the compounds. The complex selected for continuation of this study was Cu421 due to its emphasis on the results obtained in the first experiment in vivo. When comparing the effect of the compounds in Falker Chlorophyll Index (ICF) of B. decumbens compared to control, there was fall of this index when using Roundup, Cu421 and purified glyphosate (the latter only in the second experiment). Later it was analyzed fresh mass accumulation and collected fresh material for determination of enzyme activities and N-NO3- levels. The complex Cu421 caused a more significant fresh mass reduction and still allowed the increase in the content of soluble nitrate in Brachiaria decumbens, probably due to the presence of nitrate in this complex. In the case of transgenic soybean there was no significant change in ICF. The use of Roundup and the complex did not change significantly the fresh mass accumul ation in this species. The application of the purified glyphosate, however, caused increase in mass accumulation and all treatments altered soybeans in nitrate content. In experiments with mineral oil in B. decumbens, the Cu421 complex inhibited significantly the EPSPs activity, as well as purified Roundup and glyphosate (the latter only in the experiment III). No inhibition occurred in transgenic soybean. All treatments in vivo stimulated PAL activity only on weed, which suggests that the increase in this activity is a consequence of the inhibition of EPSPs and other deleterious effects of compounds on susceptible plants. This study showed that especially Cu421 complex might be used effectively as a herbicide since it inhibits EPSPs, activates the PA,L reduces fresh mass accumulation and influences photosynthesis in the tested weed. Besides, the transgenic soybean showed little sensitive to this compound, which further increases the prospect of using the same as herbicide. / O glifosato, herbicida usado mundialmente, atua inibindo a enzima 5-enolpiruvil-chiquimato- 3-fosfato-sintase (EPSPs), bloqueando a s?ntese de amino?cidos arom?ticos. Com isso, ainda influencia a atividade de fenilalanina am?nia liase (PAL) e a concentra??o de metab?litos nas plantas. A sua primeira a??o reportada foi como agente quelante de metais. Portanto, ao fazer uso deste herbicida, pode haver forma??o de complexos com metais do solo, ocorrendo altera??o da efic?cia do produto e defici?ncia mineral. Assim, de modo a evitar tais problemas, este trabalho teve como objetivo, comparar a efici?ncia de tr?s formas de glifosato: purificado, previamente complexado com metais, e uma das suas formas comerciais (Roundup WG?). Os efeitos de complexos de glifosato com cobre, cobalto e n?quel, sintetizados sob diferentes estequiometrias e valores de pH, foram avaliados sobre a atividade in vitro de EPSPs. Os complexos selecionados para o primeiro experimento in vivo foram: Cu421 e Co821 (primeiro n?mero referente ao pH e os dois ?ltimos ? estequiometria glifosato:metal). Estes complexos foram usados no experimento in vivo I, assim como ?gua destilada (controle), Roundup e glifosato purificado, sobre soja transg?nica e Brachiaria decumbens. Nos experimentos seguintes utilizou-se ?leo mineral em todos os tratamentos para reduzir a lixivia??o dos compostos. O complexo selecionado para continua??o deste estudo foi o Cu421 devido a seu destaque nos resultados obtidos no primeiro experimento in vivo. Ao comparar o efeito dos compostos no ?ndice de Clorofila Falker (ICF) de B. decumbens em rela??o ao controle, observou-se queda deste ?ndice ao usar Roundup, Cu421 e glifosato purificado (este ?ltimo, somente no segundo experimento). Posteriormente foi analisado ac?mulo de massa fresca e coletado material fresco para determina??o das atividades enzim?ticas e dos teores N-NO3-. O complexo Cu421 foi o que provocou maior redu??o da massa fresca e ainda possibilitou o aumento no teor sol?vel de nitrato em B. decumbens, provavelmente devido ? presen?a de nitrato neste complexo. No caso da soja transg?nica n?o houve altera??o significativa de ICF. O uso de Roundup e dos complexos n?o alterou de forma significativa o ac?mulo de massa fresca nesta esp?cie. A aplica??o do glifosato purificado, entretanto, causou incremento no ac?mulo de massa e todos os tratamentos alteraram o teor de nitrato em soja. Nos experimentos com ?leo mineral em B. decumbens, o complexo Cu421 inibiu de forma significativa a atividade de EPSPs, assim como Roundup e glifosato purificado (este ?ltimo, somente no experimento III). Em soja transg?nica n?o houve inibi??o. Todos os tratamentos in vivo estimularam a atividade de PAL somente na gram?nea, permitindo sugerir que o aumento nesta atividade seja consequ?ncia da inibi??o de EPSPs e de outros efeitos delet?rios dos compostos sobre plantas suscept?veis. O presente estudo mostrou que principalmente o complexo Cu421 pode vir a ser utilizado de forma eficaz como herbicida, uma vez que inibe a EPSPs, ativa a PAL, reduz ac?mulo de massa fresca e influencia a fotoss?ntese na planta daninha testada. E, em contrapartida, a soja transg?nica mostrou-se pouco sens?vel a este composto, o que aumenta ainda mais a perspectiva do uso do mesmo como herbicida.